JP4468467B2 - 映像信号制御装置、映像表示システム、及び映像信号制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示輝度が制御された映像を表示するための映像信号制御装置、映像表示システム、及び映像信号制御方法に関する。

有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）パネル等、自発光型の表示パネルにおいては、表示輝度と消費電力との間に高い相関が存在する。そのため、映像信号の平均輝度が低い場合には明るくなるように表示輝度を制御し、映像信号の平均輝度が高い場合には暗くなるように表示輝度を制御することで、画質（明るさ及びコントラスト）と最大消費電力の制限との両立を図っている。

特許文献１には、フレーム毎に映像信号の平均輝度を検出し、平均輝度に応じて表示輝度を制御する映像信号制御方法であって、映像信号のフレーム間の相関性としてフレーム相関度を検出し、フレーム相関度に応じてゲインを設定することにより、フレーム相関度が大きい場合には表示輝度の変化を遅くし、フレーム相関度が小さい場合には表示輝度の変化を速くする映像信号制御方法が開示されている。
特許第３５９２１２６号公報

しかしながら、映像信号の平均輝度に基づいて表示輝度を制御すると、背景が変化せずに前景のみが変化するというように画面の一部のみが変化するような場合に、画面全体の表示輝度に変化を生じさせてしまい、映像を不安定にするおそれがある。その一方で、シーンチェンジのように画面全体が変化するような場合に、表示輝度の変化の応答性を低下させるおそれがある。

本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、表示輝度の制御において安定性と応答性とを両立させることができる映像信号制御装置、映像表示システム、及び映像信号制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る映像信号制御装置は、フレーム毎に映像信号の平均輝度を検出する平均輝度検出手段と、所定のフレームより前のフレームの平均輝度に対する前記所定のフレームの平均輝度の変化量が所定の閾値を超えている場合には、前記所定のフレームの平均輝度が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御し、前記変化量が前記所定の閾値を超えていない場合には、前記所定のフレームの平均輝度と前記所定のフレームより前のフレームの平均輝度との平均値が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御する表示輝度制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明に係る映像信号制御方法は、フレーム毎に映像信号の平均輝度を検出し、所定のフレームより前のフレームの平均輝度に対する前記所定のフレームの平均輝度の変化量が所定の閾値を超えている場合には、前記所定のフレームの平均輝度が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御し、前記変化量が前記所定の閾値を超えていない場合には、前記所定のフレームの平均輝度と前記所定のフレームより前のフレームの平均輝度との平均値が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御することを特徴とする。

本発明によれば、表示輝度の制御において安定性と応答性とを両立させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
［第１の実施形態］

図１は、第１の実施形態の映像信号制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、映像信号制御装置１は、輝度値算出部２、ＡＰＬ（Average picture Level：平均輝度レベル）検出部３、ＡＰＬ保持部４、ＡＰＬメモリ５（０），５（−１），…，５（−Ｎ＋１）、差分算出部６及び比較部７を備えている。更に、映像信号制御装置１は、ＡＰＬ加算部８、ＡＰＬ平均化部９、ＬＵＴ（Look Up Table）１１及びゲイン変換部１２ａ，１２ｂ，１２ｃを備えている。輝度値算出部２及びＡＰＬ検出部３は、平均輝度検出手段を構成し、フレーム毎に映像信号の平均輝度を検出する。また、ＡＰＬ保持部４，ＡＰＬメモリ５（０）〜５（−Ｎ＋１）、差分算出部６、比較部７、ＡＰＬ加算部８、ＡＰＬ平均化部９、ＬＵＴ１１及びゲイン変換部１２ａ〜１２ｃは、表示輝度制御手段を構成し、所定のフレームおよび所定のフレームより前のフレームの平均輝度を用いて所定のフレームの表示輝度を制御する。

輝度値算出部２は、３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）からなる映像信号から輝度値を算出する。ＡＰＬ検出部３は、輝度値算出部２によって算出された輝度値を１フレーム分積算することで、１フレーム毎のＡＰＬを検出する。

ＡＰＬ保持部４は、ＡＰＬ検出部３によって検出された現在のフレームのＡＰＬを一時保持する。ＡＰＬメモリ５（０）〜５（−Ｎ＋１）には、ＡＰＬ検出部３によって検出された過去ＮフレームのＡＰＬがフレーム毎に格納される。より詳細には、ＡＰＬメモリ５（０）には、現在のフレームの１フレーム前のフレームのＡＰＬが格納され、ＡＰＬメモリ５（−１）には、現在のフレームの２フレーム前のフレームのＡＰＬが格納され、ＡＰＬメモリ５（−Ｎ＋１）には、現在のフレームのＮフレーム前のフレームのＡＰＬが格納される。

差分算出部６は、ＡＰＬメモリ５（０）に格納されているＡＰＬと、ＡＰＬ保持部４によって保持されているＡＰＬとの差の絶対値（差分）を算出する。この差の絶対値は、１フレーム前のフレームのＡＰＬから現在のフレームのＡＰＬへの変化量であり、背景が変化せずに前景のみが変化するというように画面の一部のみが変化するような場合には小さくなり、シーンチェンジのように画面全体が変化するような場合には大きくなる。

比較部７は、差分算出部６によって算出された差の絶対値と、予め設定された所定の閾値とを比較する。そして、差の絶対値が所定の閾値を越えていない場合（すなわち、画面の一部のみが変化するような場合）には、ＡＰＬメモリ５（０）〜５（−Ｎ＋２）のそれぞれに格納されていたＡＰＬを１フレーム分ずつシフトさせてＡＰＬメモリ５（−１）〜５（−Ｎ＋１）のそれぞれに新たに格納し、ＡＰＬ保持部４によって保持されていたＡＰＬをＡＰＬメモリ５（０）に新たに格納する。一方、差の絶対値が所定の閾値を越えている場合（すなわち、画面全体が変化するような場合）には、ＡＰＬ保持部４によって保持されていたＡＰＬをＡＰＬメモリ５（０）〜５（−Ｎ＋１）のそれぞれに新たに格納する。つまり、差の絶対値が所定の閾値を越えた場合には、過去ＮフレームのＡＰＬが現在のフレームのＡＰＬに置き換えられる。

ＡＰＬ加算部８は、ＡＰＬメモリ５（０）〜５（−Ｎ＋１）に格納されていたＡＰＬを足し合わせる。ＡＰＬ平均化部９は、ＡＰＬ加算部８によって算出されたＡＰＬの総和をＮで除することによりＡＰＬの平均値を算出する。

ＬＵＴ１１には、ＡＰＬとゲイン（各フレームの表示輝度を制御するための値）との関係が格納されている。図２に示されるように、ゲインは、ＡＰＬが０．３を超えて高くなるにつれて漸減するようになっている。つまり、ＡＰＬが低い場合には明るくなるように表示輝度が制御され、ＡＰＬが高い場合には暗くなるように表示輝度が制御されることで、画質（明るさ及びコントラスト）と最大消費電力の制限との両立が図られている。なお、図２において、ＡＰＬが０．０のときは画面が全黒の場合であり、ＡＰＬが１．０のときは画面が全白の場合である。

ゲイン変換部１２ａ〜１２ｃは、ＡＰＬ平均化部９によって算出されたＡＰＬの平均値に対応するゲインをＬＵＴ１１から読み取り、読み取ったゲインを３つの色信号（Ｒ信号、Ｇ信号、Ｂ信号）のそれぞれに掛け合わせることで、各フレームの表示輝度を制御する。

以上のように構成された映像信号制御装置１においては、１フレーム前のフレームのＡＰＬから現在のフレームのＡＰＬへの変化量が小さく、ＡＰＬの差の絶対値が所定の閾値を越えていない場合（すなわち、画面の一部のみが変化するような場合）には、現在及び過去のＮフレーム分のＡＰＬの平均値に基づいてゲインが設定されて、現在のフレームの表示輝度が制御される。一方、１フレーム前のフレームのＡＰＬから現在のフレームのＡＰＬへの変化量が大きく、ＡＰＬの差の絶対値が所定の閾値を越えている場合（すなわち、画面全体が変化するような場合）には、現在のフレームのＡＰＬに基づいてゲインが設定されて、現在のフレームの表示輝度が制御される。

このように、ＡＰＬの変化量が小さい場合には現在及び過去のフレームのＡＰＬの平均値に基づいて現在のフレームの表示輝度を制御するため、背景が変化せずに前景のみが変化するというように画面の一部のみが変化するような場合に、画面全体の表示輝度への影響を抑制し、映像を安定化させることができる。また、ＡＰＬの変化量が大きい場合には現在のフレームのＡＰＬに基づいて現在のフレームの表示輝度を制御するため、シーンチェンジのように画面全体が変化するような場合に、表示輝度の変化の応答性を確保することができる。従って、映像信号制御装置１によれば、表示輝度の制御において安定性と応答性とを両立させることが可能となる。

また、映像信号制御装置１においては、ＡＰＬの差の絶対値が所定の閾値を越えている場合には、過去のフレームのＡＰＬが現在のフレームのＡＰＬに置き換えられる。そのため、現在のフレーム以降のフレームにおいて、ＡＰＬの差の絶対値が所定の閾値を越えない場合には、過去のフレームのＡＰＬの影響を受けることなく、ＡＰＬの平均化処理も相俟って、安定的な制御が可能となる。
［第２の実施形態］

図３は、第２の実施形態の映像信号制御装置の構成を示すブロック図である。図３に示されるように、映像信号制御装置１０は、ＡＰＬメモリ５（０），５（−１），…，５（−Ｎ＋１）を備えず、１フレーム遅延部１３，１４及び重み付部１５を備える点で、上述した映像信号制御装置１と異なっている。上述した映像信号制御装置１には、ＦＩＲ（Finite impulse response：有限インパルス応答）型のフィルタが適用されていたのに対し、映像信号制御装置１０には、ＩＩＲ（Infinite impulse response：無限インパルス）型のフィルタが適用されている。以下、１フレーム遅延部１３，１４及び重み付部１５について詳細に説明する。

１フレーム遅延部１３は、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬを１フレーム分遅延させて差分算出部６に出力する。これにより、差分算出部６は、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬと、１フレーム遅延部１３から出力された１フレーム前のフレームのＡＰＬとの差の絶対値（差分）を算出する。

１フレーム遅延部１４は、ＡＰＬ平均化部９から出力されたＡＰＬの平均値を１フレーム分遅延させて重み付部１５に出力する。そして、差分算出部６によって算出された差の絶対値が所定の閾値を越えていないと比較部７によって判断された場合（すなわち、画面の一部のみが変化するような場合）には、重み付部１５は、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬに対し、１フレーム遅延部１４から出力されたＡＰＬを（Ｎ−１）倍してＡＰＬ加算部８に出力する。これにより、ＡＰＬ加算部８は、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬと、重み付部１５によって（Ｎ−１）倍されたＡＰＬとを足し合わせ、ＡＰＬ平均化部９は、ＡＰＬ加算部８によって算出されたＡＰＬの総和をＮで除することによりＡＰＬの平均値を算出する。

一方、差分算出部６によって算出された差の絶対値が所定の閾値を越えていると比較部７によって判断された場合（すなわち、画面全体が変化するような場合）には、重み付部１５は、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬに対し、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬを（Ｎ−１）倍してＡＰＬ加算部８に出力する。これにより、ＡＰＬ加算部８は、ＡＰＬ保持部４から出力された現在のフレームのＡＰＬと、重み付部１５によって（Ｎ−１）倍された現在のフレームのＡＰＬとを足し合わせ、ＡＰＬ平均化部９は、ＡＰＬ加算部８によって算出されたＡＰＬの総和をＮで除することによりＡＰＬの平均値を算出する。つまり、この場合には、ＡＰＬ平均化部９によって算出されたＡＰＬの平均値は、現在のフレームのＡＰＬとなる。

以上のように構成された映像信号制御装置１０においても、上述した映像信号制御装置１と同様に、１フレーム前のフレームのＡＰＬから現在のフレームのＡＰＬへの変化量が小さく、ＡＰＬの差の絶対値が所定の閾値を越えていない場合（すなわち、画面の一部のみが変化するような場合）には、現在及び過去のフレームのＡＰＬの平均値に基づいてゲインが設定されて、現在のフレームの表示輝度が制御される。一方、１フレーム前のフレームのＡＰＬから現在のフレームのＡＰＬへの変化量が大きく、ＡＰＬの差の絶対値が所定の閾値を越えている場合（すなわち、画面全体が変化するような場合）には、現在のフレームのＡＰＬに基づいてゲインが設定されて、現在のフレームの表示輝度が制御される。

このように、ＡＰＬの変化量が小さい場合には現在及び過去のフレームのＡＰＬの平均値に基づいて現在のフレームの表示輝度を制御するため、背景が変化せずに前景のみが変化するというように画面の一部のみが変化するような場合に、画面全体の表示輝度への影響を抑制し、映像を安定化させることができる。また、ＡＰＬの変化量が大きい場合には現在のフレームのＡＰＬに基づいて現在のフレームの表示輝度を制御するため、シーンチェンジのように画面全体が変化するような場合に、表示輝度の変化の応答性を確保することができる。従って、映像信号制御装置１０によっても、上述した映像信号制御装置１と同様に、表示輝度の制御において安定性と応答性とを両立させることが可能となる。

本発明は、上述した第１及び第２の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、シンプルな実装を実現する観点から、１フレーム前のフレームのＡＰＬと現在のフレームのＡＰＬとの差の絶対値を変化量として算出し、差の絶対値が所定の閾値を超えていない場合には、現在及び過去のフレームのＡＰＬの平均値に基づいて現在のフレームの表示輝度を制御したが、これらに限定されない。複数フレーム前のフレームのＡＰＬとの差の絶対値や、過去のフレームのＡＰＬを組み合わせて算出したＡＰＬとの差の絶対値等を変化量として算出してもよい。また、現在及び過去のフレームのＡＰＬの単純な平均化処理に替えて、安定化が図れれば他の演算を採用してもよい。

更に、映像信号制御装置１，１０は、表示輝度が制御された映像を表示する表示パネルを備えていてもよい。以下、表示パネルを備える映像信号制御装置１，１０について説明する。

図４は、表示パネルを備える映像信号制御装置の構成を示すブロック図である。図４に示されるように、映像信号制御装置１（１０）には、ＨＤＭＩコネクタ５０２、ＨＤＭＩ処理部５０３、映像信号処理部５０４、ＢＴ７０９ＲＧＢ変換部５０５及び表示パネル５１０が設けられており、その他、図示はしないがテレビ放送を受信して映像を表示する機能も設けられている。

ＨＤＭＩコネクタ５０２は、ビデオカメラやＤＶＤレコーダ等の映像信号出力装置５０１からＨＤＭＩケーブルを介してｘｖＹＣＣ規格等で生成されたＨＤＭＩ規格に従う映像信号（ＨＤＭＩ信号）を入力し、ＨＤＭＩ信号をＨＤＭＩ処理部５０３に出力する。

ＨＤＭＩ処理部５０３はＨＤＭＩver1.3規格に対応している。ＨＤＭＩ処理部５０３は入力されるＨＤＭＩ信号のInformation Packetの分離処理、ＨＤＭＩ−Ａｕｄｉｏ信号の分離再生、ＨＤＭＩ−Ｖｉｄｅｏ信号の分離を行う。ここで、ＨＤＭＩ−Ｖｉｄｅｏ信号はＢＴ７０９またはＢＴ６０１のＹＣｂＣｒ形式の映像信号（Ｙ：輝度信号、ＣｂＣｒ：色差信号）であり、映像信号処理部５０４に出力される。

映像信号処理部５０４はＨＤＭＩ−Ｖｉｄｅｏ信号について、表示パネル５１０のサイズフォーマットに変換するスケーリング処理を行う。また、映像処理部５０４はＨＤＭＩ−Ｖｉｄｅｏ信号がインターレース信号の場合はノンインターレース信号に変換する順次走査変換処理を行う。ＨＤＭＩ−Ｖｉｄｅｏ信号はサイズフォーマット等が様々であり、これを表示パネル５１０に表示するため、スケーリング処理が行われる。映像信号処理部５０４からＹＣｂＣｒ形式の映像信号が出力される。

ＢＴ７０９ＲＧＢ変換処理部５０５は、ＹＣｂＣｒ形式の映像信号をＢＴ７０９原色のＲＧＢ信号に変換する。このＲＧＢ信号は、上述したようにして映像信号制御装置１（１０）によって表示輝度が制御され、表示パネル５１０に出力される。表示パネル５１０は、表示輝度が制御され映像を表示する。

第１の実施形態の映像信号制御装置の構成を示すブロック図である。 ＡＰＬとゲイン（各フレームの表示輝度を制御するための値）との関係を示すグラフである。 第２の実施形態の映像信号制御装置の構成を示すブロック図である。 表示パネルを備える映像信号制御装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１０…映像信号制御装置、２…輝度値算出部、３…ＡＰＬ検出部、４…ＡＰＬ保持部、５（０）〜５（−Ｎ＋１）…ＡＰＬメモリ、６…差分算出部、７…比較部、８…ＡＰＬ加算部、９…ＡＰＬ平均化部、１１…ＬＵＴ、１２ａ〜１２ｃ…ゲイン変換部、１３，１４…１フレーム遅延部、１５…重み付部、５１０…表示パネル。

Claims (4)

1. フレーム毎に映像信号の平均輝度を検出する平均輝度検出手段と、
   所定のフレームより前のフレームの平均輝度に対する前記所定のフレームの平均輝度の変化量が所定の閾値を超えている場合には、前記所定のフレームの平均輝度が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御し、前記変化量が前記所定の閾値を超えていない場合には、前記所定のフレームの平均輝度と前記所定のフレームより前のフレームの平均輝度との平均値が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御する表示輝度制御手段と、
   を備えたことを特徴とする映像信号制御装置。
2. 前記表示輝度制御手段は、前記所定のフレームより前のフレームの前記平均輝度と前記所定のフレームの前記平均輝度との差分を前記変化量として算出する請求項１に記載の映像信号制御装置。
3. 請求項１または２に記載の映像信号制御装置と、前記表示輝度制御手段によって前記表示輝度が制御された映像を表示する表示装置とを備える映像表示システム。
4. フレーム毎に映像信号の平均輝度を検出し、
   所定のフレームより前のフレームの平均輝度に対する前記所定のフレームの平均輝度の変化量が所定の閾値を超えている場合には、前記所定のフレームの平均輝度が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御し、前記変化量が前記所定の閾値を超えていない場合には、前記所定のフレームの平均輝度と前記所定のフレームより前のフレームの平均輝度との平均値が低いほど前記所定のフレームの表示輝度を高く制御することを特徴とする映像信号制御方法。

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