JP4232859B2

JP4232859B2 - 階調表示方法

Info

Publication number: JP4232859B2
Application number: JP12106599A
Authority: JP
Inventors: 邦夫高山; 康宣橋本; 靖司米田
Original assignee: 株式会社日立プラズマパテントライセンシング
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2009-03-04
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP2000310975A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２値の発光制御によって中間調を再現する階調表示方法に関し、ＡＣ型のＰＤＰ（Plasma Display Panel：プラズマディスプレイパネル）による表示に好適である。
【０００２】
ＰＤＰは、テレビジョン及びコンピュータのモニターのどちらにも利用可能な高速性と解像度とを兼ね備えており、大画面表示デバイスとして利用されている。このようなＰＤＰの課題の１つに動画表示における偽輪郭の低減がある。
【０００３】
【従来の技術】
ＰＤＰにおける中間調の再現は、セル（表示素子）毎に１フィールドの放電回数を階調レベルに応じて設定することにより行われる。カラー表示は階調表示の一種であって、表示色は３原色の輝度の組合せによって決まる。本明細書における“フィールド”とは、時系列の画像表示の単位画像である。すなわち、テレビジョンの場合にはインタレース形式のフレームの各フィールドを意味し、コンピュータ出力に代表されるノンインタレース形式（１対１インタレース形式とみなせる）の場合にはフレームそのものを意味する。
【０００４】
ＰＤＰの階調表示方法として、１フィールドを輝度の重み付けをした複数のサブフィールドで構成し、サブフィールド単位の点灯の有無の組合せ（これをサブフィールド表現と呼称する）によって１フィールドの総放電回数を設定する方法が広く知られている。“輝度の重み”は、入力画像の各画素に対してその階調レベルに応じてどのサブフィールドを点灯の対象として選ぶかを決めるための数値（通常は最小値を１とする整数で表される）である。
【０００５】
多階調化の観点では、重みが２ⁿ（ｎ＝０，１，２，３…）で表されるいわゆる“バイナリーの重み付け”が優れている。例えばサブフィールド数が８であれば、階調レベルが「０」〜「２５５」の２５６階調の表示が可能である。しかし、バイナリーの重み付けでは、サブフィールド表現と階調レベルとの対応に冗長性がない。つまり、いずれの階調レベルについても、それに対応するサブフィールド表現が１通りしかない。このため、動画表示における偽輪郭の低減が難しいという問題がある。偽輪郭は、観察者が表示内容と異なる明暗を知覚する現象であって、特に階調レベルの似通った画素からなる濃度変化の緩やかな画像部分が画面内で移動する場合に生じ易い。例えば人が歩くシーンにおいて顔の部分で偽輪郭が生じる。
【０００６】
従来において、偽輪郭を低減するための手法として、奇数フィールドと偶数フィールドとでサブフィールドの表示順序（重み配列）を反転させる方法が提案されている（特開平８−２５４９６５号）。また、特開平９−２１８６６２号公報には、サブフィールド表現を冗長化して重み配列を最適化する方法が記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来においては、階調範囲の一部の階調レベルで常に偽輪郭が発生するという問題があった。特にフィールド毎に重み配列を反転させる場合には、明るい偽輪郭と暗い偽輪郭とが交互に現れてフリッカが生じるという問題、及び動画表示において階調レベルが変化しない部分でも偽輪郭が発生するという問題もあった。後者の問題の原因は、ほぼ全ての階調レベルで１フィールドにおける発光の時間重心（発光重心）がフィールド毎にずれるからである。
【０００８】
本発明は、偽輪郭の目立たない高品位の動画表示を実現することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、階調レベルとサブフィールド表現との対応関係を複数通り選定しておく。その際の選定条件として、複数通りの対応関係の間で、全階調レベルについての発光の時間重心の平均値がほぼ等しくなるようにする。そして、フィールド毎に適用する対応関係を変更する。サブフィールド数及び重み付け（重みの値及び重み配列）で定まるフィールド構成が固定であっても、重み付けに冗長性があれば複数通りの対応関係を選定することができる。フィールド構成を可変とすれば、対応関係の選定の自由度は大きくなる。対応関係の変更は、予め定めた一定の順序で行ってもよいし、例えば乱数発生器を利用した任意の順序で行ってもよい。
【００１０】
階調レベルとサブフィールド表現との対応関係が異なれば、必然的に偽輪郭の発生し易い階調レベルも異なる。したがって、適用する対応関係をフィールド毎に変えることにより、偽輪郭の発生する階調レベルが時間的に分散するので、偽輪郭が目立たなくなる。また、時間重心の平均値がほぼ等しいので、フィールド毎の対応関係の変更に伴う時間重心の変動が軽微であり、偽輪郭自体が発生しにくい。さらに、各階調レベルにおける時間重心を全ての階調レベルについての時間重心の平均値に近づけると、隣接する階調レベル間での時間重心の変化に起因した偽輪郭だけでなく、任意の階調レベル間での時間重心の変化に起因した偽輪郭も防止される。
【００１３】
請求項１の発明の階調表示方法は、１フィールドを冗長性がある輝度の重み付けをした複数のサブフィールドで構成し、サブフィールド単位で表示素子の発光の要否を設定する階調表示方法であって、サブフィールド数及び重み付けの少なくとも一方が異なる複数のフィールド構成を設け、前記複数のフィールド構成のそれぞれについて、全ての階調レベルのそれぞれと表示素子を発光させるサブフィールドの組合せとの対応関係を、階調範囲の全体にわたってフィールドの発光重心を均一化し、かつ当該複数のフィールド構成の間で全ての階調レベルについてのフィールドの発光重心の平均値の差がフィールド周期の１０分の１以下となるように選定しておき、フィールド毎に、前記複数のフィールド構成のうちから一定順又は任意順に１つを選択し、選択したフィールド構成における前記対応関係を表示素子の発光の要否設定に適用するものである。
【００１４】
請求項２の発明の階調表示方法は、サブフィールド数が同一で重み付けが異なる３以上のフィールド構成をフィールド毎に順に選択するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る表示装置１００の構成図である。
表示装置１００は、薄型カラー表示デバイスであるＡＣ型のＰＤＰ１と、Ｍ列Ｎ行の画面ＥＳを構成する縦横に並んだ多数のセルＣを選択的に点灯させるための駆動ユニット８０とから構成されており、壁掛け式テレビジョン受像機、コンピュータシステムのモニターなどとして利用される。
【００１６】
ＰＤＰ１は、点灯維持放電（表示放電ともいう）を生じさせるための電極対をなす第１及び第２の主電極Ｘ，Ｙが平行配置され、各セルＣにおいて主電極Ｘ，Ｙと第３の電極としてのアドレス電極Ａとが交差する３電極面放電構造をとる。主電極Ｘ，Ｙは画面ＥＳの行方向（水平方向）に延び、これらのうちの主電極Ｙはアドレッシングに際して行単位にセルＣを選択するためのスキャン電極として用いられる。アドレス電極Ａは列方向（垂直方向）に延びており、列単位にセルＣを選択するためのデータ電極として用いられる。基板面のうちの主電極群とアドレス電極群との交差範囲が表示領域（すなわち画面）となる。
【００１７】
駆動ユニット８０は、コントローラ８１、データ処理回路８３、電源回路８４、Ｘドライバ８５、スキャンドライバ８６、Ｙ共通ドライバ８７、及びアドレスドライバ８９を有している。なお、駆動ユニット８０はＰＤＰ１の背面側に配置され、各ドライバとＰＤＰ１の電極とが図示しないフレキシブルケーブルで電気的に接続される。駆動ユニット８０にはＴＶチューナ、コンピュータなどの外部装置からＲ，Ｇ，Ｂの各色の輝度レベル（階調レベル）を示す画素単位のフィールドデータＤｆが、各種の同期信号とともに入力される。
【００１８】
フィールドデータＤｆは、データ処理回路８３におけるフレームメモリ８３０に一旦格納された後、フィールドを所定数のサブフィールドに分割して階調表示を行うためのサブフィールドデータＤｓｆに変換される。サブフィールドデータＤｓｆはフレームメモリ８３０に格納され、適時にアドレスドライバ８９にシリアル転送される。サブフィールドデータＤｓｆはサブフィールド表現を特定し、その各ビットの値はサブフィールドにおける該当するセルの点灯の要否を示す情報、厳密にはアドレス放電の要否を示す情報である。フィールドデータＤｆからサブフィールドデータＤｓｆへの変換を行うために、データ処理回路８３には複数の変換テーブルを記憶するメモリ８３１が設けられている。各変換テーブルは、全ての階調レベルのそれぞれとサブフィールド表現とを１対１で対応づけるファイルである。
【００１９】
本実施形態では、階調レベルとサブフィールド表現との対応関係が複数通り選定されており、フィールド毎に適用する対応関係が変更される。つまり、メモリ８３１における複数の変換テーブルの内容は互いに異なり、データ処理回路８３はフィールド毎に変換テーブルを切り換えてサブフィールドデータＤｓｆを生成する。複数通りの対応関係は、いずれも冗長性のある重み付けをしたフィールド構成で階調再現を行うものである。重み付けに冗長性があるので、１つのフィールド構成で複数通りの対応関係を選定することができる。また、サブフィールド数は同一であるが重み付け（重みの値と重み配列の双方又は一方）が異なる複数のフィールド構成のそれぞれ、又はサブフィールド数及び重み付けの双方が異なる複数のフィールド構成のそれぞれについて対応関係を選定することにより、複数通りの対応関係を選定することもできる。
【００２０】
Ｘドライバ８５は全ての主電極Ｘに一括に駆動電圧を印加する。主電極Ｘの電気的な共通化は図示のようなパネル上の連結に限られず、Ｘドライバ８５の内部配線、又は接続用ケーブル上での配線により行うことができる。スキャンドライバ８６はアドレッシングにおいて各主電極Ｙに個別に駆動電圧を印加する。Ｙ共通ドライバ８７は点灯維持に際して全ての主電極Ｙに一括に駆動電圧を印加する。また、アドレスドライバ８９はサブフィールドデータＤｓｆに応じて計Ｍ本のアドレス電極Ａに選択的に駆動電圧を印加する。これらドライバには電源回路８４から図示しない配線導体を介して所定の電力が供給され、コントローラ８１から制御信号が与えられる。
【００２１】
以下、表示装置１００における階調表示方法を説明する。
〔フィールド構成を固定とする場合〕
図２はフィールド構成の一例を示す図である。
【００２２】
２値の点灯制御によって階調再現を行うために、入力画像である時系列の各フィールドｆ（符号の添字は表示順位を表す）を例えば１２個のサブフレームｓｆ１，ｓｆ２，ｓｆ３，ｓｆ４，ｓｆ５，ｓｆ６，ｓｆ７，ｓｆ８，ｓｆ９，ｓｆ１０，ｓｆ１１，ｓｆ１２に分割する。すなわち、各フィールドｆを１２個のサブフレームｓｆ１〜ｓｆ１２の集合に置き換える。なお、ノンインタレース形式の画像を再生する場合には各フレームを１２分割する。これらサブフィールドｓｆ１〜ｓｆ１２における輝度の相対比がおおよそ５６：２８：２３：１３：３：７：２：１：４３：１６：４：５９となるように重み付けをして各サブフィールドｓｆ１〜ｓｆ１２の点灯維持放電の回数を設定する。サブフィールド単位の点灯／非点灯の組合せでＲＧＢの各色毎に２５６段階の輝度設定を行うことができる。この重み付けは、１２分割のフィールド構成で２５６階調以上の階調性を得ることのできる重み付けの中から、任意の階調レベル間での偽輪郭を低減できるように、つまり各階調レベルの発光重心を均一化するように選定されたものである。
【００２３】
サブフィールドｓｆ_j（ｊ＝１〜１２）に割り当てるサブフィールド期間Ｔ_jは、行単位にセルを選択して表示内容に応じた帯電分布を形成するアドレス期間ＴＡと、階調レベルに応じた輝度を確保するために点灯状態を維持するサステイン期間ＴＳとからなる。アドレス期間ＴＡは画面全体の電荷を均一化する準備期間を含む。各サブフィールド期間Ｔ_jにおいて、アドレス期間ＴＡの長さは輝度の重みに係わらず一定であるが、サステイン期間ＴＳの長さは輝度の重みが大きいほど長い。
【００２４】
テレビジョン表示の場合、１フィールド期間Ｔｆは約１６．７ｍｓである。一例として画面ＥＳの行数Ｎを１０００とし、１行当たりのアドレッシング時間を１μｓとすると、１フィールドｆにおいてアドレッシングに要する時間の総和は１２ｍｓ（＝１μｓ×１０００×１２）となり、残りの４．７ｍｓが計１２個のサステイン期間ＴＳの総和となる。そして、この４．７ｍｓを階調数で除した値が単位重み当たりの発光時間となる。
【００２５】
図３は図２のフィールド構成における発光重心の選択肢を示す図である。
発光重心は、１つのセルに注目したときの、１フィールドにおける発光の時間的な分布の重心である。図中の縦軸の目盛り０はフィールド期間Ｔｆの前端を、目盛り１．０は後端を示す。例えば階調レベル「７」を表すときに、重み「７」のサブフィールドｓｆ６のみを発光させれば、発光重心はフィールド期間のほぼ中央となり、重み「３」のサブフィールドｓｆ５と重み「４」のサブフィールドｓｆ１１を発光させれば、発光重心はフィールド期間の中央より後端側に寄った時点となる。
【００２６】
偽輪郭を防止する上では、全ての階調レベルについて発光重心が均一であるのが望ましい。図３のとおり、図２の重み付けのフィールド構成によれば、階調範囲のほとんどの階調レベルについて複数の選択肢があり、発光重心が均一になるように階調レベルとサブフィールドとの対応関係（以下、これを変換テーブルという）を選定することができる。
【００２７】
図４は図２のフィールド構成における変換テーブルの選定例を示す図である。また、図５は変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第１例を示す図であり、図４（ａ）〜（ｃ）の発光重心の平均値を階調レベル毎に求めてプロットしたものである。
【００２８】
上述したように冗長性のある重み付けにおいては、各階調レベルについて適切にサブフィールド表現を選択することにより、階調範囲の全体にわたって発光重心を均一化することはできるももの、全ての階調レベルについて発光重心を完全に一致させることはできない。図４（ａ）〜（ｃ）で示される計３通りの変換テーブルにおいては、高階調範囲では発光重心がほぼ均一であるが、低階調範囲では発光重心のばらつきが比較的に大きい。
【００２９】
しかし、３通りの変換テーブルにおいて、階調レベルによる発光重心の変化の様相は互いに異なるので、これら変換テーブルを順に適用すれば、図５から明らかなように発光重心のばらつきが平均化されて偽輪郭が低減される。
〔フィールド構成を可変とする場合〕
図６はフィールド構成の組み合わせの第１例を表形式で示す図、図７及び図８は図６のフィールド構成における変換テーブルの選定例を示す図である。また、図９は変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第２例を示す図であり、図７及び図８の発光重心の平均値を階調レベル毎に求めてプロットしたものである。
【００３０】
図６の計６個のフィールド構成ｆｐ１〜ｆｐ６は、いずれも１２個のサブフィールドからなるが、各サブフィールドにおける輝度の重み付けは互いに異なる。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）で示される変換テーブルの選定例は順にフィールド構成ｆｐ１，ｆｐ２，ｆｐ３に対応し、図８（ｄ）（ｅ）（ｆ）で示される変換テーブルの選定例は順にフィールド構成ｆｐ４，ｆｐ５，ｆｐ６に対応する。これら６通りの変換テーブルは、階調範囲の全体における発光重心の平均値がほぼ等しくなるように選定されている。具体的には、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）の選定例における発光重心の平均値は、順に０．５２０、０５１９、０．５３６であり、図８（ｄ）（ｅ）（ｆ）の選定例における発光重心の平均値は、順に０．５３６、０．５０７、０．５３８であって、６個の平均値の差は０．１以下（つまりフィールド周期の１／１０以下）である。
【００３１】
図９から明らかなように、６通りの変換テーブルを順に適用してサブフィールドデータＤｓｆを生成すれば、６通りの変換テーブルのいずれか１つのみを適用する場合と比べて、階調範囲の全体において発光重心がより均一化されることが分かる。
【００３２】
図１０はフィールド構成の組み合わせの第２例を表形式で示す図、図１１は変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第３例を示す図である。
図１０の計９個のフィールド構成ｆｐ１１〜ｆｐ１９は、いずれも１２個のサブフィールドからなるが、各サブフィールドにおける輝度の重み付けは互いに異なる。これらフィールド構成ｆｐ１１〜ｆｐ１９のそれぞれから１つずつ変換テーブルを選定し、９通りの変換テーブルについて階調レベル毎に発光重心の平均値を求めてプロットしたものが図１１である。変換テーブルの選定は、上述の例と同様に、階調範囲の全体における発光重心の平均値がほぼ等しくなるようにするものである。
【００３３】
図１１から明らかなように、９通りの変換テーブルを順に適用してサブフィールドデータＤｓｆを生成すれば、９通りの変換テーブルのいずれか１つのみを適用する場合はもちろんのこと、６通りの変換テーブルを順に適用する場合と比べても、階調範囲の全体において発光重心がより均一化されることが分かる。
【００３４】
図１２はフィールド構成の組み合わせの第３例を表形式で示す図、図１３は変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第４例を示す図である。
図１０の計３３個のフィールド構成ｆｐ２１〜ｆｐ５３は、いずれも１２個のサブフィールドからなるが、輝度の重み付けは互いに異なる。これらフィールド構成ｆｐ２１〜ｆｐ５３のそれぞれから１つずつ変換テーブルを選定し、３３通りの変換テーブルについて階調レベル毎に発光重心の平均値を求めてプロットしたものが図１３である。変換テーブルの選定は、上述の例と同様に、階調範囲の全体における発光重心の平均値がほぼ等しくなるようにするものである。
【００３５】
図１３から明らかなように、３３通りの変換テーブルを順に適用してサブフィールドデータＤｓｆを生成すれば、３３通りの変換テーブルのいずれか１つのみを適用する場合はもちろんのこと、９通りの変換テーブルを順に適用する場合と比べても、階調範囲の全体において発光重心がより均一化されることが分かる。
【００３６】
以上の実施形態では、サブフィールド数が一定であったが、サブフィールド数の異なる複数のサブフィールド構成のそれぞれにおいて変換テーブルを選定し、それにより得られた複数の変換テーブルを一定順序又は任意順序で適用して階調表示を行ってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１又は請求項２の発明によれば、偽輪郭の目立たない高品位の動画表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る表示装置の構成図である。
【図２】フィールド構成の一例を示す図である。
【図３】図２のフィールド構成における発光重心の選択肢を示す図である。
【図４】図２のフィールド構成における変換テーブルの選定例を示す図である。
【図５】変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第１例を示す図である。
【図６】フィールド構成の組み合わせの第１例を表形式で示す図である。
【図７】図６のフィールド構成における変換テーブルの選定例を示す図である。
【図８】図６のフィールド構成における変換テーブルの選定例を示す図である。
【図９】変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第２例を示す図である。
【図１０】フィールド構成の組み合わせの第２例を表形式で示す図である。
【図１１】変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第３例を示す図である。
【図１２】フィールド構成の組み合わせの第３例を表形式で示す図である。
【図１３】変換テーブルの変更による発光重心の均一化の第４例を示す図である。
【符号の説明】
ｆフィールド
ｓｆ１〜ｓｆ１２サブフィールド
Ｄｆフィールドデータ
Ｄｓｆサブフィールドデータ
８３データ処理回路

Claims

１フィールドを冗長性がある輝度の重み付けをした複数のサブフィールドで構成し、サブフィールド単位で表示素子の発光の要否を設定する階調表示方法であって、
サブフィールド数及び重み付けの少なくとも一方が異なる複数のフィールド構成を設け、
前記複数のフィールド構成のそれぞれについて、全ての階調レベルのそれぞれと表示素子を発光させるサブフィールドの組合せとの対応関係を、階調範囲の全体にわたってフィールドの発光重心を均一化し、かつ当該複数のフィールド構成の間で全ての階調レベルについてのフィールドの発光重心の平均値の差がフィールド周期の１０分の１以下となるように選定しておき、
フィールド毎に、前記複数のフィールド構成のうちから一定順又は任意順に１つを選択し、選択したフィールド構成における前記対応関係を表示素子の発光の要否設定に適用する
ことを特徴とする階調表示方法。
サブフィールド数が同一で重み付けが異なる３以上のフィールド構成をフィールド毎に順に選択する
請求項１記載の階調表示方法。