JP2013148764A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】演算回路を用いて画像信号処理回路を構成し、かつ滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路の消費電力抑制とを両立させる。
【解決手段】当該画素の画像信号より大きくかつ最も近い階調をもつ上階調コードおよび当該画素の画像信号以下でかつ最も近い階調をもつ下階調コードを生成する上下コード生成部と、当該画素で発生した誤差を周辺画素へ拡散させるとともに当該画素の画像信号を周辺画素へ巡回させ、周辺画素から当該画素へ拡散されてきた誤差および周辺画素から当該画素へ巡回されてきた画像信号を当該画素の画像信号に加算して表示すべき階調を求め、上階調コードおよび下階調コードのうち表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして選択する表示コード選択部８０とを有し、表示コードを用いてサブフィールドのそれぞれで各画素の点灯・非点灯を制御して階調を表示する。
【選択図】図９

Description

本発明は、点灯または非点灯の２値制御を組み合わせて階調を表示する画像表示装置に関する。

点灯または非点灯の２値制御を行う表示装置として代表的なプラズマディスプレイパネル（以下、「パネル」と略記する）は、１対の走査電極と維持電極とからなる表示電極対が複数形成された前面基板と、複数の平行なデータ電極が形成された背面基板とを対向配置し、その間に多数の放電セルが形成されている。そして放電セル内でガス放電により紫外線を発生させ、この紫外線で赤色、緑色および青色の各色の蛍光体を励起発光させる。

点灯または非点灯の２値制御を組み合わせて階調を表示する方法としては、１フィールドを点灯輝度の異なる複数のサブフィールドに分割し、点灯させるサブフィールドの組み合わせによって所望の階調を表示する、いわゆるサブフィールド法が一般的である。各サブフィールドは書込み期間および維持期間を有する。書込み期間では画像信号に応じた書込みパルスをデータ電極に印加して点灯させるべき放電セルで書込み放電を発生し壁電荷を形成する。そして維持期間では、走査電極と維持電極とからなる表示電極対にあらかじめ定められた数の維持パルスを印加して壁電荷を形成した放電セルで維持放電を発生させ、維持パルスの数に応じた輝度で点灯させる。

プラズマディスプレイ装置は、入力した画像信号を、放電セルのサブフィールド毎の点灯・非点灯を示すサブフィールドコードに変換する画像信号処理回路を備えている。画像信号処理回路は、例えばＲＯＭ等を用いた変換テーブルを用いて構成され、画像信号の１つの入力レベルに対して１つのサブフィールドコードが出力される。

ところが、サブフィールド法で発生しやすい擬似輪郭を抑制するために、実際に表示する階調を制限し、かつ滑らかな階調表示と両立させるために、制限する階調を画像信号に応じて切り替える必要性が生じてきた。このような要望にこたえる方法として、例えば複数の変換テーブルを備え、映像信号の最小値および平均値からしきい値を算出し、このしきい値に基づき複数の変換テーブルの中から１つの変換テーブルを選択して、画像信号をサブフィールドコードに変換するプラズマディスプレイ装置が特許文献１に開示されている。

一方、制限された階調を用いて滑らかな階調表示を行うための代表的な方法として誤差拡散処理およびディザ処理がある。特許文献２には、画像信号のビット数を制限する階調制限テーブルと、制限された差分を表示誤差として誤差拡散処理を行う手段と、画像信号に依存するディザ要素を用いて画像信号のディザ処理を行う手段とを有するプラズマディスプレイ装置が記載されている。

またプラズマディスプレイ装置は、各電極を駆動するための電極駆動回路を備え、必要な駆動電圧波形をそれぞれの電極に印加する。この中で、データ電極駆動回路は多数のデータ電極毎に独立に書込みパルスを印加する必要があるので、通常は専用ＩＣを用いて構成されている。データ電極駆動回路側からパネルを見ると、各データ電極は隣接するデータ電極、走査電極および維持電極との間の浮遊容量をもつ容量性の負荷である。したがって各データ電極に駆動電圧波形を印加するためにはこの容量を充放電しなければならず、そのための消費電力が必要となる。しかし、駆動回路をＩＣ化するためにはデータ電極駆動回路の消費電力を極力小さく抑える必要があった。

データ電極駆動回路の消費電力を抑える方法として、例えば特許文献３には、画像信号に対してローパスフィルタ処理を施したプラズマディスプレイ装置が開示されている。

特開２０００−０９８９５９号公報 特開２００４−０８８４０５号公報 特開２０１０−１６０２２５号公報

しかしながら、パネルの大画面化、高精細度化、画像表示品質のさらなる向上とともに、多様な放送方式への対応、３Ｄディスプレイ表示等の多機能対応の要請等により、切り替えて使用する変換テーブルの数が膨大になり、変換テーブルを用いて画像信号処理回路を構成することが現実的ではなくなってきた。あるいは、変換テーブルを用いて構成した画像信号処理回路では、これらの要望にこたえることが難しくなってきた。

また、誤差拡散処理やディザ処理は画像信号の高周波成分を増加させ、ローパスフィルタ処理は画像信号の高周波成分を減少させるため、滑らかな階調表示と消費電力抑制との両立が難しいという課題があった。

本発明はこれらの課題に鑑みなされたものであり、演算回路を用いて画像信号処理回路を構成し、かつ滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路の消費電力抑制とを両立させた画像表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、階調重みの定められた複数のサブフィールドで１フィールドを構成し、サブフィールドのそれぞれの点灯または非点灯の組合せを示すサブフィールドコードを用いて各画素で階調を表示する画像信号処理回路を備えた画像表示装置であって、画像信号処理回路は、画像表示に使用できるサブフィールドコードの中から、当該画素の画像信号より大きくかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードおよび当該画素の画像信号以下でかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードをそれぞれ上階調コードおよび下階調コードとして生成する上下コード生成部と、当該画素で発生した誤差を周辺画素へ拡散させるとともに当該画素の画像信号を周辺画素へ巡回させ、周辺画素から当該画素へ拡散されてきた誤差および周辺画素から当該画素へ巡回されてきた画像信号を当該画素の画像信号に加算して表示すべき階調を求め、上階調コードおよび下階調コードのうち表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして選択する表示コード選択部とを有し、表示コードを用いてサブフィールドのそれぞれで各画素の点灯・非点灯を制御して階調を表示することを特徴とする。この構成により、演算回路を用いて画像信号処理回路を構成し、かつ滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路の消費電力抑制とを両立させた画像表示装置を提供することができる。

また本発明の表示コード選択部は、上階調コードおよび下階調コードのうち表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして出力するとともに表示すべき諧調と表示コードとの差を誤差として出力する表示コード出力部と、誤差の絶対値を所定の閾値以下に制限するリミッタ部と、リミッタ部の出力に画像信号の定数倍を加算する第１加算部と、第１加算部の出力をそれぞれ異なる時間で遅延し異なる係数を乗算した後に合算する拡散巡回部と、拡散巡回部の出力から画像信号の定数倍を減算する減算部と、画像信号に減算部の出力を加算して表示すべき階調を求める第２加算部とを有する構成が望ましい。

本発明によれば、演算回路を用いて画像信号処理回路を構成し、かつ滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路の消費電力抑制とを両立させた画像表示装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態における画像表示装置のパネルの分解斜視図である。 同画像表示装置のパネルの電極配列図である。 同画像表示装置のパネルの各電極に印加する駆動電圧波形図である。 １フィールド期間を８個のサブフィールドで構成した場合のコードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置の回路ブロック図である。 同画像表示装置の画像信号処理回路の回路ブロック図である。 同画像表示装置の基底コードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置の基底コードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置の基底コードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置のルールにより生成される中間コードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置のルールにより生成される中間コードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置のルールにより生成される中間コードセットの一例を示す図である。 同画像表示装置の表示コード選択部の回路ブロック図である。 同画像表示装置の誤差拡散回路の動作を説明する図である。 同画像表示装置のローパスフィルタの動作を説明する模式図である。 同画像表示装置の画像信号処理回路の動作を示すフローチャートである。 同画像表示装置の表示コード選択部の回路ブロック図である。 同画像表示装置で使用するディザパターンの一例を示す図である。 同画像表示装置で使用するディザパターンの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態における画像表示装置について、プラズマディスプレイパネルを用いたプラズマディスプレイ装置を例に、図面を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における画像表示装置のパネル１０の分解斜視図である。ガラス製の前面基板１１上には、走査電極１２と維持電極１３とからなる表示電極対１４が複数形成されている。そして表示電極対１４を覆うように誘電体層１５が形成され、その誘電体層１５上に保護層１６が形成されている。背面基板２１上にはデータ電極２２が複数形成され、データ電極２２を覆うように誘電体層２３が形成され、さらにその上に井桁状の隔壁２４が形成されている。そして、隔壁２４の側面および誘電体層２３上には赤色、緑色および青色の各色に点灯する蛍光体層２５が設けられている。

これら前面基板１１と背面基板２１とは、微小な放電空間を挟んで表示電極対１４とデータ電極２２とが交差するように対向配置され、その外周部をガラスフリット等の封着材によって封着されている。そして放電空間には、放電ガスとして、例えばネオンとキセノンとの混合ガスが封入されている。放電空間は隔壁２４によって複数の区画に仕切られており、表示電極対１４とデータ電極２２とが交差する部分に放電セルが形成されている。そしてこれらの放電セルが点灯することにより画像が表示される。

図２は、本発明の実施の形態における画像表示装置のパネル１０の電極配列図である。パネル１０には、行方向に長いｎ本の走査電極１２およびｎ本の維持電極１３が配列され、列方向に長いｍ本のデータ電極２２が配列されている。そして１対の走査電極１２および維持電極１３と１つのデータ電極２２とが交差した部分に放電セルが形成され、放電セルは放電空間内にｍ×ｎ個形成されている。

次に、パネル１０を駆動するための駆動電圧波形とその動作について説明する。プラズマディスプレイ装置は、サブフィールド法、すなわち階調重みの定められた複数のサブフィールドで１フィールドを構成し、サブフィールドのそれぞれで各画素の点灯・非点灯を制御して階調を表示する。

それぞれのサブフィールドは初期化期間、書込み期間および維持期間を有する。初期化期間では初期化放電を発生し、続く書込み放電に必要な壁電荷を各電極上に形成する初期化動作を行う。書込み期間では、点灯させるべき放電セルで選択的に書込み放電を発生し壁電荷を形成する書込み動作を行う。そして維持期間では、サブフィールド毎にあらかじめ決められた階調重みに応じた数の維持パルスを表示電極対に交互に印加して、書込み放電を発生した放電セルで維持放電を発生させて点灯させる。

図３は、本発明の実施の形態における画像表示装置のパネル１０の各電極に印加する駆動電圧波形図である。

サブフィールドＳＦ１の初期化期間Ｔｉの前半部では、データ電極２２、維持電極１３にそれぞれ電圧０（Ｖ）を印加し、走査電極１２には、電圧Ｖｉ１から電圧Ｖｉ２まで緩やかに上昇する上り傾斜波形電圧を印加する。すると走査電極１２と維持電極１３、走査電極１２とデータ電極２２との間でそれぞれ微弱な初期化放電が起こる。そして走査電極１２上に負の壁電圧が蓄積されるとともに、データ電極２２上および維持電極１３上には正の壁電圧が蓄積される。ここで、電極上の壁電圧とは電極を覆う誘電体層上、保護層上、蛍光体層上等に蓄積された壁電荷により生じる電圧を表す。

初期化期間Ｔｉの後半部では、維持電極１３に正の電圧Ｖｅを印加し、走査電極１２には、電圧Ｖｉ３からＶｉ４まで緩やかに下降する下り傾斜波形電圧を印加する。すると走査電極１２と維持電極１３、走査電極１２とデータ電極２２との間でそれぞれ微弱な初期化放電が起こる。そして走査電極１２上の負の壁電圧および維持電極１３上の正の壁電圧が弱められ、データ電極２２上の正の壁電圧は書込み動作に適した値に調整される。

なお、初期化期間の動作としては、サブフィールドＳＦ２の初期化期間に示したように、電圧Ｖｉ４に向かって緩やかに下降する下り傾斜波形電圧を走査電極１２に印加するだけでもよい。この場合には、直前のサブフィールドで維持放電を行った放電セルで選択的に初期化放電が発生する。

続く書込み期間Ｔｗでは、維持電極１３に電圧Ｖｅを印加し、走査電極１２に電圧Ｖｃを印加する。

次に、１行目の走査電極１２に電圧Ｖａの走査パルスを印加するとともに、データ電極２２のうち１行目に点灯させるべき放電セルのデータ電極２２に電圧Ｖｄの書込みパルスを印加する。するとデータ電極２２上と走査電極１２上との交差部の電圧差は放電開始電圧を超え、データ電極２２と走査電極１２との間および維持電極１３と走査電極１２との間に書込み放電が発生する。そして走査電極１２上に正の壁電圧が蓄積され、維持電極１３上に負の壁電圧が蓄積され、データ電極２２上にも負の壁電圧が蓄積される。

このようにして、１行目に点灯させるべき放電セルで書込み放電を起こして各電極上に壁電圧を蓄積する書込み動作が行われる。一方、書込みパルスを印加しなかったデータ電極２２と走査電極１２との交差部の電圧は放電開始電圧を超えないので、書込み放電は発生しない。以上の書込み動作をｎ行目の放電セルに至るまで行い、書込み期間Ｔｗが終了する。

続く維持期間Ｔｓでは、維持電極１３に電圧０（Ｖ）を印加するとともに走査電極１２に電圧Ｖｓの維持パルスを印加する。すると書込み放電を起こした放電セルでは、走査電極１２上と維持電極１３上との電圧差が放電開始電圧を超え、走査電極１２と維持電極１３との間で維持放電が発生し蛍光体層２５が発光して放電セルが点灯する。そして走査電極１２上に負の壁電圧が蓄積され、維持電極１３上に正の壁電圧が蓄積される。さらにデータ電極２２上にも正の壁電圧が蓄積される。

ただし、書込み期間Ｔｗにおいて書込み放電を起こさなかった放電セルでは維持放電は発生せず、初期化期間Ｔｉの終了時における壁電圧が保たれる。

続いて、走査電極１２には電圧０（Ｖ）を、維持電極１３には電圧Ｖｓの維持パルスをそれぞれ印加する。すると、維持放電を起こした放電セルでは再び維持放電が起こり、維持電極１３上に負の壁電圧が蓄積され走査電極１２上に正の壁電圧が蓄積される。以降、階調重みに応じた数の維持パルスを走査電極１２と維持電極１３とに交互に印加して、放電セルを点灯させる。

そして、維持期間Ｔｓの最後には、維持電極１３を電圧０（Ｖ）に戻した後、電圧Ｖｒまで緩やかに上昇する上り傾斜波形電圧を走査電極１２に印加する。すると、維持放電を起こした放電セルの維持電極１３と走査電極１２との間で弱い放電が起こり、走査電極１２上と維持電極１３上との間の壁電圧が弱められる。その後、走査電極１２に印加する電圧を電圧０（Ｖ）に戻す。こうして維持期間Ｔｓが終了する。

続くサブフィールドＳＦ２およびそれ以降のサブフィールドの動作は維持パルスの数を除いて上述した動作とほぼ同様である。

なお、本実施の形態において各電極に印加する電圧値は、例えば、電圧Ｖｉ１＝１４０（Ｖ）、電圧Ｖｉ２＝３４０（Ｖ）、電圧Ｖｉ３＝２００（Ｖ）、電圧Ｖｉ４＝−１９０（Ｖ）、電圧Ｖｃ＝−６０（Ｖ）、電圧Ｖａ＝−２００（Ｖ）、電圧Ｖｓ＝２００（Ｖ）、電圧Ｖｒ＝２００（Ｖ）、電圧Ｖｅ＝１３０（Ｖ）、電圧Ｖｄ＝７０（Ｖ）である。ただしこれらの値は、単に一例を挙げたに過ぎず、パネル１０の特性やプラズマディスプレイ装置の仕様等に合わせて、適宜最適な値に設定することが望ましい。

このようにしてサブフィールド法においては、１フィールドをあらかじめ階調重みの定められた複数のサブフィールドで構成し、放電セルを点灯させるサブフィールドの組合せにより階調を表示している。以下、サブフィールドのそれぞれの点灯または非点灯の組合せを「サブフィールドコード」または単に「コード」と呼び、複数のコードの集合を「コードセット」と呼ぶ。

なお説明を簡単にするために、黒を表示したときの階調を「０」とし、階調重み「Ｎ」に対応する階調を「Ｎ」と表記する。また図面では、「階調重み」を単に「重み」と記載している。

図４は、１フィールド期間を８個のサブフィールドで構成した場合のコードセットの一例を示す図である。ここで最も左の列に示した数値は階調を示し、その右側にはその階調を表示する際に各サブフィールドで放電セルを点灯させるか否か、すなわちサブフィールドコードを示している。ここで空欄は非点灯、「１」は点灯を示す。例えば図４において、階調「２」を表示するためには、サブフィールドＳＦ２でのみ放電セルを点灯させればよく、この場合のサブフィールドコードは「０１００００００」である。また階調「１４」を表示するためには、サブフィールドＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３およびＳＦ５で放電セルを点灯させればよく、この場合のサブフィールドコードは「１１１０１０００」である。

図５は、本発明の実施の形態における画像表示装置３０の回路ブロック図である。画像表示装置３０は、パネル１０、画像信号処理回路３１、データ電極駆動回路３２、走査電極駆動回路３３、維持電極駆動回路３４、タイミング発生回路３５および各回路ブロックに必要な電源を供給する電源回路（図示せず）を備えている。

画像信号処理回路３１は、階調重みの定められた複数のサブフィールドで１フィールドを構成し、サブフィールドのそれぞれの点灯または非点灯の組合せを示すサブフィールドコードを用いてパネル１０の各画素で階調を表示するための信号処理回路である。そして画像信号を入力し、階調を表示するためのサブフィールドコードである表示コードを出力する。詳細は後述するが、本実施の形態においては画像信号から表示コードへの変換を、変換テーブルを用いるのではなく、論理計算を用いて実行している。

データ電極駆動回路３２は、画像信号処理回路３１から出力された各色の表示コードを用いてサブフィールドのそれぞれで各画素の点灯・非点灯を制御する書込みパルスに変換し、データ電極２２のそれぞれに印加して階調を表示する。

タイミング発生回路３５は水平同期信号、垂直同期信号に基づき、各回路ブロックの動作を制御する各種のタイミング信号を発生し、それぞれの回路ブロックへ供給する。走査電極駆動回路３３は、タイミング信号に基づき図３に示した駆動電圧波形を作成し、走査電極１２のそれぞれに印加する。維持電極駆動回路３４は、タイミング信号に基づき図３に示した駆動電圧波形を作成し、維持電極１３のそれぞれに印加する。

図６は、本発明の実施の形態における画像表示装置３０の画像信号処理回路３１の回路ブロック図である。画像信号処理回路３１は、属性検出部４０と、基底コード生成部５０と、ルール生成部６０と、上下コード生成部７０と、表示コード選択部８０とを有する。

属性検出部４０は、画像信号とそれを表示する画素の位置との関係を特定するとともに、各画素に対応する画像信号の時間微分、空間微分等に基づき、動画領域・静止画領域の検出、明るさが変化する画像の輪郭部の検出等を行う。そしてそれらを各画素に対応する画像信号の属性として出力する。

基底コード生成部５０は、当該画素の画像信号として入力した画像信号の階調（以下、「入力階調」と呼称する）よりも大きくかつ最も近い階調をもつ基底コードを上階調基底コードとして生成し出力する。ここで基底コードとは、点灯するサブフィールドのうち最も階調重みの大きいサブフィールドの階調重みよりも小さい階調をもつ全てのサブフィールドが点灯するサブフィールドとなるコードである。基底コードはサブフィールドコードの基本となるコードであって、階調重みの小さいサブフィールドから順にひとつずつまたは２つずつ点灯させて生成したコードである。またこのようにして生成したコードセットを基底コードセットと呼ぶ。

図７Ａ〜図７Ｃは、本発明の実施の形態における画像表示装置の基底コードセットの一例を示す図である。図７Ａは、ＮＴＳＣ規格で用いられることが多い基底コードセットの一例である。この基底コードセットは、階調重みの小さいサブフィールドを先頭に、階調重みが順次大きくなるようにサブフィールドを配列する。そして階調重みの小さいサブフィールドから順にひとつずつ点灯させて生成したコードセットである。したがってこの基底コードセットに含まれる基底コードの数は、（１フィールドを構成するサブフィールドの数＋１）である。

また図７Ｂは、ＰＡＬ規格で用いられることが多い基底コードセットの一例である。この基底コードセットは、階調重みが順次大きくなるように配列されたサブフィールド群を２つ有する。そして階調重みの小さいサブフィールドから順にひとつまたは２つずつ点灯させて生成したコードセットである。したがってこの基底コードセットに含まれる基底コードの数は、（１フィールドを構成するサブフィールドの数＋１）以下である。

また図７Ｃは、３Ｄ（立体視）用ディスプレイ装置で用いられる基底コードセットの一例である。この基底コードセットは、階調重みの最も小さいサブフィールドを先頭に配置し、次に階調重みの最も大きいサブフィールドを配置し、以降は階調重みが順次小さくなるようにサブフィールドを配列する。そして最も階調重みの小さいサブフィールドから順にひとつずつ点灯させて生成したコードセットである。

本実施の形態においては、基底コード生成部５０は、基底コード記憶部５２と基底コード選択部５４とを有する。基底コード記憶部５２は、基底コードセットと各基底コードの表示する階調とを記憶している。基底コード選択部５４は、基底コードのそれぞれの階調と入力階調とを比較して、入力階調を超えかつ最も近い階調の基底コードを選択し、上階調基底コードとして出力する。

ルール生成部６０は、選択した上階調基底コードに非点灯サブフィールドを追加して画像表示に用いるコードの数を増やすためのルールを、画像信号および画像信号に付随する属性に基づき生成する。しかし無制限に非点灯サブフィールドを追加することはできない。例えば全てのサブフィールドを非点灯サブフィールドとして生成されたコードの階調は「０」となるが、このようなルールは許されない。また階調重みの大きいサブフィールドに多くの非点灯サブフィールドを追加することはできない。

ルール生成部６０で生成が許されるルールは、上階調基底コードの階調以下であって、入力階調以下でありかつ最も近い階調の基底コード（下階調基底コード）の階調以上の階調をもつコードを生成するルールである。ルール生成部６０で生成されるルールは、詳細は後述するが、１つめに追加する非点灯サブフィールドに関するルール、２つめに追加する非点灯サブフィールドに関するルール、非点灯を禁止するサブフィールドに関するルールで記述される。

上下コード生成部７０は、画像表示に使用できるサブフィールドコードの中から、当該画素の画像信号より大きくかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードおよび当該画素の画像信号以下でかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードをそれぞれ上階調コードおよび下階調コードとして生成する。

本実施の形態においては、基底コード生成部５０で生成した上階調基底コードにルール生成部６０で生成したルールを適用して生成できるサブフィールドコードの中から、入力階調より大きくかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードを上階調コードとして生成し、入力階調以下でかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードを下階調コードとして生成する。

本実施の形態においては、上下コード生成部７０は、中間コード生成部７２と、上下コード選択部７４とを有する。

中間コード生成部７２は、上階調基底コードに非点灯サブフィールドを追加して画像表示に使用するコードを生成する。こうして生成されたコードを「中間コード」と呼称する。また中間コードにもとの上階調基底コードを加えたテーブルを「中間コードセット」と称する。

図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の実施の形態における画像表示装置のルールにより生成される中間コードセットの一例を示す図である。図８Ａは、１つめに追加する非点灯サブフィールドに関するルール「非点灯サブフィールドを１つ追加する」というルールを図７Ａに示した基底コード「１１１１１１００」に適用して生成した中間コードセットを示す図である。この例では基底コードに６つの点灯サブフィールドＳＦ１〜ＳＦ６が存在するので、このうちの１つを非点灯サブフィールドに変更することにより６個の中間コードが得られる。ただし中間コード「１１１１１０００」は基底コードに等しく、それ以外の５個のコードが新たに生成された中間コードである。

図８Ｂは、１つめに追加する非点灯サブフィールドに関するルール「非点灯サブフィールドを１つ追加する」に加えて、２つめに追加する非点灯サブフィールドに関するルール「新たに生成された中間コードのうちで階調の最も小さいコードのサブフィールドＳＦ２に非点灯サブフィールドを追加する」というルールを、基底コード「１１１１１１００」に適用して生成した中間コードセットを示す図である。この例では６個の中間コードが新たに生成される。

図８Ｃは、１つめに追加する非点灯サブフィールドに関するルール「非点灯サブフィールドを１つ追加する」に加えて、非点灯を禁止するサブフィールドに関するルール、「サブフィールドＳＦ１、ＳＦ２の非点灯を禁止する」というルールを基底コード「１１１１１１００」に適用して生成した中間コードセットを示す図である。この例では３個の中間コードが新たに生成される。

このように中間コード生成部７２は、基底コード生成部５０が生成した上階調基底コードにルール生成部６０で生成されたルールを適用して中間コードセットを生成する。

上下コード選択部７４は、中間コード生成部７２で生成した中間コードセットに含まれるコードそれぞれの階調と入力階調とを比較して、入力階調より大きくかつ最も近い階調をもつコードを上階調コードとして選択し出力する。また入力階調以下でかつ最も近い階調をもつコードを下階調コードとして選択し出力する。

表示コード選択部８０は、本実施の形態においては、再帰型の２次元ローパス信号処理を行うと同時に誤差拡散処理を行う。そして上階調コードおよび下階調コードのいずれかを表示コードとして選択する。

図９は、本発明の実施の形態における画像表示装置３０の表示コード選択部８０の回路ブロック図である。表示コード選択部８０は、表示コード出力部８１と、リミッタ８２と、第２加算部８６と、拡散巡回部９０と、乗算部９１と、第１加算部９２と、減算部９３とを有する。

表示コード出力部８１は、上階調コード、下階調コード、および第２加算部８６から出力される表示すべき諧調を入力する。そして上階調コードおよび下階調コードのうち、表示すべき階調に近いほうのコードを表示コードとして出力する。このとき表示すべき階調と表示コードの階調との差を求め、新しく発生した誤差としてリミッタ８２に出力する。

リミッタ８２は、入力した誤差の絶対値を所定の閾値Ｅｔｈ以下に制限する。すなわち、入力した誤差Ｅｒが、−Ｅｔｈ≦Ｅｒ≦Ｅｔｈであれば、制限された誤差として誤差Ｅｒをそのまま出力する。また入力した誤差Ｅｒが、Ｅｒ＜−Ｅｔｈであれば、制限された誤差として−Ｅｔｈを出力する。また入力した誤差Ｅｒが、Ｅｔｈ＜Ｅｒであれば、制限された誤差としてＥｔｈを出力する。

乗算部９１は、画像信号に「１」以下の係数Ｋを乗算し、Ｋ倍に定数倍した画像信号を出力する。第１加算部９２は、リミッタ８２から出力される誤差に乗算部９１から出力される画像信号の定数倍を加算する。

拡散巡回部９０は、遅延部８３ａ〜８３ｄと、乗算部８４ａ〜８４ｄと、加算部８５とを有する。

遅延部８３ａは第１加算部９２の出力を１画素分遅延し、遅延部８３ｂは同出力を（１ライン−１画素）分遅延し、遅延部８３ｃは同出力を１ライン分遅延し、遅延部８３ｄは同出力を（１ライン＋１画素）分遅延する。そして乗算部８４ａは遅延部８３ａの出力に係数ｋ４をかけ、乗算部８４ｂは遅延部８３ｂの出力に係数ｋ３をかけ、乗算部８４ｃは遅延部８３ｃの出力に係数ｋ２をかけ、乗算部８４ｄは遅延部８３ｄの出力に係数ｋ１をかける。そして加算部８５は、乗算部８４ａ〜８４ｄの出力を加算する。

減算部９３は、乗算部９１から出力される画像信号の定数倍を加算部８５の出力から減算する。

第２加算部８６は、画像信号に減算部９３の出力を加算して、表示すべき階調として表示コード出力部８１に出力する。

ここで、表示コード出力部８１と、リミッタ８２と、拡散巡回部９０と、第２加算部８６とは誤差を周囲の画素に拡散する誤差拡散回路を構成する。また表示コード出力部８１と、リミッタ８２と、第１加算部９２と、拡散巡回部９０と、減算部９３と、第２加算部８６とは再帰型の２次元ローパスフィルタを構成する。

まず表示コード選択部８０の中に構成された誤差拡散回路について説明する。ここでは第１加算部９２および減算部９３は存在しないとして説明する。あるいは、第１加算部９２はリミッタ８２の出力をそのまま遅延部８３ａ〜８３ｄに出力し、減算部９３は加算部８５の出力をそのまま第２加算部８６に出力するとして説明する。

図１０は、本発明の実施の形態における画像表示装置における誤差拡散回路の動作を説明する図である。図１０の中心に示した画素（当該画素）には、左上の画素で発生した誤差に係数ｋ１をかけた値が拡散され、上の画素で発生した誤差に係数ｋ２をかけた値が拡散され、右上の画素で発生した誤差に係数ｋ３をかけた値が拡散され、左の画素で発生した誤差に係数ｋ４をかけた値が拡散される。また当該画素で発生した誤差に係数ｋ４をかけた値を右の画素に拡散し、当該画素で発生した誤差に係数ｋ３をかけた値を左下の画素に拡散し、当該画素で発生した誤差に係数ｋ２をかけた値を下の画素に拡散し、当該画素で発生した誤差に係数ｋ１をかけた値を右下の画素に拡散する。

このように、表示コード選択部８０の中に構成された誤差拡散回路は、上階調コードおよび下階調コードのうち、表示すべき階調に近いほうのコードを表示コードとして出力し、そこで発生した誤差を周辺の画素に拡散する。なお本実施の形態においては、各係数の値を、ｋ１＝１／１６、ｋ２＝４／１６、ｋ３＝３／１６、ｋ４＝８／１６と設定するか、または、ｋ１＝３／１６、ｋ２＝４／１６、ｋ３＝１／１６、ｋ４＝８／１６と設定する。そして何れの値に設定するかは乱数を用いて決定している。

つぎに表示コード選択部８０の中に構成されたローパスフィルタについて説明する。ここでは第１加算部９２から遅延部８３ａ〜８３ｄのそれぞれに供給された画像信号（乗算部９１で係数Ｋ倍された画像信号）そのものが周辺の画素に巡回される。すなわち図１０の中心に示した当該画素の画像信号には、左上の画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ１とをかけた信号が加算され、上の画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ２とをかけた信号が加算され、右上の画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ３とをかけた画像信号が加算され、左の画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ４とをかけた画像信号が加算される。また当該画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ４とをかけた画像信号を右の画素に巡回し、当該画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ３とをかけた画像信号を左下の画素に巡回し、当該画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ２とをかけた画像信号を下の画素に巡回し、当該画素の画像信号に係数Ｋと係数ｋ１とをかけた画像信号を右下の画素に巡回する。

このように、本実施の形態における表示コード選択部８０は再帰型のローパスフィルタとしても動作する。

しかし本実施の形態においては、表示コード出力部８１が上階調コードおよび下階調コードのいずれかを出力し、上階調コードを超える階調または下階調コードに満たない階調を出力することはない。そして上階調コードを超える階調または下階調コードに満たない階調に対しては、表示コード出力部８１が誤差として大きな値を出力し、リミッタ８２がこの大きな値を制限する。したがって、上階調コードを超える階調または下階調コードに満たない階調に対してはローパスフィルタとして動作し難くなる。

図１１は、本発明の実施の形態における画像表示装置におけるローパスフィルタの動作を説明する模式図であり、上階調コードまたは下階調コードとして図８Ｃに示したサブフィールドコードを用いる場合の例である。本実施の形態における表示コード選択部８０は、例えば矢印Ａで示したように下階調コードと上階調コードとの間の階調の画像信号に対してはローパスフィルタとしても動作するので、平均的な輝度を変えることなく電力を効果的に抑制することができる。一方、矢印Ｂで示したように下階調コードまたは下階調コードの諧調を跨ぐ画像信号に対してはローパスフィルタとして動作し難いので、元の画像信号の情報を損なうことなく画像を表示することができる。

いずれにしても、ローパスフィルタの強さにかかわらず上階調コードおよび下階調コードのいずれかが表示コードとして出力されるので、大きく逸脱した画像が表示されるおそれがなく、滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路の消費電力抑制とを両立させることができる。

このように本実施の形態における表示コード選択部８０は、上階調コードおよび下階調コードのうち表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして出力するとともに表示すべき諧調と表示コードとの差を誤差として出力する表示コード出力部８１と、誤差の絶対値を所定の閾値以下に制限するリミッタ部８２と、リミッタ部の出力に画像信号の定数倍を加算する第１加算部９２と、第１加算部９２の出力をそれぞれ異なる時間で遅延し異なる係数を乗算した後に合算する拡散巡回部９０と、拡散巡回部９０の出力から画像信号の定数倍を減算する減算部９３と、画像信号に減算部９３の出力を加算して表示すべき階調を求める第２加算部８６とを有し、当該画素で発生した誤差を周辺画素へ拡散させるとともに当該画素の画像信号を周辺画素へ巡回させ、周辺画素から当該画素へ拡散されてきた誤差および周辺画素から当該画素へ巡回されてきた画像信号を当該画素の画像信号に加算して表示すべき階調を求め、上階調コードおよび下階調コードのうち表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして選択する。これにより、演算回路を用いて画像信号処理回路３１を構成し、かつ滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路３２の消費電力抑制とを両立させた画像表示を行っている。

次に、画像信号処理回路３１の動作について説明する。なお以下では、図７Ａに示した基底コードセットを使用すると仮定して説明する。

図１２は、本発明の実施の形態における画像表示装置の画像信号処理回路３１の動作を示すフローチャートである。

（ステップＳ４１）１つの画素に対応する画像信号を入力し、属性検出部４０がその画像信号に付随する属性を検出する。

例えば、このときの画素に対応する画像信号の階調値（入力階調）が「２５」であり、静止画領域の画像信号であったとする。

（ステップＳ５０）基底コード生成部５０が、画像信号に対する上階調基底コードを選択する。

基底コード生成部５０は、基底コード記憶部５２に記憶されている基底コードセットの基底コードそれぞれの階調と入力階調とを比較して、入力階調よりも大きくかつ最も近い階調をもつ基底コードを上階調基底コードとして選択し出力する。ここでは入力階調が「２５」であるので、階調「３２」をもつ基底コード「１１１１１１００」が上階調基底コードとして出力される。

（ステップＳ６１）ルール生成部６０が中間コードセット生成のためのルールを生成する。ここでは、図８Ｃに示したルール、すなわち「点灯サブフィールドの１つを非点灯サブフィールドに変更する」および「サブフィールドＳＦ１、ＳＦ２の非点灯を禁止する」というルールを追加すると仮定する。

（ステップＳ７２）中間コード生成部７２が中間コードセットを生成する。

中間コード生成部７２は、ルール生成部６０が生成したルールに従って中間コードを生成する。ここでは、基底コード「１１１１１１００」のサブフィールドＳＦ３〜ＳＦ６を非点灯サブフィールドに置き換えることにより、４つの中間コード「１１１１１０００」、「１１１１０１００」、「１１１０１１００」、「１１０１１１００」を生成する。こうして図８Ｃに示した中間コードセットが得られる。

（ステップＳ７４）上下コード選択部７４が上階調コードと下階調コードを選択する。

上下コード選択部７４は、中間コードセットの各コードの階調と入力階調とを比較して、入力階調よりも大きくかつ最も近い階調をもつコードを上階調コードとして選択する。また入力階調以下であってかつ最も近い階調をもつコードを下階調コードとして選択する。ここでは入力階調が「２５」であるので、上階調コードとして階調「２７」をもつコード「１１１０１１００」を選択する。また下階調コードとして階調「２４」をもつコード「１１１１０１００」を選択する。

（ステップＳ８０）表示コード選択部８０の第２加算部８６が表示すべき階調を算出する。

減算部９３の出力には、誤差拡散回路の誤差成分と、ローパスフィルタの巡回成分とが含まれている。入力階調の空間的な変動幅が上階調コードおよび下階調コードの範囲内であれば、減算部９３の出力も比較的小さい値である。しかし入力階調の空間的な変動幅が大きく変動した場合には、減算部９３の出力は大きな値となる。

第２加算部８６は、入力階調に減算部９３の出力を加算して、対応する画素で表示すべき階調を算出する。例えば入力階調が「２５」であり、減算部９３の出力が「−０．３５」であれば、表示すべき階調は「２５．３５」である。また例えば入力階調の空間的な変動幅が大きく変動して、減算部９３の出力が「−１０」であれば、表示すべき階調は「３５」である。

（ステップＳ８１）表示コード選択部８０の表示コード出力部８１は、表示すべき階調と上階調コードの階調および下階調コードの階調とを比較する。そして表示すべき階調が上階調コードの階調に近い場合は、実際の表示に用いる表示コードとして上階調コードを出力する。また表示すべき階調が下階調コードの階調に近い場合は、実際の表示に用いる表示コードとして下階調コードを出力する。

例えば、表示すべき階調が「２５．３５」であれば表示コードとして階調「２４」をもつコード「１１１１０１００」を出力する。また例えば表示すべき階調が「３５」であれば表示コードとして階調「２７」をもつコード「１１１０１１００」を出力する。

（ステップＳ８２）表示コード選択部８０の表示コード出力部８１は、表示すべき階調から表示コードの階調を減じた値を新たに発生した誤差としてリミッタ８２に出力し、リミッタ８２は、入力した誤差の絶対値を所定の閾値Ｅｔｈ以下に制限して第１加算部９２に出力する。例えばリミッタ８２の所定の閾値Ｅｔｈが「３」であったとする。このとき例えば、表示すべき階調が「２５．３５」であり表示コードの階調が「２４」であれば誤差「１．３５」をリミッタ８２に出力する。そしてリミッタ８２は、誤差「１．３５」をそのまま第１加算部９２に出力する。また例えば、表示すべき階調が「３５」であり表示コードの階調が「２７」であれば誤差「８」をリミッタ８２に出力する。そしてリミッタ８２は、誤差を制限して「３」を第１加算部９２に出力する。

そしてステップＳ４１に戻る。

このようにして本実施の形態における画像信号処理回路３１は、画像信号から表示コードへの変換を、変換テーブルを用いるのではなく、論理計算を用いて実行している。また大容量メモリを用いることなく時間的な誤差拡散処理を行っている。

なお、本実施の形態においては、ディザ処理については触れなかった。しかし誤差拡散に加えてディザ処理を行う構成であってもよい。

図１３は、本発明の他の実施の形態における画像表示装置３０の表示コード選択部８０の回路ブロック図である。図１３には、図９に示した表示コード選択部８０の回路ブロックに、ディザ選択部８９が追加されている。

ディザ選択部８９は、画像信号およびその属性に基づき、記憶している複数のディザパターンの中から１つのディザパターンを選択する。また対応する画像信号の画素の位置に基づき、選択したディザパターンの対応するディザ要素を選択して出力し、さらに選択したディザ要素に上階調コードの階調と下階調コードの階調との差を乗じてディザ値を求める。

図１４Ａ、図１４Ｂは、本発明の実施の形態における画像表示装置で使用するディザパターンの一例を示す図である。図１４Ａは、最も単純な２値ディザを示す図であり、ディザ要素「＋０．２５」と「−０．２５」とが市松状に配列されている。また図１４Ｂは、４値ディザの一例を示す図であり、２画素×２画素のブロックのそれぞれにディザ要素「＋０．３７５」、「＋０．１２５」、「−０．３７５」、「−０．１２５」が配列されている。

そして第２加算部８６は、入力階調とディザ値と加算部８５の出力とを加算して表示すべき階調を算出する。表示コード出力部８１は、上階調コードおよび下階調コードのうち、表示すべき階調に近いほうのコードを表示コードとして出力する。このとき表示すべき階調と表示コードの階調との差を求め、新しく発生した誤差としてリミッタ８２に出力する。

なお本実施の形態においては、基底コード生成部５０は、基底コード記憶部５２を有し、基底コード記憶部５２に基底コードセットがあらかじめ記憶されている構成について説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではない。例えば基底コード生成ルールがあらかじめ定められており、基底コード生成ルールに基づき順次生成される基底コードの階調と入力階調とを比較する構成であってもよい。

また本実施の形態においては、上下コード生成部７０は、中間コード生成部７２で中間コードセットを生成した後に、上下コード選択部７４で上階調コードおよび下階調コードを選択する構成について説明した。しかし本発明はこれに限定されるものではない。例えば、階調が大きくなる順に中間コードを生成すると同時に入力階調と比較する構成であってもよい。

また、本実施の形態において用いた具体的な各数値は、単に一例を挙げたに過ぎず、画像表示装置の仕様等に合わせて、適宜最適な値に設定することが望ましい。

本発明は、演算回路を用いて画像信号処理回路を構成し、かつ滑らかな階調表示とデータ電極駆動回路の消費電力抑制とを両立させることができ、画像表示装置として有用である。

１０ パネル
１２ 走査電極
１３ 維持電極
２２ データ電極
３０ 画像表示装置
３１ 画像信号処理回路
４０ 属性検出部
５０ 基底コード生成部
５２ 基底コード記憶部
５４ 基底コード選択部
６０ ルール生成部
７０ 上下コード生成部
７２ 中間コード生成部
７４ 上下コード選択部
８０ 表示コード選択部
８１ 表示コード出力部
８２ リミッタ
８３ａ〜８３ｄ 遅延部
８４ａ〜８４ｄ 乗算部
８５ 加算部
８６ 第２加算部
８９ ディザ選択部
９０ 拡散巡回部
９１ 乗算部
９２ 第１加算部
９３ 減算部

Claims (2)

1. 階調重みの定められた複数のサブフィールドで１フィールドを構成し、サブフィールドのそれぞれの点灯または非点灯の組合せを示すサブフィールドコードを用いて各画素で階調を表示する画像信号処理回路を備えた画像表示装置であって、
   前記画像信号処理回路は、
   画像表示に使用できるサブフィールドコードの中から、当該画素の画像信号より大きくかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードおよび当該画素の画像信号以下でかつ最も近い階調をもつサブフィールドコードをそれぞれ上階調コードおよび下階調コードとして生成する上下コード生成部と、
   当該画素で発生した誤差を周辺画素へ拡散させるとともに当該画素の画像信号を周辺画素へ巡回させ、周辺画素から当該画素へ拡散されてきた誤差および周辺画素から当該画素へ巡回されてきた画像信号を当該画素の画像信号に加算して表示すべき階調を求め、前記上階調コードおよび前記下階調コードのうち前記表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして選択する表示コード選択部とを有し、
   前記表示コードを用いてサブフィールドのそれぞれで各画素の点灯・非点灯を制御して階調を表示することを特徴とする画像表示装置。
2. 前記表示コード選択部は、
   前記上階調コードおよび前記下階調コードのうち前記表示すべき階調に近い階調をもつサブフィールドコードを表示コードとして出力するとともに、前記表示すべき諧調と前記表示コードとの差を誤差として出力する表示コード出力部と、
   前記誤差の絶対値を所定の閾値以下に制限するリミッタ部と、
   前記リミッタ部の出力に画像信号の定数倍を加算する第１加算部と、
   前記第１加算部の出力を、それぞれ異なる時間で遅延し異なる係数を乗算した後に合算する拡散巡回部と、
   前記拡散巡回部の出力から画像信号の定数倍を減算する減算部と、
   画像信号に前記減算部の出力を加算して前記表示すべき階調を求める第２加算部とを有することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

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