JP3440814B2 - 映像信号処理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＣＲＴ（Ca
thode Ray Tube）等の受像管とは異なるディスプレイに
テレビジョン信号を表示するために用いられる映像信号
処理装置に係り、特に、Ａ／Ｄ変換の出力ビット数より
もディスプレイの階調が少ない場合に用いられる映像信
号処理装置に属する。

【０００２】

【従来の技術】入力映像信号（例えばテレビジョン信号
やパソコン信号）をディジタル変換した後、所定の信号
処理をして画像をディスプレイに表示する場合、そのデ
ィジタル変換した信号のビット数、例えばＡ／Ｄ変換の
８ビット（２５６階調）に対してディスプレイの階調数
が例えば６４階調（６ビット）と少ない場合には、その
８ビットのうち上位６ビットを使用することがある。

【０００３】このＡ／Ｄ変換した８ビットデータの下位
２ビットを外して６ビットとする場合、当該映像信号装
置は例えば図１に示す構成になっている。この図におい
て、入力映像信号（図１に示すＲＧＢ原色ビデオ信号）
をＡ／Ｄ変換部１１で８ビットのデータにディジタル変
換し、この８ビットのデータに所定の処理（逆γ補正処
理）し、その処理後の８ビットデータの下位２ビットを
外した６ビットデータで入力映像信号による画像を表示
する。

【０００４】逆γ補正とは、ＣＲＴなどの受像管とは異
なるディスプレイ（例えばプラズマディスプレイ）にテ
レビジョン信号を表示すると、その輝度特性がＣＲＴと
は異なりリニアなためＣＲＴの特性に合わせた補正を行
うことである。

【０００５】ＮＴＳＣの放送ではγの値は２．２に決め
られているので、このγ係数２．２を使い特性式から入
力信号に対して２．２乗の重み付けを行い、入力ディジ
タル信号に対する補正カーブデータを決めている。

【０００６】この補正カーブデータを予め記憶媒体（例
えばＲＯＭ）に書き込んでおき、Ａ／Ｄ変換後のディジ
タルデータをこの記憶媒体に入力し、変換された出力を
逆γ補正後の補正ディジタル映像信号とする。

【０００７】また、表示させるディスプレイがアナログ
の場合、上記補正ディジタル映像信号をＤ／Ａ変換し、
このアナログ変換した信号によりディスプレイを駆動し
て入力映像信号による画像を表示する。

【０００８】前記Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号にγ補
正を含む所定の信号処理を施し、この信号処理した信号
によってディスプレイに表示可能とする映像信号処理装
置において、ディジタル変換した信号を構成するビット
数のうち、入力映像信号の重要な部分（有効ビット数）
をディスプレイの階調数必要なビット数に変換する変換
ＲＯＭを備え、この変換ＲＯＭで得たビット信号に信号
処理を施し、映像信号による画像の重要な部分の階調数
（有効階調数）を増加させる方法が特開平６−３３５０
１３に記述されている。

【０００９】また、前記Ａ／Ｄ変換後のディジタル信号
に基づいてγ補正を行う回路で、Ａ／Ｄ変換されたディ
ジタルデータから階調レベルの分布状態を検出するデコ
ーダ及びカウンタと、補正パターンを切り替え可能とす
る記憶手段を持ち、階調レベルの分布状態に応じてその
補正パターンを切り替えることにより、γ補正の結果得
られる階調レベル分布を最適化し画像のコントラスト等
を自動的に最適化する方法が特開平６−１７８１５３に
記述されている。

【００１０】また、表示装置の入力信号の種類や階調分
布特性、外光の明るさなどの外部環境によってγ補正カ
ーブを切り替えて、コントラストの増加や階調つぶれを
抑制した表示を可能にする方法なども特開平６−２３０
７６０に記述されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、表示するディ
スプレイの階調数はその仕様により決まっており、例え
ば表示階調数が少ない６４階調（６ビット２６万色)の
ディスプレイの場合、ＮＴＳＣなどの自然画表示を行う
とその表示品位が低下するという問題がある。

【００１２】その理由は８ビット（２５６）Ａ／Ｄ変換
の場合、変換後のディジタルデータがγ補正ＲＯＭを通
すことによってその階調数に抜けが発生し１８４階調に
なる。さらに６４階調２６万色ディスプレイの場合は８
ビットデータのうち上位６ビットを使用すると階調数が
６４まで低下するためである。

【００１３】本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、表示階調数の少な
いディスプレイに自然画を表示したときに見られる表示
品位の低下の問題を解決する映像信号処理方法及び装置
を提供する点にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載の発明の要旨は、入力映像信号に対してＣＲＴの特性
に合わせて逆γ補正を施し、輝度特性がリニアなディス
プレイに表示する映像信号処理装置であって、入力映像
信号をディジタル変換してｎビット信号を出力するＡ／
Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段からのｎビット信号に
対して逆γ補正関数もしくは低輝度レベルにおいて前記
逆γ補正関数の階調を補完する疑似逆γ補正関数のいず
れかに基づく信号処理を施してｎビット信号の上位ビッ
トをｎビットよりもビット数が少ないｍビット信号とし
て出力する信号処理部と、該信号処理部の信号処理を前
記逆γ補正関数もしくは前記疑似逆γ補正関数のいずれ
の関数に基づいて行うかをドットクロック毎、ライン
毎、フィールドまたはフレーム毎に切り替えて選択する
選択手段とを具備することを特徴とする映像信号処理装
置に存する。また、この発明の請求項２に記載の発明の
要旨は、疑似逆γ補正関数は、低輝度レベルにおいて擬
似的に（ｍ＋１）ビットでの立ち上がりと同じレベルに
した関数であることを特徴とする請求項１記載の映像信
号処理装置に存する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態
である映像信号処理装置の構成を示すブロック図であ
る。この図において、１１はＡ／Ｄ変換部、１４は多階
調化逆γ補正回路であり、この多階調化逆γ補正回路１
４は、逆γ補正変換ＲＯＭ１２と逆γ補正カーブ選択回
路１３とで構成される。逆γ補正変換ＲＯＭ１２の内部
には、２種類以上の逆γ補正カーブのデータが予め書き
込まれている。

【００１６】Ａ／Ｄ変換部１１で変換された８ビットデ
ィジタル信号は、逆γ補正変換ＲＯＭ１２の下位アドレ
スに接続される。逆γ補正変換ＲＯＭ１２で所定のデー
タに変換された８ビットディジタル信号のうち上位６ビ
ットデータが補正ディジタル映像信号として使用され
る。

【００１７】また、逆γ補正カーブ選択回路１３から出
力される逆γ補正カーブ選択信号１５は逆γ補正変換Ｒ
ＯＭ１２の上位アドレスに接続されている。

【００１８】図２は逆γ補正カーブ選択回路１３の詳細
回路図である。水平垂直各同期信号を正極性にするため
のインバータ２７, ２８、ドットクロック２９を１／２
に分周するフリップフロップ２１、水平同期信号を１／
２に分周するフリップフロップ２２、垂直同期信号を１
／２に分周するフリップフロップ２３、フリップフロッ
プ２２の出力とフリップフロップ２３の出力との排他的
論理和をとるゲート２５、さらに排他的論理和ゲート２
５の出力とフリップフロップ２１の出力との排他的論理
和をとるゲート２６、ゲート２６の出力をラッチするフ
リップフロップ２４で構成される。

【００１９】次に、図１を参照して、本実施形態の映像
信号処理装置の実際の動作について説明する。入力映像
信号（ＲＧＢ原色ビデオ信号またはパソコン信号）はＡ
／Ｄ変換部１１で８ビットのディジタル信号に変換さ
れ、この変換された８ビットディジタル信号が逆γ補正
変換ＲＯＭ１２の下位ビットアドレスに入力される。

【００２０】一方、この逆γ補正変換ＲＯＭ１２の上位
ビットアドレスには逆γ補正カーブ選択回路１３から出
力される逆γ補正カーブ選択信号１５が接続されてお
り、その選択信号の出力レベルに応じて逆γ補正変換Ｒ
ＯＭ１２の内部に予め書き込まれた２種類以上の逆γ補
正カーブのデータを切り替えている。なお、逆補正変換
γＲＯＭ１２内に書き込まれた逆γ補正カーブのデータ
の詳細については後述する。

【００２１】そして逆γ補正変換ＲＯＭ１２で所定のデ
ータに変換された８ビットディジタル信号に対して、デ
ィスプレイの階調数が６４階調（６ビット）と少ない場
合には、８ビットデータのうち下位２ビットを外した上
位６ビットデータを使用してディジタル信号変換を行
い、ディスプレイを駆動して入力映像信号による画像の
表示を行う。

【００２２】次に図２を参照して逆γ補正カーブ選択回
路１３の動作を説明する。入力水平同期信号３０はイン
バータ２７によりその極性が反転して（正極性）フリッ
プフロップ２２のクロック入力端子に入力される。同様
に入力垂直同期信号３１はインバータ２８によりその極
性が反転して（正極性）フリップフロップ２３のクロッ
ク入力端子に入力される。フリップフロップ２２および
２３からはそれぞれ入力水平同期信号３０と入力垂直同
期信号３１の１／２の周波数の信号が出力され、排他的
論理和ゲート２５によってそれぞれの信号が合成され
る。

【００２３】一方ドットクロック信号２９はフリップフ
ロップ２１によってその周波数が１／２に分周される。
フリップフロップ２１からの分周出力と排他的論理和ゲ
ート２５の出力は、排他的論理和ゲート２６によって信
号が合成される。排他的論理和ゲート２６からの出力は
最後にフリップフロップ２４によってラッチされて出力
される。

【００２４】つまりこれらの回路によって排他的論理和
ゲート２６からの出力は、ドットクロック毎、水平信号
（ライン）毎、垂直信号（フィールドまたはフレーム）
毎にその出力レベルの論理が反転した信号になる。この
信号は図１の逆γ補正変換ＲＯＭ１２の上位ビットアド
レスに接続されているので、ドットクロック毎、ライン
毎、フレーム（フィールド）毎に変換ＲＯＭに書き込ま
れた逆γ補正カーブのデータを切り替えることができ
る。

【００２５】次に逆γ補正変換ＲＯＭ１２に書き込まれ
ている逆γ補正カーブデータについて図３、図４および
図５を参照して説明する。

【００２６】例えばプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）で
は、その表示特性がＣＲＴなどの受像管と異なりリニア
なためγ特性を持っていない。従ってＣＲＴのγ特性に
合わせて逆γ補正を行う必要がある。

【００２７】逆γの補正とは入力の信号レベルをｅとす
るとｅに対してｅのγ乗を重み付けしてやることで、Ｎ
ＴＳＣの放送ではγの値は２．２が適当とされ、そのよ
うな補正をかけて送像している。

【００２８】従ってこの係数２．２を使い、出力信号レ
ベルをＬとして、γの特性式

【数１】Ｌ＝ａ*ｅ2.2 から８ビットディジタル入力データに対応する出力デー
タを算出し、逆γ補正変換ＲＯＭデータとする。

【００２９】図３は前記特性式から求めたＡ／Ｄ変換後
の８ビット入出力特性を表している。ディスプレイの階
調数が６４階調（６ビット）の場合には、８ビットデー
タのうち上位６ビットデータを使用する。この時の補正
カーブは図３の出力を６ビットに換算した図４の入出
力特性になる。

【００３０】ここで図中補正カーブの入出力特性が、入
力信号レベル２３０以降１対１になっているのは映像の
明るい場面で信号が飽和しないように、また不正規の信
号にも対応できるようＡ／Ｄ変換器の入力レベルに１０
％のマージンを持たせているためである。

【００３１】図５は図４の入力が０から１２８の部分を
拡大した図である。図中はγの特性式から求めた標準
の補正カーブであり、はのカーブに対して低輝度レ
ベル（０から１２７）で階調を補完するようなカーブ、
つまり出力が１ステップ上がるための各入力レベルを７
ビットでの立ち上がりと同じレベルにしたものである。

【００３２】図３、図４及び図５のデータの値を図６〜
図９の表に示す。図６〜図９中、ＸはＡ／Ｄ変換後の８
ビットデータ、Ｙは逆γ補正後の８ビットデータであ
る。この８ビットデータの上位７ビットを使ったデータ
がY1であり、上位６ビットを使ったデータがY3である。
このデータY3が図５のカーブに相当する。Y2データ
は、入力Ｘが０から１２８での変位点がY1と等しく、そ
の時の出力値がY3と等しくなるようなものであり、言わ
ば低輝度レベルにおいて擬似的に７ビットデータを採用
した（補完した）６ビットデータである。このデータY2
が図５のカーブに相当する。

【００３３】ここでのカーブで低輝度レベルに対して
補完させるようにしたのは、逆γ補正による階調の欠落
が多いのは低輝度レベルであることと、切り替えによる
輝度の変化を目立ちにくくするためである。

【００３４】この２つのカーブ（と）を切り替える
ことによって、入力が０から１２７での出力階調数が擬
似的に２倍の３２（１６＋１６：７ビット相当）になる
ので全体として８０階調（６４＋１６）までその階調数
を増やすことができる。

【００３５】次に、本実施形態の映像信号処理装置から
の出力の一例を図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０及び図１１は１画面を構成する画素の内のある部
分（６×６）を取り出して説明したものであり、格子外
上部の数字はＡ／Ｄ変換をする際の入力レベルを示し、
各格子内の数字は図５ののカーブのデータ（図６〜図
９のデータY3）を、格子内に○内で示す数字は図５の
のカーブのデータ（図６〜図９のデータY2）を示す。

【００３６】図１０（ａ）は、図５のカーブのみを用
いた場合の出力、図１０（ｂ）は図５のカーブのみを
用いた場合の出力である。図１０（ｃ）は、逆γ補正カ
ーブ選択回路１３によりドットクロック毎、ライン毎で
逆γ補正カーブが切り替えられることにより逆γ補正変
換ＲＯＭ１２から出力されるディジタル信号の一例であ
り、図１０（ｄ）は図９（ｃ）と異なるフレームにおけ
る出力ディジタル信号の一例である。その結果、フレー
ム間補正が行われることにより図１１のような出力デジ
タル信号が得られる。このデータは、図６〜図９に示し
た７ビットデータY1に相当していることが分かる。

【００３７】従って、本実施形態の映像信号処理装置に
よれば、入力映像信号（ＲＧＢ原色映像信号またはパソ
コン信号）をディジタル変換した後、所定の信号処理
（逆γ補正）をして画像をディスプレイに表示する際、
そのディジタル変換した信号のビット数、例えばＡ／Ｄ
変換の８ビット（２５６階調）に対してディスプレイの
階調数が例えば６４階調（６ビット）と少ない場合に、
ある特定の逆γ補正カーブの切り替えを隣接するドット
クロック毎、ライン毎、フィールドまたはフレーム毎に
行うことにより、見掛け上階調数を増加させ、画質の向
上がはかれる。

【００３８】また補正カーブは低輝度側の階調を補完す
るようなカーブとし、さらにその選択は、ドットクロッ
ク毎、ライン毎の千鳥格子配列パターンをフィールドま
たはフレーム単位で＋補正と−補正を切り替えているの
で画面上固定パターンノイズになりにくいという効果が
ある。

【００３９】すなわち、図５の、に示す２つのカー
ブをフレーム毎のみで切り替えればフリッカが生じ（図
１０（ａ）（ｂ）をフレーム毎に交互に出力することに
対応する）、一方、ドットクロック毎、ライン毎のみで
切り替えるとＳ／Ｎの劣化した固定ノイズになりやすい
（図１０（ｃ）または（ｄ）のみを出力することに対応
する）ため、これらを組み合わせてもノイズが固定しな
いように、時間的及び空間的に拡散している。言い換え
れば、これは一種の誤差拡散やディザのようなものであ
り、ノイズによって見かけ上階調を増やしていることに
なる。

【００４０】加えて、低輝度側の階調特性を主に変えて
高輝度側への補正カーブを変えないようにしたので極端
に不自然な画像にならない。しかも、逆γ補正によって
欠落するデータが低輝度側に多いため、低輝度側の階調
を補完することによる画質向上の効果も大きい。

【００４１】更に言えば、誤差拡散処理ＬＳＩなどの高
価なかつ複雑な回路を用いることなく、比較的容易な回
路で誤差拡散類似の効果をもたらすことができ、また、
Ａ／Ｄ変換回路のビット数（分解能）を増やさずに解像
度上昇を図ることができる、という効果もある。

【００４２】なお、本実施の形態においては、本発明は
上述の映像信号処理回路に限定されず、本発明を適用す
る上で好適な回路に適用することができる。

【００４３】すなわち、前記一実施形態では一例として
ディスプレイの階調数が６４階調（６ビット）の場合に
ついて記述したが、２５６階調（８ビット）などそのデ
ィスプレイの階調数が増えた場合にも同様の効果があ
る。

【００４４】また補正カーブの選択は、ドットクロック
毎、ライン毎の千鳥格子配列パターンをフィールドまた
はフレーム単位で＋補正と−補正を切り替える場合につ
いて記述したが、表示画像によっては、それらのうちの
いくつかの組み合わせによって切り替えてもよい。

【００４５】補正カーブの種類については、図３の標準
の逆γ補正カーブに対して低輝度レベル（０から１２
７）で出力が１ステップ上がるための各入力レベルを７
ビットでの立ち上がりと同じレベルにしたもの（図４，
５）を前記実施形態にしたが、表示するディスプレイ
の階調数に応じてその１ステップの入力レベルは変わ
る。

【００４６】またこれらの逆γ補正カーブは切り替えに
よって合成した際に擬似的に標準のカーブとなるように
する等、その種類は多数考えられる。一例として、２つ
のカーブを合成すると図５のになるようなカーブや、
変位点を変えたカーブを３つ以上にして切り替えたも
の、さらには低輝度側だけでなく表示する映像に応じて
任意のレベルまで上述の疑似７ビットカーブを適用した
もの、等が挙げられる。さらに前記実施形態では低輝度
レベルに対してその階調を補完させるようカーブについ
て記述しているが高輝度側にも同様の補正を施したカー
ブを使用しても良い。

【００４７】また、上記構成部材の数、位置、形状等は
上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好
適な数、位置、形状等にすることができる。なお、各図
において、同一構成要素には同一符号を付している。

【００４８】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、表示階調数の少ないディスプレイに自然画を表示し
たときに見られる表示品位の低下の問題を解決する映像
信号処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である映像信号処理装置を
示すブロック図である。

【図２】逆γ補正カーブ選択回路の具体的構成を示す回
路図である。

【図３】８ビットの逆γ補正カーブ入出力特性図であ
る。

【図４】一実施形態の逆γ補正カーブ入出力特性図であ
る。

【図５】図４の一部拡大図である。

【図６】図３、図４及び図５のデータを示す図である。

【図７】図６と同様の図である。

【図８】図６と同様の図である。

【図９】図７と同様の図である。

【図１０】本実施形態の映像信号処理装置の出力を説明
するための図である。

【図１１】図１０と同様の図である。

【符号の説明】

１１ Ａ／Ｄ変換部 １２ 逆γ補正変換ＲＯＭ １３ 逆γ補正カーブ選択回路 １４ 多階調化逆γ補正回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/14 - 5/217 H04N 5/66 - 5/74 G09G 3/00 - 3/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力映像信号に対してＣＲＴの特性に合
   わせて逆γ補正を施し、輝度特性がリニアなディスプレ
   イに表示する映像信号処理装置であって、 入力映像信号をディジタル変換してｎビット信号を出力
   するＡ／Ｄ変換手段と、 該Ａ／Ｄ変換手段からのｎビット信号に対して逆γ補正
   関数もしくは低輝度レベルにおいて前記逆γ補正関数の
   階調を補完する疑似逆γ補正関数のいずれかに基づく信
   号処理を施してｎビット信号の上位ビットをｎビットよ
   りもビット数が少ないｍビット信号として出力する信号
   処理部と、 該信号処理部の信号処理を前記逆γ補正関数もしくは前
   記疑似逆γ補正関数のいずれの関数に基づいて行うかを
   ドットクロック毎、ライン毎、フィールドまたはフレー
   ム毎に切り替えて選択する選択手段とを具備することを
   特徴とする映像信号処理装置。
2. 【請求項２】 疑似逆γ補正関数は、低輝度レベルにお
   いて擬似的に（ｍ＋１）ビットでの立ち上がりと同じレ
   ベルにした関数であることを特徴とする請求項１記載の
   映像信号処理装置。