JP4631647B2

JP4631647B2 - 映像信号処理装置

Info

Publication number: JP4631647B2
Application number: JP2005301467A
Authority: JP
Inventors: 章太郎板倉; 秀昭川村; 秀人中東
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-10-17
Filing date: 2005-10-17
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2025-10-17
Also published as: JP2007110596A

Description

本発明は、入力される映像信号に対して、輝度レベルを制御する映像信号処理装置に関するものである。

映像表示装置においては、映像の高画質化を目的とする様々な映像信号処理が行われている。特に、入力された映像信号に対して、コントラストを調整する映像信号処理手段として、映像信号中の輝度レベルの分布を作成し、各輝度レベルの分布頻度が均一になるように階調変換を行うことで、映像のコントラストを強調する分布頻度均一化手法（ヒストグラム均等化手法）が一般的に用いられている。しかし、この手法は、全映像データに対して単一曲線で輝度変換を行うため、局所的にはかえってコントラストが低下してしまう部分が生じることがある。

このような課題を改善するために、例えば、特開２００４−３８８４２号公報では、ヒストグラムを用いず、人間の視覚モデルをもとにしたコントラスト改善技術を提案しており、その構成図は図１２のようになる。図１２において、１００１は入力画像をデジタル画像に変換する画像入力手段、１００７はコントラスト改善手段で、１００８はデジタル画像と１００７のコントラスト改善手段で得られた強調画像を合成する画像合成手段である。また、コントラスト改善手段１００７は、コントラストを調整するための輝度変換を行う対象画素の周辺領域より比較対象にする周辺画素を決定する比較画素決定手段１００２と、周辺画素における画素値の平均画素値を算出する周囲平均手段１００３、そして周囲平均手段１００３で得られた対象画素の局所的な特徴を表す平均画素値と対象画素の比をもとにコントラスト改善量を算出する改善量算出手段１００４、そして改善量算出手段１００４から得られたコントラスト改善量を実際の画素値に変換する際の変換基準値を求める変換基準値算出手段１００６、そして変換基準値算出手段１００６の変換基準値をもとに改善量算出手段１００４で得られたコントラスト改善量を対象画素におけるコントラスト改善後の画素値に変換する画素値変換手段１００５より構成される。人間の資格では対象画素に対して知覚された画素値のみで対象画素の情報（色、コントラストなど）を認知するのではなく、対象画素とその周囲にある画素情報との相対的な関係により、対象画素値を調整することで画素情報を知覚している。人間の視覚モデルをもとにした上記のコントラスト改善技術はその他の手法よりもより鮮明なコントラスト変換画像を得ることができる。
特開２００４−３８８４２号公報

図１２で示すような人間の視覚モデルを利用したコントラスト改善技術は、静止画に対して大きな効果を発揮する。しかし、動画のように毎フィールド異なる画素情報をリアルタイムで処理する場合、改善量算出手段１００４において、対象画素に対してその周辺画素の平均画素値をリアルタイムで算出することができないため、対象画素と周辺画素の平均画素値は１フィールドずれた状態でコントラスト改善量が算出され、正確なコントラスト改善を行うことができない。通常の動画では、フィールド間の画素情報の連続性を考慮すると、対象画素に対する周辺画素の平均画素値の１フィールド分の誤差は、コントラスト改善効果に大きな影響を及ぼさないと考えられる。しかし、１フィールド毎に映像の１フィールドの平均輝度が大きく変化するようなフィールド間の画素情報に連続性が見られない特殊な動画の場合、特に、１フィールド毎に平均輝度が大きく異なる映像が数フィールド連続して続いた場合、対象画素と周辺画素の平均画素値が１フィールドずれた状態でコントラスト改善を行うため、コントラスト改善後の映像を表示装置で表示すると、ちらつきなどの視覚的な違和感が生じる。

この課題の解決策として、フィールドメモリを追加して、入力画素を１フィールド分遅延させ、改善量算出手段１００４では、１フィールド分遅延した画素情報を用いてコントラスト改善量を算出すればよい。しかしながら、このような構成をディスプレイに導入してコントラストを改善する場合、フィールドメモリを追加することにより、製造コストが増大する。

本発明の目的は、上記課題を解決するもので、映像信号のコントラスト改善を実現しつつ、低コスト化が可能な映像信号処理装置を提供することである。

本発明に係る映像信号処理装置は、上記の課題を解決するために、入力映像信号の平均輝度を検出する平均輝度検出回路と、前記平均輝度検出回路から出力する平均輝度信号に基づいて、輝度の補正を制御する信号を生成する制御信号生成回路と、入力映像信号の画素単位の特徴を検出する特徴検出回路と、前記特徴検出回路から出力する特徴検出信号と前記制御信号生成回路から出力する制御信号を用いて、入力映像信号の輝度を補正する輝度補正回路とを備えていることを特徴としている。

本発明に係る映像信号処理装置は、上記の課題を解決するために、特徴検出回路は、輝度補正の対象画素に対して、所定の画素数で定められたその周辺領域における平均輝度で出力することを特徴としている。

本発明に係る映像信号処理装置は、上記の課題を解決するために、記制御信号生成回路は、前記平均輝度検出回路から出力する平均輝度を１フィールド保持する１フィールド保持回路と、前記平均輝度検出回路からの出力する平均輝度と前記１フィールド保持回路の差を算出する差分算出回路と、前記差分算出回路から出力する平均輝度のフィールド差分値と所定の閾値を比較して、その結果に応じて前記輝度補正回路における輝度の補正を制御する信号を出力する補正制御回路を備え、平均輝度の変化に応じて輝度の補正を制御する信号を出力することを特徴としている。

本発明に係る映像信号処理装置は、上記の課題を解決するために、入力映像信号の平均輝度を検出する平均輝度検出回路と、入力映像信号の画素単位の特徴を検出する特徴検出回路と、前記特徴検出回路から出力する特徴検出信号と入力映像信号を混合する混合回路と、前記平均輝度検出回路から出力する平均輝度信号に基づいて、混合比率を生成する混合比生成回路と、前記混合回路から出力する信号を用いて、入力映像信号の輝度を補正する輝度補正回路とを備えることを特徴としている。

上記構成により、映像信号の平均輝度の変化に応じて、輝度の補正を制御する。映像信号の平均輝度のフィールド差分値が所定の閾値より小さければ、特徴検出信号を用いた輝度の補正を行い、映像信号の平均輝度のフィールド差分値が所定の閾値より大きければ、特徴検出信号を用いた輝度の補正を行わない。これにより、フィールドメモリを用いずに、入力映像信号とその特徴検出信号の１フィールドずれた状態で輝度の補正を行ったときの表示装置による表示映像の視覚的な違和感を解消することができる。

本発明は、１フィールド毎に平均輝度が大きく変化する映像が数フィールド続くような動画に対して、視覚モデルを用いたコントラスト改善方法を用いた場合でも、ちらつきなどの表示映像の違和感を生じることはなく、映像信号の変化に適応したコントラスト補正を行うことができる。また、フィールドメモリを用いない構成であるため、低コストでの実現が可能となる。

以下に、本発明の請求項１〜５に記載された発明の実施の形態について図１〜図１２を用いて説明する。

図１は、本発明の映像信号処理装置を適用した映像表示装置の概略構成図である。図１において、１０１はＡ／Ｄコンバータ、１０２は、映像信号処理部、１０３はフィールドメモリ、１０４はコントラスト補正部、１０５は駆動制御部、１０６は表示装置である。

Ａ／Ｄコンバータ１０１には、アナログ形式の映像信号ＡＶＤが与えられる。Ａ／Ｄコンバータ１０１は与えられた映像信号ＡＶＤをデジタル形式に変換し、変換した映像信ＶＤ１を映像信号処理部１０２に与える。

映像信号処理部１０２は、例えば、映像信号ＶＤ１に対してインターレース−プログレッシブ変換（以下、ＩＰ変換と略記する）を行う。映像信号処理部１０２は、ＩＰ変換時に、Ａ／Ｄコンバータ１０１から与えられた映像ＶＤ１をフィールドメモリ１０３に書き込み、フィールドメモリ１０３に書き込まれた映像信号を読み出すことによりプログレッシブ方式の映像信号ＶＤ２を生成する。生成された映像信号ＶＤ２はコントラスト補正部１０４に与えられる。

フィールドメモリ１０３は内部にフラッシュメモリ等の不揮発性メモリ、もしくはＳＲＡＭ（スタティックランダムアクセスメモリ）等の揮発性メモリおよびそのデータを保持するためのデータ保持用電源を備え、またはそれ以外のデータ保存のための手段を備えている。

また、映像信号処理部１０２はフィールドメモリ１０３を用いる映像の表示領域の変更処理を含んでもよい。

コントラスト補正部１０４は、映像信号処理部１０２から与えられた映像信号ＶＤ２に対して、映像のコントラストを改善するための輝度の補正を行い、映像信号ＶＤ３を駆動制御部１０５に与える。コントラスト補正部１０４の詳細は後述する。

駆動制御部１０５は与えられた映像信号ＶＤ３を基に、映像に対応した駆動信号Ｄ１を生成し、表示装置１０６を駆動させる。それにより、映像が表示装置１０６に表示される。表示装置１０６は例えばプラズマディスプレイパネルであってもよいし、液晶パネルであってもよい。

続いて、上記のコントラスト補正部１０４の具体的な構成例を説明する。

（第１の構成例）
図２は、第１の構成例に係るコントラスト補正部１０４の詳細な構成を示す図である。図２において、２０１は平均輝度検出回路、２０２は特徴検出回路、２０３は制御信号生成回路、２０４は輝度補正回路である。

特徴検出回路２０２は、入力映像信号の画素単位の特徴を検出し、特徴検出信号ＣＨを輝度補正回路２０４に与える。画素単位の特徴は、例えば、特徴を検出する対象画素を中心としたときの所定の画素数で定められた周辺画素の平均輝度で表される。

輝度補正回路２０４について説明する。図３及び図４は輝度補正回路２０４の動作を示す図である。輝度補正回路２０４は、コントラストを改善するために、与えられた入力映像信号ＶＤ２及び特徴検出信号ＣＨを用いて、所定の輝度補正カーブに基づいて輝度が補正される。

所定の輝度補正カーブは、特徴検出信号を対象画素の周辺画素の平均輝度とすると、一例として、平均輝度が比較的小さい場合、図３のような特性となり、平均輝度が比較的大きい場合、図４のような特性となる。図３及び図４において、対象画素が平均輝度よりも大きい場合、対象画素の輝度を大きく補正し、逆に対象画素が平均輝度よりも小さい場合、対象画素の輝度を小さく補正する。画素毎に、その周辺画素の平均輝度を用いて、図３及び図４のような輝度補正カーブによる輝度補正を行うことで、局所的なコントラスト感を強調することができる。

平均輝度検出回路２０１は、入力映像信号の平均輝度を算出し、平均輝度ＡＶＥを制御信号生成回路２０３に与える。入力映像信号の平均輝度は、例えば、１フィールド全画素に対する平均輝度を算出する。

制御信号生成回路２０３について説明する。図５は、制御信号生成回路２０３の詳細な構成を示す図である。図５において、５０１は１フィールド遅延回路、５０２は差分算出回路、５０３は補正制御回路である。

平均輝度検出回路２０１において、例えば平均輝度ＡＶＥが１フィールド全画素を基に算出された場合、１フィールド遅延回路５０１で平均輝度ＡＶＥを１フィールド遅延する。平均輝度ＡＶＥとその１フィールド遅延した平均輝度ＡＶＥ＿１Ｖのタイミングを図６に示す。映像信号のフィールドＶ１に対応する平均輝度ＡＶＥはＡ１である。１フィールド遅延回路５０１で平均輝度ＡＶＥを１フィールド遅延するため、映像信号のフィールドＶ３のタイミングでは、１フィールド前と２フィールド前の映像の平均輝度Ａ１及びＡ２が差分算出回路５０２に与えられる。

差分算出回路５０２は、平均輝度ＡＶＥと１フィールド遅延した平均輝度ＡＶＥ＿１Ｖの差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦを算出する。例えば、映像信号のフィールドＶ３のタイミングでは、フィールドＶ１とフィールドＶ２の平均輝度の差分を求め、これにより、フィールドＶ１とフィールドＶ２の映像の急激な変化を検出することができる。

補正制御回路５０３では、差分算出回路５０２から与えられた平均輝度の差分から、輝度補正回路２０４における輝度の補正の是非を判断し、制御信号を生成する。図７は、補正制御回路の動作を示す図である。差分算出回路５０２で算出された平均輝度のフィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦを所定の基準値と比較する。平均輝度のフィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦが所定の基準値より小さい場合は、映像の平均輝度の変化が大きくなく、フィールド間に相関があると考えられるため、輝度補正によるコントラスト改善を行っても、フィールドの切り替わり時に生じる表示のちらつきなどの違和感はない。逆に、平均輝度のフィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦが所定の基準値より大きい場合は、映像の平均輝度の変化が大きく、フィールド間の相関は小さいと考えられるため、輝度補正によって、フィールドの切り替わり時に表示のちらつきなど違和感が生じる。よって、このような場合は、輝度の補正を行わないことで、ちらつきなどの違和感を解消する。

また、補正制御回路５０３は、上記の様に、平均輝度のフィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦが所定の基準値より小さく、輝度の補正を行うと判断した時は、輝度の補正を制御する制御信号ＪＵＤＧＥを”１”（ＨＩＧＨ）とし、平均輝度のフィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦが所定の基準値より大きく、輝度の補正を行わないと判断した時は、制御信号ＪＵＤＧＥを”０”（ＬＯＷ）として、輝度補正回路２０４に制御信号ＪＵＤＧＥを与える。

輝度補正回路２０４は、制御信号ＪＵＤＧＥの値に応じて、コントラスト改善のための輝度補正を行う。制御信号ＪＵＤＧＥが”１”（ＨＩＧＨ）のときは、輝度補正を行い、制御信号ＪＵＤＧＥが”０”（ＬＯＷ）のときは、輝度補正を行わない。平均輝度が１フィールド毎に大きく変動するような映像に対しては、対象画素と周辺画素の平均輝度が１フィールドずれた状態であっても、制御信号ＪＵＤＧＥの値が”０”となって、輝度補正を行わないため、輝度補正による表示映像のちらつきは生じない。

（第２の構成例）
図８は第２の構成例に係るコントラスト補正部１０４の詳細な構成を示す図である。図８に示すように、第２の構成例に係るコントラスト補正部１０４において、図２の平均輝度検出回路２０１、特徴検出回路２０２及びコントラスト補正回路２０４を備える。

平均輝度検出回路２０１、特徴検出回路２０２及びコントラスト補正回路２０４は、第１の構成例に係るコントラスト補正部１０４の平均輝度検出回路２０１、特徴検出回路２０２及びコントラスト補正回路２０４と同様の構成及び動作を有する。

また、本構成例に係るコントラスト補正部１０４は、混合回路８０１、混合比生成回路８０２を備える。

図８において、特徴検出回路２０２には、映像信号ＶＤ２が与えられる。特徴検出回路２０２では、第１の構成例で説明した入力映像信号の画素単位の特徴を検出し、特徴検出信号ＣＨを混合回路８０１に与える。

混合回路８０１では、混合比生成回路８０２から与えられた混合比ＭＩＸに応じて、特徴検出回路２０２から与えられる特徴検出信号ＣＨと映像信号ＶＤ２を混合し、新たな特徴検出信号ＣＨ２を生成する。混合比ＭＩＸは、特徴検出信号ＣＨ２に対する映像信号ＶＤ２の割合を表す。混合回路８０１で生成された特徴検出信号ＣＨ２はコントラスト補正回路２０４に与えられる。

また、図８において、平均輝度検出回路２０１には、映像信号ＶＤが与えられる。平均輝度検出回路２０１では、第１の構成例で説明した入力映像信号の平均輝度を算出し、平均輝度ＡＶＥを混合比生成回路８０２に与える。

次に、混合比生成回路８０２について説明する。図９は、混合比生成回路８０２の詳細な構成を示す図である。図９において、図５の１フィールド遅延回路５０１及び差分算出回路５０２を備える。

１フィールド遅延回路５０１及び差分算出回路５０２は、第１の構成例に係る制御信号生成回路２０３の１フィールド遅延回路５０１及び差分算出回路５０２と同様の構成及び動作を有する。

また、混合比生成回路８０２は、混合制御回路９０１を備える。

図９において、１フィールド遅延回路５０１には、平均輝度ＡＶＥが与えられる。１フィールド遅延回路では、第１の構成例で説明したように平均輝度ＡＶＥを１フィールド遅延し、１フィールド遅延した平均輝度ＡＶＥ＿１Ｖを差分算出回路５０２に与える。

また、差分算出回路５０２では、第１の構成例で説明したように、平均輝度ＡＶＥと１フィールド遅延した平均輝度ＡＶＥ＿１Ｖの差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦを算出する。

混合制御回路９０１は、差分算出回路５０２から与えられた差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦを用いて、混合回路８０１から与えられる特徴検出信号ＣＨ２の、映像信号ＶＤと特徴検出信号ＣＨの混合比を調整する信号を生成する。

次に、図１０及び図１１を用いて、映像信号ＶＤと特徴検出信号ＣＨの混合によるコントラスト補正の制御について説明する。

図１０は、コントラスト補正回路２０４における輝度補正の概念図を示す。視覚モデルを用いたコントラスト改善方法では、画素の特徴に周辺画素の平均輝度が用いられる。図２の特徴検出信号ＣＨ、あるいは図８の特徴検出信号ＣＨ２を周辺画素の平均輝度としたとき、コントラスト補正回路２０４では、周辺画素の平均輝度が輝度補正の対象画素よりも小さくなる程、対象画素の輝度を大きな値に補正し、また、周辺画素の平均輝度が輝度補正の対象画素よりも大きくなる程、対象画素の輝度を小さな値に補正する。これにより、局所的なコントラスト感を向上することができる。

上記のようなコントラスト改善方法においては、周辺画素の平均輝度と対象画素の輝度の差が小さい程、コントラスト補正の効果が小さい。よって、１フィールド毎に平均輝度が大きく変化する映像が数フィールド続いたときの、上記のコントラスト改善方法によって表示映像にちらつきなどの違和感が生じる場合、周辺画素の平均輝度を対象画素に近づけることで、コントラスト補正の効果を弱めることができ、ちらつきなど違和感を解消することができる。

上記により、混合回路８０１において、周辺画素の平均輝度ＣＨ２を生成する式を、例えば、
ＣＨ２＝ＭＩＸ＊ＶＤ２＋（１−ＭＩＸ）＊ＣＨ
で表すことができる。これにより、混合比ＭＩＸに応じて、コントラスト補正の効果を弱める周辺画素の平均輝度ＣＨ２を生成することができる。

次に、混合比ＭＩＸを生成する混合制御回路９０１の動作の一例を図１１を用いて説明する。映像信号の平均輝度の１フィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦの値が、所定値ＡＶＥ１以下の場合は、映像の変化が小さく、フィールド間に相関があると考えられるため、コントラスト補正の効果を全く弱めないため、ＭＩＸ＝０とする。平均輝度の１フィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦが所定値ＡＶＥ２以上となる場合は、映像の変化が大きく、フィールド間に相関がないため、コントラスト補正によるちらつきなどの副作用が生じると考えられる。このような場合はＭＩＸ＝１として、周辺画素の平均輝度を対象画素の輝度と同じ値にすることで、出力の輝度値を変化させず、コントラスト補正を行わない。平均輝度の１フィールド差分値ＡＶＥ＿ＤＩＦがＡＶＥ１からＡＶＥ２の間にある場合は、単調増加でＭＩＸの値を変化させることで、周辺画素の平均輝度の急激な変化を避ける。

本発明にかかる映像信号処理装置は、１フィールド毎に平均輝度が大きく変化する映像が数フィールド続くような動画に対して、ちらつきなどの表示映像の違和感を生じることなく、映像信号の変化に適応したコントラスト補正をフィールドメモリを用いない構成で実現するものであり、入力される映像信号に対して輝度レベルを制御する映像信号処理装置において有用である。

本発明の実施の形態に係る映像表示装置を示すブロック図第１の構成例に係るコントラスト補正部の詳細な構成を示すブロック図周辺画素の平均輝度が比較的低いときの、図２の輝度補正回路の動作を示す図周辺画素の平均輝度が比較的高いときの、図２の輝度補正回路の動作を示す図図２の制御信号生成回路の詳細な構成を示すブロック図図５の差分算出回路を説明するためのタイミングチャート図５の補正制御回路の動作を示す図第２の構成例に係るコントラスト補正部の詳細な構成を示すブロック図図８の混合比生成回路の詳細な構成を示すブロック図図８のコントラスト補正回路の動作を説明する図図８の混合比生成回路の動作を示す図従来のコントラスト改善手法の構成を示すブロック図

符号の説明

１０１Ａ／Ｄコンバータ
１０２映像信号処理部
１０３フィールドメモリ
１０４コントラスト補正部
１０５駆動制御部
１０６表示装置
２０１平均輝度検出回路
２０２特徴検出回路
２０３制御信号生成回路
２０４輝度補正回路
５０１１フィールド遅延回路
５０２差分算出回路
５０３補正制御回路
８０１混合回路
８０２混合比生成回路
９０１混合制御回路

Claims

入力映像信号の平均輝度を検出する平均輝度検出回路と、前記平均輝度検出回路から出力する平均輝度信号に基づいて、輝度の補正を制御する信号を生成する制御信号生成回路と、入力映像信号の各画素について、所定の画素数で定められた当該画素の周辺領域における平均輝度を、当該画素の特徴として出力する特徴検出回路と、前記特徴検出回路から出力する特徴検出信号と前記制御信号生成回路から出力する制御信号を用いて、入力映像信号の輝度を補正する輝度補正回路とを備えることを特徴とする映像信号処理装置。
入力映像信号の平均輝度を検出する平均輝度検出回路と、入力映像信号の画素単位の特徴を検出する特徴検出回路と、前記特徴検出回路から出力する特徴検出信号と入力輝度信号を混合する混合回路と、前記平均輝度検出回路から出力する平均輝度信号に基づいて、混合比率を生成する混合比生成回路と、前記混合回路から出力する信号を用いて、入力映像信号の輝度を補正する輝度補正回路とを備えることを特徴とする映像信号処理装置。