JP3203012B2

JP3203012B2 - 映像信号処理回路

Info

Publication number: JP3203012B2
Application number: JP11250391A
Authority: JP
Inventors: 浩二村岡
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-04-16
Publication date: 2001-08-27
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JPH04229788A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は表示手段として LCDパネ
ルを用いたモニタの映像信号を処理する回路に関し、特
に LCDのコントラストの改善技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自然界における光（自然光）のコントラ
ストは極めて幅が広く、その再生を行う種々の映像機器
では一般的には自然光に対応するだけのダイナミックレ
ンジを有していない。特に、 LCDパネル (液晶ディスプ
レイパネル) をライトバブルとして用いたプロジェクシ
ョンモニタでは、パネル自体のオン／オフ特性あるいは
光源のピーク輝度の面での制限等から、階調表現のダイ
ナミックレンジの面で非常なハンディキャップを負って
いる。このようなハンディキャップを補うために、たと
えば電気的に画面の内容に応じて階調補正等の非線形処
理を行ってコントラストを改善することが試みられてい
る。

【０００３】即ち、薄膜トランジスタ(TFT) をスイッチ
ング素子に用いたアクティブマトリックス型の LCDパネ
ルは中間階調表示が可能であり、高画質であることから
小型液晶TVディスプレイとして、また投射型TVのライト
バルブとして広く使用されている。TFT アクティブマト
リックス型の LCDパネルは例えばノーマリホワイト駆
動、即ち対極信号レベルと輝度信号等の映像信号との差
が最小の場合、透過率が最大となるように駆動され、透
過率の変化により明暗のコントラストを変化させてい
る。

【０００４】しかしながら LCDパネルの透過率は入力さ
れた映像信号に対してリニアではなく、またCRT のγ特
性とも異なっている。図５はノーマリホワイト駆動の場
合の透過特性の一例を示すグラフであり、縦軸に透過率
を、また横軸に映像信号電圧と対極電圧との差(V) をと
っている。

【０００５】ここで透過率は LCDパネルの透過率が最大
の場合を100 ％、最小の場合を０％としている。図５か
ら明らかな如く、透過率は前記差が３〜５Ｖ前後の領域
で急激に減少し、その他の領域では漸減している。した
がって従来より透過率と映像信号とのリニアリティ（直
線性）を得るために映像信号の黒レベルを伸張させる等
の補正処理が行われていた。図６は従来の黒伸張の一例
を示すグラフであり、縦軸に出力映像信号を、また横軸
に入力映像信号をとっている。このグラフから明らかな
如く黒レベルの勾配を他の部分に比べ大きくとることに
より、黒レベルのリニアリティを得るようにし、黒レベ
ルの階調を得るようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら LCDパネ
ルの最大コントラストはCRT に遥かに及ばず十分な階調
表現ができないという問題があった。これは LCDパネル
の透過率の最大／最小比が実際の明暗のコントラストに
くらべて充分ではないと共に、 LCDの場合外部光源が必
要なためその光源の光量に制限されるからである。

【０００７】また本来、階調補正はＲ，Ｇ，Ｂの各コン
ポーネント信号それぞれについて行う必要があり、この
ために回路規模が大きくなり、回路によっては調整作業
が複雑になる。しかし、輝度信号(Y信号) のみについて
階調補正を行えば、Ｒ，Ｇ，Ｂの各コンポーネント信号
それぞれについて階調補正を行った場合と同様の効果が
得られるにも拘わらず、回路規模も小さくて済み、従っ
て調整作業も簡素化される。但し、輝度信号のみについ
て階調補正を行う場合には、その補正量が大きくなれば
なるほど色信号(C信号) との相関が崩れてしまい、たと
えばコントラストはあるにも拘わらず色が薄いというよ
うなアンバランスな画像になる可能性が大きい。

【０００８】本発明は以上のような事情に鑑みなされた
ものであり、映像信号の平均輝度が低い場合は黒レベル
のみを、平均輝度が高い場合は白レベルのみを、平均輝
度が中間である場合は両レベルをそれぞれ伸張すると共
に、黒または白レベルのみを伸張する場合には両レベル
を伸張する場合に比してカラーゲインを大にすることに
より、ダイナミックレンジを有効に使え、視覚的なコン
トラスト比を改善でき、より鮮明な階調表現ができる映
像信号処理回路を提供することを目的にする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る映像信号処
理回路は、液晶表示パネルの駆動回路に用いられ、少な
くとも輝度信号を含む映像信号を処理する映像信号処理
回路において、前記輝度信号から平均輝度を検出する平
均輝度検出手段と、前記平均輝度検出手段による検出結
果が低い第１の場合は前記映像信号の黒レベルの伸張の
みを行い、前記平均輝度検出手段による検出結果が高い
第２の場合は前記映像信号の白レベルの伸張のみを行
い、前記平均輝度検出手段による検出結果が中間程度で
ある第３の場合は前記映像信号の黒レベル及び白レベル
の両伸張を行うように補正する階調補正手段と、前記第
１及び第２の場合には前記第３の場合に比して、カラー
ゲインを大に制御するゲイン制御手段とを備えることを
特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては、輝度信号を含む映像信号が
入力されると輝度信号の平均輝度が平均輝度算出手段に
より求められ、求められた平均輝度に従い、例えば平均
輝度が高い明るい映像信号の場合は、白レベルの伸張だ
けが行われて白レベルのコントラストが補正され、また
平均輝度が低く暗い映像信号の場合は、黒レベルの伸張
だけが行われて黒レベルのコントラストが補正され、更
に平均輝度が中程度の場合は、黒レベル及び白レベル双
方の伸張が行われて両レベルのコントラストが補正さ
れ、更にそれぞれの場合に応じてカラーゲインが変更制
御されて階調補正の結果による崩れてしまう輝度信号と
色信号との相関が補償される。これにより液晶表示パネ
ルのダイナミックレンジを有効に利用でき、視覚的なコ
ントラストが改善される。

【００１１】

【実施例】以下、本発明をその実施例を示す図面に基づ
いて詳述する。図１は本発明の映像信号処理回路の実施
例の回路構成を示すブロック図である。

【００１２】図１において、参照符号１は輝度信号Ｙの
入力端子であり、入力された入力輝度信号Ｙ_Iは APLレ
ベル検出器８，階調補正回路57及び同期分離回路に与え
られる。

【００１３】APLレベル検出器８は平均輝度検出手段と
して機能し、入力輝度信号Ｙ_Iの平均輝度レベルを検出
し、それに応じた検出出力APL を階調補正回路57へ与え
る。

【００１４】階調補正回路57は入力輝度信号Ｙ_Iの APL
レベル検出器８による検出出力APLに応じて黒レベルま
たは白レベルあるいは両レベルの伸張を行ってＹ信号の
階調を補正する回路である。この階調補正回路57により
階調補正された補正輝度信号Ｙ_Oは出力端子13から出力
される。またこの階調補正回路57は後述する如く、カラ
ーゲインを制御する信号、即ち可変ゲイン増幅器64の制
御電圧を発生して可変ゲイン増幅器64に与えている。

【００１５】52は色信号 (カラー信号) Ｃの入力端子で
あり、入力された入力カラー信号Ｃ_Iはゲート60及び可
変ゲイン増幅器64に与えられている。

【００１６】同期分離回路58は入力輝度信号Ｙ_Iを同期
分離した結果の同期信号をバーストゲート59に与える。
バーストゲート59は同期信号に従ってゲート60を開閉制
御する。従って、入力カラー信号Ｃ_Iは同期信号に同期
してゲート60からオートフェイズコントローラ(APC:Aut
o Phase Controller) 62に与えられる。

【００１７】61はローパスフィルタ(LPF:Low Pass Filt
er) 、63は電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Os
cillator) であり、APC 62に与えられた入力カラー信号
Ｃ_Iを処理してカラー復調サブキャリアを発生し、位相
検波器66へ直接、また位相検波器67へはπ/2移相器65を
介して与えている。なお、69はこのカラー復調サブキャ
リアの出力端子である。

【００１８】可変ゲイン増幅器64はゲイン制御手段とし
て機能し、入力端子52へ入力された入力カラー信号Ｃ_I
を、階調補正回路57から与えられている制御電圧に応じ
たゲインで増幅して位相検波器66, 67へ出力する。両位
相検波器66, 67ではVCO 63から与えられているカラー復
調サブキャリアの位相に応じてそれぞれ色差信号Ｉ及び
色差信号Ｑを出力端子54, 55から出力する。

【００１９】以上の構成では、入力端子52へ入力された
入力カラー信号Ｃ_Iが、階調補正回路57から可変ゲイン
増幅器64へ出力されている制御電圧に応じたゲインで出
力端子54, 55から出力されることになる。

【００２０】いまたとえば図２(a) に示す如き波形のＹ
信号 (輝度信号) が入力端子１に入力されたとする。こ
のような平均的なＹ信号が連続して入力された場合に
は、 APLレベル検出器８により検出されたAPL(平均輝度
レベル) はほぼ50％になる。しかし、Ｙ信号のレベルが
偏っている場合、 APLレベル検出器８の検出出力APL に
応じて階調補正回路57により階調補正される。この際の
階調補正は、前述の実施例において既に説明した如く、
APLレベル検出器８の検出出力APL が高い、即ち画像が
非常に明るい場合には図２(b) に示す如く白レベルの伸
張が行われ、 APLレベル検出器８の検出出力APL が低
い、即ち画像が非常に位るい場合には図２(c) に示す如
く黒レベルの伸張が行われる。

【００２１】しかし、上述のようなＹ信号の伸張による
階調補正のみでは相対的なカラーゲインの低下を招来す
るので、本実施例では上述の図１に示す如き回路構成に
よりカラー信号のゲインの変更制御を行う。

【００２２】Ｃ信号 (カラー信号) は、その入力端子52
から入力されてゲート60, APC 61,LPF 61, VCO 63を経
てカラー復調サブキャリアが得られる。このカラー復調
サブキャリアはそのまま位相検波器66に与えられ、また
π/2移相器65を介して位相検波器67に与えられる。両位
相検波器66, 67には可変ゲイン増幅器64を介してＣ信号
が与えられており、それぞれ色差信号Ｉ及びＱが出力端
子54, 55へ出力される。

【００２３】ここで、カラーゲインの変更制御は可変ゲ
イン増幅器64のゲインを制御することにより可能であ
る。従って、階調補正回路57による入力輝度信号Ｙ_Iに
対する階調補正に対応してカラーゲインを変化させれ
ば、階調補正に伴う相対的なカラーゲインの低下を補償
することが可能になる。

【００２４】図３は、上述のような目的で行われる本第
２実施例におけるカラーゲイン・APL 特性を示すグラフ
である。具体的には、 APLが高い図３に(W) にて示され
ている領域である場合 (白レベルが伸張される場合) 及
び APLが低い図３に(B) にて示されている領域である場
合 (黒レベルが伸張される場合) には階調補正回路57か
ら可変ゲイン増幅器64への出力である制御電圧を相対的
に高くし、 APLがそれ以外の図３に(M) にて示されてい
る領域である場合 (両レベルが伸張される場合) には階
調補正回路57から可変ゲイン増幅器64への出力である制
御電圧を相対的に低くする。

【００２５】図４は上述のような本実施例の階調補正回
路57の具体的な回路構成を示す回路図である。

【００２６】図４において、参照符号１はクランプ (直
流再生) されたＹ信号の入力端子であり、負極性 (同期
正) である。

【００２７】参照符号72は APLレベル検出器８の検出出
力APL が入力される入力端子であり、検出出力APL は電
圧(Vc)として入力される。なお、この入力端子72へは A
PLレベル検出器８の検出出力APL が低ければ低いほど高
い電圧が入力され、検出出力APL が高ければ高いほど低
い電圧が入力される。なお、入力端子72から入力される
電圧VcはトランジスタTr.3のベースにも印加されている
が、このトランジスタTr.3はベースに印加される電圧Vc
が後述するトランジスタTr.12, Tr.13のベース電位V1よ
りも高い場合にオン状態となって電源電圧Vcc をトラン
ジスタTr.11, Tr.14のベースに印加する。

【００２８】入力端子１から入力されたＹ信号は二つの
トランジスタTr.1, Tr.2によりそれぞれトランジスタT
r.15, Tr.16, Tr.17 に印加される。更に、トランジス
タTr.4, Tr.5のベースバイアスを適当に設定することに
より、トランジスタTr.15 のエミッタからは黒伸張され
たＹ信号が、トランジスタTr.17 のエミッタからは白伸
張されたＹ信号がそれぞれ出力される。

【００２９】入力輝度信号Ｙ_Iは最終的には、負荷抵抗
R1に流れる電流により生じる電位波形をトランジスタT
r.6で検出して出力端子13へ出力される。従って、この
負荷電流をトランジスタTr.7乃至Tr.14 により構成され
るスイッチング回路でトランジスタTr.15, Tr.16, Tr.1
7 のいずれに流すかを切換えることにより、入力端子１
から出力端子13までの入出力特性が黒レベルの伸張から
白レベルの伸張までの各状態に対応して変化する。

【００３０】このトランジスタTr.7乃至Tr.14 により構
成されるスイッチング回路の動作は、トランジスタTr.
8, Tr.9のベース電位(V2)及びV2よりも高い電位である
トランジスタTr.12, Tr.13のベース電位(V1)と、 APLレ
ベル検出器８の検出出力APL の電圧(Vc)との関係により
決定される。

【００３１】図４において、参照符号R2及びR3はこの階
調補正回路57の動作状態を検出するための抵抗であり、
その検出結果はカラーゲイン制御端子68へ出力される。
このカラーゲイン制御端子68への出力は前述の如く、可
変ゲイン増幅器64へも与えられているので、これにより
カラーゲインの変更制御が行われる。

【００３２】以下、この図４に示されている階調補正回
路57の具体的な動作について、 APLレベル検出器８の３
段階の検出出力APL に応じたそれぞれの状態について説
明する。

【００３３】（ｉ）Vc＞V1＞V2の場合入力端子72への入力電圧VcがV1及びV2よりも高い、即ち
平均輝度検出手段である APLレベル検出器８の検出出力
APL がトランジスタTr.12, Tr.13のベース電位V1及びト
ランジスタTr.8, Tr.9のベース電位V2よりも低い場合で
ある。この場合、スイッチング回路を構成するトランジ
スタTr.7乃至Tr.14 の内、電流が流れるのは、入力端子
72への入力電圧Vcがベースに印加されるトランジスタT
r.7, Tr.10 と、入力端子72への入力電圧Vcがベースに
印加されるトランジスタTr.3を介して流れる電源電圧Vc
c がベースに印加されるトランジスタ Tr.11, Tr.14 で
あり、残りのトランジスタはオフ状態であって電流は流
れない。従って、この場合にはトランジスタTr.15 のエ
ミッタ電流がトランジスタTr.10, Tr.11を介して負荷抵
抗R1に流れるので、結果的に黒レベルの伸張処理が行わ
れた補正輝度信号Ｙ_Oが出力端子13へ出力される。

【００３４】また上述の平均輝度検出手段である APLレ
ベル検出器８の検出出力APL がトランジスタTr.12, Tr.
13のベース電位V1及びトランジスタTr.8, Tr.9のベース
電位V2よりも低い場合、トランジスタTr.14 のコレクタ
電位も負荷抵抗R2に流れる電流により降下する。この電
流から抵抗R4及び容量C1にて構成されるLPF によりDC成
分のみが取出され、トランジスタTr.18, Tr.19により構
成される作動アンプで反転増幅されてカラーゲイン制御
端子68、即ち可変ゲイン増幅器64へ出力される。この場
合、カラーゲイン制御端子68への出力電圧、換言すれば
可変ゲイン増幅器64に与えられる制御電圧は上昇する。

【００３５】従って、平均輝度検出手段である APLレベ
ル検出器８の検出出力APL がトランジスタTr.12, Tr.13
のベース電位V1及びトランジスタTr.8, Tr.9のベース電
位V2よりも低い場合、黒レベルの伸張動作が行なわれる
と共に、ゲイン制御手段である可変ゲイン増幅器64に与
えられる制御電圧は上昇する。この状態が図３の(B)の
領域での動作に相当する。

【００３６】（ii）V1＞Vc＞V2の場合入力端子72への入力電圧VcがV1とV2との中間、即ち平均
輝度検出手段である APLレベル検出器８の検出出力APL
がトランジスタTr.12, Tr.13のベース電位V1とトランジ
スタTr.8, Tr.9のベース電位V2との中間である場合であ
る。この場合、スイッチング回路を構成するトランジス
タTr.7乃至Tr.14 の内、電流が流れるのは入力端子72へ
の入力電圧Vcがベースに印加されるトランジスタTr.7,
Tr.10 と、入力端子72への入力電圧よりも高いベース電
位V1がベースに印加されているトランジスタTr.12, Tr.
13であり、残りのトランジスタはオフ状態であって電流
は流れない。従って、この場合にはトランジスタTr.16
のエミッタ電流がトランジスタTr.10, Tr.13を介して負
荷抵抗R1に流れるので、結果的に伸張処理が行われない
補正輝度信号Ｙ_Oが出力端子13へ出力される。

【００３７】また上述の平均輝度検出手段である APLレ
ベル検出器８の検出出力APL がトランジスタTr.12, Tr.
13のベース電位V1とトランジスタTr.8, Tr.9のベース電
位V2との中間である場合、トランジスタTr.9にもTr.14
にも電流は流れないので、負荷抵抗R2及びR3による電圧
降下は発生せず、従ってその反転出力であるカラーゲイ
ン制御端子68、即ち可変ゲイン増幅器64への出力電圧は
相対的に低くなる。従って、平均輝度検出手段である A
PLレベル検出器８の検出出力APL がトランジスタTr.12,
Tr.13のベース電位V1とトランジスタTr.8, Tr.9のベー
ス電位V2との中間である場合、黒レベル及び白レベルの
伸張動作が行なわれると共に、ゲイン制御手段である可
変ゲイン増幅器64に与えられる制御電圧は相対的に低く
なる。この状態が図３の(M) の領域での動作に相当す
る。

【００３８】(iii) V1＞V2＞Vcの場合入力端子72への入力電圧VcがV1及びV2よりも低い、即ち
平均輝度検出手段である APLレベル検出器８の検出出力
APL がトランジスタTr.12, Tr.13のベース電位V1及びト
ランジスタTr.8, Tr.9のベース電位V2よりも高い場合で
ある。この場合は、スイッチング回路を構成するトラン
ジスタTr.7乃至Tr.14 の内、電流が流れるのは入力端子
72への入力電圧よりも高いベース電位V2がベースに印加
されているトランジスタTr.8, Tr.9と、入力端子72への
入力電圧よりも高いベース電位V1がベースに印加されて
いるトランジスタTr.12, Tr.13であり、残りのトランジ
スタはオフ状態であって電流は流れない。従って、この
場合にはトランジスタTr.17 のエミッタ電流がトランジ
スタTr.8を介して負荷抵抗R1に流れるので、結果的に白
レベルの伸張処理が行われた補正輝度信号Ｙ_Oが出力端
子13へ出力される。

【００３９】また上述の平均輝度検出手段である APLレ
ベル検出器８の検出出力APL がトランジスタTr.12, Tr.
13のベース電位V1及びトランジスタTr.8, Tr.9のベース
電位V2よりも高い場合、トランジスタTr.9のコレクタ電
位も負荷抵抗R3に流れる電流により降下する。この電流
から抵抗R4及び容量C1にて構成されるLPF によりDC成分
のみが取出され、トランジスタTr.18, Tr.19により構成
される作動アンプで反転増幅されてカラーゲイン制御端
子68へ出力される。この場合、カラーゲイン制御端子68
への出力電圧、換言すれば可変ゲイン増幅器64に与えら
れる制御電圧は上昇する。

【００４０】従って、平均輝度検出手段である APLレベ
ル検出器８の検出出力APL がトランジスタTr.12, Tr.13
のベース電位V1及びトランジスタTr.8, Tr.9のベース電
位V2よりも高い場合、白レベルの伸張動作が行なわれる
と共に、ゲイン制御手段である可変ゲイン増幅器64に与
えられる制御電圧は上昇する。この状態が図３の(W)の
領域での動作に相当する。

【００４１】なお、負荷抵抗R2, R3の値、トランジスタ
Tr.18, Tr.19により構成される作動アンプのゲイン等に
より、検出出力APL に対してカラーゲインをどのように
対応させるかはかなりの幅で任意に設定可能である。以
上のようにして、 APLレベル検出器８の検出出力APL に
対応したカラーゲインの制御電圧を得ることが可能にな
る。

【００４２】

【発明の効果】以上に説明した如く、本発明においては
映像信号を平均輝度が高い、即ち画像が明るい場合は白
レベルを伸張し、平均輝度が低い、即ち画像が暗い場合
は黒レベルを伸張し、中間程度の明るさである場合には
両レベルを伸張し、同時に色信号との相関が崩れるのを
回避するためにカラーゲインを変化させているので、比
較的簡素な回路構成で LCDパネルの透過率のリニアリテ
ィを補正し、ダイナミックレンジを有効に利用し、視覚
的なコントラストを改善し、より鮮明な階調表現がで
き、コストダウン, 製品の調整箇所の削減及び調整作業
の簡素化等が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る映像信号処理回路の実施例の構成
を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例の輝度信号の入出力特性を示す
グラフである。

【図３】本発明の実施例のカラーゲイン・APL 特性を示
すグラフである。

【図４】本発明に係る映像信号処理回路の実施例の具体
的構成を示す回路図である。

【図５】LCDパネルの透過率特性を示すグラフである。

【図６】従来の映像信号処理回路の入出力特性を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

２白伸張回路３黒伸張回路 5, 6 アナログスイッチ８ APLレベル検出器 9, 10 コンパレータ 57 階調補正回路 64 可変ゲイン増幅器

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶表示パネルの駆動回路に用いられ、
少なくとも輝度信号を含む映像信号を処理する映像信号
処理回路において、前記輝度信号から平均輝度を検出する平均輝度検出手段
と、前記平均輝度検出手段による検出結果が低い第１の場合
は前記映像信号の黒レベルの伸張のみを行い、前記平均
輝度検出手段による検出結果が高い第２の場合は前記映
像信号の白レベルの伸張のみを行い、前記平均輝度検出
手段による検出結果が中間程度である第３の場合は前記
映像信号の黒レベル及び白レベルの両伸張を行うように
補正する階調補正手段と、前記第１及び第２の場合には前記第３の場合に比して、
カラーゲインを大に制御するゲイン制御手段とを備える
ことを特徴とする映像信号処理回路。