JP4791884B2 - 映像信号処理装置及び映像信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、輝度のヒストグラムに基づいて映像信号の高域強調処理を施す映像信号処理装置及び映像信号処理方法に関する。

周知のように、近年では、フラットパネル型の大画面ディスプレイが開発され、テレビジョン放送受信装置に実用化されている。ところで、この種の大画面ディスプレイでは、表示映像を鮮明に見せるために、映像信号の輝度成分を用いて信号補正処理を施すことが行われている。

特許文献１には、信号補正処理の一つとして輝度成分の階調補正を行うようにした構成が開示されている。階調補正特性設定部では、輝度レベルヒストグラムの画素度数分布を評価・判定して、階調補正特性を、画素度数が大きい輝度レベル領域でコントラストがより強調されるようにし、また、エッジレベルヒストグラムの画素度数分布を評価・判定して、ほぼ平坦であるがグラデーションがあるレベル領域では、階調補正特性のコントラスト強調効果を弱めるというものである。しかしながら、この特許文献１では、信号補正処理の他の対象である映像信号の高域強調（シャープネス）処理に関しては制御方法が開示されていないという問題がある。即ち、画面全体で一律のシャープネスをかける処理に留まり、画面中の部分領域の輝度レベルに応じてよりきめ細かな高域強調処理を行うことはできないという問題があった。
特開２００６−３３４６９号公報

本発明は、輝度のヒストグラムに基づいて映像信号の高域強調処理を施す映像信号処理装置及び映像信号処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の映像信号処理装置は、輝度信号が入力される入力手段と、前記入力手段から入力された輝度信号より高域成分を抽出して、これを入力された輝度信号に加算して出力する高域強調手段と、前記入力手段に入力された1フレーム分の輝度信号に対して各輝度レベルのヒストグラムデータを取得する取得手段と、前記取得手段で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータを所定値に基づいて度数変換処理を行いこの度数変換処理により補正されたヒストグラムデータに基づいて予め設定された高域強調量を補正しＬＵＴに格納する高域強調テーブル作成手段を備えた処理手段とを具備し、前記高域強調テーブル作成手段は、前記取得手段で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータから、各輝度レベルに対応して予め設定された閾値を減算する減算手段と、前記減算手段から得られた各減算値に、各輝度レベルに対応して予め設定された重み付け係数を乗算する乗算手段と、前記乗算手段から得られた各乗算結果に基づいて、各輝度レベルに対応して予め設定された高域強調効果量を補正する補正手段とを有することを特徴とする。

また映像信号処理方法は、輝度信号を入力する第1の工程と、前記第1の工程で入力された1フレーム分の輝度信号に対して、各輝度レベルのヒストグラムデータを取得する第2の工程と、前記第2の工程で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータのうち所定値よりも大きいヒストグラムデータを、各輝度レベルに対応する輝度レベルの範囲に度数変換演算させ、その度数変換演算結果を前記第2の工程で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータに加算して補正されたヒストグラムデータを得る第3の工程と、前記第3の工程で補正されたヒストグラムデータに基づいて、前記第1の工程で入力された輝度信号に高域強調処理を施すための高域強調処理用テーブルを作成する第4の工程と、前記第4の工程で作成された高域強調処理用テーブルに基づいて、前記第1の工程で入力された輝度信号に高域強調処理を施す第5の工程とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、輝度のヒストグラムに基づいて映像信号の高域強調処理を施す映像信号処理装置及び映像信号処理方法が得られる。

以下、本発明の実施例を説明する。

本発明による実施例１を図１乃至図６を参照して説明する。
図１は、実施の形態で説明するテレビジョン放送受信装置１１の映像信号処理系を概略的に示している。
すなわち、デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ１２で受信したデジタルテレビジョン放送信号は、入力端子１３を介して選局復調部１４に供給される。この選局復調部１４は、入力されたデジタルテレビジョン放送信号から所望のチャンネルの放送信号を選局し、その選局された信号を復調してデコーダ１５に出力している。

そして、このデコーダ１５は、選局復調部１４から入力された信号にデコード処理を施すことにより、デジタルの輝度信号Ｙ及び色信号Ｃｂ／Ｃｒをそれぞれ生成して、セレクタ１６に出力している。

また、アナログテレビジョン放送受信用のアンテナ１７で受信したアナログテレビジョン放送信号は、入力端子１８を介して選局復調部１９に供給される。この選局復調部１９では、入力されたアナログテレビジョン放送信号から所望のチャンネルの放送信号を選局し、その選局された信号を復調してアナログの輝度信号Ｙ及び色信号Ｃｂ／Ｃｒをそれぞれ生成している。

そして、この選局復調部１９で生成されたアナログの輝度信号Ｙ及び色信号Ｃｂ／Ｃｒは、Ａ／Ｄ (analog／digital) 変換部２０に供給されてデジタルの輝度信号Ｙ及び色信号Ｃｂ／Ｃｒに変換された後、上記セレクタ１６に出力される。

また、アナログ映像信号用の外部入力端子２１に供給されたアナログの輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒは、A／D変換部２２に供給されてデジタルの輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒに変換された後、上記セレクタ１６に出力される。さらに、デジタル映像信号用の外部入力端子２３に供給されたデジタルの輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒは、そのまま上記セレクタ１６に供給される。

ここで、このセレクタ１６は、デコーダ１５、A／D変換部２０、２２及び外部入力端子２３からそれぞれ供給されるデジタルの輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒから1つを選択して、映像信号処理部２４に供給している。上記のようにこのセレクタ１６までで輝度信号が入力される入力手段を構成している。

この映像信号処理部２４は、詳細は後述するが、入力されたデジタルの輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒに対して所定の信号処理を施すことにより、R（red），G（green），B（blue）信号を生成している。

そして、この映像信号処理部２４で生成されたR，G，B信号が、映像表示部２５に供給されて映像表示に供される。なお、この映像表示部２５としては、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等でなるフラットパネルディスプレイが採用される。

ここで、このテレビジョン放送受信装置１１は、上記した各種の受信動作を含む種々の動作を制御部２６によって統括的に制御されている。この制御部２６は、CPU（central processing unit）等を内蔵したマイクロプロセッサであり、図示しないリモートコントローラを含む操作部２７からの操作情報を受けて、その操作内容が反映されるように各部をそれぞれ制御している。

この場合、制御部２６は、主として、そのCPUが実行する制御プログラムを格納したROM（read only memory）２８と、該CPUに作業エリアを提供するためのRAM（random access memory）２９と、各種の設定情報及び制御情報等が格納される不揮発性メモリ３０とを利用している。

図2は、上記映像信号処理部２４の一例を示している。すなわち、上記セレクタ１６で選択されたデジタルの輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒは、入力端子３１ａ、３１ｂを介してIP（interlace progressive）変換・スケーリング処理部３２に供給される。

このIP変換・スケーリング処理部３２は、入力された輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒに対して、映像表示部２５（液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等でなるフラットパネルディスプレイ）で表示を行なうためにプログレッシブ変換処理及びスケーリング処理を施して、エンハンサ処理部３３に出力している。

このエンハンサ処理部３３は、入力された輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／Ｃｒに対して、垂直及び水平方向の立ち上がりを急峻にしたり、または、シャープネスを変えたりするエンハンサ処理を施して、信号補正部３４に出力している。エンハンサ処理は、信号補正処理の対象である映像信号の高域強調処理に関する。またヒストグラム取得部３３ａは、IP変換・スケーリング処理部３２からの輝度信号を入力し輝度信号のヒストグラムを取得した結果をエンハンサ処理部３３へ出力するよう接続されている。

この信号補正部３４は、入力された輝度信号Yに対して階調補正のための非線形補正処理を施すとともに、その非線形補正処理に伴なって色信号Ｃｂ／Ｃｒに振幅制御処理を施し、色空間変換部３５に出力している。

この色空間変換部３５は、入力された輝度信号Y及び色信号Ｃｂ／ＣｒをR，G，B信号に変換し、RGBガンマ補正部３６に出力している。このRGBガンマ補正部３６は、入力されたR，G，B信号に対して、ホワイトバランス調整を施すとともに、上記映像表示部２５に対するガンマ補正処理を施し、ディザ処理部３７に出力している。

そして、このディザ処理部３７が、入力されたR，G，B信号に対して、表現力を増すためにビット数の拡張された高階調のビット表現を、映像表示部２５に対応した低階調のビット数に変換する圧縮処理を施した後、出力端子３８、３９、４０を介して映像表示部２５に出力している。

図3は、上記エンハンサ処理部３３の輝度信号を用いる構成の一例を示している。左下の破線で区切られたヒストグラムデータを取得する取得手段であるヒストグラム取得部３３ａと接続されている。すなわち、輝度信号が入力される入力手段に連なる上記IP変換・スケーリング処理部３２から出力された輝度信号Yは、信号入力４１としてフレームメモリ４２に与えられよってまず１フレーム遅延処理が行われる構成となっている。これは画像１フレーム分のヒストグラム取得を行わないとならないため、その取得期間の遅延を行うことを目的としている。遅延された信号は、２次微分算出回路４３により任意の高域成分を抽出し、ノイズ等の微小信号成分を削除するためにコアリング処理４４が施される構成となっている。そして、乗算器４６によりＬＵＴ格納ＳＲＡＭ４５により与えられる値により強調量が決定され、加算器４７より源信号となるフレーム遅延信号に加算され高域強調動作が行われ、信号出力４８として出力される構成となっている。

高域強調量を制御する過程として、入力信号４１はまず、ヒストグラム取得部３３ａに入力され各レベルの画素数が計測される。入力された1フレーム分の輝度信号に対して、各輝度レベルのヒストグラムデータを取得する。この際、レベルの分解数は入力信号１のダイナミックレンジに対して十分細かいものとする。（例えば8bit分解能の256分割）。１フレーム分取得したところでヒストグラム情報５０は、プロセッサ５１で動作するプログラムに入力され、各レベルの高域強調量となるＬＵＴ５２を算出し、ＬＵＴ格納ＳＲＡＭ４５にセットする。即ち、ＬＵＴ格納ＳＲＡＭ４５は輝度信号に高域強調処理を施す処理手段、特にプロセッサ５１とともに高域強調処理用テーブルを作成する作成手段を構成し、加算器４７は高域強調処理を施す高域強調手段を構成している。また輝度信号に高域強調処理を施す処理手段のうちプロセッサ５１は制御手段、ＬＵＴ格納ＳＲＡＭ４５は変換手段の役割を担っている。

高域強調量は、1フレーム遅延された信号レベルを確認しながら、そのレベルに対応する強調量をＬＵＴ格納ＳＲＡＭ４５より参照し、乗算器４６へ出力することで行われる。

図４は、上記高域強調補正処理部４２が輝度信号Yに施すＬＵＴ算出の一例をまとめたフローチャートを示している。すなわち、処理が開始（ステップS1）されると、ヒストグラム取得回路９は、ステップS2で、各輝度レベル1〜nについてそれぞれヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）を取得する。

このヒストグラムデータの取得は、輝度レベルのダイナミットレンジをn分割し、1フレーム分の映像信号に対して、各輝度レベル1〜nに対応している画素数をカウントすることにより行なわれる。この場合、輝度レベル1〜nの分解能は十分に細かく設定されるものとする。例えば、入力映像信号が8ビットである場合は、ヒストグラムデータを取得する際の輝度レベルの分解能も8ビットとする。

図５は、上記のようにして取得された1フレーム分の輝度のヒストグラムデータの一例を示している。この場合、輝度レベルの分解能は、8ビット（0〜255）としている。すなわち、0〜255までの256個の各輝度レベルに対して、それぞれ対応している画素の数が取得されている。このため、各輝度レベルにおける画素数を全て加算すると、その合計は、入力映像信号が持つ1フレーム分の画素数と同じになる。

その後、プロセッサ５１は、取得したヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）に対して、制御部２６から供給される制御データに基づいて度数分散処理を実行する。まず、プロセッサ５１は、図４ステップS3で、各輝度レベル1〜nのヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）に対して、それぞれ面積判定を行なうための下限値Ｓｓ（1）〜Ｓｓ（n）を取得する。次に、プロセッサ５１は、ステップS4で、各輝度レベル1〜nのヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）に対して、それぞれヒストグラム取得値の上限値Ｓｅ（1）〜Ｓｅ（n）を取得する。次に、プロセッサ５１は、ステップS５で、各輝度レベル1〜nのヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）に対して、それぞれ各レベルの重み付け係数Ｓｇ（1）〜Ｓｇ（n）を取得する。

その後、プロセッサ５１は、ステップS６で、ヒストグラムデータDIN（i）［i＝1〜n］と値Ｓｅ（i）を比較して、値の小さい方をＤｈｄｓ１として得る。これにより、ヒストグラム値が大きい（＝画面に占める面積が大きい）部分について、際限なく大きな補正が行われるのを防ぐリミット処理として働く。つまり、

Dｈｄｓ１（i）＝min(DIN（i）, Db（i）)
なる演算を行なって値Dｈｄｓ1（i）を算出する。
そして、プロセッサ５１は、ステップS7で、値Dｈｄｓ1（i）から値Ｓｓ（i）を減算して、つまり、
Dｈｄｓ2（i）＝Dｈｄｓ１（i）−Ｓｓ（i）
なる演算を行なって、減算値Dｈｄｓ２（i）を算出する。このステップS６及びS７による演算処理は、各輝度レベル1〜nに対してそれぞれ行なわれる。なお、減算結果が負になった場合には、Dｈｄｓ２（i）を0とする。

そして、プロセッサ５１は、ステップS８で、値Dｈｄｓ２（i）に値Ｓｇ（i）を乗算して、つまり、
Dｈｄｓ３（i）＝Dｈｄｓ２（i）×Ｓｇ（i）
なる演算を行なって、乗算値Dｈｄｓ３（i）を算出する。このステップS８による演算処理は、各輝度レベル1〜nに対してそれぞれ行なわれる。
次に、プロセッサ５１は、ステップS９で、各輝度レベル1〜nのヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）に対して、それぞれ高域強調ゲインの基準値Ｄｄｓ（1）〜Ｄｄｓ（n）を取得する。これは、ヒストグラム値による補正を行わない際の基準とするゲイン設定となる。

次に、プロセッサ５１は、ステップS１０で、各輝度レベル1〜nのヒストグラムデータDIN（1）〜DIN（n）に対して、それぞれ高域強調ゲイン下限リミット値Ｓｕ（1）〜Ｓｕ（n）を取得する。

そして、プロセッサ５１は、ステップS１１で、値Ｄｄｓ（i）から値Dｈｄｓ３（i）を減算して、つまり、
Dｈｄｓ４（i）＝Ｄｄｓ（i）−Dｈｄｓ３（i）
なる演算を行なって、減算値Dｈｄｓ４（i）を算出する。
その後、プロセッサ５１は、ステップS１２で、Dｈｄｓ４（i）［i＝1〜n］と値Ｓｕ（i）を比較して、値の大きい方をＤｈｄｓ５として得る。これは、補正が行われる限界値をユーザーが設定し、過度に補正されるのを防ぐために行われる。つまり、

Dｈｄｓ５（i）＝ＭＡＸ(Dｈｄｓ４（i）, Ｓｕ（i）)
なる演算を行なって値Dｈｄｓ５（i）を算出する。
このステップS１１及びS１２による演算処理は、各輝度レベル1〜nに対してそれぞれ行なわれる。なお、減算結果が負になった場合には、Dｈｄｓ５（i）を0とする。

ステップS１３では、上記のＤｈｄｓ５を結果として出力する。これがプロセッサ５１より出力されるＬＵＴ５２となり、高域強調効果量を補正するフローは終了である（ステップＳ１４）。

ここで、図６は、上記した高域強調処理をヒストグラムデータの特性図上で示している。まず、図６（a）に示すように、各輝度レベル1〜nに対して予め任意に、この場合はヒストグラム取得値の上限値Ｓｅ（i）と面積判定を行なうための下限値Ｓｓ（i）とがそれぞれ破線のように一定水準に設定されている。実線の棒グラフはヒストグラムデータDIN（ｉ）を表している。まずＳｅ（ｉ）はどれもＤＩＮ（ｉ）より大きいのでDｈｄｓ１（i）はＤＩＮ（ｉ）に等しい。よってDｈｄｓ2（i）はDIN（ｉ）からＳｓ（i）を引いた値となり図６（ｂ）の実線の棒グラフのようになる。図６（ｂ）ではＳｇ（i）としてｉが小さいうちは１、それからｉに対して単調減少し、０に達するとあとのｉの大きな値では０となる例が破線で表示されている。図６（ｃ）では、対応するDｈｄｓ３（i）が示されている。

図６（ｄ）は、フレームメモリ４２からの信号であり、−Dｈｄｓ３（i）、ＬＵＴ５２に由来する信号と加算器４７において加算されて図６（ｅ）のような高域強調信号が出力信号８として得られる。ここで実線がDｈｄｓ４（i）であり破線で示すＳｕ（i）が図のように一定の場合はSu採用域６０で示すDｈｄｓ４（i）の谷の部分のみＳｕ（i）が採用されたDｈｄｓ４（i）類似のDｈｄｓ５（i）が最終出力となる。

上記した実施の形態によれば、輝度のレベルと、それが画面に閉める面積を情報として取得していることにより、例えば暗視高感度カメラで撮影したような、画面に高感度によるノイズが多数発生するような状況で高域強調を行わないといった処理が可能になる。そして、明るさが変わることにより元に戻したり、画面の一部の場合は行わないといった適応的な処理も、そのヒストグラム値により全て自動的に補正が行われる。

処理画像ピクセルの輝度レベルにより、高域強調（シャープネス）のゲインを制御する手段と、処理画像の輝度によるヒストグラムを取得する手段を持つシステムにおいて、取得したヒストグラムの内容により、各輝度レベルにおいて最適な高域強調ゲインに制御するシステムが供される。

取得したヒストグラムの傾向から、ほぼ同じレベルの輝度が画面に占める割合の大きい（面積大）時、そのレベルに対して高域強調のゲインを基準値よりも下げるように働くことを基本動作とする。さらに、各輝度レベルへの効果の度合いを与えることで、ディテール表現を残したい明るい部分には効果を出さずに、ディテール表現よりもノイズの目立つ暗部には効果を効かせることが可能になる。

なお、この発明は上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を種々変形して具体化することができる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

本発明の実施の形態を示すもので、テレビジョン放送受信装置の映像信号処理系を説明するために示すブロック構成図。 同実施の形態におけるテレビジョン放送受信装置の映像信号処理部の詳細を説明するために示すブロック構成図。 同実施の形態における映像信号処理部のエンハンサ処理部の詳細を説明するために示すブロック構成図。 同実施の形態における高域強調補正処理部の処理動作を説明するために示すフローチャート。 同実施の形態における高域強調補正処理部が取得する１フレーム分のヒストグラムデータを説明するために示す図。 同実施の形態における高域強調補正処理部の高域強調処理動作の一例を説明するために示す図。

符号の説明

11…テレビジョン放送受信装置、12…アンテナ、13…入力端子、14…選局復調部、15…デコーダ、16…セレクタ、17…アンテナ、18…入力端子、19…選局復調部、20…Ａ／Ｄ変換部、21…外部入力端子、22…Ａ／Ｄ変換部、23…外部入力端子、24…映像信号処理部、25…映像表示部、26…制御部、27…操作部、28…ＲＯＭ、29…ＲＡＭ、30…不揮発性メモリ、31a, 31b…入力端子、32…ＩＰ変換・スケーリング処理部、33…エンハンサ処理部、33a…ヒストグラム取得部、34…信号補正部、35…色空間変換部、36…ＲＧＢガンマ補正部、37…ディザ処理部、38〜40…出力端子、41…信号入力、42…フレームメモリ、43…２次微分算出回路、出力端子、44…コアリング処理、45…ＬＵＴ格納ＳＲＡＭ、46…乗算器、47…加算器、48…信号出力、49…ヒストグラム情報、51…プロセッサ、52…ＬＵＴ、60…Su採用域。

Claims (7)

1. 輝度信号が入力される入力手段と、
   前記入力手段から入力された輝度信号より高域成分を抽出して、これを入力された輝度信号に加算して出力する高域強調手段と、
   前記入力手段に入力された1フレーム分の輝度信号に対して各輝度レベルのヒストグラムデータを取得する取得手段と、
   前記取得手段で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータを所定値に基づいて度数変換処理を行いこの度数変換処理により補正されたヒストグラムデータに基づいて予め設定された高域強調量を補正しＬＵＴに格納する高域強調テーブル作成手段を備えた処理手段とを具備し、
   前記高域強調テーブル作成手段は、
   前記取得手段で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータから、各輝度レベルに対応して予め設定された閾値を減算する減算手段と、
   前記減算手段から得られた各減算値に、各輝度レベルに対応して予め設定された重み付け係数を乗算する乗算手段と、
   前記乗算手段から得られた各乗算結果に基づいて、各輝度レベルに対応して予め設定された高域強調効果量を補正する補正手段とを有する
   ことを特徴とする映像信号処理装置。
2. 前記減算手段は、減算結果が負になる場合、0を出力することを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。
3. 前記入力手段に入力された1フレーム分の輝度信号に対して、遅延信号を得て高域成分を抽出し、抽出した高域成分から微小信号成分を削除する処理手段を更に加えた請求項１記載の映像信号処理装置。
4. 輝度信号を入力する第1の工程と、
   前記第1の工程で入力された1フレーム分の輝度信号に対して、各輝度レベルのヒストグラムデータを取得する第2の工程と、
   前記第2の工程で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータのうち所定値よりも大きいヒストグラムデータを、各輝度レベルに対応する輝度レベルの範囲に度数変換演算させ、その度数変換演算結果を前記第2の工程で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータに加算して補正されたヒストグラムデータを得る第3の工程と、
   前記第3の工程で補正されたヒストグラムデータに基づいて、前記第1の工程で入力された輝度信号に高域強調処理を施すための高域強調処理用テーブルを作成する第4の工程と、
   前記第4の工程で作成された高域強調処理用テーブルに基づいて、前記第1の工程で入力された輝度信号に高域強調処理を施す第5の工程とを具備することを特徴とする映像信号処理方法。
5. 前記第3の工程は、
   前記第2の工程で取得された各輝度レベルのヒストグラムデータから、各輝度レベルに対応して予め設定された閾値を減算する減算工程と、
   前記減算工程で得られた各減算値に、各輝度レベルに対応して予め設定された重み付け係数を乗算する乗算工程とを具備することを特徴とする請求項４記載の映像信号処理方法。
6. 前記減算工程は、減算結果が負になる場合、0を出力することを特徴とする請求項５記載の映像信号処理方法。
7. 前記第1の工程で入力された1フレーム分の輝度信号に対して、遅延信号を得て高域成分を抽出し、抽出した高域成分から微小信号成分を削除する第６の工程とを更に加えた請求項４記載の映像信号処理方法。

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