JP2023104353A - Image display device, signal processing method, and signal processing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像を表示する画像表示装置、信号処理方法及び信号処理プログラムに関する。 The present invention relates to an image display device that displays an image, a signal processing method, and a signal processing program.
近年、高解像度ディスプレイの開発が盛んに行われており、非常に繊細な映像表示が可能となっている。ところが、従来のバックプレーンにTFTを用いたアクティブマトリックス駆動では、その表示特性により動画像において動きぼやけが発生してしまうため、十分な動画質を提供できていない。そこで、黒挿入や発光時間の制御など、様々な動画質向上手法が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。しかしながら、動画質の根本的な解決のためには、ディスプレイのフレームレートの向上が必須であるが、既存のディスプレイの駆動手法は、高フレームレート化に必ずしも適していなかった。
2. Description of the Related Art In recent years, high-resolution displays have been actively developed, and very fine image display has become possible. However, the conventional active matrix drive using TFTs in the backplane cannot provide sufficient moving picture quality because motion blur occurs in the moving picture due to its display characteristics. Therefore, various moving image quality improvement methods such as black insertion and control of light emission time have been proposed (see
また、ディスプレイの階調を表示するための駆動手法には、主に、階調値に応じて発光素子にかかる電圧又は電流を調整するアナログ変調の方式と、階調値に応じてパルスの幅又は発光回数を調整するデジタル変調の方式が存在する。 In addition, driving methods for displaying gradation on a display mainly include an analog modulation method that adjusts the voltage or current applied to a light-emitting element according to the gradation value, and a pulse width modulation method that adjusts the pulse width according to the gradation value. Alternatively, there is a digital modulation method that adjusts the number of times of light emission.
市販されている液晶テレビ及び有機ELテレビでは、アナログ変調の方式が広く使用されているが、有機ELディスプレイ及びLEDディスプレイは、電流や電圧の変動による影響を受けやすく、TFTの閾値変動などにより画質劣化が生じてしまうなど、アナログ変調を適用するのに必ずしも適していなかった。 Analog modulation methods are widely used in LCD and organic EL televisions on the market, but organic EL displays and LED displays are susceptible to fluctuations in current and voltage, and image quality can be affected by fluctuations in TFT thresholds. It was not necessarily suitable for applying analog modulation, such as deterioration.
一方、デジタル駆動では、一定の電圧又は電流で駆動できるため、高速かつ安定な駆動が可能となる。しかしながら、一般的に用いられている時分割駆動方式は、階調を表現するために多くのサブフィールドを必要とする。また、サブフィールド駆動には、色割れによる画質劣化の問題がある。これを防ぐには、さらに多くのサブフィールドを必要とするため、高フレームレート化は難しかった。 On the other hand, digital driving can drive with a constant voltage or current, so high-speed and stable driving is possible. However, the commonly used time-division driving method requires many subfields to express gradation. Further, subfield driving has a problem of image quality deterioration due to color breakup. In order to prevent this, more subfields are required, making it difficult to achieve a high frame rate.
ところで、ランダムマスクを用いて一定時間のパルス密度を制御することで階調を表現するデジタル駆動手法も提案されている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、高画質な映像表示を得るためには、非常に高い駆動周波数が必要となり、駆動周波数が低い場合には、使用するノイズパターンの画素レベルを表示階調全域にわたって発生させることが難しいため、十分な表示画質が得られなかった。 By the way, a digital driving method has also been proposed that expresses gradation by controlling the pulse density for a certain period of time using a random mask (see, for example, Patent Document 3). However, in order to obtain a high-quality image display, a very high driving frequency is required. Sufficient display quality was not obtained.
例えば、入力信号の画素値がランダム値を超える場合に画素値を「1」に、ランダム値以下の場合に画素値を「0」に変換して高速に表示し、画素値「1」の時間方向の密度により50%の輝度を表現する場合を考える。図12に示すように、駆動周波数が低いことによってランダム値の数が少なくなると、ランダム値が連続して似通った値となる頻度が相対的に高まることにより、認識される表示輝度(レベル)のばらつきが大きくなるため、ノイズ感を感じることとなっていた。 For example, when the pixel value of the input signal exceeds the random value, the pixel value is converted to "1", and when the pixel value is equal to or less than the random value, the pixel value is converted to "0" and displayed at high speed. Consider the case where 50% luminance is represented by the density of directions. As shown in FIG. 12, when the drive frequency is low and the number of random values is reduced, the frequency of successively similar random values relatively increases, thereby increasing the perceived display brightness (level). Since the variation becomes large, a feeling of noise was to be felt.
本発明は、パルス密度駆動法を用いてデジタル駆動の安定性及び高速性を保ちつつ、より低い駆動周波数で、高画質な映像を表示できる画像表示装置、信号処理方法及び信号処理プログラムを提供することを目的とする。 The present invention provides an image display device, a signal processing method, and a signal processing program that can display high-quality images at a lower driving frequency while maintaining the stability and speed of digital driving using a pulse density driving method. for the purpose.
本発明に係る画像表示装置は、リファレンス値を画素値として有するリファレンス画像を作成するリファレンス画像作成部と、入力映像と同一画素の前記リファレンス値を閾値として、前記入力映像の画素値を1又は0に変換するディザ処理部と、を備え、前記リファレンス画像作成部は、いずれの画素においても同一値とならない複数のリファレンス画像からなるリファレンス画像群を作成し、当該リファレンス画像群から順次、リファレンス画像を前記ディザ処理部に提供する。 An image display device according to the present invention includes a reference image creation unit that creates a reference image having a reference value as a pixel value, and a pixel value of the input video that is set to 1 or 0 using the reference value of the same pixel as the input video as a threshold. and a dither processing unit that converts to Provided to the dither processing unit.
前記画像表示装置は、前記リファレンス値を、同一フレーム内の複数のフィールド毎に異なる特定の範囲の値に変換するリファレンス値変換部を備えてもよい。 The image display device may include a reference value converter that converts the reference values into values within a specific range that are different for each of a plurality of fields within the same frame.
前記リファレンス画像作成部は、前記入力映像よりも小さいリファレンス原画像をタイル状に並べた中から、前記リファレンス画像を切り出してもよい。 The reference image creation unit may cut out the reference image from among tiled reference original images that are smaller than the input video.
前記リファレンス画像作成部は、前記リファレンス画像において前記リファレンス値それぞれの密度を一定にしてもよい。 The reference image creation unit may make the density of each of the reference values constant in the reference image.
前記リファレンス画像作成部は、前記リファレンス画像の階調数を、前記入力映像の階調数より1だけ少ない数としてもよい。 The reference image creating unit may set the number of gradations of the reference image to be one less than the number of gradations of the input video.
前記リファレンス画像作成部は、前記リファレンス値に所定数pを加算し、前記リファレンス画像の階調数nで割った余りを新たなリファレンス値とするリファレンス画像を順次作成してもよい。 The reference image creating unit may add a predetermined number p to the reference value and sequentially create reference images in which the remainder obtained by dividing by the number of gradations n of the reference image is used as a new reference value.
前記所定数pは、前記リファレンス画像の階調数nと互いに素な値であってもよい。 The predetermined number p may be a value relatively prime to the number n of gradations of the reference image.
フィールド数kの同一画像のフレームに対して、d枚のリファレンス画像を提供する場合、前記所定数pは、{(d/k)/(n/p)-1}×(n mod p)≧pを満たしてもよい。 When d reference images are provided for the same image frame with field number k, the predetermined number p is {(d/k)/(n/p)−1}×(n mod p)≧ p may be satisfied.
本発明に係る信号処理方法は、リファレンス値を画素値として有するリファレンス画像を作成するリファレンス画像作成ステップと、入力映像と同一画素の前記リファレンス値を閾値として、前記入力映像の画素値を1又は0に変換するディザ処理ステップと、をコンピュータが実行し、前記リファレンス画像作成ステップにおいて、いずれの画素においても同一値とならない複数のリファレンス画像からなるリファレンス画像群を作成し、当該リファレンス画像群から順次、リファレンス画像を前記ディザ処理ステップに提供する。 A signal processing method according to the present invention includes a reference image creating step of creating a reference image having reference values as pixel values; and a computer executes a dither processing step of converting to A reference image is provided to the dithering step.
本発明に係る信号処理プログラムは、前記画像表示装置としてコンピュータを機能させるためのものである。 A signal processing program according to the present invention is for causing a computer to function as the image display device.
本発明によれば、パルス密度駆動法を用いてデジタル駆動の安定性及び高速性を保ちつつ、より低い駆動周波数で、高画質な映像を表示できる。 According to the present invention, high-quality images can be displayed at a lower driving frequency while maintaining the stability and high speed of digital driving by using the pulse density driving method.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る画像表示装置1の機能構成を示すブロック図である。
画像表示装置1は、映像入力部11と、信号処理部12と、行駆動ドライバ部13と、列駆動ドライバ部14と、表示パネル15とを備える。
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a block diagram showing the functional configuration of an
The
映像入力部11は、映像信号が入力されると、この映像信号に含まれるフレームの画像データを入力バッファに一時的に格納し、処理タイミングに合わせて順次、後段の信号処理部12へ提供する。
また、映像入力部11は、必要に応じて、画像データをガンマ補正し、補正後の画像データのレベル(画素値)と表示輝度との関係を線形に変換するガンマ変換処理を行う。
When a video signal is input, the
Further, the
なお、表示パネル15で表示するフレームレートが入力映像のフレームレートよりも大きい場合には、映像入力部11は、入力映像を基にして、表示パネル15で表示するフレームレートに合わせた画像データを作成して信号処理部12へ提供する。
例えば、映像入力部11にフレームレート60Hzの映像が入力されたとする。表示パネル15で表示されるフレームレートを2880(=60×48)Hzとすると、映像入力部11において48倍のフレームレートに高速化した画像データが作成される。フレームレートの増加は、例えば、入力された同一画像で複数回補完することにより実現できる。
Note that when the frame rate displayed on the
For example, assume that a video with a frame rate of 60 Hz is input to the
信号処理部12は、映像入力部11から画像データを受け付け、表示パネル15に対するデータの書き込み及び発光のタイミングを制御するデータを生成し、表示部(行駆動ドライバ部13及び列駆動ドライバ部14)へ送信する。
The
行駆動ドライバ部13には、水平方向に配される複数の選択信号線が接続される。行駆動ドライバ部13は、複数の選択信号線のそれぞれに選択信号を供給する。また、行駆動ドライバ部13には、水平方向に沿う、複数の発光時間制御信号線が接続される。各発光時間制御信号線には、この発光時間制御信号線が配された水平方向に沿う領域に存在する発光時間制御用トランジスタが複数接続される。
A plurality of selection signal lines arranged in the horizontal direction are connected to the
列駆動ドライバ部14には、垂直方向に配される複数のデータ信号線が接続される。列駆動ドライバ部14は、複数のデータ信号線のそれぞれに各画素の画像データ信号を供給する。 A plurality of data signal lines arranged in the vertical direction are connected to the column driver section 14 . The column driver section 14 supplies image data signals for each pixel to each of the plurality of data signal lines.
表示パネル15は、画像表示モジュールである。より具体的な例としては、表示パネル15は、アクティブマトリクス型の有機EL表示モジュール、LED表示モジュール、又は放電型表示モジュールなどであってよい。
The
図2は、本実施形態に係る信号処理部12の機能構成を示すブロック図である。
信号処理部12は、リファレンス画像作成部121と、ディザ処理部122とを備える。
FIG. 2 is a block diagram showing the functional configuration of the
The
リファレンス画像作成部121は、0以上、映像入力部11による補正後の映像信号の画素値が取り得る最大値未満の範囲のリファレンス値を画素値として有するリファレンス画像を出力し、ディザ処理部122に提供する。
The reference
ディザ処理部122は、バッファリングされた画像データを、ディザにより1bit化する。1bit化されたデータは列駆動ドライバ部14へ送られ、行駆動ドライバ部13の書込み信号のタイミングに合わせ、各画素回路へON又はOFFの値が書き込まれる。
信号処理部12は、この動作を全ての水平ラインについて行うことで、1フレームの映像を表示させる。さらに、信号処理部12は、1フレームの映像表示の動作を、例えば1秒間に2880回行うことで2880Hzの表示が可能となり、同時に視覚の積分効果により階調を表現することができる。
The
The
図3は、本実施形態に係るリファレンス画像作成部121が作成するリファレンス画像の構成例である。
表示パネル15で表示したい階調数をsとすると、リファレンス画像作成部121は、階調数(s-1)を有する複数枚(m枚)のリファレンス画像をセットとしたリファレンス画像群を準備し、ディザ処理部122へは、このファレンス画像群から順次リファレンス画像を提供していく。
FIG. 3 is a configuration example of a reference image created by the reference
Assuming that the number of gradations to be displayed on the
例えば、8bit(=256)の階調で表示したい場合には、リファレンス画像作成部121は、0~254のいずれかを画素値として有するリファレンス画像を作成する(階調数n=28-1=255)。
このとき、リファレンス画像内の単位面積内に存在する各レベル(画素値)の密度は一定とする。また、一つのリファレンス画像群内では、任意の画素(座標)において同一の値を取らないように複数のリファレンス画像が作成される。このため、リファレンス画像群内のリファレンス画像数(m)は、リファレンス画像の階調数(n)を超えることはない。
For example, when it is desired to display in 8-bit (=256) gradation, the reference
At this time, the density of each level (pixel value) existing within a unit area in the reference image is assumed to be constant. Also, within one reference image group, a plurality of reference images are created so that any pixels (coordinates) do not have the same value. Therefore, the number of reference images (m) in the reference image group does not exceed the number of gradations (n) of the reference images.
リファレンス画像群の作成方法を具体的に説明する。ここでは、例として、入力映像の画素数が横1920×縦1080の場合を考える。
リファレンス画像作成部121は、まず、0~254の255個のレベルを1920×1080=2,073,600画素にランダムに配置して1枚目のリファレンス画像を作成する。このとき、リファレンス画像作成部121は、リファレンス画像内に存在する各レベルの密度を概ね一定とするため、全画素数をリファレンス画像のリファレンス値の個数(階調数)で割ることにより、各レベルの値を配置する数を決定する。割り切れない場合には、適宜四捨五入などを用い、各レベルの数が概ね等しくなるように、かつ、総数が全画素数と等しくなるように調整される。
A method for creating a reference image group will be specifically described. Here, as an example, consider a case where the number of pixels of the input video is 1920 horizontal×1080 vertical.
The reference
本例の場合には、2,073,600画素÷255レベル≒8,131.7であるため、作成するリファレンス画像は、0~254の255個のレベルを、それぞれ8,131画素又は8,132画素含む画像となる。どの画素にどのレベルを配置するかは、例えば、乱数を用いてランダムに決定される。 In the case of this example, 2,073,600 pixels/255 levels ≈ 8,131.7. An image containing 132 pixels is obtained. Which level is assigned to which pixel is randomly determined using, for example, random numbers.
続いて、リファレンス画像作成部121は、2枚目のリファレンス画像を、1枚目のリファレンス画像の各画素の値を基に作成する。
任意の画素[i,j](1≦i≦1080,1≦j≦1920)に対するフレームkにおけるリファレンス値をR(i,j,k)とすると、2枚目のリファレンス画像の各画素(i,j)のレベル(リファレンス値)R(i,j,2)は、1枚目のリファレンス画像の各画素(i,j)のレベル(リファレンス値)R(i,j,1)を基に、数値p(1≦p<n)を用いて、
R(i,j,2)=(R(i,j,1)+p) mod n …(式1)
となるように設定される。なお、A mod Bは、AをBで割った余りを表す。
Subsequently, the reference
Let R(i, j, k) be the reference value in frame k for an arbitrary pixel [i, j] (1 ≤ i ≤ 1080, 1 ≤ j ≤ 1920), then each pixel (i , j) level (reference value) R(i, j, 2) is based on the level (reference value) R(i, j, 1) of each pixel (i, j) of the first reference image. , with a numerical value p (1≤p<n),
R(i, j, 2)=(R(i, j, 1)+p) mod n (Formula 1)
is set to be Note that A mod B represents the remainder when A is divided by B.
(式1)によりリファレンス値を決定することで、全ての画素について、2枚目のリファレンス画像は、1枚目のリファレンス画像と画素値が異なるとともに、2枚目のリファレンス画像において、各画素値(リファレンス値)の密度を概ね一定とすることができる。
以下同様に、
R(i,j,u+1)=(R(i,j,u)+p) mod n (1≦u) …(式2)
とすることで、3枚目以降のリファレンス画像を作成することができる。
By determining the reference value by (Equation 1), the second reference image has different pixel values from the first reference image for all pixels, and each pixel value in the second reference image is The density of (reference value) can be approximately constant.
and so on,
R(i, j, u+1)=(R(i, j, u)+p) mod n (1≦u) (Formula 2)
By doing so, the third and subsequent reference images can be created.
本例では、リファレンス画像の階調数nが255であるため、uの最大値はn-1=254である。リファレンス画像群内のリファレンス画像数はできるだけ多くした方が好ましいため、リファレンス値が重複しないように、pはn(=255)と互いに素(公約数が1のみ)となる数が選択されると良い。
このように、n(=255)と互いに素であるpを選択することにより、n(=255)枚のリファレンス画像を作成することができ、リファレンス画像作成部121は、このn(=255)枚のリファレンス画像をリファレンス画像群とする。
In this example, since the number of gradations n of the reference image is 255, the maximum value of u is n−1=254. Since it is preferable to increase the number of reference images in the reference image group as much as possible, p is selected to be coprime to n (=255) (only the common divisor is 1) so that the reference values do not overlap. good.
In this way, by selecting p that is coprime to n (=255), n (=255) reference images can be created, and the reference
なお、入力映像がカラーの場合には、信号処理部12は、赤緑青の信号それぞれに対してリファレンス画像を用いてディザ化するが、同一のフレームの画像においては、各色に対して異なったリファレンス画像を用いてもよいし、共通のリファレンス画像を用いてもよい。
When the input video is color, the
リファレンス画像作成部121は、リファレンス画像群からリファレンス画像を1枚ずつ順次、ディザ処理部122へ提供していく。リファレンス画像群内のリファレンス画像を全て提供し終わったら、リファレンス画像作成部121は、再び同一のリファレンス画像群からリファレンス画像を1枚ずつ繰り返し提供していく。
なお、リファレンス画像作成部121は、リファレンス画像群内のリファレンス画像を全て提供し終わった際、前述と同様の手順により作成した別のリファレンス画像群を用いて、リファレンス画像をディザ処理部122へ提供してもよい。また、リファレンス画像群内のリファレンス画像数mは、各画素の階調数nよりも少なくてもよい。
The reference
Note that when all the reference images in the reference image group have been provided, the reference
ディザ処理部122は、入力映像における各画素の画素値aが、この画素に対応するリファレンス画像の同一座標の画素値xを閾値として、閾値を超える場合に画素値aを1に、閾値以下の場合に画素値aを0に変換することで、画素値を1bit化する。
行駆動ドライバ部13及び列駆動ドライバ部14は、信号処理部12が決定した各画素の1bit化された値(1又は0)に基づき、1の場合には表示パネル15の該当する画素を発光させ、0の場合には表示パネル15の該当する画素を消灯させることにより、1フレームの画像を表示する。
The
The row driving
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態の画像表示装置1は、映像入力部11、行駆動ドライバ部13、列駆動ドライバ部14、及び表示パネル15が第1実施形態と同様であるが、信号処理部12の機能が異なる。
[Second embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described below.
The
図4は、本実施形態に係る信号処理部12の機能構成を示すブロック図である。
信号処理部12は、第1実施形態と同様に、リファレンス画像作成部121及びディザ処理部122を備え、さらに、リファレンス値変換部123を備える。
FIG. 4 is a block diagram showing the functional configuration of the
The
リファレンス値変換部123は、入力されたリファレンス画像の各画素値をフィールド毎の特定の範囲に変換したリファレンス値を出力する。
表示したい映像の階調数sが8bit(=256)であるとすると、リファレンス値変換部123は、例えば、f番目、f+1番目、f+2番目、f+3番目のフィールド毎に、リファレンス値をそれぞれ0~63、64~127、128~191、192~254の範囲の値に変換する。この場合、リファレンス値変換部123は、リファレンス値の変換範囲を4つに分割し、それぞれを4フィールドに適用しており、フィールド毎にリファレンス値の範囲を制御する。
The
Assuming that the number of gradations s of the image to be displayed is 8 bits (=256), the reference
リファレンス値変換部123は、リファレンス値の変換範囲をk個(前述の例では4個)に分割した場合は、k(=4)フィールドの繰り返しによりリファレンス値の範囲を制御する。
リファレンス値変換部123は、このようにして変換されたリファレンス値を画素値として有するリファレンス画像をディザ処理部122へ提供し、ディザ処理部122は、第1実施形態と同様の処理を行うことにより、表示パネル15において画像を表示する。
When the reference value conversion range is divided into k (4 in the above example), the reference
The reference
[第3実施形態]
以下、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態の画像表示装置1は、第1実施形態又は第2実施形態と同様の機能構成であるが、信号処理部12におけるリファレンス画像作成部121の機能が異なる。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described below.
The
図5は、本実施形態に係るリファレンス画像の作成例を示す図である。
リファレンス画像作成部121は、リファレンス画像の作成において、基となる画素数の少ないリファレンス原画像を作成しておき、これをタイル状に並べて画素数の大きなリファレンス画像を作成する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of creating a reference image according to this embodiment.
The reference
具体的には、例えば、表示したい映像の階調数sが256の場合、リファレンス画像作成部121は、n×n画素(n=s-1)、つまり255×255画素のサイズのリファレンス原画像を用意する。
リファレンス画像作成部121は、この255×255画素の中に、0~254の255個のレベルを配置する。このとき、リファレンス原画像内に存在する各レベルの密度を一定とするために、各レベルは、(255×255画素)÷255レベル=255画素ずつ配置されることとなる。すなわち、作成されたリファレンス原画像は、0~254の255個のレベルを、それぞれ255画素ずつ有する画像となる。
Specifically, for example, when the number of gradations s of an image to be displayed is 256, the reference
The reference
リファレンス画像作成部121は、このようなリファレンス原画像を複数作成してリファレンス原画像群を作成するが、この群の中では、各画素に対してお互いに画素レベルが同一とならないように画素レベルを配置する。
入力映像の画素数が、1920×1080画素の場合には、リファレンス画像の画素数も1920×1080画素必要となる。この場合、図5に示すように、255×255画素のリファレンス原画像を、横8個、縦5つタイル状に並べた後、任意の場所から1920×1080画素となるように切り取ることで、1920×1080画素のリファレンス画像を作成することができる。
The reference
When the number of pixels of the input video is 1920×1080 pixels, the number of pixels of the reference image is also required to be 1920×1080 pixels. In this case, as shown in FIG. 5, after arranging the reference original image of 255×255 pixels in the form of 8 horizontal and 5 vertical tiles, it is cut from an arbitrary place so as to become 1920×1080 pixels, A reference image of 1920×1080 pixels can be created.
リファレンス画像作成部121は、リファレンス原画像群の各リファレンス原画像に対して同様の画素数変換を行うことにより、入力映像と同じ画素数を有するリファレンス画像群を作成することができる。これにより、リファレンス画像群の作成処理の負荷が軽減される。
The reference
[第4実施形態]
以下、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態の画像表示装置1は、第3実施形態と同様の機能構成であるが、信号処理部12におけるリファレンス画像作成部121の機能が異なる。
リファレンス画像作成部121は、リファレンス値を一様に分布させるために、前述の値pを適切に選択する。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described below.
The
The reference
図6は、本実施形態に係るリファレンス原画像の生成例を示す図である。
ここでは、実施例3と同様に、0~254の255個(リファレンス画像の階調数n=255)のレベルを255画素ずつ有するリファレンス原画像群の場合を例に説明する。
FIG. 6 is a diagram showing an example of generating a reference original image according to this embodiment.
Here, as in the third embodiment, a reference original image group having 255 pixels each having 255 levels from 0 to 254 (the number of gradations of the reference image n=255) will be described as an example.
この場合、リファレンス画像群内に最大で255枚のリファレンス原画像を作成することが可能である。リファレンス原画像内の全画素について、リファレンス画像群内で同一の画素値とならないようにするために、第1実施形態の式(2)のように、全画素に対して同一の値(p)を加算することにより、新しいリファレンス原画像を作成することができる。画素値(リファレンス値)の取り得る範囲は0~254であるため、pを加算することにより254を超えた画素に対しては、p(<n)を加算した値からn(=255)を減算することにより元のリファレンス値とは異なったリファレンス値とすることができる。 In this case, it is possible to create a maximum of 255 reference original images in the reference image group. In order to prevent all pixels in the reference original image from having the same pixel value in the reference image group, the same value (p) can be added to create a new reference original image. Since the pixel value (reference value) can take a range of 0 to 254, for pixels exceeding 254 by adding p, n (= 255) is changed from the value obtained by adding p (<n). By subtracting, a reference value different from the original reference value can be obtained.
これを繰り返すことによって複数枚のリファレンス原画像を作成することができるが、n枚(255枚)のリファレンス原画像を作成し終わる前に、同一画素に同一のリファレンス値を有するリファレンス原画像とならないようにするには、第1実施形態で前述したように、pとnとが互いに素となる必要がある。pとnとが互いに素であるpを用いることで、リファレンス原画像がn枚となるリファレンス原画像群を作成することが可能である。 By repeating this, it is possible to create a plurality of reference original images, but the reference original images having the same reference values for the same pixels cannot be obtained before the n (255) reference original images have been created. In order to do so, p and n must be relatively prime as described in the first embodiment. By using p, which is relatively prime to p and n, it is possible to create a reference original image group having n reference original images.
ところで、第1実施形態で述べたように、表示パネル15で表示するフレームレートが入力映像のフレームレートよりも大きい場合には、入力映像を基にして、表示パネルで表示するフレームレートに合わせた映像を作成することとなる。この場合には、同一の画像を複数枚(d枚)のリファレンス画像でデジタル化することとなるため、このdの値も考慮する必要がある。
例として、映像入力部11にはフレームレート60Hzの映像が入力され、表示パネル15ではフレームレートが2880(=60×48)Hzに高速化されることとすると、入力映像の1フレームは、表示パネル15では48フレームに同一の映像として表示されることとなる。
By the way, as described in the first embodiment, when the frame rate displayed on the
As an example, assuming that a video with a frame rate of 60 Hz is input to the
ここで、表示パネル15内のある1画素に注目して、輝度の時間ばらつきを考える。対象とする1画素の信号レベルは256階調中のレベル144と仮定し、入力信号レベルの変動はないものとする。これを1bitのパルス密度変調を用いて2880Hzで表示した場合を考える。
なお、視覚特性としての積分効果により、(1/60)秒間(48フレーム分)の光の点滅による発光密度を輝度としてとらえると仮定する。
Here, attention is focused on one pixel in the
It is assumed that due to the integration effect as a visual characteristic, the light emission density due to blinking of light for (1/60) second (48 frames) is taken as luminance.
図7A及び7Bは、本実施形態に係る値pに対する輝度の時間ばらつき(ゆらぎ)の程度を示す図である。
ここでは、1から254までのpそれぞれに対して、知覚される輝度の時間ばらつき(ゆらぎ)がどの程度であるかが標準偏差として計算されている。なお、図において、濃い線はn=255と互いに素となるpに対するばらつきを示す。
7A and 7B are diagrams showing the degree of temporal variation (fluctuation) of luminance with respect to the value p according to the present embodiment.
Here, for each of p from 1 to 254, the degree of perceived luminance variation over time (fluctuation) is calculated as the standard deviation. In the figure, the thick line indicates the variation for p coprime to n=255.
図7Aは、入力映像の1フレームを表示パネル15で48フレームとして表示し、フィールド分割を行わない場合、図7Bは、入力映像の1フレームを表示パネル15で48フレームとして表示し、1フレームを4つのフィールドに分割した場合のばらつきを示す。
両グラフにおいて、横軸はpの値(1から254)であり、縦軸は時間方向の輝度ばらつき(標準偏差)を示す。どちらのグラフもpの値によって、ばらつきが大きく変化している。これは、pの値によって、48フレームの間に、255階調の全体にわたって偏りないリファレンス値を提供できる場合に輝度ばらつきが小さくなり、提供できない場合に輝度ばらつきが大きくなることを表わしている。
In FIG. 7A, one frame of the input video is displayed as 48 frames on the
In both graphs, the horizontal axis represents the value of p (1 to 254), and the vertical axis represents luminance variation (standard deviation) in the time direction. In both graphs, the variation changes greatly depending on the value of p. This indicates that the value of p reduces luminance variation when uniform reference values can be provided over 255 gray scales during 48 frames, and increases luminance variation when it cannot be provided.
次に、入力映像の1フレーム、すなわち表示される映像のd枚のフレーム内でのリファレンス値の変動範囲が、pの値によりどの程度であるかを考える。 Next, consider how much the variation range of the reference value within one frame of the input image, that is, within d frames of the image to be displayed, depending on the value of p.
図8Aは、本実施形態に係るリファレンス値の変動の様子を示す図である。
簡単のため、リファレンス画像群内の1番目のリファレンス画像のある画素値(リファレンス値)が0とする。すると、2番目のリファレンス画像の該当画素の値はp、3番目のリファレンス画像の該当画素の値は2×pとなる。
このようにしてリファレンス値をpずつ増やしていくと、リファレンス値は、p,2×p,…(n=255を単位とした1周目)となり、
r=255 mod p …(式3)
とすると、値254を超える手前のリファレンス値は、255-rとなる。
FIG. 8A is a diagram showing how the reference value changes according to the present embodiment.
For the sake of simplicity, it is assumed that the pixel value (reference value) of the first reference image in the reference image group is 0. Then, the value of the corresponding pixel in the second reference image is p, and the value of the corresponding pixel in the third reference image is 2×p.
When the reference value is increased by p in this way, the reference value becomes p, 2×p, .
r = 255 mod p ... (Formula 3)
Then, the reference value before exceeding the value 254 is 255-r.
したがって、次のリファレンス値は、(255-r+p)-255=p-rとなり、次に値254を超えるまで(2周目)は、p-r,2×p-r,…となる。
つまり、2周目のリファレンス値は、1周目のリファレンス値のシーケンスよりも、それぞれrだけ小さい値となる。
同様に、3周目のリファレンス値は、1周目よりも2×rだけ小さい値、4周目のリファレンス値は、1周目よりも3×rだけ小さい値となる。
Therefore, the next reference value is (255-r+p)-255=pr, and until the next value 254 is exceeded (second cycle), it is pr, 2×pr, .
That is, the reference values in the second round are values that are smaller by r than the sequence of reference values in the first round.
Similarly, the reference value of the third round is a value smaller than that of the first round by 2×r, and the reference value of the fourth round is a value smaller than that of the first round by 3×r.
図8Bは、本実施形態に係るd個のリファレンス値がほぼ一様に存在する場合を示す図である。
入力映像の1フレームに対してリファレンス値をd回提示するまで、リファレンス値が255の単位を何周するかは、1周が約255/p回であることから、概算でd/(255/p)周と求められ、1周目からみると、{d/(255/p)-1}×rだけリファレンス値が移動することとなる。
FIG. 8B is a diagram showing a case where d reference values exist substantially uniformly according to this embodiment.
Since one cycle is about 255/p times, the number of cycles of the reference value unit of 255 until the reference value is presented d times for one frame of the input video is approximately d/(255/ p) rounds, and from the first round, the reference value moves by {d/(255/p)−1}×r.
したがって、1周目のシーケンスにおけるリファレンス値の1回の増加分であるpの範囲を、後続のd/(255/p)-1周でカバーするためには、
{d/(255/p)-1}×r≧p …(式4)
であればよい。
Therefore, in order to cover the range of p, which is one increment of the reference value in the sequence of the first round, in subsequent d/(255/p)−1 rounds,
{d/(255/p)−1}×r≧p (Formula 4)
If it is
図8Cは、本実施形態に係るd個のリファレンス値が偏って存在する場合を示す図である。
pが(式4)を満たさない場合には、入力映像の1フレームに対してd個のリファレンス値を提示するものの、リファレンス値がまとまって抜けた領域が存在し、表現するn階調全域にわたって一様にリファレンス値を提供することができない。
FIG. 8C is a diagram showing a case where the d reference values exist unevenly according to this embodiment.
If p does not satisfy (Formula 4), d reference values are presented for one frame of the input video, but there is an area where the reference values are collectively missing, and the entire n gradation to be expressed Reference values cannot be uniformly provided.
また、第2実施形態に示すように、フィールド分割を用いる場合には、1つのフレームはk個(例えば4つ)のフィールドに分割されるため、入力映像の1つのフレームに対して使用するリファレンス画像の数は、48/4=12枚となる。
このため、(式4)のdは、d/4に置き換えればよい。
Also, as shown in the second embodiment, when field division is used, one frame is divided into k (for example, four) fields. The number of images is 48/4=12.
Therefore, d in (Formula 4) should be replaced with d/4.
以上のことから、リファレンス画像を作成する際に、画素値の増分pが満たすと良い一般条件は、
{(d/k)/(n/p)-1}×r≧p …(式5)
となる。
From the above, the general condition that the pixel value increment p should satisfy when creating a reference image is
{(d/k)/(n/p)−1}×r≧p (Formula 5)
becomes.
図9A及び9Bは、図7A及び7Bに示したばらつきのグラフの中で、nと互いに素であるpに対応するものを、(式5)の適合条件を満たすものと満たさないものに分けて示したものである。
ここで、図7A及び7Bを見ると、どちらのグラフも左右対称になっている。これは、リファレンス値をpずつ増やすことは、リファレンス画像群内においてリファレンス値を255-pずつ増やす(つまり、pずつ減らす)ことと等価であるためであり、左半分(pが1からn/2まで)のみを見れば十分であり、図9A及び9Bでは、図7A及び7Bの左半分に相当する、つまりpの値が1から127までについて示している。
9A and 9B show graphs of the variability shown in FIGS. 7A and 7B that correspond to p coprime to n and are divided into those that satisfy the compatibility condition of (Equation 5) and those that do not. is shown.
Now looking at Figures 7A and 7B, both graphs are symmetrical. This is because increasing the reference value by p is equivalent to increasing the reference value by 255−p (that is, decreasing by p) in the reference image group, and the left half (p is 1 to n/ 2) and FIGS. 9A and 9B correspond to the left half of FIGS. 7A and 7B, ie for p values from 1 to 127. FIG.
図9で、黒く塗りつぶしたバーが(式5)の条件を満たしたものであり、その他は条件を満たしていない。
(式5)の条件を満たすpの場合には、ばらつきが比較的抑えられている。なお、信号レベルによってばらつきの程度は変動するが、本グラフは、一例として信号レベルが256階調中の144のレベルとした場合である。他の信号レベルの場合も同様に、(式5)の条件を満たすpを用いることで、輝度ばらつきが抑えられ、パルス密度変調による階調表示に有効である。
In FIG. 9, black bars satisfy the condition of (Equation 5), and others do not satisfy the condition.
In the case of p that satisfies the condition of (Equation 5), variations are relatively suppressed. Although the degree of variation varies depending on the signal level, this graph shows a case where the signal level is 144 levels out of 256 gradations, as an example. In the case of other signal levels as well, by using p that satisfies the condition of (Equation 5), luminance variation can be suppressed, which is effective for gradation display by pulse density modulation.
以下、前述の実施形態により表示される画像を、従来と比較したシミュレーション結果を例示する。
図10Aは、実施形態との比較のため、リファレンス画像として、人の視覚システムの空間周波数特性を利用してノイズ感を低減できることが知られているブルーノイズを用い、ディザ処理部122により1bit化した場合に知覚される画像を例示する図である。
Below, simulation results comparing the image displayed by the above-described embodiment with the conventional one will be illustrated.
In FIG. 10A, for comparison with the embodiment, blue noise, which is known to be able to reduce noise by utilizing the spatial frequency characteristics of the human visual system, is used as a reference image, and is converted to 1 bit by the
ここでは、1920×1080画素の映像を8bit階調(s=256)で表示する場合に、入力映像1フレームに対してフィールド分割はせず、補完した48(=d)フレームの1bit表示を行なった際のシミュレーション画像を例示している。
画像表示は行えているが、ノイズ感が高くなっているのが分かる。
Here, when an image of 1920×1080 pixels is displayed in 8-bit gradation (s=256), 1-bit display of 48 (=d) frames is complemented without field division for 1 frame of input image. The simulation image at the time is illustrated.
It can be seen that the image is displayed, but the noise level is high.
図10Bは、第3及び第4実施形態に係る方法により作成したリファレンス画像を用いてディザ処理部122により1bit化した場合に知覚される画像を例示する図である。
FIG. 10B is a diagram illustrating an image perceived when the reference image created by the method according to the third and fourth embodiments is converted to 1-bit by the
ここでは、第3実施形態のように、255×255画素のリファレンス原画像を255枚作成し、リファレンス原画像それぞれをタイル状に並べて1920×1080画素分を切り取ることによりリファレンス画像群を作成している。
また、リファレンス原画像間における同一画素のレベル増加分pを89とし、これは、n=255と互いに素な値であり、かつ、第4実施形態における(式5)の条件を満たしている。
図10Aの従来画像に比べてノイズ感が低減し、高画質化されていることが分かる。
Here, as in the third embodiment, 255 reference original images of 255×255 pixels are created, each reference original image is arranged in a tile shape, and a reference image group is created by cutting out 1920×1080 pixels. there is
Also, the level increment p of the same pixel between the reference original images is set to 89, which is a relatively prime value of n=255 and satisfies the condition of (Equation 5) in the fourth embodiment.
It can be seen that the noise feeling is reduced and the image quality is improved compared to the conventional image in FIG. 10A.
図11Aは、実施形態との比較のため、リファレンス画像にブルーノイズを用い、フィールド分割したうえで、ディザ処理部122により1bit化した場合に知覚される画像を例示する図である。
FIG. 11A is a diagram illustrating an image perceived when blue noise is used as a reference image, field-divided, and converted to 1-bit by the
ここでは、1920×1080画素の映像を8bit階調(s=256)で表示する場合に、入力映像1フレームに対して、補完した48(=d)フレームを4つのフィールド(k=4)に分割して1bit表示を行った際のシミュレーション画像を例示している。 Here, when displaying an image of 1920×1080 pixels in 8-bit gradation (s=256), 48 (=d) frames interpolated from one input image frame are divided into four fields (k=4). The simulation image is illustrated when divided and 1-bit display is performed.
図11Bは、第2~第4実施形態に係る方法により作成したリファレンス画像を用いてディザ処理部122により1bit化した場合に知覚される画像を例示する図である。
FIG. 11B is a diagram illustrating an image perceived when the reference image created by the method according to the second to fourth embodiments is converted to 1-bit by the
ここでは、第3実施形態のように、255×255画素のリファレンス原画像を255枚作成し、リファレンス原画像それぞれをタイル状に並べて1920×1080画素分を切り取ることによりリファレンス画像群を作成している。
また、リファレンス原画像間における同一画素のレベル増加分pを89とし、これは、n=255と互いに素な値であり、かつ、第4実施形態における(式5)の条件を満たしている。
Here, as in the third embodiment, 255 reference original images of 255×255 pixels are created, each reference original image is arranged in a tile shape, and a reference image group is created by cutting out 1920×1080 pixels. there is
Also, the level increment p of the same pixel between the reference original images is set to 89, which is a relatively prime value of n=255 and satisfies the condition of (Equation 5) in the fourth embodiment.
さらに、第2実施形態のように、ディザ処理部122に提供されるリファレンス画像は、リファレンス値変換部123により、フィールド毎に0~254を4分割した範囲に、リファレンス値がそれぞれ変換されている。
図11Aの従来画像に比べてノイズ感が低減し、高画質化されていることがわかる。
Further, as in the second embodiment, the reference image provided to the
It can be seen that the noise is reduced and the image quality is improved compared to the conventional image in FIG. 11A.
以上のように、前述の実施形態によれば、リファレンス値が同一とならないリファレンス画像群から順次リファレンス画像を提供することにより、リファレンス値を一様に分布させ、従来よりも低いフレームレートであってもディザ処理による値の偏りを抑制できる。したがって、画像表示装置1は、デジタル駆動の安定性及び高速性を保ちつつ、パルス密度駆動法を用いてより低い駆動周波数で、高画質な映像を表示できる。
As described above, according to the above-described embodiments, by sequentially providing reference images from a reference image group having different reference values, the reference values are uniformly distributed, and the frame rate is lower than in the conventional art. can also suppress bias in values due to dither processing. Therefore, the
画像表示装置1は、リファレンス値を、同一フレーム内の複数のフィールド毎に異なる特定の範囲の値に変換してもよい。これにより、ディザによるリファレンス値のばらつきが特定の範囲に限定されることになり、輝度ばらつきの抑制にもつながり、視認上のノイズを低減できることにより、低い駆動周波数でも良好な画質を得ることができる。
The
画像表示装置1は、リファレンス原画像をタイル状に並べてリファレンス画像を作成することで、画素数の多いリファレンス画像の作成を効率化し、処理負荷を低減できる。
By arranging reference original images in tiles to create reference images, the
画像表示装置1は、リファレンス画像内においてリファレンス値それぞれの密度を一定にすることにより、ディザ処理による値の偏りをさらに抑制し、低い駆動周波数での高画質化を実現できる。
By making the density of each reference value constant in the reference image, the
画像表示装置1は、リファレンス画像の階調数を、入力映像の階調数より1だけ少ない数としてよい。これにより、リファレンス値の最小値又は最大値に対して、ディザ処理の結果が信号レベルによらず決定してしまう事象を回避できる。
なお、リファレンス画像の階調数は、簡略化のため、入力映像の階調数と等しくしてもよく、これによっても十分な高画質化が期待できる。
The
For simplification, the number of gradations of the reference image may be equal to the number of gradations of the input video, which can also be expected to provide a sufficiently high image quality.
画像表示装置1は、リファレンス値に所定数pを加算し、リファレンス画像の階調数nで割った余りを新たなリファレンス値とするリファレンス画像を順次作成する。
これにより、画像表示装置1は、リファレンス画像群を容易に作成でき、処理負荷を低減できる。
The
Thereby, the
このとき、画像表示装置1は、所定数pを、リファレンス画像の階調数nと互いに素な値とすることにより、リファレンス値の重複をさけ、リファレンス画像群として多数のリファレンス画像を容易に作成できる。
At this time, the
また、画像表示装置1は、所定数pの値を、式(5)の条件を満たすように選択することにより、リファレンス値の偏りを抑制でき、連続して近い値となる頻度を低くできるので、低い駆動周波数での高画質化を実現できる。
In addition, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Moreover, the effects described in the present embodiment are merely enumerations of the most suitable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are not limited to those described in the present embodiment.
前述の実施形態では、入力映像の画素値の取り得る値の最小値0以上、最大値255未満の範囲のリファレンス値(0~254)を画素値として有するリファレンス画像を作成し、入力映像の画素値がリファレンス値を超える場合に画素値を1に、リファレンス値以下の場合に画素値を0に変換することとしたが、これには限られない。
例えば、リファレンス値の範囲は0~255でもよい。また、リファレンス値の範囲を1~255(又は0~255)として、リファレンス値以上の場合に画素値を1に、リファレンス値未満の場合に画素値を0に変換してもよい。
In the above-described embodiment, a reference image having a reference value (0 to 254) in the range of the minimum value 0 or more and the maximum value less than 255 of the pixel values of the input video is created, and the pixel value of the input video is Although the pixel value is converted to 1 when the value exceeds the reference value and is converted to 0 when the value is equal to or less than the reference value, the present invention is not limited to this.
For example, the reference value may range from 0-255. Alternatively, the range of the reference value may be 1 to 255 (or 0 to 255), and the pixel value may be converted to 1 when the reference value is greater than or equal to the reference value, and to 0 when the reference value is less than the reference value.
本実施形態では、主に画像表示装置1の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限られず、各構成要素を備え、ディスプレイに画像を表示するための方法、又はプログラムとして構成されてもよい。
In the present embodiment, the configuration and operation of the
さらに、画像表示装置1の機能を実現するためのプログラムをコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。
Further, the program for realizing the functions of the
ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータで読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROMなどの可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスクなどの記憶装置のことをいう。 The "computer system" here includes hardware such as an OS and peripheral devices. The term "computer-readable recording medium" refers to portable media such as flexible disks, magneto-optical disks, ROMs and CD-ROMs, and storage devices such as hard disks built into computer systems.
さらに「コンピュータで読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットなどのネットワークや電話回線などの通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時刻の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時刻プログラムを保持しているものも含んでもよい。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。 In addition, "computer-readable recording medium" means dynamically storing programs for a short period of time, like a communication line when sending a program via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. However, it may also include a volatile memory inside a computer system that serves as a server or a client in that case, which holds the program at a fixed time. In addition, the program may be for realizing part of the functions described above, or may be capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in the computer system. .
1 画像表示装置
11 映像入力部
12 信号処理部
13 行駆動ドライバ部
14 列駆動ドライバ部
15 表示パネル
121 リファレンス画像作成部
122 ディザ処理部
123 リファレンス値変換部
REFERENCE SIGNS
Claims (10)
入力映像と同一画素の前記リファレンス値を閾値として、前記入力映像の画素値を1又は0に変換するディザ処理部と、を備え、
前記リファレンス画像作成部は、いずれの画素においても同一値とならない複数のリファレンス画像からなるリファレンス画像群を作成し、当該リファレンス画像群から順次、リファレンス画像を前記ディザ処理部に提供する画像表示装置。 a reference image creation unit that creates a reference image having reference values as pixel values;
a dither processing unit that converts the pixel value of the input image to 1 or 0 using the reference value of the same pixel as the input image as a threshold,
The reference image creation unit creates a reference image group composed of a plurality of reference images that do not have the same value in any pixel, and sequentially provides the reference images from the reference image group to the dither processing unit.
入力映像と同一画素の前記リファレンス値を閾値として、前記入力映像の画素値を1又は0に変換するディザ処理ステップと、をコンピュータが実行し、
前記リファレンス画像作成ステップにおいて、いずれの画素においても同一値とならない複数のリファレンス画像からなるリファレンス画像群を作成し、当該リファレンス画像群から順次、リファレンス画像を前記ディザ処理ステップに提供する信号処理方法。 a reference image creating step of creating a reference image having the reference values as pixel values;
a dither processing step of converting the pixel value of the input image to 1 or 0 using the reference value of the same pixel as the input image as a threshold,
A signal processing method in which, in the reference image creation step, a reference image group is created from a plurality of reference images that do not have the same value in any pixel, and the reference images are sequentially provided to the dither processing step from the reference image group.
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