JP2019087901A - 信号レベル変換装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】映像信号に対して第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づく電気光変換によって得られる光に関する信号測定を第一の測定基準で行う信号測定器を用いて、第二の電気光伝達関数に基づいて電気光変換する映像信号について第二の測定基準で信号測定するために、前記信号測定器に前置して前処理を実行する信号レベル変換装置及びプログラムを提供する。【解決手段】信号レベル変換装置１は、当該前処理として、測定対象の映像信号を入力し、その第二の電気光伝達関数に基づいて輝度値に変換する信号レベル変換関数Ｆと、当該第一の測定基準及び第二の測定基準としての輝度差の閾値の比を輝度成分に関して積分することで得られる輝度変換を行うための輝度変換関数Ｇと、第一の電気光伝達関数の逆関数Ｈとを基にした変換処理によって当該入力した映像信号の信号レベルを変換し、信号測定器５に供すべき換算映像信号を生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＳＤＲ−ＴＶ（Standard Dynamic Range television）用の標準ダイナミックレンジの映像信号など、第一の電気光伝達関数（EOTF：Electro-Optical Transfer Function）に基づいて電気光変換する映像信号の入力を想定した信号測定器に対して、ＨＤＲ−ＴＶ（High Dynamic Range television）用の高ダイナミックレンジの映像信号など、第二の電気光伝達関数に基づいて電気光変換する映像信号の信号測定を可能とする信号レベル変換装置及びプログラムに関する。

近年、テレビ番組を視聴した視聴者が映像のフリッカに起因して光感受性発作を発症した問題を受け、日本放送協会と社団法人日本民間放送連盟による「アニメーション等の映像手法に関すガイドライン」（1998年）や、英国の独立テレビジョン委員会による「ITC Guidance Note for Licensees on Flashing Image and Regular Pattern in Television」（1994, 1998, 2001−2002年）が策定されている。また、これらガイドラインに則して、「The Harding Flash and Pattern Analyzer」（以下、ハーディングマシン）等の信号測定器が開発され、又はこれを改善する装置が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、ＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ.１７０２のＡｐｐｅｎｄｉｘ（付録）において、点滅の輝度差が所定値以上で、且つ、点滅領域の面積が画面全体の２５％を超える点滅が１秒間に３回以上生じている場合、光感受性発作を引き起こす可能性が高いとしている。

既存のハーディングマシンとして代表的な信号測定器は、まず、画面を所定の第一のブロックサイズで分割し、必要に応じてフィールド間で動き補償を行い、フィールド間の画像差分（又は、動き補償誤差）を演算し、所定の第二のブロックサイズ内における画像差分の平均値に対して第一の閾値処理（第一の閾値は、例えば、当該所定値に対応する画素値の差分値の演算）を行う。そして、この信号測定器は、その第一の閾値以上となる当該所定の第二のブロックサイズのブロック数を集計し、この集計結果のブロック数が第二の閾値（第二の閾値は、例えば、画面全体の２５％の面積に相当するブロック数）を超えた場合に有意な点滅があったと判定する。更に、この信号測定器は、当該有意な点滅が所定の時間区間（例えば、１秒間）内に所定の回数（例えば、６回（輝度上昇と下降とを別個に計数することから点滅３回に相当））以上検知した場合に、警告を発するよう構成される。

特許第４９３３７８２号明細書 特許第４８７０９９０号明細書

従来の信号測定器は、標準ダイナミックレンジ用の映像信号の信号測定に適合したものとなっており、この信号測定器を用いて、高ダイナミックレンジの映像信号を何ら信号変換せずに高ダイナミックレンジの映像信号の信号測定を行っても、特に輝度値に関わる測定においては測定誤差が生じる。

この誤差の要因として以下の二つが挙げられる。
（要因１）標準ダイナミックレンジの映像信号用と高ダイナミックレンジの映像信号用とで測定基準が異なる点。
（要因２）標準ダイナミックレンジの映像信号と高ダイナミックレンジの映像信号とでは、ディスプレイ上の輝度値と信号レベルとの関係を表す電気光伝達関数（EOTF）に差異がある点。

上述したように、従来から、標準ダイナミックレンジの映像信号を測定対象として、光感受性発作を誘発する有害な光点滅を検出するための信号測定器が知られている。この従来の信号測定器は、標準ダイナミックレンジの映像信号用に規定された測定基準（点滅輝度差、点滅回数、及び点滅面積）に従い、有害性の判定を行うものである。

一方、高ダイナミックレンジの映像信号を測定対象とする有害光点滅検出用の信号測定器はまだ存在しておらず、さらに、その測定基準も未定である。標準ダイナミックレンジの映像信号と高ダイナミックレンジの映像信号とでは、人間の視覚系に対する刺激の度合いが異なることから、測定基準も異なるものが規定されることが想定される。例えば、特に高輝度の場合には、視覚系は絶対的な輝度差よりもコントラストに比例した応答を示すことが一般的に知られている。

このため、標準ダイナミックレンジ用の点滅輝度差の閾値は図８に示すように４０[ｃｄ／ｍ^２]と規定される一方で、例えば高ダイナミックレンジ用の点滅輝度差の閾値は図９に示すように以下の測定基準が規定される可能性がある。
・平均輝度値１８０[ｃｄ／ｍ^２]以下における輝度差に対する閾値は４０[ｃｄ／ｍ^２]。
・平均輝度値１８０[ｃｄ／ｍ^２]超における輝度差に対する閾値は、平均輝度値ｙに対してｙ／４．５ [ｃｄ／ｍ^２]。

或いは、高ダイナミックレンジ用の点滅輝度差の閾値として以下のようにも表現され得る。
・点滅暗部の輝度値１６０[ｃｄ／ｍ^２]以下における輝度差に対する閾値は４０[ｃｄ／ｍ^２]。
・点滅暗部の輝度値１６０[ｃｄ／ｍ^２]超における輝度差に対する閾値は、点滅暗部の輝度値ｙ_ｍｉｎに対してｙ_ｍｉｎ／４[ｃｄ／ｍ^２]。

このような標準ダイナミックレンジの映像信号と高ダイナミックレンジの映像信号に関する測定基準の差異は、上記の要因１に記した誤差要因となる。

また、電気光伝達関数（EOTF）も、標準ダイナミックレンジの映像信号と高ダイナミックレンジの映像信号とでは異なるものが想定される。標準ダイナミックレンジの映像信号用には例えば、ＢＴ.１８８６に規定される電気光伝達関数（EOTF）が適用されるのに対し、高ダイナミックレンジの映像信号用には例えば、ＢＴ.２１００に規定されるHybrid Log-Gamma（HLG）方式やPerceptual Quantization（PQ）方式と呼ばれる電気光伝達関数（EOTF）が適用されることが想定される。

このような標準ダイナミックレンジの映像信号と高ダイナミックレンジの映像信号に関する電気光伝達関数（EOTF）の差異は、上記の要因２に記した誤差要因となる。

従って、標準ダイナミックレンジ用の信号測定器を用いて、高ダイナミックレンジの映像信号を何ら信号変換せずに高ダイナミックレンジの映像信号の信号測定を行っても、特に輝度値に関わる測定においては測定誤差が生じる。

一方で、高ダイナミックレンジ用の信号測定器を改めて開発することは、有資源の活用性、或いは規格の変動に対する即応性に問題が生じ、更には高ダイナミックレンジ用の信号測定器のコストの上昇を招くため好ましくない。

そこで、本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、ＳＤＲ−ＴＶ用の標準ダイナミックレンジの映像信号など、第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づいて電気光変換する映像信号の入力を想定した信号測定器に対して、ＨＤＲ−ＴＶ用の高ダイナミックレンジの映像信号など、第二の電気光伝達関数に基づいて電気光変換する映像信号の信号測定を可能とする信号レベル変換装置及びプログラムを提供することにある。

本発明の信号レベル変換装置は、映像信号に対して第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づく電気光変換によって得られる光に関する信号測定を第一の測定基準で行う信号測定器を用いて、第二の電気光伝達関数に基づいて電気光変換する映像信号について第二の測定基準で信号測定するために、前記信号測定器に前置して前処理を実行する信号レベル変換装置であって、前記前処理は、測定対象の映像信号を入力し、前記第二の電気光伝達関数に基づいて輝度値に変換する信号レベル変換関数Ｆと、前記第一の測定基準及び前記第二の測定基準としての輝度差の閾値の比を輝度成分に関して積分することで得られる輝度変換を行うための輝度変換関数Ｇと、前記第一の電気光伝達関数の逆関数Ｈとを基にした変換処理によって当該入力した映像信号の信号レベルを変換し、前記信号測定器に供すべき換算映像信号を生成することを特徴とする。

また、本発明の信号レベル変換装置において、前記変換処理は、前記輝度変換関数Ｇと前記逆関数Ｈとの間に、定数値を減算又は加算してオフセット調整を行う関数を含むことを特徴とする。

また、本発明の信号レベル変換装置において、前記変換処理は、前記変換処理を構成する一部の処理についてルックアップテーブルを利用し、他の部分の処理について関数演算とすることを特徴とする。

また、本発明の信号レベル変換装置において、前記変換処理は、前記変換処理を構成する全部の処理についてルックアップテーブルを利用するか、又は関数演算とすることを特徴とする。

また、本発明の信号レベル変換装置において、前記変換処理は、前記信号測定器に対し当該測定対象の映像信号のダイナミックレンジの一部分区間を処理対象とした換算映像信号を生成することを特徴とする。

更に、本発明のプログラムは、コンピューターを、本発明の信号レベル変換装置として機能させるためのプログラムとして構成する。

本発明によれば、第一の電気光伝達関数及び第一の測定基準に従って映像信号の信号測定を行う信号測定器を用いて、これら第一の電気光伝達関数及び第一の測定基準とは異なる第二の電気光伝達関数及び第二の測定基準に従って測定対象の映像信号の信号測定を行うことができるため、有資源の活用性の観点で優れたものとなる。また、本発明によれば、第二の電気光伝達関数及び第二の測定基準に変更が生じても、当該信号測定器を変更することなく即時に対応できるため、規格の変動に対する即応性の観点で優れたものとなる。

また、本発明の一態様によれば、標準ダイナミックレンジ用の信号測定器を用いて、高ダイナミックレンジ用の信号測定器として構成する際のコストの低減効果が得られる。

また、本発明の一態様によれば、測定対象の映像信号を当該信号測定器で処理可能な換算映像信号に変換する際に、当該測定対象の映像信号のダイナミックレンジ内の信号値の全てが当該換算映像信号内に収まらず、当該測定対象の映像信号のダイナミックレンジの一部分区間を処理対象とすることができ、どの一部分区間を処理対象とするかを調整することが可能となる。また、例えば本発明の一態様による信号レベル変換装置を介して、複数の信号測定器による信号測定を実施することで、当該測定対象の映像信号のダイナミックレンジ全体の信号測定を実行することが可能となる。

また、本発明の一態様によれば、演算量を削減し、処理の高速化を図ることができる。

また、本発明の一態様によれば、演算量及び処理の高速化を考慮しつつ、装置規模の増大を抑制することができる。

本発明による第１実施形態の信号レベル変換装置の概略構成を例示するブロック図である。 本発明による第１実施形態の信号レベル変換装置に係る高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）用の電気光伝達関数を例示する図である。 本発明による第１実施形態の信号レベル変換装置における輝度変換部で適用する変換関数を例示する図である。 本発明による第２実施形態の信号レベル変換装置の概略構成を例示するブロック図である。 本発明による第２実施形態の信号レベル変換装置に係る当該測定対象の映像信号のダイナミックレンジの一部分区間を処理対象とする際にオフセットさせたときの入出力特性を例示した図である。 本発明による第３実施形態の信号レベル変換装置の概略構成を例示するブロック図である。 本発明による第４実施形態の信号レベル変換装置の概略構成を例示するブロック図である。 標準ダイナミックレンジ（ＳＤＲ）用の点滅輝度差の測定基準を例示する図である。 高ダイナミックレンジ（ＨＤＲ）用の点滅輝度差の測定基準を例示する図である。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明による第１実施形態の信号レベル変換装置１の概略構成を例示するブロック図である。本発明に係る信号レベル変換装置１は、第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づいて電気光変換する映像信号の入力を想定した信号測定器５に対して前置され、第一の電気光伝達関数（EOTF）とは異なる第二の電気光伝達関数（EOTF）に基づいて電気光変換する映像信号の信号測定を可能とする前処理装置として機能する。

信号測定器５は、第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づいて電気光変換する映像信号におけるディスプレイ輝度に関する信号測定（第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づく電気光変換によって得られる光に関する信号測定）を行うための機器であり、当該映像信号のフリッカ検出の他、当該映像信号のノイズ検出、当該映像信号内のシーンごとの明るさ評価など、それぞれの目的に応じた減算部１３を行うものであればよく、それぞれの目的に応じた第一の測定基準で作動する。

以下の説明では、信号測定器５は、代表的に、ＳＤＲ−ＴＶ用の電気光伝達関数（EOTF）に基づいた標準ダイナミックレンジの映像信号（以下、「ＳＤＲ映像信号」とも称する）を入力し該映像信号のフリッカ検出を第一の測定基準で行う機器とし、本実施形態の信号レベル変換装置１は、ＨＤＲ−ＴＶ用の電気光伝達関数（EOTF）に基づいた高ダイナミックレンジの映像信号（以下、「ＨＤＲ映像信号」とも称する）を入力し信号測定器５を用いて該映像信号のフリッカ検出を第一の測定基準とは異なる第二の測定基準で可能とする前処理装置として説明する。

そこで、本実施形態の信号レベル変換装置１は、信号変換部１０と、パラメータ制御部２０とを備える。

信号変換部１０は、入力されたＨＤＲ映像信号を信号測定器５で処理可能とするＳＤＲ換算信号に変換し、信号測定器５に出力する。この変換処理は、主として、後述するＨＤＲ用電気光伝達関数、輝度変換関数、及びＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数の順で行う入出力変換処理を含み、これによって、入力されたＨＤＲ映像信号からＳＤＲ換算信号が導出される。信号測定器５は、このＳＤＲ換算映像信号を入力してディスプレイ輝度に関する信号測定を可能とする。

パラメータ制御部２０は、信号変換部１０によりＨＤＲ映像信号の信号レベルからＳＤＲ換算映像信号の信号レベルへの変換処理を行う際の、後述する変換パラメータの設定制御を行う機能部である。

以下、より具体的に、信号変換部１０、及びパラメータ制御部２０の構成について説明する。

信号変換部１０は、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１、輝度変換部１２、減算部１３、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４、及びリミッタ１５を備える。

ただし、本例では、輝度変換部１２とＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４との間に減算部１３を設ける好適例を示しているが、信号測定の目的によって不要であれば減算部１３を省略してもよい。また、本例では、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４の後段にリミッタ１５を設ける好適例を示しているが、信号測定の目的によって不要であればリミッタ１５を省略してもよい。

一方、パラメータ制御部２０は、変換パラメータ設定部２１、及び輝度成分積分処理部２２を備える。

まず、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１は、ＨＤＲ用電気光伝達関数を用いて、入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベルｘをディスプレイ輝度値ｙへ変換する演算を行う機能部であり、ＨＤＲ用電気光伝達関数は、例えば、前述したＨＬＧ方式やＰＱ方式として規定される高ダイナミックレンジの映像信号用の電気光伝達関数である。ここで、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１への入力をｘ、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１からの出力をｙとする。

例えば、ＨＬＧ方式においては、或るシーンの平均的な輝度Ｅに対する映像信号の信号レベルｘの関係が光電気伝達関数（OETF: Opto-Electronic Transfer Function）として式（１）のとおり定義されている。

一方、ＨＬＧ方式において、映像信号の信号レベルｘからディスプレイ輝度への変換である電気光伝達関数は、光電気伝達関数の逆関数と光光伝達関数（OOTF: Opto-Optical Transfer Function）の合成関数として規定される。よって、ＨＬＧ方式によるＨＤＲ用電気光伝達関数は、入力のＨＤＲ映像信号の信号レベルｘ及び出力のディスプレイ輝度の信号レベルｙの関係として式（２）に示すとおりとなる。

尚、ＢＴ.２１００において電気光伝達関数は、赤、緑、及び青の各色成分に対する関数が明示されるが、式（２）はこれを輝度成分のみに注目して整理したものである。また、Ｌ_Ｗは無彩色に対するディスプレイのピーク輝度のノミナル値（単位ｃｄ／ｍ^２）（例えば、Ｌ_Ｗ＝１０００[ｃｄ／ｍ^２]）を、Ｌ_Ｂは黒に対するディスプレイの輝度（単位ｃｄ／ｍ^２）（例えば、Ｌ_Ｂ＝０［ｃｄ／ｍ^２］）である。さらに、ｘ及びｙは０以上１以下に正規化したレベルで表現している。

そこで、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１は、入力されたＨＤＲ映像信号の信号レベルｘに対して式（２）による関数（信号レベル変換関数Ｆ）を用いた演算を行いディスプレイ輝度値ｙ ［ｃｄ／ｍ^２］を出力する。例えば、Ｌ_Ｗ＝１０００［ｃｄ／ｍ^２］、Ｌ_Ｂ＝０［ｃｄ／ｍ^２］の場合のＨＤＲ用電気光伝達関数を図２に示している。

輝度変換部１２は、ＨＤＲ映像信号におけるディスプレイ輝度に関する測定（所望信号測定）を信号測定機５で可能とするために、輝度変換関数を用いてディスプレイ輝度値ｙに関する感度調整を行い、感度調整後のディスプレイ輝度値ｅへ変換する機能部である。

本例では信号測定機５がフリッカを検出するものであるため、輝度変換部１２は、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１から、平均輝度（フリッカの輝度の極大値と極小値（例えば隣接する極大値と極小値）の相加平均値）として扱えるよう入力されるディスプレイ輝度値ｙにおいて輝度差（フリッカの輝度の極大値から極小値を減じた値）がθ_ＳＤＲ（ｙ）超となった場合の明滅を検出し、尚且つ平均輝度として入力されるディスプレイ輝度値ｙにおいて輝度差がθ_ＨＤＲ（ｙ）超となった場合の明滅を検出する。

即ち、信号測定機５で扱う第一の測定基準としての輝度差の閾値θ_ＳＤＲ（ｙ）、及び、本実施形態の信号レベル変換装置１が対象とする所望信号測定の第二の測定基準としての輝度差の閾値θ_ＨＤＲ（ｙ）より、当該所望信号測定に設定されるべき感度（輝度差への感受性）は、信号測定機５で扱えるように設定されるべき感度のθ_ＳＤＲ（ｙ）／θ_ＨＤＲ（ｙ）倍である。この感度比（輝度差の閾値の比）を式（３）に示すようにｇ（ｙ）とする。

例えば、信号測定機５で扱う閾値θ_ＳＤＲ（ｙ）、及び、本信号レベル変換装置１が対象とする所望信号測定の閾値θ_ＨＤＲ（ｙ）が、それぞれ前述した図８及び図９に示したものである場合、感度比の関数ｇ（ｙ）は、式（４）に示すように表すことができる。

本実施形態の信号レベル変換装置１が対象とする所望信号測定を、信号測定機５を用いて行うためには、これらの間の感度比を補償する必要がある。当該所望信号測定の方が信号測定機５よりもｇ倍の感度とする必要がある場合には、輝度のコントラストをｇ倍に変換して入力すればよい。よって、感度調整前のディスプレイ輝度ｙにおけるコントラストをｇ（ｙ）倍するためには、感度調整前のディスプレイ輝度ｙにおける接線の傾きがｇ（ｙ）である輝度変換関数Ｇ（ｙ）を用いて輝度変換を行えばよい。即ち、例えば、式（５）に示すように、感度比の関数ｇ（ｙ）の輝度成分に関する不定積分により輝度変換関数Ｇ（ｙ）を導出することができる。

従って、信号測定機５で扱う閾値θ_ＳＤＲ（ｙ）、及び、本信号レベル変換装置１が対象とする所望信号測定の閾値θ_ＨＤＲ（ｙ）が、それぞれ前述した図８及び図９に示したものである場合、式（４）及び式（５）より、輝度変換関数Ｇ（ｙ）は、式（６）のように表される。式（６）において、Ｃは任意の定数（例えば、Ｃ＝０）である。

ここで、本実施形態の信号レベル変換装置１は、ＨＤＲ映像信号のフリッカを検出するための電気光伝達関数や、その測定基準に変更が生じても、当該信号測定器５を変更することなく即時に対応できるようにするために、パラメータ制御部２０が設けられている。

パラメータ制御部２０は、変換パラメータ設定部２１、及び輝度成分積分処理部２２を備えている。

変換パラメータ設定部２１は、輝度対感度比の関数ｇ（ｙ）を外部から設定変更してこれを一旦保持し、信号レベル変換装置１の動作開始で自動的に保持している輝度対感度比の関数ｇ（ｙ）を輝度成分積分処理部２２に出力する。

輝度成分積分処理部２２は、変換パラメータ設定部２１から入力される輝度対感度比の関数ｇ（ｙ）の不定積分処理を行い、輝度変換関数Ｇ（ｙ）を導出し、輝度変換部１２に出力する。

そして、輝度変換部１２は、式（７）に示すように、感度調整前のディスプレイ輝度値（入力値）ｙを輝度変換関数Ｇ（ｙ）に代入して感度調整後のディスプレイ輝度値（出力値）ｅに変換する。

輝度変換部１２における感度調整前のディスプレイ輝度ｙから感度調整後のディスプレイ輝度ｅへの変換例を図３に示している。

減算部１３は、定数値を減算又は加算してオフセット調整を行う機能部であり、例えば式（８）に示すように、輝度変換部１２から出力された感度調整後のディスプレイ輝度値ｅからオフセット値（ここでは、ｅ_０とする）を減算し、その減算結果であるオフセット調整後のディスプレイ輝度値ｄをＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４へ出力する。

変換パラメータ設定部２１は、このオフセット値ｅ_０についても設定変更してこれを一旦保持し、信号レベル変換装置１の動作開始で自動的に保持しているオフセット値ｅ_０を減算部１３に出力する。これによって、本実施形態の信号レベル変換装置１は、ＨＤＲ映像信号のフリッカを検出するための電気光伝達関数や、その測定基準に変更が生じても、当該信号測定器５を変更することなく即時に対応できるようになっている。

ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４は、減算部１３から得られるオフセット調整後のディスプレイ輝度値ｄを入力し、ＳＤＲ−ＴＶ用の電気光伝達関数（EOTF）に基づいて電気光変換する映像信号の入力を想定した信号測定器５で扱えるように、例えばＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ.１８８６に規定される電気光伝達関数（EOTF）の逆関数を用いて該映像信号の信号レベルｆに変換する機能部である。

ＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ.１８８６において、信号測定器５の入力となる映像信号の信号レベルｆとディスプレイ輝度値ｄ［ｃｄ／ｍ^２］との関係である電気光伝達関数は、式（９）のように規定される。

尚、Ｍ_Ｗは白に対するスクリーン輝度（単位ｃｄ／ｍ^２）（例えば、Ｍ_Ｗ＝２００［ｃｄ／ｍ^２］）を、Ｍ_Ｂは黒に対するスクリーン輝度（単位ｃｄ／ｍ^２）（例えば、Ｍ_Ｂ＝０［ｃｄ／ｍ^２］）である。ディスプレイ用ガンマ値γ’＝２．４０は一例である。また、ｆは０以上１以下に正規化したレベルで表現している。

そこで、ＩＴＵ−Ｒ勧告ＢＴ.１８８６に規定される電気光伝達関数（EOTF）の逆関数は、式（９）を信号レベルｆについて解き、且つ指数関数の定義域を逸脱しないように制限をかけることにより、式（１０）のように導出される。

リミッタ１５は、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４からの出力値（信号測定器５の入力となる映像信号の信号レベル）ｆが規定範囲（例えば、０以上１以下）を逸する可能性がある場合に設けられる。リミッタ１５を設ける場合に、リミッタ１５は、例えばＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４からの出力値ｆが規定範囲（例えば、０以上１以下）を下回る場合には当該規定範囲の最小値（例えば、値０）を、出力値ｆが当該規定範囲を上回る場合には前記規定範囲の最大値（例えば、値１）を、また、出力値ｆが当該規定範囲内にある場合にはその出力値ｆのそのままの値を、それぞれ出力するよう動作する。

即ち、リミッタ１５は、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４からの出力値（信号測定器５の入力となる映像信号の信号レベル）ｆに対して、例えば式（１１）による演算を実行し、ＳＤＲ換算信号ｚとして信号測定器５に出力する。

尚、リミッタ１５を設けない場合には、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４からの出力値（信号測定器５の入力となる映像信号の信号レベル）ｆがＳＤＲ換算信号ｚとして信号測定器５に入力される。

これにより、信号測定器５は、このＳＤＲ換算映像信号を入力してディスプレイ輝度に関する信号測定が可能となる。

従って、本実施形態の信号レベル変換装置１によれば、第一の電気光伝達関数及び第一の測定基準に従って映像信号の信号測定を行う信号測定器５を用いて、これら第一の電気光伝達関数及び第一の測定基準とは異なる第二の電気光伝達関数及び第二の測定基準に従って測定対象の映像信号の信号測定を行うことができるため、有資源の活用性の観点で優れたものとなる。

また、本実施形態の信号レベル変換装置１によれば、第二の電気光伝達関数及び第二の測定基準に変更が生じても、信号測定器５を変更することなく即時に対応できるため、規格の変動に対する即応性の観点で優れたものとなる。

また、本実施形態の信号レベル変換装置１によれば、標準ダイナミックレンジ用の信号測定器５を用いて、高ダイナミックレンジ用の信号測定器として構成する際のコストの低減効果が得られる。

尚、本実施形態の信号レベル変換装置１における信号変換部１０は、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１、輝度変換部１２、減算部１３、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４、及びリミッタ１５の全て、又は一部について、複数の変換の組を合成関数としてまとめて各一つの変換関数として実装しても構わない。これにより、演算量を削減し、処理の高速化を図ることができる。

典型的には、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１、輝度変換部１２、減算部１３、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４、及びリミッタ１５の全てを合成した一つの関数により信号変換部１０を構成することができる。例えば、信号変換部１０は、単一のルックアップテーブルにより構成することができる。

ルックアップテーブルは、ＳＤＲ換算映像信号の信号レベルを表し得るビット長（又は、再量子化した後の情報を表すのに必要なビット長）のメモリ領域（ワード）を、ＨＤＲ映像信号の信号レベルがとり得る値の数だけ（又は、必要に応じて再量子化した後のステップ数だけ）のアドレス空間において確保したメモリを用いて実装可能である。例えば、ＨＤＲ映像信号を１２ビット、ＳＤＲ換算信号を１０ビットとした場合、１０ビットワードのメモリ領域を、２^１２個（即ち、４０９６個）搭載し、入力であるＨＤＲ映像信号の信号レベルに応じたアドレスのメモリ領域に対し、信号変換部１０の内部のブロックにおける一連の演算で導出した「各ＨＤＲ映像信号の信号レベルに対するＳＤＲ換算映像信号の信号レベル」をルックアップテーブルとして記録しておけばよい。

従って、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１、輝度変換部１２、減算部１３、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４、及びリミッタ１５の全部の処理について各関数を個別に、又は合成したルックアップテーブルを利用する形態とすることができる。これにより、演算量を抑制し処理の高速化を図ることができる。

また、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１、輝度変換部１２、減算部１３、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４、及びリミッタ１５の全部の処理について各関数を個別に、又は合成して保持して関数演算する形態とすることができる。これにより、演算量を抑制し装置規模の増大を抑制することができる。

また、ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１、輝度変換部１２、減算部１３、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４、及びリミッタ１５の一部の処理についてルックアップテーブルを利用し、他の部分の処理について関数演算する形態とすることができる。これにより、演算量及び処理の高速化を考慮しつつ、装置規模の増大を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
図４は、本発明による第２実施形態の信号レベル変換装置１の概略構成を例示するブロック図である。図４において、図１に示す第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付している。

上述した第１実施形態の信号変換部１０単独では、入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベルのダイナミックレンジ全体をカバーできない（ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４からの出力値ｆが０以上１以下の範囲を超え、リミッタ１５による振幅制限が動作して正常な信号測定ができない）場合がある。

この場合、図１に示す信号変換部１０について、図４に示すように複数の信号変換部１０‐１，１０‐２，…，１０‐Ｎを並列に設け（Ｎは２以上の整数）、図１に示すオフセット値ｅ_０として異なる値ｅ_１，ｅ_２，…，ｅ_Ｎを設定した複数の信号変換部１０‐１，１０‐２，…，１０‐Ｎを並列に動作させ、各信号変換部１０‐１，１０‐２，…，１０‐Ｎの出力ｚ_１，ｚ_２，…，ｚ_ＮのＳＤＲ換算信号を、それぞれの信号測定器５により信号測定を行わせ、それら測定結果ｅ_１，ｅ_２，…，ｅ_Ｎを統合する（例えば測定結果の論理和演算や最大値演算を実行する）よう構成することができる。

図４に示す第２実施形態の信号レベル変換装置１によれば、入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベルのダイナミックレンジ全体をカバーできるようになる。

例えば、図５には、３個の信号変換部１０−１乃至１−３に対し、図１に示すオフセット値ｅ_０として異なる値ｅ_１，ｅ_２，ｅ_３を設定し、並列的に動作させたときの入力値（入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベル）ｘと出力値ｚ（即ち、ＳＤＲ換算信号ｚ_１，ｚ_２，ｚ_３）の入出力特性を示している。

図５において、ＨＤＲ映像信号におけるピーク輝度をＬ_Ｗ＝１０００［ｃｄ／ｍ^２］、黒の輝度をＬ_Ｂ＝０［ｃｄ／ｍ^２］、ＳＤＲ映像信号におけるピーク輝度をＭ_Ｗ＝２００［ｃｄ／ｍ^２］、黒の輝度をＭ_Ｂ＝０［ｃｄ／ｍ^２］、オフセット値ｅ_１＝０［ｃｄ／ｍ^２］、ｅ_２＝１５０［ｃｄ／ｍ^２］、及びｅ_３＝３００［ｃｄ／ｍ^２］の３通りとしている。

図５の例では、各曲線のリミッタ１５におけるリミッタ適用外の部分、即ち式（１１）における０≦ｆ≦１の場合が適用される部分、が入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベルｘにおいて互いに重なりをもっている。このように重なりを持たせることで、リミッタ１５における振幅制限動作点付近の信号の信号測定誤差を軽減することができる。また、リミッタ１５を不要とすることも可能である。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明による第３実施形態の信号レベル変換装置１の概略構成を例示するブロック図である。図６において、図１に示す第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付している。

上述した図４に示す第２実施形態のように構成する代わりに、図６に示すように構成して、入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベルのダイナミックレンジ全体をカバーすることもできる。

図６に示す第３実施形態では、図４に示す第２実施形態の複数の信号変換部１０‐１，１０‐２，…，１０‐Ｎのうち共通処理（ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部１１及び輝度変換部１２）をまとめ、減算部１３‐１，１３‐２，…，１３‐Ｎ、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４‐１，１４‐２，…，１４‐Ｎ、及びリミッタ１５‐１，１５‐２，…，１５‐Ｎを個別に設けている。この第３実施形態の場合も、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

〔第４実施形態〕
図７は、本発明による第４実施形態の信号レベル変換装置１の概略構成を例示するブロック図である。図７において、図１に示す第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付している。

上述した図４及び図５に示す第２及び第３実施形態のように構成する代わりに、図７に示すように構成して、入力されるＨＤＲ映像信号の信号レベルのダイナミックレンジ全体をカバーすることもできる。

図７に示す第４実施形態の信号レベル変換装置１では、信号変換部１０及び信号測定器５をそれぞれ単独としつつ、減算部１３で用いるオフセット値ｅ_ｎを複数のオフセット値ｅ_１，ｅ_２，…，ｅ_Ｎから切り替えるための切替部２３をパラメータ制御部２０に設けている。

切替部２３は、変換パラメータ設定部２１から出力される複数のオフセット値ｅ_１，ｅ_２，…，ｅ_Ｎを切り替えて得られるオフセット値ｅ_ｎを減算部１３に出力する。

減算部１３は、オフセット値ｅ_ｎを基に図１に示す第１実施形態と同様の減算処理を行って信号値ｄ_ｎをＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４に出力する。

ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４は、減算部１３から得られる信号値ｄ_ｎを入力し図１に示す第１実施形態と同様の演算を行って信号値ｆ_ｎをリミッタ１５に出力する。

リミッタ１５は、ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部１４から得られる信号値ｆ_ｎを入力し図１に示す第１実施形態と同様の演算を行って出力値ｚ_ｎを第ｎのＳＤＲ換算信号として信号変換器５に出力する。

切替部２３は、映像のシーケンス単位でオフセット値を切り替えることができ、信号変換器５はその切り替えに応じて信号測定を行い、該測定結果を後処理として統合することができる。

以上の各実施形態における信号レベル変換装置１は、コンピューターにより構成することができ、信号レベル変換装置１の各処理部を機能させるためのプログラムを好適に用いることができる。具体的には、信号レベル変換装置１の各処理部を制御するための制御部をコンピューター内の中央演算処理装置（ＣＰＵ）で構成でき、且つ、各処理部を動作させるのに必要となるプログラムを適宜記憶する記憶部を少なくとも１つのメモリで構成させることができる。即ち、そのようなコンピューターに、ＣＰＵによって該プログラムを実行させることにより、信号レベル変換装置１の各処理部の有する機能を実現させることができる。更に、信号レベル変換装置１の各処理部の有する機能を実現させるためのプログラムを、前述の記憶部（メモリ）の所定の領域に格納させることができる。そのような記憶部は、装置内部のＲＡＭ又はＲＯＭなどで構成させることができ、或いは又、外部記憶装置（例えば、ハードディスク）で構成させることもできる。また、そのようなプログラムは、コンピューターで利用されるＯＳ上のソフトウェア（ＲＯＭ又は外部記憶装置に格納される）の一部で構成させることができる。更に、そのようなコンピューターに、信号レベル変換装置１の各処理部として機能させるためのプログラムは、コンピューター読取り可能な記録媒体に記録することができる。また、信号レベル変換装置１の各処理部をハードウェア又はソフトウェアの一部として構成させ、各々を組み合わせて実現させることもできる。

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態の例では、主として、信号測定器５はＳＤＲ−ＴＶ用の電気光伝達関数（EOTF）に基づいたＳＤＲ映像信号を入力し該映像信号のフリッカ検出を行う機器とし、本実施形態の信号レベル変換装置１は、ＨＤＲ−ＴＶ用の電気光伝達関数（EOTF）に基づいたＨＤＲ映像信号を入力し信号測定器５を用いて該映像信号のフリッカ検出を可能とする前処理装置として説明したが、これに限定されるものではない。信号測定器５は、当該映像信号のフリッカ検出の他、当該映像信号のノイズ検出、当該映像信号内のシーンごとの明るさ評価など、目的に応じた減算部１３を行うものであればよく、従って、本発明に係る信号レベル変換装置１は、その信号測定器５に適合させるための信号レベルを変換する装置として構成することができる。従って、本発明に係る送信装置及び受信装置は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

本発明によれば、第一の電気光伝達関数及び第一の測定基準に従って映像信号の信号測定を行う信号測定器を用いて、これら第一の電気光伝達関数及び第一の測定基準とは異なる第二の電気光伝達関数及び第二の測定基準に従って測定対象の映像信号の信号測定を行うことができるため、既存の信号測定器に対する信号レベルの前処理変換を行う用途に有用である。

１ 信号レベル変換装置
５，５‐１，５‐２，５‐Ｎ 信号測定器
１０，１０‐１，１０‐２，１０‐Ｎ 信号変換部
１１ ＨＤＲ用電気光伝達関数演算部
１２ 輝度変換部
１３，１３‐１，１３‐２，１３‐Ｎ 減算部
１４，１４‐１，１４‐２，１４‐Ｎ ＳＤＲ用電気光伝達関数逆関数演算部
１５，１５‐１，１５‐２，１５‐Ｎ リミッタ
２０ パラメータ制御部
２１ 変換パラメータ設定部
２２ 輝度成分積分処理部
２３ 切替部

Claims (6)

1. 映像信号に対して第一の電気光伝達関数（EOTF）に基づく電気光変換によって得られる光に関する信号測定を第一の測定基準で行う信号測定器を用いて、第二の電気光伝達関数に基づいて電気光変換する映像信号について第二の測定基準で信号測定するために、前記信号測定器に前置して前処理を実行する信号レベル変換装置であって、
   前記前処理は、測定対象の映像信号を入力し、前記第二の電気光伝達関数に基づいて輝度値に変換する信号レベル変換関数Ｆと、前記第一の測定基準及び前記第二の測定基準としての輝度差の閾値の比を輝度成分に関して積分することで得られる輝度変換を行うための輝度変換関数Ｇと、前記第一の電気光伝達関数の逆関数Ｈとを基にした変換処理によって当該入力した映像信号の信号レベルを変換し、前記信号測定器に供すべき換算映像信号を生成することを特徴とする信号レベル変換装置。
2. 前記変換処理は、前記輝度変換関数Ｇと前記逆関数Ｈとの間に、定数値を減算又は加算してオフセット調整を行う関数を含むことを特徴とする、請求項１に記載の信号レベル変換装置。
3. 前記変換処理は、前記変換処理を構成する一部の処理についてルックアップテーブルを利用し、他の部分の処理について関数演算とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の信号レベル変換装置。
4. 前記変換処理は、前記変換処理を構成する全部の処理についてルックアップテーブルを利用するか、又は関数演算とすることを特徴とする、請求項１又は２に記載の信号レベル変換装置。
5. 前記変換処理は、前記信号測定器に対し当該測定対象の映像信号のダイナミックレンジの一部分区間を処理対象とした換算映像信号を生成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の信号レベル変換装置。
6. コンピューターを、請求項１から５のいずれか一項に記載の信号レベル変換装置として機能させるためのプログラム。