JP2018046317A - 映像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】階調潰れを防止すること。【解決手段】BDプレーヤー1は、モニターのダイナミックレンジを取得するCPU2と、コンテンツ情報を取得する再生部4と、CPU2が取得したモニターのダイナミックレンジと、再生部4が取得したコンテンツ情報と、に基づいて、デジタル映像信号を変換する映像処理部5と、を備える。映像処理部5は、「コンテンツの最小輝度」に相当するデジタル映像信号のコード値が、「モニターの最小輝度」に相当するコード値、また、「コンテンツの最大輝度」に相当するデジタル映像信号のコード値が、「モニターの最大輝度」に相当するコード値となるように、コンテンツのデジタル映像信号の各コード値を変換する。【選択図】図5

Description

本発明は、デジタル映像信号に映像信号処理を行う映像処理装置に関する。
近年、高輝度のHDR(High Dynamic Range)に対応したHDRコンテンツが登場している。HDRコンテンツは、マスターモニターを使用してマスタリングされている。HDRコンテンツは、HDR対応のソース機器、リピーター機器等から、HDMI(登録商標)等を通じて、モニター、プロジェクター等に送信される。このとき、映像信号とともに、以下のようなコンテンツ情報も送信される。
(1)EOTF(Electro-Optical Transfer Function)の種類
(2)マスタリングしたモニターの最大輝度
(3)マスタリングしたモニターの最小輝度
(4)最大フレーム平均輝度
モニターは、(1)〜(4)の情報に基づいて、映像信号を光学的な明るさに変換する。しかしながら、市販されているモニターは、マスターモニターよりもダイナミックレンジが狭いため、コンテンツによっては、コンテンツのダイナミックレンジが、モニターのダイナミックレンジを上回る場合がある。この場合、各EOTF規格に応じた輝度変換を行うだけでは、黒潰れや白飛びが起きてしまう。黒潰れや白飛びを低減するには、モニターがコンテンツ情報を活用し、コンテンツのダイナミックレンジに合わせた最適な輝度変換を行う必要がある。しかしながら、モニターによっては、EOTFの種類だけで一意に処理を決めているものもあり、コンテンツによっては階調潰れが起きてしまう。
以下、モニターのダイナミックレンジのパターンを示し、EOTFのグラフを用いて、階調潰れについて説明する。ダイナミックレンジの広さは、下記(a)〜(c)の3パターンが考えられる。
(a)規格値>マスターモニター>コンテンツ>一般的なモニター
(b)規格値>マスターモニター>一般的なモニター>コンテンツ
(c)規格値>コンテンツ>マスターモニター>一般的なモニター
通常は、(a)であるため、(a)を例にして説明する。
図8は、規格値のダイナミックレンジを示す図である。図9は、マスターモニターのダイナミックレンジの例を示す図である。図10は、コンテンツに含まれる輝度信号の範囲の例を示す図である。図11は、一般的なモニターのダイナミックレンジの例を示す図である。図8〜図11に示すように、上記(a)のとおりである。
EOTFの種類で一意に処理を決めているモニターは、処理例として、EOTFの数式に単にあてはめて処理を行っている。このため、モニターのダイナミックレンジ外は、最小値、又は、最大値で張り付く。これにより、黒潰れ、及び、白飛びが発生する可能性が大きい。図12は、モニターのダイナミックレンジが、0.05−700(cd/m)の場合の例を示す図である。図13は、黒潰れしている付近を示す拡大図である。図示するように、最小値に張り付き、黒潰れが発生する。また、最大値に張り付き、白飛びが発生する。ここで、図8〜図13に示す映像信号の値は、10ビットの信号での値である。
なお、特許文献1に記載の発明は、HDR信号を、輝度値を示すリニアな信号に変換する。そして、特許文献1に記載の発明は、変換したリニアな信号を、ディスプレイ特性情報とコンテンツ輝度情報とを用いて変換する。
特許第5914902号公報
上述した階調潰れは、モニターのダイナミックレンジ不足に起因している。
本発明の目的は、階調潰れを防止することである。
第1の発明の映像処理装置は、表示装置のダイナミックレンジを取得する制御部と、コンテンツ情報を取得する取得部と、前記制御部が取得した前記表示装置のダイナミックレンジと、前記取得部が取得したコンテンツ情報と、に基づいて、映像信号を変換する映像処理部と、を備え、前記映像処理部は、コンテンツ情報に含まれるコンテンツの最小輝度が、前記表示装置のダイナミックレンジの最小輝度、コンテンツ情報に含まれるコンテンツの最大輝度が、前記表示装置のダイナミックレンジの最大輝度となるように、映像信号を変換することを特徴とする。
本発明では、映像処理部は、コンテンツの最小輝度が、表示装置の最小輝度、コンテンツの最大輝度が、表示装置の最大輝度となるように、映像信号を変換する。これにより、コンテンツの輝度が、表示装置の輝度内に抑えられるため、黒潰れ、白飛びが発生することがない。従って、本発明によれば、階調潰れが防止される。
第2の発明の映像処理装置は、第1の発明の映像処理装置において、前記制御部は、前記映像処理部に、テスト画像を生成させ、コンテンツ情報のEOTFを、前記表示装置が対応しているEOTFに固定し、EOTF以外が異なる複数のコンテンツ情報を、テスト画像とともに、順に前記表示装置に送信し、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行うか否かの設定を受け付け、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う設定を受け付けた場合、前記映像処理部は、映像信号を変換し、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行わない設定を受け付けた場合、前記映像処理部は、映像信号を変換しないことを特徴とする。
本発明では、制御部は、コンテンツ情報のEOTFを、表示装置が対応しているEOTFに固定し、EOTF以外が異なる複数のコンテンツ情報を、テスト画像とともに、順に表示装置に送信する。表示装置の輝度、階調が変化していない場合、表示装置が、EOTFの種類だけで一意に処理を決めている。ここで、制御部は、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行うか否かの設定を受け付ける。従って、ユーザーは、表示装置の輝度、階調が変化していない場合、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う設定を行うことで、映像処理装置に、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行わせることができる。
第3の発明の映像処理装置は、第1又は第2の発明の映像処理装置において、前記制御部は、前記映像処理部に、ランプ画像、又は、グレースケール画像を生成させ、ランプ画像、又は、グレースケール画像を前記表示装置に送信し、ランプ画像、又は、グレースケール画像の最大値と最小値との設定を受け付け、設定を受け付けたランプ画像、又は、グレースケール画像の最大値と最小値とを、前記表示装置のダイナミックレンジとして取得することを特徴とする。
第4の発明の映像処理装置は、第1又は第2の発明の映像処理装置において、前記制御部は、前記映像処理部に、最大値と最小値とが異なる複数のランプ画像、又は、グレースケール画像を生成させ、複数のランプ画像、又は、グレースケール画像を順に前記表示装置に送信し、複数のランプ画像、又は、グレースケール画像のうちのいずれか一つの選択を受け付け、選択を受け付けたランプ画像、又は、グレースケール画像の最大値と最小値とを、前記表示装置のダイナミックレンジとして取得することを特徴とする。
第5の発明の映像処理装置は、第1〜第4のいずれかの発明の映像処理装置において、前記取得部は、媒体からコンテンツ情報を取得することを特徴とする。
第6の発明の映像処理装置は、第1〜第4のいずれかの発明の映像処理装置において、前記取得部は、受信した映像信号からコンテンツ情報を取得することを特徴とする。
本発明によれば、階調潰れが防止される。
本発明の第1実施形態に係るBDプレーヤーの構成を示すブロック図である。 変換式を示すグラフである。 コンテンツに含まれる輝度信号の範囲の例を示す図である。 黒潰れ、白飛びが発生している例を示す図である。 変換されたデジタル映像信号の輝度範囲を示す図である。 変換されたデジタル映像信号の輝度範囲を示す図である。 本発明の第2実施形態に係るAVレシーバーの構成を示すブロック図である。 規格値のダイナミックレンジを示す図である。 マスターモニターのダイナミックレンジの例を示す図である。 コンテンツに含まれる輝度信号の範囲の例を示す図である。 一般的なモニターのダイナミックレンジの例を示す図である。 モニターのダイナミックレンジが、0.05−700(cd/m)の場合の例を示す図である。 黒潰れしている付近を示す拡大図である。
以下、本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係るBD(Blu-ray(登録商標) Disc)プレーヤーの構成を示すブロック図である。BDプレーヤー1(映像処理装置)は、CPU2、操作部3、再生部4、映像処理部5、OSD処理部6、信号送信部7を備える。CPU(Central Processing Unit)2(制御部)は、BDプレーヤー1を構成する各部を制御する。操作部3は、ユーザー操作を受け付けるためのものであり、BDプレーヤー1の筐体に設けられた操作ボタンやリモートコントローラーである。再生部4は、例えば、BD8からデジタル映像信号を読み取って再生する。再生部4は、再生時、BD8(媒体)からコンテンツ情報を取得する。コンテンツ情報には、EOTFの種類、マスタリングしたモニターの最大輝度、マスタリングしたモニターの最小輝度、コンテンツの最大輝度、最大フレーム平均輝度が含まれる。映像処理部5は、再生部4が再生したデジタル映像信号に、映像信号処理を行う。映像信号処理には、コンテンツのダイナミックレンジを変換する処理が含まれる。また、映像処理部5は、ランプ画像、及び、グレースケール画像を生成する。ランプ画像は、滑らかな階調変化を有する画像である。
OSD(On Screen Display)処理部6は、OSDを生成する。信号送信部7は、デジタル映像信号にコンテンツ情報を埋め込み、接続されているモニター(表示装置)に送信する。
以下、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う処理について説明する。CPU2は、接続されているモニターがEOTFの種類だけで一意に処理を決めているか否かを判断する。CPU2は、テスト画像(例えば、ランプ画像、グレースケール画像)と、コンテンツ情報と、を出力する。コンテンツ情報には、EOTFの種類、マスタリングしたモニターの最大輝度、マスタリングしたモニターの最小輝度、コンテンツの最大輝度、最大フレーム平均輝度が含まれる。具体的には、CPU2は、映像処理部5に、例えば、ランプ画像を生成させる。また、CPU2は、信号送信部5に、ランプ画像にコンテンツ情報を埋め込ませ、モニターへ送信させる。ここで、CPU2は、各EOTFに対して、その他のコンテンツ情報の値を変えた組み合わせを記憶しておく。そして、CPU2は、コンテンツ情報のEOTFを、モニターが対応しているEOTFに固定し、EOTF以外が異なる複数のコンテンツ情報を、ランプ画像とともに、順にモニターに出力する。ユーザーは、モニターを目視し、モニターの輝度、階調が変化しているかどうかを確認する。なお、ランプ画像に替えて、グレースケール画像を生成し、グレースケール画像を送信するようになっていてもよい。
モニターの輝度、階調が変化していない場合、モニターが、EOTFの種類だけで一意に処理を決めている。このため、ユーザーは、操作部3を操作して、BDプレーヤー1に、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行わせる。また、モニターの輝度、階調が変化している場合、モニターが、EOTFの種類以外のコンテンツ情報に応じて、輝度調整を行っているため、BDプレーヤー1でコンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う必要はない。従って、CPU2は、操作部3を介して、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行わない設定を受け付けた場合、コンテンツのダイナミックレンジの最適化(デジタル映像信号の変換)を行わない。
CPU2は、操作部3を介して、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う設定を受け付けた場合、コンテンツのダイナミックレンジの最適化(デジタル映像信号の変換)を行う。まず、CPU2は、接続されているモニターのダイナミックレンジを取得する。CPU2は、接続されているモニターのダイナミックレンジを取得するため、信号送信部7により、EOTFの種類と、ランプ画像と、をモニターに送信する。ここで、BDプレーヤー1は、マニュアル調整モードと、プリセットモードと、を有する。
マニュアル調整モードは、ユーザーが、操作部3を操作して、ランプ画像の最大値と、最小値と、を調整可能なモードである。ユーザーは、操作部3を操作して、ランプ画像の最大値と、最小値と、を調整し、階調が最も識別可能な値に調整する。CPU2は、ユーザー操作に応じて、映像処理部5により、ランプ画像の階調を変化させる。CPU2は、操作部3を介して、ランプ画像の最大値と、最小値と、の設定を受け付ける。そして、CPU2は、設定を受け付けた最大値と、最小値と、を各EOTFに対するモニターの最大輝度値と、最小輝度値と、に設定する。すなわち、CPU2は、設定を受け付けたランプ画像の最大値と最小値とを、モニターのダイナミックレンジとして取得する。言い換えれば、CPU2は、設定を受け付けたランプ画像の最大値と最小値とを、モニターのダイナミックレンジと推定する。
プリセットモードは、モニターのダイナミックレンジのパターンに合わせたいくつかのランプ画像をモニターに送信し、ユーザーがモニターに表示されたランプ画像のうち、階調が最も識別可能なランプ画像を選択するモードである。CPU2は、映像処理部5に、最大値と最小値とが異なる複数のランプ画像を生成させる。CPU2は、信号送信部7により、複数のランプ画像を順にモニターに送信する。ユーザーは、操作部3を操作して、階調が最も識別可能なランプ画像を選択する。CPU2は、操作部3を介して、複数のランプ画像のうちのいずれか一つの選択を受け付ける。そして、CPU2は、選択を受け付けたランプ画像の最大値と、最小値と、を各EOTFに対するモニターの最大輝度値と、最小輝度値と、に設定する。すなわち、CPU2は、選択を受け付けたランプ画像の最大値と最小値とを、モニターのダイナミックレンジとして取得する。言い換えれば、CPU2は、選択を受け付けたランプ画像の最大値と最小値とを、モニターのダイナミックレンジと推定する。
CPU2は、再生部4(取得部)に、BD8からコンテンツ情報を取得させる。次に、CPU2は、映像処理部5に、取得したモニターのダイナミックレンジに合わせて、デジタル映像信号のダイナミックレンジを圧縮、又は、伸長させる。まず、映像処理部5は、「マスタリングしたモニターの最小輝度」を、「コンテンツの最小輝度」とする。次に、映像処理部5は、「コンテンツの最小輝度」に相当するデジタル映像信号のコード値が、「モニターの最小輝度」に相当するコード値、また、「コンテンツの最大輝度」に相当するデジタル映像信号のコード値が、「モニターの最大輝度」に相当するコード値となるように、コンテンツのデジタル映像信号の各コード値を変換する。
以下のようにコード値を定義する。
変換前のデジタル映像信号のコード値 D
変換後のデジタル映像信号のコード値 D´
コンテンツの最小輝度に相当するデジタル映像信号のコード値 Cmin
コンテンツの最大輝度に相当するデジタル映像信号のコード値 Cmax
モニターの最小輝度に相当するコード値 Mmin
モニターの最大輝度に相当するコード値 Mmax
なお、コンテンツの最大輝度=0、コンテンツの最大輝度>マスタリングしたモニターの最大輝度である場合、「コンテンツの最大輝度」の代わりに、「マスタリングしたモニターの最大輝度」を代用する。
変換式は、以下のとおりである。図2は、変換式を示すグラフである。
D<Cminのとき、D´=Mmin
Cmin≦D≦Cmaxのとき、
D´=(D−Cmin)/(Cmax−Cmin)×(Mmax−Mmin)+Mmin
D>Cmaxのとき、D´=Mmax
コンテンツ情報は、以下のとおりであるとする。
EOTFの種類 SMPTE ST2084
マスタリングしたモニターの最大輝度 4000cd/m
マスタリングしたモニターの最小輝度 0.0050cd/m(コード値19)
コンテンツの最大輝度 1977cd/m(コード値842)
最大フレーム平均輝度 1112cd/m
ユーザーがランプ画像を調整した結果、モニターの最小輝度、最大輝度が以下のようになったとする。
モニターの最小輝度 0.05cd/m(コード値51)
モニターの最大輝度 700cd/m(コード値728)
図3は、コンテンツに含まれる輝度信号の範囲の例を示す図である。BDプレーヤー1が、デジタル映像信号を変換せずに、デジタル映像信号をモニターに出力した場合、例えば、図4に示すように、黒潰れ、白飛びが発生する。
映像処理部5は、上記した計算を行い、デジタル映像信号のコード値を変換する。
コンテンツの最小信号 0.0050cd/m 19(変換前)−>51(変換後)
コンテンツの最大信号 1977cd/m 842(変換前)−>728(変換後)
図5は、変換されたデジタル映像信号の輝度範囲を示す図である。変換されたデジタル映像信号がモニターに出力されることにより、図6に示すように、黒潰れ、白飛びの発生が防止される。ここで、図3〜図6の映像信号の値は、10ビットの信号での値である。現状の規格では、10ビット、12ビットが規定されている。本実施形態における映像信号の値は、10ビット、12ビットでの値に限られない。
なお、デジタル映像信号のコード値の変換は、画像によって階調の変化が異なるため、以下のような変換を行ってもよい。
(1)Mmin≦D´≦Mmaxと変換した後に、さらに、ガンマ変換を行う。
(2)Mmin≦D´≦Mmaxと変換した後に、さらに、シグモイド関数を使った変換を行う。
(3)MminからMmaxまでをいくつかの領域に分けて、各領域で変換式の傾きを変える。
黒潰れ、白飛びの発生を防止するには、上記したリニアな変換式を用いればよい。
(第2実施形態)
図7は、本発明の第2実施形態に係るAVレシーバーの構成を示すブロック図である。図7に示すように、AVレシーバー11(映像処理装置)は、CPU12、操作部13、信号受信部14、映像処理部15、OSD処理部16、信号送信部17を備える。信号受信部14を除き、CPU12、操作部13、映像処理部15、OSD処理部16、信号送信部17は、コンテンツのダイナミックレンジを最適化する処理に関し、第1実施形態に係るCPU2、操作部3、映像処理部5、OSD処理部6、信号送信部7と同様であるため、説明を省略する。
AVレシーバー1には、例えば、BDプレーヤーが接続されている。信号受信部14は、BDプレーヤーから出力されるデジタル映像信号を受信する。CPU2は、信号受信部14(取得部)に、デジタル映像信号からコンテンツ情報を取得させる。
以上説明したように、本実施形態では、映像処理部5、15は、「コンテンツの最小輝度」に相当するデジタル映像信号のコード値が、「モニターの最小輝度」に相当するコード値、また、「コンテンツの最大輝度」に相当するデジタル映像信号のコード値が、「モニターの最大輝度」に相当するコード値となるように、コンテンツのデジタル映像信号の各コード値を変換する。これにより、コンテンツの輝度が、モニターの輝度内に抑えられるため、黒潰れ、白飛びが発生することがない。従って、本実施形態によれば、階調潰れが防止される。
また、本実施形態では、CPU2、12は、コンテンツ情報のEOTFを、モニターが対応しているEOTFに固定し、EOTF以外が異なる複数のコンテンツ情報を、テスト画像とともに、順にモニターに送信する。モニターの輝度、階調が変化していない場合、モニターが、EOTFの種類だけで一意に処理を決めている。ここで、CPU2、12は、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行うか否かの設定を受け付ける。従って、ユーザーは、モニターの輝度、階調が変化していない場合、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う設定を行うことで、BDプレーヤー1、AVレシーバー11に、コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行わせることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態には限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。
上述の実施形態においては、CPU2、12は、接続されているモニターのダイナミックレンジを取得するため、信号送信部7、17により、EOTFの種類と、ランプ画像と、をモニターに送信するようになっている。ランプ画像に替えて、グレースケール画像を送信するようになっていてもよい。この場合、マニュアルモードにおいては、CPU2、12は、グレースケール画像の最大値と最小値との設定を受け付ける。そして、CPU2、12は、設定を受け付けたグレースケール画像の最大値と最小値とを、モニターのダイナミックレンジとして取得する。また、プリセットモードにおいては、CPU2、12は、複数のグレースケール画像のうちのいずれか一つの選択を受け付ける。そして、CPU2、12は、選択を受け付けたグレースケール画像の最大値と最小値とを、モニターのダイナミックレンジとして取得する。
上述の実施形態においては、映像処理装置として、BDプレーヤー(ソース機器)、AVレシーバー(リピーター機器)を例示した。これに限らず、他の映像処理装置であってもよい。
本発明は、デジタル映像信号に映像信号処理を行う映像処理装置に好適に採用され得る。
1 BDプレーヤー(映像処理装置)
2 CPU(制御部)
3 操作部
4 再生部(取得部)
5 映像処理部
7 信号送信部
11 AVレシーバー(映像処理装置)
12 CPU(制御部)
13 操作部
14 信号受信部(取得部)
15 映像処理部
17 信号送信部

Claims (6)

  1. 表示装置のダイナミックレンジを取得する制御部と、
    コンテンツ情報を取得する取得部と、
    前記制御部が取得した前記表示装置のダイナミックレンジと、前記取得部が取得したコンテンツ情報と、に基づいて、映像信号を変換する映像処理部と、
    を備え、
    前記映像処理部は、コンテンツ情報に含まれるコンテンツの最小輝度が、前記表示装置のダイナミックレンジの最小輝度、コンテンツ情報に含まれるコンテンツの最大輝度が、前記表示装置のダイナミックレンジの最大輝度となるように、映像信号を変換することを特徴とする映像処理装置。
  2. 前記制御部は、
    前記映像処理部に、テスト画像を生成させ、
    コンテンツ情報のEOTFを、前記表示装置が対応しているEOTFに固定し、EOTF以外が異なる複数のコンテンツ情報を、テスト画像とともに、順に前記表示装置に送信し、
    コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行うか否かの設定を受け付け、
    コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行う設定を受け付けた場合、前記映像処理部は、映像信号を変換し、
    コンテンツのダイナミックレンジの最適化を行わない設定を受け付けた場合、前記映像処理部は、映像信号を変換しないことを特徴とする請求項1に記載の映像処理装置
  3. 前記制御部は、
    前記映像処理部に、ランプ画像、又は、グレースケール画像を生成させ、
    ランプ画像、又は、グレースケール画像を前記表示装置に送信し、
    ランプ画像、又は、グレースケール画像の最大値と最小値との設定を受け付け、
    設定を受け付けたランプ画像、又は、グレースケール画像の最大値と最小値とを、前記表示装置のダイナミックレンジとして取得することを特徴とする請求項1又は2に記載の映像処理装置。
  4. 前記制御部は、
    前記映像処理部に、最大値と最小値とが異なる複数のランプ画像、又は、グレースケール画像を生成させ、
    複数のランプ画像、又は、グレースケール画像を順に前記表示装置に送信し、
    複数のランプ画像、又は、グレースケール画像のうちのいずれか一つの選択を受け付け、
    選択を受け付けたランプ画像、又は、グレースケール画像の最大値と最小値とを、前記表示装置のダイナミックレンジとして取得することを特徴とする請求項1又は2に記載の映像処理装置。
  5. 前記取得部は、媒体からコンテンツ情報を取得することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の映像処理装置。
  6. 前記取得部は、受信した映像信号からコンテンツ情報を取得することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の映像処理装置。
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