JP3762933B2 - 画像処理装置及びプラズマ・ディスプレイ・パネル - Google Patents
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Description
一般的にPDPでは、ビットの重み付けに比例した発光時間で、各ビット毎に全画面が同時に発光するサブフィールド方式がとられている。具体的に、図23に示すように、6つのサブフィールドSF1〜SF6の発光時間の相対比を、例えば、1:2:4:8:16:32と設定することにより6ビット(64階調)表示を行うようになっている。
まず、誤差拡散処理法とは、閾値と表示すべき値とのズレ(誤差)を周辺のデータに加算することで疑似的に階調を増やす方法である。ここでは、ある程度(64階調以下程度)の多値表示ができるPDPの階調を増やす場合を例として説明する。
(1)表示特性の歪みの問題
i)輝度飽和領域の発生
前述したように、例えば、PDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)の発光輝度を上げるためには、サブフィールド数を少なくする必要がある。現状の技術レベルでは、ある程度の発光輝度を犠牲にして階調数を確保しており、例えば、1フレーム時間(16.7ms)内にサブフィールドを6個に設定している。今後、輝度の向上を考慮すると、サブフィールド数を減らす必要が生じてくるため、PDPの実際の表示階調数は減少せざるを得ない。このことは、表示階調が6ビット(64階調)の場合には無視できていた輝度飽和領域(図26中の符号Qの領域)も、全体の表示特性の中では無視できなくなり、画質の劣化として大きな問題となる。
ii)階調数がビット境界にない場合における平坦部分の発生
上述したi)のような発光輝度を向上をしない場合(すなわち、例えば、サブフィールドが6つまで確保できる場合)でも、動画表示特性を向上させるためには、PDPのサブフィールドの構成を、例えば、4:8:1:2:8:4とするのが良いとされている。この場合は、0〜27の28段階の表示階調となるが、これまでは表示階調数がビットバウンダリー(2の巾乗;64,32,16等)であったため、輝度が平坦な部分はビット数をnとすると全階調の2n 分の1となる。具体的に、例えば、5ビットの場合には、1/32が平坦となるのである。しかしながら、28階調(0〜27)の場合には、32分の5の領域が平坦な特性となる。すなわち、原画像256階調を誤差拡散した5ビット32階調とし、これをデータ変換テーブルを用いて実際の表示階調にあわせたとしても、全域にわたって表示階調が平坦な部分が5/32の領域に発生することとなり、その結果、階調特性が歪んでしまうことになる(図27および図28参照)。
(2)フリッカの問題
例えば、PDP(プラズマ・ディスプレイ・パネル)のサブフィールドによる階調駆動方式では、発光時間の長さによって階調を表現するようになっている。従って、表示データでのLSB(最下位ビット)の変化が、レベルによっては点灯するサブフィールドの時間軸上での位置(時刻)が大きく変動することになる。これがフレーム周波数(例えば、60Hz)より低い周波数のフリッカとなり、画質劣化を引き起こす。
上述したように、点灯するサブフィールドが時間軸上で大きく変動しやすい個所において、このようなフリッカの発生が目につきやすくなる。すなわち、256階調の原画像で輝度レベルが128近傍にある画素が、16階調表示のPDPに表示される時、静止画であるにも係わらず量子化誤差または映像ノイズ等により、このような状態(図30中のハッチング領域T1参照)が発生する。
上記の本発明の画像処理装置は、RGB3原色ディスプレイに対して適用することができる。
図1は本発明に係る画像処理装置の第1の形態の原理を示すブロック図であり、図2は本発明の画像処理装置の第1の形態による表示特性を示す図である。
(2)次に、例えば、元の映像信号(D1)が256階調(8ビット)で表示階調(D2)がビット境界にない場合(0〜27)、ゲイン係数Gを27×8/255=216/255とすることにより、表示階調がビット境界にない場合に生じる表示特性の平坦部等を発生させないようにすることができる。このときの表示特性が図2に示される。
図3は本発明の画像処理装置の第1の形態による表示歪みの補正を説明するための図である。ここで、原信号(映像入力信号)が256階調(0〜255)で表示階調が6階調(0〜5)の場合を例として本発明の画像処理装置の第1の形態の作用を説明する。
図4は本発明に係る画像処理装置の第2の形態の原理を示すブロック図である。図4において、参照符号5は信号処理回路(ディザ処理回路),6は誤差拡散処理部,51はディザ波形テーブル,52は加算器,53は乗算器,そして,54はセレクタ(切替器)を示している。
この図10および図11に示す第1の形態の第3実施例も、上述した図8および図9に示す第1の形態の第2実施例と同様に、4つの直線により補正曲線の近似を行うようになっているが、レジスタ31,33に格納するのは、該第2実施例では傾き(A)および切片(B)であったのが、本第3実施例では傾き(A)および各境界の左端のy値(C)となっている。具体的に、レジスタ33に対して、例えば、4ブロックのうち左から2つ目のブロックでは、x=64との交点のy値(Cb)を格納することになる。これにより、前記第2実施例における乗算器3の被乗数であるnビットを、本第3実施例では、n−2ビットにすることができ、乗算器3の回路構成を簡略化することができる。
この図12に示す第1の形態における第4実施例は、RGBのカラー3原色によるディスプレイに適用する場合を示すものであり、nビットで量子化された入力RGB信号に対して、実際の表示階調がmビット(m<n)以下で、RGBがそれぞれ異なる非線形特性(γ特性など)をもつディスプレイに対して、カラーバランスを崩すことなく、誤差拡散処理によって疑似的に多階調化処理を施し画像表示する場合の画像処理装置の回路構成例を示すものである。
8ビットの入力信号(D1)を5ビットの表示データ(D)および3ビットの誤差データ(E)とする場合を考える。このとき、誤差データEは、0〜7の8種類の値となる。
誤差拡散処理は、近傍画素の誤差データEを集めて「8」を越える場合には、「最下位ビット1」を出力するものである。
従って、誤差データE=3で均一な画素は、3/8の確率で8となり、5/8の確率で0となる。
現在予定しているサブフィールド構成では、点灯サブフィールドが時間軸上で大きく移動するような特定レベルにおいてフリッカとなる。ここで、フリッカは、特に、輝度の低い部分で目立ち易い。なお、輝度が高い部分では点灯期間の時間軸上での重心移動が少なくなる。
フリッカは、誤差拡散処理に照らして考えると、表示データDに影響を及ぼす1が立ったり、立たなかったりする時に発生する。すなわち、誤差データEの積算値が「“8”→“0”」に変化する時、および、「“0”→“8”」に変化する時にフリッカとなる。
P3 =(3/8)・(5/8)+(5/8)・(3/8)
=15/32
となり、また、E=kの場合におけるフリッカの発生頻度Pk は、
Pk =k(8−k)/32
となる(以下の表2参照)。
すなわち、状態が変化する確率(「A→B」および「B→A」)は48%となり、また、状態が変化しない確率(「A→A」および「B→B」)は52%となる。
前記の表2での誤差データEによるフリッカの発生頻度(何も処理しない時)を図15中の太線LN15で示す。
この最適ノイズを、次の表3に示す。この時のフリッカ発生頻度は、図15中のハッチング領域となる。
上述したように、本発明のフリッカ低減手法を適用した場合、AおよびBの値は以下のようになる。
P=A+B
A=1/16・1/32(0+12+16+12+0+0+0+0)
B=1/16・1/32(0+0+0+0+0+12+16+12)
上記の説明では、ディザパターンを±Zの2値としているが、このディザパターンは、例えば、4値或いは8値等のディザパターンとすることも可能である。すなわち、4値および8値のパターンでは、2値の場合よりもさらなるフリッカ除去が可能である。
〔0〕 〔1〕 〔2〕 〔3〕 〔4〕 〔5〕 〔6〕 〔7〕
00 10 20 20 20 20 20 21
00 00 00 01 02 12 22 22
〔0〕 〔1〕 〔2〕 〔3〕 〔4〕 〔5〕 〔6〕 〔7〕
0000 1000 1000 1010 1010 0101 0111 0111
0000 0000 0010 0100 0101 1011 1101 1111
0000 0010 0100 1001 1010 0110 1011 1101
0000 0000 0001 0100 0101 1011 1110 1111
本第2実施例は、前述した第1実施例と同様に、数種類のディザ波形を持つ場合であるが、ディスプレイの非線形特性が強い場合のディザ処理例を示すものである。すなわち、図19に示す第1実施例では、同一レベルの信号に対して±αの値を与え、2画素の合計で元々の映像(入力信号による本来の映像)の明るさを表示するようにしていたが、この処理ではディスプレイ自体が非線形特性を持つ場合ではαが加算される時と減算される時では、人間の目にはその振幅が同等ではなくなる。すなわち、人間の目には、((入力信号+α)+(入力信号−α))/2≠入力信号と映るのである。この傾向は、ディザ波形の振幅値が大きい個所、或いは、非線形特性の強い個所で顕著となり、階調の連続性が損なわれることになる。
すなわち、例えば、入力信号がnビットで実際の表示階調数がm(n>m)の場合、まず、図12に示す本発明の第1の形態の実施例回路(20R,20B,20G)により入力信号のとり得る最大値が表示階調の最大値となるように乗算係数を設定する。次に、ディスプレイのRGBの蛍光体のバラツキ等により表示特性が均一でない場合でも、RGBのそれぞれの乗算・加算の係数を変えることによりバラツキを補正する。そのため、レジスタ(傾きレジスタ31,切片レジスタ33)はRGB用にそれぞれ独立して持つようになっている。
ここで、上述した各実施例は、主にプラズマ・ディスプレイ・パネル(PDP)を例として説明したが、本発明の画像処理装置は、PDPに限定されるものではなく、上述したPDPと同様の駆動方式(1フィールドを複数のサブフィールドにより構成し、表示階調を増加するために誤差拡散処理を行う方式)を採用する様々なディスプレイに対しても適用することができるのはもちろんである。
4,6…誤差拡散処理部
5…信号処理回路
51…ディザ波形テーブル
52…加算器
54…セレクタ
Claims (14)
- ビットの重み付けに比例した発光時間を有する複数のサブフィールドを任意に組合せて階調表示を行うプラズマディスプレイ装置であって、
疑似的にディスプレイの表示階調数を増大する誤差拡散処理を行う誤差拡散処理部と、
該誤差拡散処理部の前段に設けられ入力信号に対するディザ波形の加算および減算を行って、フリッカ発生頻度の高い誤差データをフリッカ発生頻度の低いデータに変換してフリッカの発生を抑えるディザ処理回路とを具備し、
前記ディザ処理回路は、前記入力信号においてフリッカの発生しやすいレベルに対応するディザ波形を格納するディザ波形テーブル、および、該ディザ波形テーブルの出力を前記入力信号に対して加算または減算するディザ波形演算処理手段を具備することを特徴とするプラズマディスプレイ装置。 - 前記ディザ波形演算処理手段は、ライン/ドット毎に反転・非反転信号を出力するセレクタ、該セレクタの出力と前記ディザ波形テーブルの出力を乗算する乗算器、および、前記入力信号と該乗算器の出力とを加算する加算器を具備することを特徴とする請求項1のプラズマディスプレイ装置。
- 前記セレクタは、ラインカウンタの最下位ビットおよびドットカウンタの最下位ビットの排他的論理和を取った信号によって、前記入力信号に対するディザ波形のライン/ドット毎の反転・非反転信号を制御するようになっていることを特徴とする請求項2のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ波形テーブルは、複数種類のディザ波形を格納するディザ格納レジスタ、および、前記入力信号の階調に応じて該ディザ格納レジスタにおける複数種類のディザ波形から最適なディザ波形を指定するためのディザ指定レジスタを具備することを特徴とする請求項1のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ格納レジスタは、前記入力信号に加算および減算するディザ波形を格納していることを特徴とする請求項4のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ格納レジスタは、前記入力信号に加算するディザ波形と前記入力信号から減算するディザ波形との両方をそれぞれ格納していることを特徴とする請求項4のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ波形テーブルは、1種類のディザ波形を格納するディザ格納レジスタ、および、前記入力信号の階調に応じて該ディザ格納レジスタのディザ波形による前記入力信号の処理を行うか否かを指定するディザ指定レジスタを具備することを特徴とする請求項1のプラズマディスプレイ装置。
- ビットの重み付けに比例した発光時間を有する複数のサブフィールドを任意に組合せて階調表示を行うと共に、
パネル各々nビットで量子化されたRGBの3原色信号を、各々の実際の表示階調数が2 m-1 +1(m<n)以上で2 m 以下のRGB3原色ディスプレイに対して該RGB3系統独立に処理回路を設けて拡散処理を行い疑似的に多階調化を図るプラズマディスプレイ装置であって、
前記各処理回路は、疑似的にディスプレイの表示階調数を増大する誤差拡散処理を行う誤差拡散処理部と、
該誤差拡散処理部の前段に設けられ入力信号に対するディザ波形の加算および減算を行って、フリッカ発生頻度の高い誤差データをフリッカ発生頻度の低いデータに変換してフリッカの発生を抑える信号処理回路とを具備し、
前記ディザ処理回路は、前記入力信号においてフリッカの発生しやすいレベルに対応するディザ波形を格納するディザ波形テーブル、および、該ディザ波形テーブルの出力を前記入力信号に対して加算または減算するディザ波形演算処理手段を具備することを特徴とするプラズマディスプレイ装置。 - 前記ディザ波形演算処理手段は、ライン/ドット毎に反転・非反転信号を出力するセレクタ、該セレクタの出力と前記ディザ波形テーブルの出力を乗算する乗算器、および、前記入力信号と該乗算器の出力とを加算する加算器を具備することを特徴とする請求項8のプラズマディスプレイ装置。
- 前記セレクタは、ラインカウンタの最下位ビットおよびドットカウンタの最下位ビットの排他的論理和を取った信号によって、前記入力信号に対するディザ波形のライン/ドット毎の反転・非反転信号を制御するようになっていることを特徴とする請求項9のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ波形テーブルは、複数種類のディザ波形を格納するディザ格納レジスタ、および、前記入力信号の階調に応じて該ディザ格納レジスタにおける複数種類のディザ波形から最適なディザ波形を指定するためのディザ指定レジスタを具備することを特徴とする請求項8のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ格納レジスタは、前記入力信号に加算および減算するディザ波形を格納していることを特徴とする請求項11のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ格納レジスタは、前記入力信号に加算するディザ波形と前記入力信号から減算するディザ波形との両方をそれぞれ格納していることを特徴とする請求項11のプラズマディスプレイ装置。
- 前記ディザ波形テーブルは、1種類のディザ波形を格納するディザ格納レジスタ、および、前記入力信号の階調に応じて該ディザ格納レジスタのディザ波形による前記入力信号の処理を行うか否かを指定するディザ指定レジスタを具備することを特徴とする請求項8のプラズマディスプレイ装置。
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