JP4539394B2 - ガンマ補正装置及びこれを用いた画像変換装置並びに表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガンマ補正装置及び浮動小数ガンマ補正装置及びその回路を使用した画像変換装置並びに表示装置に関し、特に、装置の小規模化を図ったガンマ補正装置、浮動小数ガンマ補正装置、画像変換装置及び表示装置に関する。

ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）といった種々の表示装置は、それぞれの表示装置が持つ特性によって固有のガンマ特性を有する。ガンマ特性とは、入力信号レベルと表示装置の出力輝度との関係を示すものである。ＣＲＴ、ＬＣＤ、ＰＤＰのそれぞれではガンマ特性は大きく異なる。

一方、テレビ信号やコンピュータの標準色空間信号であるｓＲＧＢといった入力映像信号は、それぞれ所定の規格で定められたガンマ特性を有しており、その特性に変換するために入力映像信号に対しては“ガンマ補正”という処理が施されている。例えば、テレビ信号の場合には、ＣＲＴにおける表示を前提としたガンマ補正が施されている。よって、同じテレビ信号であっても、ＬＣＤやＰＤＰにおいて表示するときには、入力映像信号のガンマ特性を逆補正し、さらにＬＣＤやＰＤＰにおける表示に適するように、逆補正後の入力信号と表示装置の出力輝度とにあわせた補正（以下、まとめてガンマ補正と称する）を行う必要がある。

また、ガンマ補正では、その補正曲線を変化させることによって、コントラスト補正や明るさ補正を行うことも可能である。

このようなガンマ補正処理を行う方法としては、アナログ処理で行う方法とディジタル処理で行う方法とがある。

アナログ処理によるガンマ補正は、主にＬＣＤで行われる手法である。ＬＣＤの画素は、その透過率の変化を印加電圧の変化で行っている。よって、入力信号レベルと出力電圧との関係、出力電圧と透過率との関係（これをＶ−Ｔカーブという）から、入力信号（ディジタル）から出力電圧（アナログ）への変換特性（ＤＡ変換特性）を変化させることで、ガンマ補正処理を実現している。

しかしながら、アナログ処理で複数のガンマ補正特性を設定可能とするためには、ハードウェア構成の変更が必要となり、その特性の変更に対する自由度はそれほど高くない。そのため、異なるガンマ特性を持つ入力信号が入力するような場合には、ディジタル処理でガンマ補正を行うほうが、装置構成を簡略化できる。

ディジタル処理のための回路は、ＬＣＤやＰＤＰ、その他のディスプレイに対しても同じ構成で済み、装置への組み込みも簡単である。

ディジタル処理によるガンマ補正としては、全ての入力信号に対する出力値をメモリに保存して変換を行うルックアップテーブル（ＬＵＴ）方式があげられる。ＬＵＴ方式では、異なるガンマ特性を持つ信号が入力してきても、それぞれに応じた出力値をセットすることで、任意のガンマ補正を行える。

しかし、ＬＵＴ方式では、全ての出力値をメモリに記憶させておかなければならず、ＲＧＢカラー表示を行うディスプレイでは、ＲＧＢそれぞれの出力値をメモリに記憶してお
く必要があるため、その回路規模が大きくなってしまう。また、出力値のビット数は、精度を保つためにも減らすことは困難である。

このため、ディジタル方式のガンマ補正回路規模を縮小させる方法が従来から検討されてきた。

上記問題を解決する第１の方法として、ＬＵＴと補間演算とを組み合わせたものがある。この方法は、Ｍビットの入力信号のうち、上位Ｎビット分の入力値に対する出力値をＬＵＴでメモリに記憶し、該上位Ｎビットの入力値Ｘに対するＬＵＴの出力値とＸ＋１の入力値に対するＬＵＴの出力値、そして下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値から補間演算を行うものである。これによって、ＬＵＴのメモリ容量を大幅に削減可能としている。

なお、第１の方法の例として、ＬＵＴの入力値が上位Ｍビットの値であるものを挙げたが、特許文献１に開示される発明のように、この入力値のビット数を任意の値として、より自由度の高い構成を実現しているものもある。

第２の方法として、Ｍビットの入力信号のうち、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値が“０”である、上位Ｎビット分の入力値Ｘに対する出力値Ｙと、下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値が“０”以外であるときの隣接する値との差分ＤとをＬＵＴとしてメモリに記憶しておき、上記出力値ＹとＤとからＭビットの入力信号の出力値を演算して求める構成がある。
例えば、入力ビットが４ビット、出力ビットが６ビットで、入力→出力の関係が１０００→１０００００、１００１→１０００１１、１０１０→１０１０００、１０１１→１０１１１１であるとき、入力上位２ビットが“１０”で下位ビットが“００”であるときの出力値１０００００をＹとし、１００１、１０１０、１０１１のときの出力差分値Ｄ（０１１、１０１、１１１）をＬＵＴに記憶する。そうすると、入力値が１０１１の時の出力値は、Ｙ＋ ΣＤ＝１０００００＋０１１＋１０１＋１１１＝１０１１１１で求められる。この場合は、出力差分値Ｄのメモリ容量が６ビット→３ビットとなるため、回路規模を縮小できる。

また、特許文献２に開示される発明のように、データの格納方法を工夫することによって、よりソフト的な高速処理を行えるようにした構成も知られている。

第３の方法として、Ｍビットの入力信号のうち上位Ｎビット分の入力値Ｘに対する出力値Ｙと、上位Ｎビットの入力値がＸで下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値が“０”以外であるときの出力と、上記出力値Ｙとの差分ＤをＬＵＴとしてメモリに記憶しておき、上記出力値ＹとＤとからＭビットの入力信号に対する出力値を演算して求める構成がある。
このような構成を利用している従来技術としては、特許文献３に開示される発明や特許文献４に開示される発明をあげられる。特許文献３に開示される発明は、複数のガンマ補正値を持つ必要があるときに、それぞれのガンマ補正値同士の差が小さいことを利用して、それぞれの上位補正値を出力する第１のガンマ補正回路と複数の下位補正値を出力する第２のガンマ補正回路とを有する構成である。特許文献４に開示される発明では、回路の一部に上記構成が組み込まれている。
特開２００３−２８８０６０号公報（第５頁、図１、図２） 特開２０００−１４８４４２号公報（第４、９頁、図３、図１０） 特開平６−６７３３号公報（第３頁、図２） 特許第３０７１１３１号公報（第２頁、図１）

しかしながら、上記第１の方法では、回路規模が小さくなるものの、補間演算を行うため、全ての入力値に対して任意の出力値を設定することはできない。また、補間演算は線形補間（直線補間）であることがほとんどなので、補正カーブが複雑になると精度が落ちるという問題がある。補間演算が２次以上になると、演算を行うための回路規模が増大し、補間演算を行うメリットが薄れ、複雑な演算のために高速処理が行えなくなってしまう。

また、上記第２の方法では、出力差分値同士及び代表値の加算を複数回行う必要がある。下位（Ｍ−Ｎ）ビットの値が大きくなるほど、ＬＵＴの回路規模は小さくてすむが、加算器が増大し、高速処理が行えなくなってくる。また、出力差分値のビット数が、Ｙの出力ビット数よりもそれほど小さくないときには、（Ｍ−Ｎ）ビットの値を大きくしても回路規模をそれほど縮小できない。

上記第３の方法のうち、特許文献３に開示される発明は、複数のＬＵＴの上位ビットをまとめられない構成では使用できない。特にＬＣＤの場合は、動作モードによっては、上位ビットをまとめられないほど、ＲＧＢの出力値に差があるため、適用できない場合がある。また、特許文献４に開示される発明は、回路全体としては補間演算を行っているため、上記第１の方法と同じである。しかも、このＬＵＴの部分のみを独立で使用することには言及していない。

いずれにせよ、ＬＵＴのみの構成のときの回路規模が加算器の回路規模よりも十分に大きくないため、加算器の使用を最小限にしたいときや、ＲＧＢの出力値に大きな差があるときに適用可能で、補正カーブが複雑になっても正確な出力値が得られる高い汎用性を持ち、しかも高速処理が可能で演算も複雑でないガンマ補正回路が望まれている。特に、モバイル機器に適用するガンマ補正回路の場合は、上記の特性が必須であるともいえる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、ルックアップテーブルの容量を抑えながら正確なガンマ補正が行えるガンマ補正装置及びこれを用いた画像変換装置並びに表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、ｎビットで入力するディジタル入力信号を任意のビット数ｍで出力するガンマ補正装置であって、第１ルックアップテーブル、第２ルックアップテーブル、第３ルックアップテーブル、連結器および加算器を有し、それぞれのルックアップテーブルの入力ビット数はｎより小さく、それぞれのルックアップテーブルの出力ビット数はｍより小さく、第１ルックアップテーブルは入力ｘビット、出力ｍ１ビット、第２ルックアップテーブルは入力ｎ−ｔビット、出力ｍ２ビット、第３ルックアップテーブルは入力ｎ−ｔビット、出力ｋビットであり、ｍ≦ｍ１＋ｍ２、ｘ＜ｎ−ｔかつｍ≧ｍ１＋ｋで、連結器は、第１のルックアップテーブルの出力ビットを上位ビット側に、第３のルックアップテーブルの出力ビットを下位ビット側とし、これらの間にｍ−ｍ１−ｋビットの“０”を挟んで連結した連結データを出力し、加算器は、第２のルックアップテーブルの出力値と連結データとを加算し、上記加算したデータを出力とすることを特徴とするガンマ補正装置を提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、第３のルックアップテーブルを複数個備えることがより好ましい。又は、ガンマ補正における入力ｎビット、出力ｍビットの入出力の関係が母入出力表として設定されたとき、第１ルックアップテーブルの入出力表は、ｘビットの入力値がＩＮ１のとき、母入出力表において上位ｘビットの値がＩＮ１で、下位ｎ−ｘビットの値が０である入力値のときの出力値の、上位ｍ１ビットを（基準値信号として）出力値とするように設定し、第２ルックアップテーブルの入出力表は、ｎ−ｔビットの入
力値がＩＮ２のとき、母入出力表において上位ｎ−ｔビットの値がＩＮ２で、下位ｔビットの値が０である入力値のときの出力値と、第１ルックアップテーブルにおいてＩＮ２の上位ｘビットが入力値のときの出力値とその下位ビットとしてｍ−ｍ１個の０を付加した値との差分を、出力値とするように設定し、第３ルックアップテーブルの入出力表は、ｎ−ｔビットの入力値がＩＮ３のとき、母入出力表において上位ｎ−ｔビットの値がＩＮ３で、下位ｔビットの値が０以外の値である入力値のときの出力値と、母入出力表において上位ｎ−ｔビットの値がＩＮ３で、下位ｔビットの値が０である入力値のときの出力値との差分を、出力値とするように設定することが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、第３のルックアップテーブルの出力ビット数ｋは、ガンマ補正の補正γ値から求められていることが好ましい。又は、第３のルックアップテーブルの出力ビット数ｋは、明るさ補正・コントラスト補正を行う際の隣り合った階調間の最大差分値に基づいて設定されることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、指数部と仮数部とからなる入力信号をｍビットで出力する浮動小数ガンマ補正装置において、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかるガンマ補正装置を整数ガンマ補正部として複数個有し、整数ガンマ補正部の入力は、仮数部の上位ｎビットであり、仮数部の値をもとに決定される整数ガンマ補正部の出力のうちの一つを、上記指数部の値に基づいて選択することで、入力ｎビット、出力ｍビットのガンマ補正を行うことを特徴とする浮動小数ガンマ補正装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかるガンマ補正装置又は本発明の第２の態様にかかる浮動小数ガンマ補正装置を搭載した画像変換装置を提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、上記本発明の第１の態様のいずれかの構成にかかるガンマ補正装置又は本発明の第２の態様にかかる浮動小数ガンマ補正装置を搭載した表示装置を提供するものである。

本発明によれば、ルックアップテーブルの容量を抑えながら正確なガンマ補正が行えるガンマ補正装置及び浮動小数ガンマ補正装置、並びにこれを用いた画像変換装置並びに表示装置を提供できる。

〔発明の原理〕
画質を劣化させることなくガンマ補正を行うためには、全ての階調が独立に微調整可能である必要がある。そのためには、線形補間を用いることはできず、全ての入力階調に対応するＬＵＴを持つ必要がある。

従来技術の第２の方法として説明したように、ガンマ補正装置のメモリ規模を小さくするためには、出力ビット数（出力差分値Ｄなど）が小さくなるようにＬＵＴを分割するか、又は多く設定していけば良い。また、従来技術の第３の方法のように、ＬＵＴの入力ビット数を小さくするためにＬＵＴを分割するか、又は多く設定しても良い。ただし、分割すればするほどそれぞれのＬＵＴを演算するための加算器や減算器が必要となってしまい、ＬＵＴを分割することによる回路規模の縮小という効果が薄れてしまう。
また、シリアルにつながる加算器が増えるほど処理速度が低下してしまうため、動作周波数が高い映像信号を扱うガンマ補正装置では問題となる。

このＬＵＴ方式のときの回路規模縮小方法について検討し、以下の二つの方法を組み合わせれば、ＬＵＴのメモリ量を小さくできる上に、メモリ以外の周辺回路（加算器）などの回路規模増加も最小限にできることを見いだした。
以下、８ビット入力で１０ビット出力のＬＵＴの場合について検討する。そのままＬＵＴを構成すると、２⁸×１０＝２５６０bitとなる。

《１》入力階調を上位ビットによる区間ごとに分割し、その分割した区間ごとにオフセット値を設ける。そして、ＬＵＴ値には、そのオフセットとの差分を保存する。
図１に示すように、上位ビットの変化時を境界として区間分割し、その区間の最小値をオフセットとして設ける。このオフセットは、上位ビットを入力ビットとするＬＵＴ（上位ＬＵＴ）で構成される。このことによって、差分を保持するＬＵＴ（下位ＬＵＴ）はとりうる最大値を小さくできるため、出力ビット数を小さくできる。この上位ＬＵＴと下位ＬＵＴとを組み合わせた構成を図２に示す。

上位ＬＵＴと下位ＬＵＴとに分割しても加算器の追加だけでよいため、総合的な回路規模は減少する。なお、上位ＬＵＴの入出力ビット数及び下位ＬＵＴの出力ビット数は、ガンマ補正時のγ値として１〜３をとったときにも対応できる値として設定されている。このときのＬＵＴのメモリ規模は１７９２＋１２８＝１９２０bitとなり、２５％の容量削減となっている。

《２》下位ＬＵＴは、入力階調の最下位ビットが０の値のみを保持することとし、最下位ビットが１のときの値は上位ビットが同じで最下位ビットが０のときの値との差分を差分ＬＵＴとして保持する。
図３に示すように、最下位ビットが０の下位ＬＵＴを保持すると、最下位ビットが１のときは最下位ビットが０の時との差を差分ＬＵＴとして保持するだけで良い。そこで、下位ＬＵＴと差分ＬＵＴとに分割することによってＬＵＴのメモリ容量をさらに減少させられる。図４にその構成を示す、最終的な出力は上位ＬＵＴと下位ＬＵＴと差分ＬＵＴとを加算したものとなる。
ここで、上位ＬＵＴと差分ＬＵＴとを先にビット結合する（間に“０”を挟んで連結する）ことにより、加算器を追加しないように工夫している。この場合、一切のロジックゲートを通らないため、回路規模の増加や処理速度の低下は起こりえない。
このような構成により、従来構成のＬＵＴと比較して、加算器を含めても回路規模を３５％以上削減できる。

図５に、６ビット→８ビットのガンマ補正処理を行うガンマ補正回路の構成を示す。入力ビットが小さくなると、メモリ容量が２のべき乗で小さくなるため、それに比較して加算器などの周辺回路が回路全体に対して占める規模が大きくなる。しかしながら、本発明では、加算器は一つだけであり、６ビット→８ビットのガンマ補正処理であっても回路規模を２０％以上削減できる。

なお、図６に示すように、入力ビット数と出力ビット数とが同じ場合でも、同様に、回路規模の削減が可能である。

ここまでは、入出力ビット数に具体的な数値をあげて説明したが、入出力のビット数は任意である。
入力ｎビット、出力ｍビットのガンマ補正を行うガンマ補正回路の構成を図７に示す。このガンマ補正回路は、上位(n-t)ビット入力で下位m2ビット出力の下位ＬＵＴと、同じく上位(n-t)ビット入力で下位kビット出力の差分ＬＵＴと、上位xビット入力で上位m1ビット出力の上位ＬＵＴとの三つのＬＵＴ、差分ＬＵＴの出力と下位１ビット入力とで演算を行う差分ＬＵＴ出力設定部、差分ＬＵＴ出力設定部の出力をＬＳＢ側に、上位ＬＵＴの
出力をＭＳＢ側として、間にm-m1-k個の“０”を挟んで連結するデータ連結部、及びデータ連結部の出力と下位ＬＵＴの出力とを加算する加算部からなる。

上記構成のガンマ補正回路での下位ＬＵＴ、差分ＬＵＴのm2とkとの決定方法について説明する。
ｍ２は、上位ビットで分割される領域内で最大の入力値のときの下位ＬＵＴ値のうち、最大値を表現できるビット数として決定する。
また、ｋは、一般的には全ての差分ＬＵＴ値のうち、最大値を表現できるビット数として設定する。ただし、Ｙ＝Ｘ＾γで表せるガンマ補正の場合、０階調から１階調あるいは（最大階調−１）から最大階調の差分ＬＵＴのうちどちらかの値が最も大きいため、入力階調が１の時の差分ＬＵＴが表現できる値として決定する。
ｍ１及びｘは、任意に設定可能であるが、全体のＬＵＴのデータ量（上位ＬＵＴ、下位ＬＵＴ及び差分ＬＵＴのデータ量の合計）が最小となるように設定することが好ましい。ｍ１は、ｍ１＋ｍ２＝ｍ＋１という関係式で求めた場合に、ＬＵＴのメモリ容量が最も小さくなることが多い。また、ｘは、任意の値を設定した後、ｍ２のビット数が増えない程度に小さくすることが望ましい。

このようにＬＵＴを分割すれば、加算器は一つでありながら、ルックアップテーブルの回路規模を分割によって小さくでき、しかも正確な値を出力できる高い汎用性を持ち、高速処理が可能なガンマ補正装置が得られる。

従来は、ＬＵＴの回路規模を小さくすることにほとんどの視点がおかれていたが、入出力ビットが少なく、ＬＵＴそのもののメモリ規模が小さいとき、例えば、モバイル機器に適用するものでは、加算器などの回路規模は無視できるほど小さくはない。
これに対し本発明の構成は、上記用途に対しても十分適用可能であるだけでなく、動作周波数が高い映像信号を扱う場合にも適用可能である。しかも、回路規模を小さくできる。

上記原理に基づくガンマ補正回路は、
（１）全ての階調が独立に微調整可能である。
（２）ダイナミックにガンマ値を変更できないものの、γ値として１〜３の補正に対応する。
という特徴を有する。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。
図８に、本実施形態にかかるガンマ補正装置を有する液晶表示装置の構成を示す。また、図９に、本実施形態にかかるガンマ補正装置の構成を示す。
便宜上、ガンマ補正装置の入出力階調を示すビット数はそれぞれＲＧＢ入力６ビット、出力８ビット、入力映像信号のγ＝２．２、液晶表示装置内部で設定されているγ＝１．８で、γ値の変更が必要であるものとする。

図８に示した液晶表示装置では、入力信号であるディジタル映像信号（例えば、ＲＧＢ信号各色６ビット入力）がガンマ補正装置４に入力し、ガンマ補正が行われた後ディジタル映像信号が出力される。その信号は、液晶表示部１２へ送られ、ディジタル映像信号に基づいて、液晶表示部１２の画素３５の透過率が決定され、映像が表示される。

液晶表示部１２は、互いに交差する複数の走査線３１及び複数の信号線３２と、複数の
走査線３１に入力する信号を制御する走査線ドライバ３３、複数の信号線３２に入力する信号を制御する信号線ドライバ・制御信号生成部３４、画素行列部３８の各交差部にマトリクス状の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３７を介して設けられた複数の画素３５、及び並列接続された補助容量３６を有する。

ここで、ディジタル映像信号が入力されてから液晶表示部１２に映像が表示されるまでの過程について説明する。ガンマ補正装置４では、入力ディジタル信号のガンマ補正を行ってディジタル信号を出力する。出力された映像信号と、ディスプレイ制御信号（不図示）とは走査線ドライバ３３、信号線ドライバ・制御信号生成部３４へ送られる。信号線ドライバ・制御信号生成部３４では、液晶表示部１２の画素３５が有する印加電圧−輝度特性と、入力映像信号のガンマ特性とから求まる変換特性に基づいて、ディジタル映像信号のＤＡ変換を行う。アナログ電圧に変換された信号は、ＴＦＴ３７を介して、走査線ドライバ３３で選択的にオン電圧を印加された走査線３１に接続された画素３５に印加され、輝度に変換されて映像として出力される。

通常、ＬＣＤでは入力映像信号として、γ＝２．２や１．８などを想定して信号線ドライバ・制御信号生成部３４内の不図示のＤＡ変換部の電圧が設定されている。本実施形態では、ＤＡ変換部がγ＝１．８に設定されている。

図９に、ガンマ補正装置４の詳細な構成を示す。ガンマ補正装置４は、上位５ビット入力で下位７ビット出力の下位ＬＵＴと、同じく上位５ビット入力で下位４ビット出力の差分ＬＵＴと、上位３ビット入力で上位２ビット出力の上位ＬＵＴとの三つのＬＵＴ、差分ＬＵＴの出力と下位１ビット入力とで演算を行う差分ＬＵＴ出力設定部５、差分ＬＵＴ出力設定部５の出力をＬＳＢ側に、上位ＬＵＴの出力をＭＳＢ側としての間に“００”を挟んで連結するデータ連結部２、及びデータ連結部２の出力と下位ＬＵＴの出力とを加算する加算部３からなる。なお、加算部３の出力は液晶表示部１２へ送られる。

図９に示すガンマ補正装置は、ガンマ補正処理が持つ特性を利用してＬＵＴを分割することによって、ＬＵＴを格納するのに要するメモリ容量を減少させている。また、それぞれのＬＵＴ値を演算して出力値を求める際の演算回路規模を最小限にすることによって、装置全体としての回路規模を縮小するとともに、回路全体での演算速度の低下を抑えている。

まず、各ＬＵＴの入出力値の設定方法を具体的な値を用いて説明する。ガンマ補正装置４の入出力値は、入力映像信号のγ＝２．２に対して液晶表示装置のγ＝１．８であり、入力が６ビット、出力が８ビットであることを考慮すると、
（出力値）＝２５５×（（入力値／６３）^2.2）^(1/1.8)
で変換することとなる。この式を計算して求めたガンマ補正装置４のＬＵＴを図１０に示す。図１０に示すＬＵＴの値が出力信号として出力されるように、図９のそれぞれのＬＵＴの値を決定していく。
まず、差分ＬＵＴには入力階調の上位５ビットを入力ＬＵＴ値として、この入力階調の上位５ビットが同じである二つの出力階調（すなわち入力階調の下位１ビットのみが“０”、“１”で異なる二つの出力階調）の差分を出力ＬＵＴ値として保存する。

上位ＬＵＴには、入力階調の上位３ビットを入力ＬＵＴ値として、上位３ビットがその入力値で下位３ビットが“０００”である入力階調のときの出力階調のうち、上位２ビットを出力ＬＵＴ値として保存する。

そして、下位ＬＵＴには、入力階調の上位５ビットを入力ＬＵＴ値として、上位５ビットがその入力値で下位ビットが“０”である入力階調のときの出力階調値から、この入力
５ビットの上位３ビットを入力とする上位ＬＵＴの出力２ビットに下位６ビットとして“００００００”を連結した８ビット値を減算した値を出力ＬＵＴ値として保存する。このようにして得られたＬＵＴを図１１に示す。

次に、それぞれのＬＵＴの出力値を演算して合成していく過程を図１０、図１１の具体的数値を用いて説明する。ガンマ補正装置４に、入力画像として３６（２進数で“１００１００”）、３７（同“１００１０１”）という値が入力したものとする。そのときの出力は、図１０に示すＬＵＴからそれぞれ１２９（１００００００１）、１３３（１００００１０１）である。
どちらの入力値（３６、３７）も上位５ビットが“１００１０”であるから、下位ＬＵＴの出力は、図１１に示すＬＵＴから“６５（１０００００１）”となる。また、どちらの入力値も上位３ビットが“１００”であるから、上位ＬＵＴの出力は、図１１に示すＬＵＴから“１（０１）”となる。同様に、差分ＬＵＴの出力は“４（０１００）”となる。
次に、差分ＬＵＴ出力設定部５の出力について説明する。差分ＬＵＴ出力設定部５は、入力値が“３６”のときには、最下位ビットが“０”であるため“０１００”と“００００”とで各ビットについてＮＡＮＤ及びＮＯＴの演算を行い“０（００００）”を出力する。一方、入力値が“３７”のときは、最下位ビットが“１”であるため、“０１００”と“１１１１”とで各ビットについてＮＡＮＤ及びＮＯＴの演算を行い“４（０１００）”を出力する。

データ連結部２では、上位ＬＵＴの出力２ビットを上位２ビットとして、ＬＵＴ出力設定部５の出力を下位４ビットとして連結する。データ連結部２の出力値は、入力が３６のときは１×６４＝６４（×６４はデータを６ビットシフトすればよいので、ロジック演算を必要としない）、入力が３７のときは、１×６４＋４＝６８となる。

データ連結部２の出力値と下位ＬＵＴの出力値とを加算部３で加算する。入力値が３６のときの加算結果は６４＋６５＝１２９、入力値が３７のときの加算結果は６８＋６５＝１３３となる。
この結果は、図１０に示したＬＵＴの出力値と同じであり、図９に示す構成のガンマ補正装置４が正常に動作することがわかる。

ＬＵＴ出力設定部５の出力は、最下位ビットが“０”のときは常に“０”を出力するようにして、回路規模の縮小を図っている。また、上位ＬＵＴの出力値と差分ＬＵＴの出力値とは、加算器を使用せずに加算可能であるためこれらを先に演算処理している。また、加算器３はオーバフローとなることがないため、オーバフロー処理を設ける必要はない。

上記構成を用いることによって回路規模は、ＬＵＴを分割しないとき（２⁶×８＝５１２ｂｉｔ）と比較して、メモリ容量で２⁵×７＋２³×２＋２⁵×４＝３６８ｂｉｔとなり、約２８％の削減となる。加算器を加えた回路全体の規模を比較しても、２０％以上の削減となる。

また、差分値のみを使用する従来の第２の方法と比較した場合には、加算器を加えることなくＬＵＴを分割してメモリ規模を縮小できる。

なお、図１１に示すように、差分ＬＵＴの最大値は“５”であることから、差分ＬＵＴの出力ビット数を“４”ではなく“３”として回路規模を縮小することも、上記構成では可能である。
しかし、液晶表示装置が設定しているγ＝１で、入力信号のγ＝２．２のような場合、差分ＬＵＴの出力ビット数は４必要となる。また、明るさ補正・コントラスト補正を行う
際の隣り合った階調間の最大差分値が“１０”ならば、同じく４ビット必要となる。このように、差分ＬＵＴの出力ビット数は、必要とする範囲のガンマ補正の補正γ値や明るさ・コントラスト補正の差分値などに応じて設定することが好ましい。

以上の構成のように、上位ＬＵＴと差分ＬＵＴとを先に連結して加算回数を減らすことにより、加算器は一つでありながら、ルックアップテーブルを分割して回路規模を小さく抑えることができ、しかも、正確な出力値が出せる高い汎用性を備え、高速処理が可能なガンマ補正装置が実現できる。

このガンマ補正装置を適用すれば、回路規模を小さく抑えた画像変換装置や表示装置を実現できる。

上記の説明では、入力信号のγ値と液晶表示装置で想定されているγ値とが異なる場合を例としたが、これに限ることはなく、コントラスト補正や明るさ補正を行うためにガンマ補正部のＬＵＴを変更するような用途に適用することも可能である。

また、ディジタル階調の入力ビット数は、ここでは６ビットとして説明したが、６ビットに限定されることはなく任意のビット数（例えば８ビット）であっても同様の効果が得られることは言うまでもない。

また、本実施形態では表示装置として液晶表示装置を用いた構成を示したが、これに限定されることはなく、図１２に示すように他の表示装置（例えばＰＤＰ、電界発光素子を用いたディスプレイ、液晶プロジェクタ）を用いても上記同様の効果が得られる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。
図１３に、本実施形態にかかるガンマ補正装置の構成を示す。このガンマ補正装置は、第１の実施形態と同様に液晶表示装置でのガンマ補正処理に適用される。第１の実施形態にかかるガンマ補正装置とは、差分ＬＵＴがさらに三つに分割されており、それぞれ差分ＬＵＴの出力と下位２ビットの入力とで演算を行う差分ＬＵＴ出力設定部５Ａを有するところが相違する。

本実施形態においては差分ＬＵＴを分割しているが、このような構成は、設定される隣り合った階調間の最大差分値が小さいとき（本実施形態では２ビット）に特に有効である。図１３に示す三つの差分ＬＵＴは、８ビット入力のうち上位６ビット入力値がＸ５Ｘ４・・・Ｘ０のとき、図１４に示すように差分ＬＵＴ０１には下位２ビットが“００”と“０１”とのときの差分、差分ＬＵＴ１０には下位２ビットが“００”と“１０”との時の出力値の差分、差分ＬＵＴ１１には下位２ビットが“００”と“１１”とのときの出力値の差分がそれぞれ出力値として保存されている。

差分ＬＵＴ１０には、２階調の入力差があるときの出力差分、差分ＬＵＴ１１には３階調の入力差があるときの出力差分が保存されるため、その出力ビット数はそれぞれ３ビット、４ビットとなる。そして、差分ＬＵＴ出力設定部５の出力は、下位２ビット入力が“００”のときは“００００”が、“０１”、“１０”、“１１”のときは差分ＬＵＴ０１、差分ＬＵＴ１０、差分ＬＵＴ１１の出力値が出力されるように構成されている。データ連結部２、加算器３の動作は第１の実施形態と同様である。

上記構成を用いることによって、回路規模はＬＵＴを分割しないとき（２⁸×１０＝２５６０ｂｉｔ）と比較して、メモリ容量で２⁶×７＋２⁵×４＋２⁶×２＋２⁶×３＋２⁶×４＝１１５２ｂｉｔと５５％の削減となり、加算器を加えた回路全体の規模を比較しても
５０％程度の削減となっている。
このように、差分ＬＵＴのメモリ容量が少なくて済むような場合（入力階調差が大きい場合）には、差分ＬＵＴを分割することが効果的である。

以上の構成のように、上位ＬＵＴと差分ＬＵＴとを先に連結して加算回数を減らすことにより、加算器は一つでありながら、ルックアップテーブルを分割して回路規模を小さく抑えることができ、しかも、正確な出力値が出せる高い汎用性を備え、高速処理が可能なガンマ補正装置を実現できる。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。上記第１、第２の実施形態では、入力信号が整数値の場合について説明したが、本実施形態では入力信号が浮動小数点表示である場合について説明する。
図１５に、本実施形態にかかる液晶表示装置の構成を、図１６に、本実施形態にかかるガンマ補正装置の構成を示す。
本実施形態にかかる液晶表示装置は、第１の実施形態にかかる液晶表示装置とは、入力信号が指数部＋仮数部として浮動小数点表示となっており、その信号がガンマ補正装置４Ａに入力される点が相違する。ガンマ補正装置４Ａの構成を示す図が図１６である。ガンマ補正装置４Ａは、複数のガンマ補正装置４と、それぞれの出力のうちいずれかを選択して出力するセレクタ６、入力信号のデータシフトを行うデータシフト部７とによって構成されている。図１６に示すガンマ補正装置４の構成は、上記第１、第２の実施形態のもの（図９、図１３）と同様である。

浮動小数点表示は、整数表示と比較してダイナミックレンジの差が大きいため、整数出力のダイナミックレンジ程度のルックアップテーブルを用意すれば良い。ここでは指数値が最大のときに使用するために作成したルックアップテーブルをセレクト信号“１１”に割り当て、以下、指数値が１ずつ減少するにつれて“１０”、“０１”及び“００”の各セレクト信号を作成したルックアップテーブルに割り当てる。これにより、それぞれの指数の値のときの仮数の上位ビットを入力としたルックアップテーブル（ガンマ補正装置４に対応）を作成する。

データシフト部７では、指数部の値が上記ルックアップテーブルのどれかに対応するように、指数部の値を調整し、それの調整値分仮数部のデータを下位ビットにシフトする。例えば、指数部が７で仮数部が８１９２、ルックアップテーブルとして指数部が１２、１３、１４、１５のときのものを作成したときは、指数部の値を＋５（７→１２）して、仮数部の値を５ビットシフト（８１９２→２５６）する。そして、それぞれのガンマ補正装置４のうち、データシフト部７からの指数出力値をもとにセレクタ６でどのルックアップテーブルの値を出力するのか選択する。
上記の例では、データシフト部７からの出力である指数部が１２で仮数部が２５６という値は各ガンマ補正装置４に入力され、γ補正演算が施される。指数部の１２、１３、１４、１５が“００”、“０１”、“１０”、“１１”にそれぞれ対応するため、セレクタ６には、データシフト部７から指数部の１２という値に対応する“００”がセレクト信号として入力される。よって、“００”というゲートに対応するガンマ補正処理装置の出力がセレクタ６の出力（出力画像）として出力される。

以上のような構成とすることにより、入力信号が整数でない場合であっても、ルックアップテーブルを分割することによって回路規模を小さくでき、しかも、正確な出力値がだせる高い汎用性を備え、高速処理が可能なガンマ補正装置が得られる。

このガンマ補正装置を適用することにより、画像変換装置や表示装置の回路規模を小さ
く抑えられる。

上記第２の実施形態や第３の実施形態においては、表示装置として液晶表示装置を用いた構成を例としたが、これに限定されることはなく、ＰＤＰや有機ＥＬを用いた表示装置などであっても適用可能である。

上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることは無い。例えば、上記各実施形態において具体例としてあげたγ値や入出力ビット数などは、あくまでも一例であり、例示した値と異なる場合においても同様に実施可能である。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

入出力階調と上位ＬＵＴ及び下位ＬＵＴとの関係を示す図である。 上位ＬＵＴと下位ＬＵＴとを備えたガンマ補正回路の構成を示す図である。 入出力階調と下位ＬＵＴと差分ＬＵＴとの関係を示す図である。 上位ＬＵＴ、下位ＬＵＴ及び差分ＬＵＴを備えたガンマ補正回路の構成を示す図である。 上位ＬＵＴ、下位ＬＵＴ及び差分ＬＵＴを備えたガンマ補正回路の別の構成例を示す図である。 本発明の原理を表す図である。 入出力ビット数が任意の値である場合のガンマ補正回路の構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかるガンマ補正回路を適用した画像表示装置の構成を示す図である。 第１の実施形態にかかるガンマ補正回路の構成を示す図である。 ６ビットの入力信号γ値が２．２で、ビットの出力信号のγ値が１．８である場合のガンマ補正回路の入出力値を示す図である。 第１の実施形態にかかるガンマ補正回路の上位ＬＵＴ、下位ＬＵＴ及び差分ＬＵＴの構成を示す図である。 第１の実施形態にかかる画像表示装置の別の構成例を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかるガンマ補正回路の構成を示す図である。 第２の実施形態にかかるガンマ補正回路の各差分ＬＵＴと下位ＬＵＴとの関係を示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態にかかる画像表示装置の構成を示す図である。 第３の実施形態にかかるガンマ補正回路の構成を示す図である。

符号の説明

１ ＬＵＴ（ルックアップテーブル）
２ データ連結部
３ 加算器
４ ガンマ補正回路
５、５Ａ 差分ＬＵＴ出力設定部
６ セレクタ
７ データシフト部
１２ 液晶表示部
１３ 表示部
３１ 走査線
３２ 信号線
３３ 走査線ドライバ
３４ 信号線ドライバ・制御信号生成部
３５ 画素
３６ 補助容量
３７ ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）
３８ 画素行列部

Claims (8)

1. ｎビットで入力するディジタル入力信号を任意のビット数ｍで出力するガンマ補正装置であって、
   第１ルックアップテーブル、第２ルックアップテーブル、第３ルックアップテーブル、連結器および加算器を有し、それぞれのルックアップテーブルの入力ビット数はｎより小さく、それぞれのルックアップテーブルの出力ビット数はｍより小さく、
   前記第１ルックアップテーブルは入力ｘビット、出力ｍ１ビット、前記第２ルックアップテーブルは入力ｎ−ｔビット、出力ｍ２ビット、前記第３ルックアップテーブルは入力ｎ−ｔビット、出力ｋビットであり、
   ｍ≦ｍ１＋ｍ２、ｘ＜ｎ−ｔかつｍ≧ｍ１＋ｋで、
   前記連結器は、前記第１のルックアップテーブルの出力ビットを上位ビット側に、前記第３のルックアップテーブルの出力ビットを下位ビット側とし、これらの間にｍ−ｍ１−ｋビットの"０"を挟んで連結した連結データを出力し、
   前記加算器は、前記第２のルックアップテーブルの出力値と前記連結データとを加算し、
   上記加算したデータを出力とすることを特徴とするガンマ補正装置。
2. 前記第３のルックアップテーブルを複数個備えることを特徴とする請求項１記載のガンマ補正装置。
3. ガンマ補正における入力ｎビット、出力ｍビットの入出力の関係が母入出力表として設定されたとき、
   前記第１ルックアップテーブルの入出力表は、ｘビットの入力値がＩＮ１のとき、前記母入出力表において上位ｘビットの値がＩＮ１で、下位ｎ−ｘビットの値が０である入力値のときの出力値の、上位ｍ１ビットを（基準値信号として）出力値とするように設定し、
   前記第２ルックアップテーブルの入出力表は、ｎ−ｔビットの入力値がＩＮ２のとき、前記母入出力表において上位ｎ−ｔビットの値がＩＮ２で、下位ｔビットの値が０である入力値のときの出力値と、前記第１ルックアップテーブルにおいてＩＮ２の上位ｘビットが入力値のときの出力値とその下位ビットとしてｍ−ｍ１個の０を付加した値との差分を、出力値とするように設定し、
   前記第３ルックアップテーブルの入出力表は、ｎ−ｔビットの入力値がＩＮ３のとき、前記母入出力表において上位ｎ−ｔビットの値がＩＮ３で、下位ｔビットの値が０以外の値である入力値のときの出力値と、前記母入出力表において上位ｎ−ｔビットの値がＩＮ３で、下位ｔビットの値が０である入力値のときの出力値との差分を、出力値とするように設定することを特徴とする請求項１記載のガンマ補正装置。
4. 前記第３のルックアップテーブルの出力ビット数ｋは、ガンマ補正の補正γ値から求められていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のガンマ補正装置。
5. 前記第３のルックアップテーブルの出力ビット数ｋは、明るさ補正・コントラスト補正を行う際の隣り合った階調間の最大差分値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のガンマ補正装置。
6. 指数部と仮数部とからなる入力信号をｍビットで出力する浮動小数ガンマ補正装置において、
   請求項１から５のいずれか１項記載のガンマ補正装置を整数ガンマ補正部として複数個有し、
   前記整数ガンマ補正部の入力は、前記仮数部の上位ｎビットであり、
   前記仮数部の値をもとに決定される前記整数ガンマ補正部の出力のうちの一つを、上記指数部の値に基づいて選択することで、入力ｎビット、出力ｍビットのガンマ補正を行うことを特徴とする浮動小数ガンマ補正装置。
7. 請求項１から５のいずれか１項記載のガンマ補正装置又は請求項６記載の浮動小数ガンマ補正装置を搭載した画像変換装置。
8. 請求項１から５のいずれか１項記載のガンマ補正装置又は請求項６記載の浮動小数ガンマ補正装置を搭載した表示装置。

Images