JP3698710B1

JP3698710B1 - 階調改善回路及び表示システム

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Publication number: JP3698710B1
Application number: JP2004132842A
Authority: JP
Inventors: 浩次南; 千尋佐桑; 俊博賀井; まさ子浅村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: WO2005107238A1; TWI264941B; JP2005318198A; US20080062101A1; TW200541325A; US7667721B2

Abstract

【課題】階調補正により、画像の内容にかかわらず、コントラストを高くし、しかも画像の内容の変化に対する応答を速くすることを目的とする。
【解決手段】階調変換手段１０で、入力された映像信号１００の階調を必要に応じて変換して、階調変換された映像信号を出力する。統計処理手段１３で、入力映像信号の各フィールド又は各フレームにおける統計量を検出し、シーンチェンジ検出手段１３で、入力映像信号のシーンチェンジを検出する。変換特性決定手段２２が、統計処理手段１３の出力と、シーンチェンジ検出手段１６の出力とに基づいて、階調変換特性を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、階調改善回路に関する。本発明はまた、階調改善回路と液晶ディスプレイ等の表示手段とを備えた表示システムに関する。

従来の階調補正回路として、映像の内容にかかわらずコントラストが高い映像を再現できるようにするため、１画面を複数のエリアに分割し、エリア毎に輝度信号の平均値を算出し、エリア毎の輝度の平均値に基づいて輝度度数分布を作成し、得られた輝度度数分布に基づいて階調補正部の入出力特性を制御することが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００４−０２３５２２号公報（段落００１１、図１、図２）

しかしながら、上記のようにエリア毎の輝度の平均値に基づいて作成された輝度の度数分布に基づいて、階調補正手段の入出力特性を制御すると、画像の内容の変化に伴い、階調補正手段の入出力特性が頻繁に変更されることになり、画面が明るくなったり暗くなったりしてチラツキが発生する場合があった。一方、階調補正手段の入出力特性の変更に制限を加えると、画像の内容の変化に対する応答が遅くなるという問題があった。

本発明は、画像の内容にかかわらず、コントラストを高くし、しかも画像の内容の変化に対する応答を速くすることを目的とする。

本発明は、
入力された映像信号を受け、その階調を必要に応じて変換して、階調変換された映像信号を出力する階調変換手段と、
入力された映像信号の各フィールド又は各フレームにおける統計量を検出する統計処理手段と、
入力された映像信号のシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出手段と、
前記統計処理手段の出力により前記階調変換手段の目標となる目標変換特性を設定する目標変換特性設定手段と、
前記目標変換特性設定手段で設定された目標変換特性と、前記シーンチェンジ検出手段の出力と、１フィールド前又は１フレーム前の映像信号に対して前記階調変換手段で用いていた変換特性とから、現フィールドの映像信号に対して適用すべき変換特性を決定する適用変換特性決定手段とを備え、
前記階調変換手段は、前記適用変換特性決定手段によって決定された階調変換特性を用いて、前記階調の変換を行い、
前記階調変換手段により用いられる変換特性として、複数の変換特性のいずれかが選択して用いられ、
前記複数の変換特性がそれぞれ特性番号によって特定され、特性番号の値が、各特性番号によって特定される変換特性の一つの特徴と関係付けられており、特性番号の値が大きくなるに連れ、前記変換特性の特徴が次第に強くなり、
前記目標変換特性設定手段及び前記適用変換特性決定手段は、前記特性番号を指定することにより、前記変換特性を指定するものであり、
前記適用変換特性決定手段は、１フィールド又は１フレーム前に適用していた変換特性を特定する特性番号と、前記目標変換特性設定手段により設定された現フィールド又は現フレームで適用すべき変換特性を特定する特性番号の差を所定の制限値以下に制限し、かつ、前記シーンチェンジ検出手段の出力に基づいて、前記所定の制限値を変更する
ことを特徴とする階調改善回路
を提供するものである。

本発明によれば、画像の内容にかかわらず、コントラストを高くし、しかも画像の内容の変化に対する応答を速くすることができる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の階調改善回路を示す。図１に示す階調改善回路は、入力としてインターレース方式のディジタル映像信号を受けて、その階調を改善した上で、出力するものである。以下、映像信号がモノクロの信号である場合について説明する。

図示のように、この階調改善回路は、入力された映像信号を受け、その階調特性を必要に応じて変更して、変換された階調特性の映像信号を出力する階調変換手段１０を備えている。この階調変換手段１０は、第１の階調変換部１１と第２の階調変換部１２とを従属接続したものである。

図１の階調改善回路はさらに、入力された映像信号の各フィールド又は各フレームにおける統計量を検出する統計処理手段１３と、統計処理手段１３の出力により第１の階調変換部１１の目標変換特性を決定する第１の目標変換特性設定部１４と、同じく統計処理手段１３の出力から第２の階調変換部１２の目標変換特性を決定する第２の目標変換特性設定部１５と、入力された映像信号のシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出手段１６と、第１の目標変換特性設定部１４の出力とシーンチェンジ決定手段１６の出力より、第１の階調変換部１１で適用すべき変換特性を決定する第１の適用変換特性決定部１７と、第２の目標変換特性設定部１５の出力とシーンチェンジ決定手段１６の出力より、第２の階調変換部１２で適用すべき変換特性を決定する第２の適用変換特性決定部１８とを有する。

第１の階調変換部１１は、図２に示すように、番号０〜４で示す５つの変換特性（入出力特性）のいずれかを適用して出力を生成するものであり、変換特性のいずれを適用するかは、後述のように第１の適用変換特性決定部１７の出力信号により特定乃至指定される。
番号０で示される変換特性は、入力に対する出力の関係が直線的である。言換えると、出力ＯＵＴは、入力ＩＮに対して、
ＯＵＴ＝ｋａ０・ＩＮ（ｋ０は定数） …（１）
の関係を有する。

番号１で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ１１以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋｓ・ＩＮ（ｋｓは定数） …（２）
で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ１１以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋａ１・ＩＮ＋ｋｃ１（ｋａ１、ｋｃ１は定数） …（３）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ１１のときは式（２）と式（３）がともに満たされる。）
番号２で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ１２以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が上記の式（２）で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ１２以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋａ２・ＩＮ＋ｋｃ２（ｋａ２、ｋｃ２は定数） …（４）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ１２のときは式（２）と式（４）がともに満たされる。）
番号３で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ１３以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が上記の式（２）で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ１３以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋａ３・ＩＮ＋ｋｃ３（ｋａ３、ｋｃ３は定数） …（５）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ１３のときは式（２）と式（５）がともに満たされる。）
番号４で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ１４以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が上記の式（２）で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ１４以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋａ４・ＩＮ＋ｋｃ４（ｋａ４、ｋｃ４は定数） …（６）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ１４のときは式（２）と式（６）がともに満たされる。）

定数相互間には、
ｋｓ＜ｋａ０＜ｋａ１＜ｋａ２＜ｋａ３＜ｋａ４ …（７）
の関係があり、さらに入力ＩＮが最大値ＩＮｍａｘのときは、出力ＯＵＴも最大値ＯＵＴｍａｘとなるように、上記の定数ｋｓ、ｋａ０〜ｋａ４、ｋｃ１〜ｋｃ４が定められている。なお、信号が８ビットで表される場合、入力ＩＮの最大値ＩＮｍａｘ、出力ＯＵＴの最大値ＯＵＴｍａｘは、ともに（２^８−１）＝２５５である。

番号０〜５で示される複数の変換特性は、番号が大きくなるほど、一つの特徴、即ち、暗い画像部分以外の部分におけるコントラストが大きくなるという特徴が次第に強くなる。従って、暗い画像部分が少なければ少ないほど、番号の大きい変換特性を選択することで、コントラストが大きくなり、階調が改善された画像が得られる。図に示される番号は、本願で「特性番号」と呼ぶこともあり、また「変換特性指定値」と呼ぶこともある。

例えば、ＩＮ１１、ＩＮ１２、ＩＮ１３、ＩＮ１４の間には、
ＩＮ１４−ＩＮ１３＝ＩＮ１３−ＩＮ１２＝ＩＮ１２−ＩＮ１１＝ＩＮ１１
という関係があり、特性番号の値が１だけ変わると、それに伴う階調変換特性もこれに対応した量だけ上記一つの特徴の強さが変わる。

第２の階調変換部１２は、図３に示すように、番号０〜４で示す５つの変換特性（入出力特性）のいずれかを適用して出力を生成するものであり、変換特性のいずれを適用するかは、後述のように第２の適用変換特性決定部１８の出力信号により特定乃至指定される。

番号０で示される変換特性は、入力に対する出力の関係が直線的である。言換えると、出力ＯＵＴは、入力ＩＮに対して、
ＯＵＴ＝ｋｂ０・ＩＮ（ｋ０は定数） …（８）
の関係を有する。
番号１で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ１以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋｇ・ＩＮ＋ｋｄ（ｋｇ、ｋｄは定数） …（９）
で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ２１以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋｂ１・ＩＮ（ｋｂ１は定数） …（１０）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ２１のときは式（９）と式（１０）がともに満たされる。）
番号２で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ２２以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が式（９）で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ２２以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋｂ２・ＩＮ（ｋｂ２は定数） …（１１）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ２２のときは式（９）と式（１１）がともに満たされる。）
番号３で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ３以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が式（９）で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ２３以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋｂ３・ＩＮ（ｋｂ３は定数） …（１２）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ２３のときは式（９）と式（１２）がともに満たされる。）
番号４で示される変換特性は、２つの直線を組合わせたものであり、入力ＩＮがある値ＩＮ４以上の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が式（９）で表され、入力ＩＮが上記の値ＩＮ２４以下の範囲では、入力ＩＮに対する出力の関係が
ＯＵＴ＝ｋｂ４・ＩＮ（ｋｂ４は定数） …（１３）
で表される。（入力ＩＮが上記の値ＩＮ２４のときは式（９）と式（１３）がともに満たされる。）

定数相互間には、
ｋｇ＜ｋｂ０＜ｋｂ１＜ｋｂ２＜ｋｂ３＜ｋｂ４ …（１４）
の関係があり、さらに入力ＩＮが最大値ＩＮｍａｘのときは、出力ＯＵＴも最大値ＯＵＴｍａｘとなるように、上記の定数ｋｇ、ｋｄ、ｋｂ０〜ｋｂ４が定められている。

番号０〜５で示される複数の変換特性は、番号が大きくなるほど、一つの特徴、即ち、明るい画像部分以外の部分におけるコントラストが大きくなるという特徴が次第に強くなる。従って、明るい画像部分が少なければ少ないほど、番号の大きい変換特性を選択することで、コントラストが大きくなり、階調が改善された画像が得られる。図に示される番号は、本願で「特性番号」と呼ぶこともあり、「変換特性指定値」と呼ぶこともある。

例えば、ＩＮ２１、ＩＮ２２、ＩＮ２３、ＩＮ２４の間には、
ＩＮｍａｘ−ＩＮ２１＝ＩＮ２１−ＩＮ２２＝ＩＮ２２−ＩＮ２３＝ＩＮ２３−ＩＮ２４
という関係があり、特性番号の値が１だけ変わると、それに伴う階調変換特性もこれに対応した量だけ上記一つの特徴の強さが変わる。

統計処理手段１３は、入力された映像信号の各画素の値につき、フィールド周期毎の、即ち、各フィールドのヒストグラムを求める。具体的には、入力された映像信号の各画素の値（信号レベル）を１０個の階級（０〜９）に分割し、フィールド毎に各階級に属する画素の数の比率を求め、各階級ごとの出現頻度として求める。
例えば、比較的明るい画像から暗い画像までを均等に含んだ映像では、図４に示すように出現頻度に階級間に大きな差のないヒストグラムが求められる。また、比較的暗い画像が比較的少ない映像信号では、図５に示すように比較的高い信号レベルの階級の出現頻度が高いヒストグラムが求められ、比較的明るい画像が比較的少ない映像信号では、図６に示すように比較的低い信号レベルの階級の出現頻度が高いヒストグラムが求められる。また、明るい画像も暗い画像もあまり含まず、中間的な明るさの画像が大部分を占める映像信号では、図７に示すように、中間的な信号レベルの階級の出現頻度が高いヒストグラムが求められる。

第１の目標変換特性設定部１４は、出現頻度を階調が最も低い階級（０）から順次高い階級に（階級（１）、（２）、（３）、…と）累積することにより得られた累積頻度が所定値以上になる階級を求め、求めた階級により第１の階調変換部１１のための目標変換特性を設定する。例えば、第１の目標変換特性設定部１４は、所定値Ｌと統計処理手段１３の出力結果の比較を行い、比較結果に応じて、第１の階調変換部１１の目標変換特性指定値ＴＣ１を決定している。すなわち、最も低い階級（０）の頻度から４番目に低い階級（３）までの頻度をそれぞれ、Ｌ１、Ｌ２，Ｌ３、Ｌ４とした場合、
Ｌ≦Ｌ１の場合にはＴＣ１を０とし、
Ｌ１＜Ｌ≦Ｌ１＋Ｌ２の場合にはＴＣ１を１とし、
Ｌ１＋Ｌ２＜Ｌ≦Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３の場合にはＴＣ１を２とし、
Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＜Ｌ≦Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４の場合にはＴＣ１を３とし、
Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＜Ｌの場合にはＴＣ１を４とする。
このようにして、低い階級における出現頻度が高いほど、ＴＣ１をより小さな値にしている。

シーンチェンジ検出手段１６は、入力された各フィールド又は各フレームの映像信号を、１フィールド又は１フレーム前の映像信号と比較して比較の結果得られる、１フィールド又は１フレーム間での映像信号の変化の度合いを示す信号をシーンチェンジの情報として出力する。例えば、１画面を複数のエリアに分割し、各エリア毎の画素の値の平均値を求め、フィールド間の各エリア毎の平均値の差が所定値以上のエリアの数をシーンチェンジの情報として出力する。
より具体的には、１画面を図８に示すように横方向５、縦方向５の合計２５個に分割し、各エリア毎に各フィールドの画素の値の平均値と１フィールド前の画素の値の平均値との差を求め、各エリア毎の平均値の差と所定値Ｓとの比較を行い、所定値Ｓよりも平均値の差が大きいエリアの数を表す信号をシーンチェンジの情報として出力している。

第１の適用変換特性決定部１７は、第１の目標変換特性設定部１４からの目標変換特性指定値ＴＣ１に基づいて、適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ）を決定して出力する。この際、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ−１）を記憶しており、これにも基づいて、現フィールドにおける適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ）を決定する。
より具体的には、目標変換特性指定値ＴＣ１を目標として適用変換特性指定値ＦＣ１を目標変換特性指定値ＴＣ１に近付けようとする一方、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ−１）からの変化量（指定値の差）を所定の制限値以下に制限している。但し、シーンチェンジ検出手段１６の出力に応じて、この所定の制限値を変更する。
例えば、シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが２０以上の場合は、制限をなくし、

シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが１０以上２０未満の場合は、制限値を±２とし、
シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが１０未満の場合は、制限値を±１とする。
この結果、シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが２０以上の場合は、目標変換特性指定値ＴＣ１がそのまま適用変換特性指定値ＦＣ１として出力され、シーンチェンジ検出手段１６の出力が１０以上２０未満の場合は、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ−１）からの変化が±２以下となるように制限が掛けられ、シーンチェンジ検出手段１６の出力が１０未満の場合は、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ−１）からの変化が±１以下となるように制限が掛けられ、このようにして定められた値が現フィールドの適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ）として出力される。

第１の階調変換部１１では、与えられた適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ）の値に応じて、図２の変換特性のいずれかを選択する。図示の例では、与えられた適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ）の値に等しい番号で示される変換特性を選択する。即ち、適用変換特性指定値ＦＣ１（ｔ）の値が０、１、２，３，４のとき、それぞれ番号０、１，２，３，４の変換特性を選択する。

以上のように階調特性を変更することで、画面のチラツキや、制御の反応が遅いことによる黒つぶれをなくしている。

第２の目標変換特性設定部１５は、出現頻度を階調が最も高い階級（９）から順次低い階級に（階級（８）、（７）、（６）、…と）累積することにより得られる累積頻度が所定値以上になる階級を求め、求めた階級により第１の階調変換部１２のための目標変換特性を設定する。例えば、第２の目標変換特性設定部１５は、所定値Ｈと統計処理手段１３の出力結果の比較を行い、比較結果に応じて、第２の階調変換部１２の目標変換特性指定値ＴＣ２を決定している。すなわち、最も高い階級（９）の頻度から４番目に高い階級（６）の頻度までを順に、Ｈ１、Ｈ２，Ｈ３、Ｈ４とした場合、
Ｈ≦Ｈ１の場合にはＴＣ２を０とし、
Ｈ１＜Ｈ≦Ｈ１＋Ｈ２の場合にはＴＣ２を１とし、
Ｈ１＋Ｈ２＜Ｈ≦Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３の場合にはＴＣ２を２とし、
Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＜Ｈ≦Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＋Ｈ４の場合にはＴＣ２を３とし、
Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＋Ｈ４＜Ｈの場合にはＴＣ２を４とする。
このようにして、高い階級における出現頻度が高いほど、ＴＣ２をより小さな値にしている。

第２の適用変換特性決定部１８は、第２の目標変換特性設定部１５からの目標変換特性指定値ＴＣ２に基づいて、適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ）を決定して出力する。この際、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ−１）を記憶しており、これにも基づいて、現フィールドにおける適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ）を決定する。
より具体的には、目標変換特性指定値ＴＣ２を目標として適用変換特性指定値ＦＣ２を目標変換特性指定値ＴＣ２に近付けようとする一方、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ−１）からの変化量（指定値の差）を所定の制限値以下に制限している。但し、シーンチェンジ検出手段１６の出力に応じて、この所定の制限値を変更する。

例えば、シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが２０以上の場合は、制限をなくし、
シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが１０以上２０未満の場合は、制限値を±２とし、
シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが１０未満の場合は、制限値を±１とする。
この結果、シーンチェンジ検出手段１６の出力ＳＣが２０以上の場合は、目標変換特性指定値ＴＣ２がそのまま適用変換特性指定値ＦＣ２として出力され、シーンチェンジ検出手段１６の出力が１０以上２０未満の場合は、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ−１）からの変化が±２以下となるように制限が掛けられ、シーンチェンジ検出手段１６の出力が１０未満の場合は、１フィールド前の適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ−１）からの変化が±１以下となるように制限が掛けられ、このようにして定められた値が現フィールドの適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ）として出力される。

第２の階調変換部１２では、与えられた適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ）の値に応じて、図３の変換特性のいずれかを選択する。図示の例では、与えられた適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ）の値に等しい番号で示される変換特性を選択する。即ち、適用変換特性指定値ＦＣ２（ｔ）の値が０、１、２，３，４のとき、それぞれ番号０、１，２，３，４の変換特性を選択する。

以上のように階調特性を変更することで、画面のチラツキや、制御の反応が遅いことによる白つぶれをなくしている。

以上により、本実施の形態１によれば、入力映像信号の内容に応じて、階調特性を改善するとともに、階調を変更した場合に感じるチラツキや、制御の反応が遅いことによる白つぶれ、黒つぶれのない良好な階調改善を行うことができる。

上記の実施の形態において、第１及び第２の目標変換特性設定部１４及び１５が、統計処理手段１３の出力により階調変換手段１０の目標となる目標変換特性を設定する目標変換特性設定手段を構成し、第１及び第２の適用変換特性決定部１７及び１８が、目標変換特性設定手段２０で設定された目標変換特性と、シーンチェンジ検出手段１６の出力と、１フィールド前又は１フレーム前の映像信号に対して階調変換手段１０で適用していた変換特性とから、現フィールドに対して適用すべき変換特性を決定する適用変換特性決定手段２２を構成する。そして、目標変換特性設定手段２０と、適用変換特性決定手段２２とにより、統計処理手段１３の出力と、シーンチェンジ検出手段１６の出力とに基づいて、階調変換手段１０で適用される変換特性を決定する特性決定手段２４が構成されている。

なお、上記実施の形態１では、第１及び第２の階調変換部１１、２の変換特性を、それぞれ図２、図３に示すものとしたが、これに限ることはなく、例えば、それぞれ図９、図１０に示すようなものとしても良い。図９の特性は、図２の特性において、ｋｓ＝０とした場合に相当し、図１０の特性は、図３の特性において、ｋｇ＝０とし、ｋｄ＝ＯＵＴｍａｘとした場合に相当すると見ることもできる。

また、上記の実施の形態１では、第１及び第２の階調変換部１１，２の各々が５つの変換特性のうちのいずれか選択可能に構成したが、これに限ることは無く、選択可能な変換特性の数をより多くしても、少なくしても良い。

また、上記実施の形態１では、階調変換手段の階調変換部、目標変換特性設定手段、適用変換特性決定手段をそれぞれ２つずつ持たせたが、これに限ることとはなく、改善効果は少なくなるが、ハードウェア規模を少なくするためにそれぞれ一つずつにしてもよい。

なお、上記実施の形態１では、統計処理手段１３の例としてヒストグラムを計算するようにしたが、１フィールドの最小値から第１の目標変換特性設定部１４の目標変換特性指定値を求めても良い。また、１フィールドの最大値から目標変換特性設定手段１２の目標変換特性指定値を求めても良い。更に、１フィールドの平均値を求め、平均値により目標変換特性値設定手段１４の目標変換特性指定値を決定してもよい。１フィールドの最小値、最大値、平均値を求めるようにすれば、ハードウエア規模を小さくすることができる。

最小値から目標変換特性指定値ＴＣ１を決定する方法の一例を以下に示す。例えば、最小値に応じて、図９の特性のいずれかを選択するものとする。この場合の選択の仕方は以下の通りである。最小値をＭＩＮとして、
所定値ＭＩＮ１、ＭＩＮ２、ＭＩＮ３、ＭＩＮ４、ＭＩＮ５の間に
０＜ＭＩＮ１＜ＭＩＮ２＜ＭＩＮ３＜ＭＩＮ４＜ＭＩＮ５
の関係があるとすると、
０≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ１のときは、ＴＣ１を０とし、
ＭＩＮ１≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ２のときは、ＴＣ１を１とし、
ＭＩＮ２≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ３のときは、ＴＣ１を２とし、
ＭＩＮ３≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ４のときは、ＴＣ１を３とし、
ＭＩＮ４≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ５のときは、ＴＣ１を４とする。

最大値から目標変換特性指定値ＴＣ２を決定する方法の一例を以下に示す。例えば、最大値に応じて、図１０の特性のいずれかを選択するものとする。最大値をＭＡＸとして、
所定値ＭＡＸ１、ＭＡＸ２、ＭＡＸ３、ＭＡＸ４、ＭＡＸ５の間に
ＩＮｍａｘ＞ＭＡＸ１＞ＭＡＸ２＞ＭＡＸ３＞ＭＡＸ４＞ＭＡＸ５の関係があるとする。
ここでＩＮｍａｘは、入力映像信号が取り得る最大の値であり、入力映像信号が８ビットであることを想定し、ＩＮｍａｘ＝２５５である。
この場合、
ＭＡＸ１≦ＭＩＮ＜ＩＮｍａｘのときは、ＴＣ２を０とし、
ＭＩＮ２≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ１のときは、ＴＣ２を１とし、
ＭＩＮ３≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ２のときは、ＴＣ２を２とし、
ＭＩＮ４≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ３のときは、ＴＣ２を３とし、
ＭＩＮ５≦ＭＩＮ＜ＭＩＮ４のときは、ＴＣ２を４とする。

平均値から目標変換特性指定値ＴＣ１を決定する方法の一例を以下に示す。例えば、平均値に応じて、図２の特性のいずれかを選択するものとする。平均値をＡＶＥとして、
所定値ＡＶＥ０、ＡＶＥ１、ＡＶＥ２、ＡＶＥ３、ＡＶＥ４、ＡＶＥ５の間に
ＡＶＥ０＜ＡＶＥ１＜ＡＶＥ２＜ＡＶＥ３＜ＡＶＥ４＜ＡＶＥ５の関係があるとする。
この場合、
ＡＶＥ０≦ＡＶＥ＜ＡＶＥ１のときは、ＴＣ１を０とし、
ＡＶＥ１≦ＡＶＥ＜ＡＶＥ２のときは、ＴＣ１を１とし、
ＡＶＥ２≦ＡＶＥ＜ＡＶＥ３のときは、ＴＣ１を２とし、
ＡＶＥ３≦ＡＶＥ＜ＡＶＥ４のときは、ＴＣ１を３とし、
ＡＶＥ４≦ＡＶＥ＜ＡＶＥ５のときは、ＴＣ１を４とする。

以上の実施の形態では、変換特性がそれぞれ特性番号に対応し、特性番号を指定することにより、変換特性をしている。しかし、変換特性を無段階的に、即ち連続的に変更可能に構成しても良い。この場合、例えば、変換特性のパラメータ、例えば変換特性を表す数式の定数や、その数式が適用される範囲、例えば上記の数式（１）〜（６）、（８）〜（１３）の定数ｋｓ、ｋａ１、ｋａ０〜ｋａ４、ｋｃ１乃至ｋｃ４、ｋｂ０〜ｋｂ４、ｋｇ、ｋｄ、それぞれの特性直線の適用範囲を示す値ＩＮ１１〜ＩＮ１４、ＩＮ２１〜ＩＮ２４などを変更することにより、変換特性を変更する。
この場合、目標変換特性設定手段１４，１５は、特性番号に対応する目標変換特性指定値を発生する代わりに、例えば変換特性を特定するパラメータ（数式の定数、適用範囲などを表すもの）を発生し、これにより、変換特性を指定する。

実施の形態２．
実施の形態１では、映像信号がモノクロ信号であるものとして説明したが、映像信号がカラー信号である場合には、カラー信号を構成する信号の各々に対して別個の階調変換手段を設けてそれぞれに対して階調変換を行うこととしても良い。
例えば入力される映像信号が輝度信号（Ｙ）と２つの色差信号（Ｃｒ、Ｃｂ）とを含むものである場合、階調改善回路は例えば図１１に示すように構成される。
図１１の階調改善回路は、図１の階調改善回路と同様であるが、以下の点で異なる。まず、図１１の階調変換手段１０は、映像信号のうち、輝度信号の階調変換を行う輝度信号階調変換手段１０ｙと、第１及び第２の色差信号の階調変換を行う色差信号階調変換手段１０ｒ、１０ｂとを有する。

輝度信号階調変換手段１０ｙは、第１の階調変換部１１ｙと第２の階調変換部１２ｙを従属接続したものであり、これらは図１の第１の階調変換部１１及び第２の階調変換部１２と同様のものである。
第１の色差信号階調変換手段（Ｃｒ信号階調変換手段）１０ｒは、第１の階調変換部１１ｒと第２の階調変換部１２ｒを従属接続したものである。
第２の色差信号階調変換手段（Ｃｂ信号階調変換手段）１０ｂは、第１の階調変換部１１ｂと第２の階調変換部１２ｂを従属接続したものである。

Ｃｒ信号階調変換手段１０ｒの第１の階調変換部１１ｒの変換特性を図１２に示す。図示のように、色差信号Ｃｒが正の値のみならず負の値を有することもあるので、第１の階調変換部１１ｒの変換特性も入力が正である範囲と負である範囲とを含む。正の範囲における変換特性は、輝度信号階調変換手段１０ｙの第１の階調変換部１１ｙと同様である。一方、負の範囲のおける変換特性は、原点を中心として、正の範囲における特性曲線と略点対称となる特性曲線で表されるものである。

また、正の範囲の最大値ＩＮｍａｘ、ＯＵＴｍａｘは、輝度信号の場合の１／２の大きさのものである。例えば、輝度信号が０乃至２５５の値を取り得る場合、第１の色差信号Ｃｒは−１２８〜１２７の値を取り得る。これに伴い、特性曲線を表す式のパラメータ、特に出力を表す縦軸上の切片に対応するｋｃ１、ｋｃ２、ｋｃ３、ｋｃ４も比例的に変更される。
Ｃｂ信号階調変換手段１０ｂの第１の階調変換部１１ｂの変換特性も図１２に示すものと同じである。

Ｃｒ信号階調変換手段１０ｒの第２の階調変換部１２ｒの変換特性を図１３に示す。図示のように、色差信号Ｃｒが正の値のみならず負の値を有することもあるので、第２の階調変換部１２ｒの変換特性も入力が正である範囲と負である範囲とを含む。正の範囲における変換特性は、輝度信号階調変換手段１０ｙの第２の階調変換部１２ｙと同様である。一方、負の範囲のおける変換特性は、原点を中心として、正の範囲における特性曲線と略点対称となる特性曲線で表されるものである。

また、正の範囲の最大値ＩＮｍａｘ、ＯＵＴｍａｘは、輝度信号の場合の１／２の大きさのものである。例えば、輝度信号が０乃至２５５の値を取り得る場合、第１の色差信号Ｃｒは−１２８〜１２７の値を取り得る。これに伴い、特性曲線を表す式のパラメータ。特に出力を表す縦軸上の切片に対応するｋｂも比例的に変更される。
Ｃｂ信号階調変換手段１０ｂの第２の階調変換部１２ｂの変換特性も図１２に示すものと同じである。

輝度信号階調変換手段１０ｙ、Ｃｒ信号階調変換手段１０ｒ、Ｃｂ信号階調変換手段１０ｂの第１及び第２の階調変換部はいずれも同じ適用変換特性決定手段２２の出力により制御され、例えば適用変換特性決定手段２２が出力する指定値と等しい番号で特定される変換特性を用いて階調変換を行う。

図１１の階調改善回路はまた、入力された輝度信号及び色差信号を含む映像信号をＲ、Ｇ、Ｂの色信号に変換する映像信号変換手段２６を含み、統計処理手段１３は、図１４に示すように、映像信号変換手段２６から出力されるＲ、Ｇ、Ｂの色信号のヒストグラムを計算する。
即ち統計処理手段１３は、それぞれＲ信号、Ｇ，信号、Ｂ信号についてヒストグラムを計算するＲ信号統計処理手段１３Ｒ、Ｇ信号統計処理手段１３Ｇ、及びＢ信号統計処理手段１３Ｂと、これらからの統計量を総合する総合手段１３Ｓとを含む。総合手段１３Ｓは例えばＲ信号統計処理手段１３Ｒ、Ｇ信号統計処理手段１３Ｇ、及びＢ信号統計処理手段１３Ｂからの統計量を例えば重み付け加算することにより、総合結果（総合された統計処理結果）を生成する。重み付け加算をする場合、例えば視覚的に目立ちやすいＧ信号に対してＲ信号、Ｂ信号を小さく評価してもよい。
Ｒ、Ｇ、Ｂの色信号に変換した後、統計処理手段１３により統計処理を行うことで、より的確な（人の感覚をより正しく反映した）統計量を求めることができる。

但し、Ｒ，Ｇ，Ｂの色信号に変換することなく、輝度信号、色差信号に対して統計処理を行っても良い。

実施の形態３．
実施の形態２では、入力される映像信号が輝度信号（Ｙ）と２つの色差信号（Ｃｒ、Ｃｂ）とを含むものであるが、入力される映像信号がＲ，Ｇ，Ｂの色信号を含むものである場合には、階調改善回路は例えば図１５に示すように構成される。
図１５の階調改善回路は図１の階調改善回路と同様であるが、以下の点で異なる。
まず、図１５の階調変換手段１０は、映像信号のうち、Ｒの色信号の階調変換を行うＲ信号階調変換手段１０Ｒと、Ｇの色信号の階調変換を行うＧ信号階調変換手段１０Ｇと、Ｂの色信号の階調変換を行うＢ信号階調変換手段１０Ｂとを有する。
階調変換手段１０Ｒ，１０Ｇ、１０Ｂはそれぞれ第１の階調変換部１１Ｒ、１１Ｇ，１１Ｂと第２の階調変換部１２Ｒ、１２Ｇ，１２Ｂを従属接続したものであり、これらは図１の第１の階調変換部１１及び第２の階調変換部１２と同様のものである。

Ｒ信号階調変換手段１０Ｒ、Ｇ信号階調変換手段１０Ｇ、Ｂ信号階調変換手段１０Ｂはいずれも同じて適用変換特性決定手段２２の出力により制御され、例えば変換特性決定手段が出力する指定値と等しい番号で特定される変換特性を用いて階調変換を行う。
図１５の階調改善回路はまた、入力されたＲ，Ｇ，Ｂの色差信号を含む映像信号を輝度信号に変換する映像信号変換手段２８を含み、シーンチェンジ検出手段１６は、映像信号変換手段２８から出力される輝度信号のヒストグラムを計算する。

なお、上記の実施の形態１乃至３では、シーンチェンジ検出を、フィールド間で行っているが、フレーム間で行うこととしても良い。

また、上記実施の形態１では、入力信号がインタレース画像を想定して階調変更手段１４，５の制御量にフィールド間での制限をかけ、シーンチェンジ検出手段１６における検出もフィールド間で行ったが、これに限ることはなく、入力信号がプログレッシブの映像信号の場合は，フレーム間で制御量の制限を設け、フレーム間でシーンチェンジを検出するようにしても同様の効果が得られる。

以上の実施の形態で説明した本発明の階調改善回路は、映像信号の統計量に応じて階調変換特性を変更するようにし、また、フィールド間またはフレーム間での、階調変換特性の変更量に制限を設ける一方、シーンチェンジにおいては、この制限を緩和するようにしたので、画像の内容の変化に十分早く追従でき、常にコントラスとの高い良好な映像信号が得られる。

また、上記の実施の形態で説明したシーンチェンジ検出手段は、１画面を複数のエリアに分割し、１フィールドまたは１フレーム期間の各エリア毎の平均値を求めるエリア平均値検出手段を備え、フィールド間またはフレーム間の各エリア毎の平均値の差が所定値以上のエリアの数をシーンチェンジの情報とするようにしたので、少ないハードウェアで正確なシーンチェンジを検出することができる。

実施の形態４．
実施の形態１で説明した階調改善回路を、表示手段などと組み合わせて表示システムを構成することができる。図１６は、そのような表示システムの一例を示す。

図１６に示す表示システム３４は、階調改善回路３１と、駆動回路３２と、表示手段３３とを備えている。
階調改善回路３１としては、例えば実施の形態１〜３で説明したもののいずれかを用いることができる。
駆動回路３２は階調改善回路３１の出力に基づいて表示手段３３を駆動する。
入力端子３００に入力された映像信号は、実施の形態１〜３で説明したように、階調改善回路３１に入力されて階調が改善された映像信号として、駆動回路３２に入力される。駆動回路３２にて、表示手段３３を駆動する信号に変換し、表示手段３３に供給する。表示手段３３は、駆動回路３２の出力に応じて画像表示を行う。
表示手段３３としは、特に限定することはなく、液晶パネル、ＰＤＰ（プラズマディプレイパネル）、ＤＭＤ（ディジタルマイクロミラーデバイス）パネル、ＬＣｏＳ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｏｎＳｉｌｉｃｏｎ：反射型液晶パネル）、ＣＲＴ（陰極線管）、ＦＥＤ（電界放出ディプレイ）パネル等、いかなる表示手段を用いても良い。

表示システムに階調改善回路を備えるようにしたので、常にコントラスとの高い良好な映像信号が得られる。

この発明の実施の形態１の階調改善回路を示すブロック図である。この発明の実施の形態１における第１の階調変換部１１の変換特性を示す図である。この発明の実施の形態１における第２の階調変換部１２の変換特性を示す図である。この発明の実施の形態１における統計処理手段１３の出力結果の例を示す図である。この発明の実施の形態１における統計処理手段１３の出力結果の例を示す図である。この発明の実施の形態１における統計処理手段１３の出力結果の例を示す図である。この発明の実施の形態１における統計処理手段１３の出力結果の例を示す図である。この発明の実施の形態１におけるシーンチェンジ検出手段１６の画面分割の例を示す図である。この発明の実施の形態１における第１の階調変換部１１の変換特性を示す図である。この発明の実施の形態１における第２の階調変換部１２の変換特性を示す図である。この発明の実施の形態２の階調改善回路を示すブロック図である。この発明の実施の形態２における第１の色差信号階調変換手段１０ｒの第１の階調変換部１１ｒの変換特性を示す図である。この発明の実施の形態２における第１の色差信号階調変換手段１０ｒの第２の階調変換部１２ｒの変換特性を示す図である。この発明の実施の形態２における統計処理手段１３の詳細を示すブロック図である。この発明の実施の形態３の階調改善回路を示すブロック図である。この発明の実施の形態４における階調改善回路を備えた表示システムの構成を示す図である。

符号の説明

１０階調変換手段、１１第１の階調変換部、１２第２の階調変換部、１３統計処理手段、１４第１の目標変換特性設定部、１５第２の目標変換特性設定部、１６シーンチェンジ検出手段、１７第１の適用変換特性決定部、１８第２の適用変換特性決定部、２０目標変換特性設定手段、２２適用変換特性決定手段、２４変換特性決定手段、３１階調改善回路、３２駆動回路、３３表示デバイス、３４表示システム、１００入力端子、２００出力端子、３００入力端子。

Claims

入力された映像信号を受け、その階調を必要に応じて変換して、階調変換された映像信号を出力する階調変換手段と、
入力された映像信号の各フィールド又は各フレームにおける統計量を検出する統計処理手段と、
入力された映像信号のシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出手段と、
前記統計処理手段の出力により前記階調変換手段の目標となる目標変換特性を設定する目標変換特性設定手段と、
前記目標変換特性設定手段で設定された目標変換特性と、前記シーンチェンジ検出手段の出力と、１フィールド前又は１フレーム前の映像信号に対して前記階調変換手段で用いていた変換特性とから、現フィールドの映像信号に対して適用すべき変換特性を決定する適用変換特性決定手段とを備え、
前記階調変換手段は、前記適用変換特性決定手段によって決定された階調変換特性を用いて、前記階調の変換を行い、
前記階調変換手段により用いられる変換特性として、複数の変換特性のいずれかが選択して用いられ、
前記複数の変換特性がそれぞれ特性番号によって特定され、特性番号の値が、各特性番号によって特定される変換特性の一つの特徴と関係付けられており、特性番号の値が大きくなるに連れ、前記変換特性の特徴が次第に強くなり、
前記目標変換特性設定手段及び前記適用変換特性決定手段は、前記特性番号を指定することにより、前記変換特性を指定するものであり、
前記適用変換特性決定手段は、１フィールド又は１フレーム前に適用していた変換特性を特定する特性番号と、前記目標変換特性設定手段により設定された現フィールド又は現フレームで適用すべき変換特性を特定する特性番号の差を所定の制限値以下に制限し、かつ、前記シーンチェンジ検出手段の出力に基づいて、前記所定の制限値を変更する
ことを特徴とする階調改善回路。
入力された映像信号が輝度信号及び色差信号を含み、
前記輝度信号及び色差信号をＲ、Ｇ、Ｂの色信号に変換する映像信号変換手段をさらに有し、
前記統計処理手段が、前記映像信号変換手段による変換により得られたＲ、Ｇ、Ｂの色信号に対し前記統計量を検出することを特徴とする請求項１に記載の階調改善回路。
入力された映像信号がＲ、Ｇ、Ｂの色信号を含み、
前記Ｒ、Ｇ、Ｂの色信号を輝度信号に変換する映像信号変換手段をさらに有し、
前記シーンチェンジ検出手段が、前記映像信号変換手段による変換により得られた輝度信号に基づいてシーンチェンジの検出を行うことを特徴とする請求項１に記載の階調改善回路。
前記シーンチェンジ検出手段が、入力された各フィールド又は各フレームの映像信号を、１フィールド又は１フレーム前の映像信号と比較して比較の結果得られる、１フィールド又は１フレーム間での映像信号の変化の度合いを示す信号をシーンチェンジ検出結果として出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の階調改善回路。
前記シーンチェンジ検出手段は、
１画面を複数のエリアに分割し、各フィールド又は各フレームの、各エリア内の複数の画素の映像信号の平均値を求め、
各フィールド又はフレームの映像信号について求められた前記平均値と、１フィールド又は１フレーム前の映像信号について求められた前記平均値との差が所定値以上のエリアの数をシーンチェンジの情報として出力する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の階調改善回路。
前記適用変換特性決定手段は、
前記シーンチェンジ検出手段の出力のエリア数が第１の所定数以上の場合は、前記制限値による制限をせず、
前記シーンチェンジ検出手段の出力のエリア数が第１所定数未満で、前記第１の所定数よりも小さい第２の所定数以上の場合は、前記制限値を第１の値に設定し、
前記シーンチェンジ検出手段の出力のエリア数が前記第２の所定数未満の場合は、前記制限値を、前記第１の値よりも小さい第２の値に設定する
ことを特徴とする請求項５に記載の階調改善回路。
前記統計処理手段は、
入力された各画素の映像信号を、それぞれ信号レベルに対応する複数の階級に分割し、各階級毎に、各フィールド又は各フレームにおける、それぞれの階級に分類された画素の映像信号の出現頻度を計測することを特徴とする請求項１に記載の階調改善回路。
前記目標変換特性設定手段は、
前記出現頻度を階調が最も低い階級から順次高い階級に累積することにより得られた累積頻度が所定値以上になる階級を求め、求めた階級により前記目標変換特性を設定することを特徴とすることを特徴とする請求項７に記載の階調改善回路。
前記目標変換特性設定手段は、
前記出現頻度を階調が最も高い階級から順次低い階級に累積することにより得られる累積頻度が所定値以上になる階級を求め、求めた階級により前記目標変換特性を設定することを特徴とすることを特徴とする請求項７に記載の階調改善回路。
前記統計処理手段は、
入力された各フィールド又は各フレームにおける、各画素の映像信号の平均値を計測することを特徴とする請求項１に記載の階調改善回路。
請求項１乃至１０のいずれかに記載の階調改善回路と、表示手段と、前記階調改善回路の出力に基づいて前記表示手段を駆動する駆動手段とを備えた表示システム。