JP5116208B2 - 画像信号表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置の駆動信号の伝送方法に関する。

近年は液晶パネルとバックライトで構成する表示装置において、バックライトにＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる技術が開発されている。ＬＥＤは反射あるいは導光することで、任意形状の面発光体として利用することができ、また発光スペクトルが急峻なため彩度の高い色再現を実現できる。さらに、高速な駆動制御を実現できるため、液晶パネルの表示と共にバックライトの輝度を調整することが可能となる。

映像信号と光源の輝度を共に制御する技術としては、特許文献１がある。該文献では、液晶ディスプレイを対象にして、信号振幅制御手段と光源制御手段を備えて平均輝度を維持するように映像信号と光源輝度を制御することでコントラストを改善する装置構成と方法について述べている。

そして、入力画像データから、フレーム内の最大，最小，平均値を算出する手段を備え、またフレーム間の信号変化を測定する手段を備えることで、ちらつき等の劣化を抑えることができるとしている。

特許第３４３０９９８号公報（特願平１１−３１６７２５号）

特許文献１の従来技術は、画面内の信号の最大値，最小値を測定して、ゲインとオフセットを算出して、入力信号の振幅範囲を補正して表示データとして利用するとともに、液晶ディスプレイのバックライトの輝度を調整することを述べているが、これを実現するには画面内の信号の最大値と最小値の検出を行うことが必要である。この処理手順では画面内の信号を全て入力したあとに測定結果が得られる。しかし、特許文献１の従来技術は、画面内の信号測定と、測定結果を利用した補正処理と、補正結果出力のタイミングが考慮されていない。図面およびその説明文が示す装置構成は、測定を行う画面と、該測定結果を反映する画面は同一とならない。動画は、フレーム毎に画面内の信号が変化するから、特許文献１の従来技術が述べているダイナミックレンジの補正は原理的に成り立たないことになる。

本願発明の目的は、液晶パネルとバックライトを共に制御する液晶表示装置において、液晶パネルとバックライトをフレーム毎に同期させて表示動作させる、情報の伝送手段を提供することにある。

本発明における解決手段は、一対の基板に挟まれた液晶層を有する液晶表示パネルと、輝度を制御可能な光源とを有する液晶表示装置において、フレーム単位の画素構成の表示領域に前記液晶層を制御するための信号を設定し、フレーム単位の画素構成の帰線領域に前記光源を制御するための信号を設定して画像信号を生成する手段を備えることを特徴とする構成をとる。

また、一対の基板に挟まれた液晶層を有する液晶表示パネルと、輝度を制御可能な光源とを有する液晶表示装置において、フレーム単位の画素構成の表示領域に、前記液晶層を制御するための信号と前記光源を制御するための信号を設定して画像信号を生成する手段を備えることを特徴とする構成をとる。

また、前記画像信号を入力する手段と、該入力した信号を前記液晶層を制御するための信号と前記光源を制御するための信号に分離する手段とを有する
構成をとる。

また、前記画像信号をシリアル信号に変換する手段を有する構成をとる。

また、前記シリアル信号を前記液晶層を制御するための信号と前記光源を制御するための信号に分離する手段とを有する構成をとる。

また、一対の基板に挟まれた液晶層を有する液晶表示パネルと、光源とを有する液晶表示装置において、前記光源における、輝度，発光スペクトル，発光色度，発光分布，画面分割数，画面分割形状，変動特性，外部光源特性のいずれか又は複数の特性を記憶する手段と、前記特性に基づき表示信号の信号処理を行う手段とを備えることを特徴とする構成をとる。

また、一対の基板に挟まれ、光の透過率を制御可能な液晶層を有する液晶表示パネルと、複数の分割領域ごとに輝度を制御可能な光源とを有し、前記液晶層の透過率と前記光源の輝度との組合せで表示出力を得る液晶表示装置であって、前記表示出力の発光分布特性を検出する手段を備え、前記液晶層の透過率及び前記光源の輝度を制御するために、検出した前記発光分布特性を用いることを特徴とする構成をとる。

また、前記発光分布特性は、前記液晶層の各画素の駆動信号と、前記光源の各分割領域の駆動信号との組合せについて検出されることを特徴とする構成をとる。

また、一対の基板に挟まれ、光の透過率を制御可能な液晶層を有する液晶表示パネルと、輝度を制御可能な光源とを有し、前記液晶層はＭ個の画素ごとに透過率を制御可能であり、前記光源はＮ個の分割領域ごとに輝度を制御可能であり、前記液晶層の透過率と前記光源の輝度との組合せで得られる表示出力の発光分布特性を検出し、該発光分布特性を用いて、前記Ｍ個の画素の透過率制御信号と前記Ｎ個の分割領域の輝度制御信号を算出することを特徴とする構成をとる。

本発明によれば、液晶パネルとバックライトの両者のデバイス特性を信号として取り込み、表示する画面を液晶パネルとバックライトの駆動信号として生成し、両者の信号を液晶パネルとバックライトの駆動回路にシリアル伝送して、液晶パネルとバックライトをフレーム毎に同期させて表示動作させることができる。これにより、液晶パネルとバックライトのデバイス特性を組み合わせた表示出力を得ることにより、有効な表示階調数の増加，コントラストの増加，バックライト消費電力の低下、などの効果を得ることが出来る。

本発明を実施するための形態を以下に説明する。

以下、本発明の基本構成を説明する。

（１）全体構成
図１に、本発明を実現するための基本構成を示す。

本発明の表示装置の構成例としては、液晶パネル２０とバックライト２１を組み合わせるものである。ここで、液晶パネル２０は、複数の画素を平面内に配置して、それぞれが信号レベルに応じて光の透過率を制御する機能を持つ。バックライト２１は、前記液晶パネル２０の光源であり、冷陰極管，ＬＥＤ（発光ダイオード）等の発光手段があるが、以下の説明ではＬＥＤを利用する場合を説明する。

本発明は、上記の液晶パネル２０とバックライト２１の両者を駆動するための２種の信号を備えて、両者をフレーム（画面）単位で同期を取りながら、信号処理，整形（フォーマッティング），伝送，表示することを特徴とする。なお本発明においては、フレームと画面は同一であり、説明の場面に応じて両者を混在して利用する。

駆動信号の一つは液晶パネル２０を駆動するためのＬＣＤ駆動信号１６であり、もう一つはバックライト２１を駆動するためのＬＥＤ駆動信号１７である。このように液晶パネル２０をＬＣＤ駆動信号１６で、またバックライト２１をＬＥＤ駆動信号１７で駆動することで、入力する画像信号１０に対応する表示出力１４を得る。ここで、ＬＣＤ駆動信号１６は、液晶パネルを構成する各画素に伝達する信号の組み合わせで構成される。また、ＬＥＤ駆動信号の信号形式は、バックライトの発光手段の構成に依存するが、例えばRGB（赤青緑）ごとに全面一括に駆動するならば、ＲＧＢそれぞれの３つの信号で構成されることになる。本発明は、バックライト２１として、フレーム（画面）単位で駆動制御できる発光手段を利用することで、前記した２種の駆動信号を用いて、同期の取れた表示出力１４を得ることを特徴とする。

画像信号１０は、図中Ａ１，Ａ２等で示すように平面上に配置され画素の集まりで構成される。画像信号１０は、画素の信号レベルを表すデジタルデータの集合である。画像信号１０は、画素の順番，ビット位置の順番、あるいは色の順番等を、あらかじめ定めておくことで、信号線等を介して伝送できる。画像信号１０は、正規化処理回路３を用いて、正規化信号１１と正規化係数１２に変換する。この信号変換の具体的な内容については後で説明を行うが、正規化信号１１はＬＣＤ駆動回路６によりＬＣＤ駆動信号１６に変換され、また、正規化係数１２はＬＥＤ駆動回路７によりＬＥＤ駆動信号１７に変換される関係にあるとするが、両者は２つの駆動信号と言う本発明の特徴においては同一に扱うことができるので、以下の説明において両者は混在して利用することがある。正規化信号１１とＬＣＤ駆動信号１６，正規化係数１２とＬＥＤ駆動信号１７は、例えばガンマ特性のような表示装置に特有の特性に基づいて、ＬＣＤ駆動回路６およびＬＥＤ駆動回路７により変換する関係にあるとする。このように本発明は、正規化信号１１と正規化係数１２、あるいはＬＣＤ駆動信号１６とＬＥＤ駆動信号１７について、画質向上の信号処理を行うことを特徴とする。

液晶パネル２０とバックライト２１は、上記のようにして生成される２種の駆動信号による組み合わせ動作として、表示出力１４を得ることから、２種の駆動信号はフレーム単位の同期が確実に取れていることが不可欠である。このためには、正規化処理回路３から、ＬＣＤ駆動回路６とＬＥＤ駆動回路７に伝達される正規化信号１１と正規化係数１２が、フレーム単位の同期を確実に取ることが不可欠である。このように本発明は、フレーム単位の正規化信号１１と正規化係数１２を伝送するための、伝送フォーマット，伝送手段を規定することで、機器間の信号接続を確実に実現することを特徴とする。

ここで、正規化処理回路３とＬＣＤ駆動回路６およびＬＥＤ駆動回路７の間がシリアル伝送路を用いるならば、信号成型回路４を用いて正規化信号１１と正規化係数１２の２種の信号をシリアル信号１５に変換して送信し、受信側では信号分離回路５を用いてシリアル信号１５を正規化信号１１と正規化係数１２の２種の信号に分離することで、２種の信号の両者をフレーム単位の同期を取りながら伝送することを実現する。上記シリアル伝送路は多くの種類とバリエーションがあるのは当然であり、物理的に１本の光ファイバーである場合、１組の導線である場合、あるいは無線電波である場合などを含む。このように本発明は、シリアル伝送路を用いて、フレーム単位の正規化信号１１と正規化係数１２を伝送するために、信号成型回路４と信号分離回路５を備えることを特徴の一つとする。こうして、正規化信号１１と正規化係数１２の２種の信号を用いて両者の同期を取りながら表示出力を行うことで、高い画質を実現する。

尚、図１においてバックライトを領域で分割し、各分割した領域ごとに制御することも可能となる。この場合は、以下の各実施例で示すように輝度制御を工夫する必要がある。

（２）伝送フォーマット
本実施例の伝送フォーマットについて図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、１フレーム内の帰線期間に正規化係数１２を配置して、表示領域に正規化信号１１を配置する構成を示しており、表示画面に影響を与えることなく、２種の信号を伝送することができる。また、バックライトの分割数に応じて、帰線期間における正規化係数１２の個数を設定することになる。これらの設定状況は送信者側と受信者側で確認できている必要があるため、フォーマットの設定状況を、該信号系列中に記述することで受信側に通知する、あるいは伝送に先だって送受双方においてネゴシエーション手順による確認動作を行う、等の手順を利用する。

図２（ｂ）は、１フレーム内の表示画面内の１部の画素に正規化係数１２を配置して、残る表示領域に正規化信号１１を配置する構成を示しており、表示画面内の画素の信号のみを扱うことで、２種の信号を伝送することができる。ここでは、表示領域の特定画素においてバックライト駆動信号を表すようにする。したがって、表示領域において、２種類の駆動信号が混在することになる。例えば、既存のパソコンのようなソフトウェア処理で表示領域の画素信号を設定することができる装置構成においては、正規化信号１１、および、正規化係数１２の両者をソフトウェアによる数値設定で制御できるメリットがある。

なお、図面では特定の画素位置に正規化係数１２を配置する例を示しているが、これらの画素位置は視覚的に判別しにくいように、すなわち画質に影響を与えにくいように配置することが出来る。例えば、フレーム毎に画素位置を変化させることで時間的に判別を困難にする方法、あるいは信号値を複数画素に分配することで信号振幅的に判別を困難にする方法、あるいは、いわゆる透かし情報として画面内に配置する方法などを利用できる。また併せて、フレーム単位の信号制御を容易にするための補助信号として、例えばフレーム番号、などを付加することもできる。

本発明は、上記図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、正規化係数１２と正規化信号１１の２種の信号のシリアル伝送において、ある画面に関わる正規化係数を、該正規化係数により算出される正規化信号に先立って伝送することを特徴とする。一般に液晶パネルは、入力する画像信号の画素の順序に従って、液晶パネル面上の画素の素子に駆動信号を伝達する。本発明は、該画素の駆動信号の伝達のタイミングに基づいて、バックライトの発光量を制御するための駆動を行う。ここで、あらかじめにバックライトの駆動信号として利用する正規化係数を伝達しておくことが、液晶パネルの駆動とバックライトの駆動のタイミングを任意の関係で設定するために効果的である。具体的には、ある画面の画像信号に基づく液晶パネルの画素の駆動の開始時点から、次の画面の駆動に移るまでの、１画面周期内の任意の時点でバックライトの点灯を制御できるようになる。この効果を説明するには、逆の順序で伝送する場合を仮定すればよく、この場合には、バックライトの駆動に利用する正規化係数が入力する時点では、液晶パネルの全ての画素の駆動が終了した段階であることから、液晶パネルの駆動とバックライトの駆動のタイミングの設定の自由度が著しく制限されることになる。液晶素子は、時間的な応答速度がミリセカンドの単位であることから、本発明によれば、上記の液晶パネルの駆動とバックライトの駆動のタイミング設定の自由度を高めることが出来ることにより、表示出力の画質を向上させることに効果がある。

画像信号の伝送方式としては上記に限らず、例えばビットごとに用意する信号線を用いた伝送が可能であることは言うまでも無い。しかしながら、複数の信号線による伝送路の構成方法は、信号線間の伝送時間のばらつき（スキュー）により高速化が困難なこと、無線電波あるいはネットワーク等のシリアル伝送方式と互換が取りにくいこと、などの課題がある。本発明は、正規化係数１２と正規化信号１１の２種の信号をシリアル伝送する方式を規定しておくことで、機器間の接続を容易に実現できるメリットがある。本発明の画像信号の伝送方式は、色信号の組み合わせに柔軟に対応できる。例えば、ＲＧＢの３色信号を伝送する装置構成において、ＲＧＢ３色信号をそれぞれ独立した三つの色信号に分解して、それぞれの色の正規化係数と正規化信号をシリアル伝送するように構成することで、それぞれの色ごとにフレーム単位の同期を取りながら伝送することができる。色の種類を、ＲＧＢよりも増加させる場合には色ごとのシリアル伝送線を増加させれば良く、あるいは白黒１種類の色信号を伝送する場合には有効な信号線を１本だけとしてシリアル伝送すれば良く、色数の変化に柔軟に対応できる装置構成を実現することが出来る。

あるいは、同期を取るためには、色信号の種別には関わり無くビットの集合ごとに分割してシリアル伝送することも可能である。例えば、各８ビットＲＧＢ色信号、合計２４ビットの信号線を、７ビットの集合単位で分割するならば、３本の７ビット信号線と１本の３ビット信号線の合わせて４本となり、それぞれの集合単位をシリアル伝送線で伝送するように構成することも出来る。

また上記のようなフレーム単位の信号形式は、従来のフレーム単位の画像信号の表現形式と互換性を保つことが出来て、従来の電気的な信号線をそのまま利用できるメリットがある。これは、既存のディスプレイ向けに製造された信号伝送手段を利用して、本発明の新たな画像信号の伝送を実現できるメリットがあり、製造コスト削減とともに、従来方式から本発明の方式への移行を容易に実現できるメリットがある。

（３）正規化係数と正規化信号
ここでは、本実施例の全体図である図１における正規化処理回路３の動作内容と、正規化処理により作られる正規化信号１１と正規化係数１２について説明する。

入力する画像信号は、前記したように画素ごとのデジタルデータであり、例えばＲＧＢそれぞれ８ビット、あわせて２４ビットで表される。

ここで画像信号の正規化処理とは、ある画像領域を単位として、該領域内の最大値を
１.０になるように変換することである。

正規化の単位とする画像領域は例えば画素数Ｎによって設定する。画素数Ｎの領域において、図３（ａ）に示す入力信号の大きさの測定結果（ヒストグラム）から最大値ｍａｘを求めて、図３（ｂ）に示すように各画素の信号を前記ｍａｘで割り算した結果は最大値が１.０ となる小数であるが、デジタルデータで表すために任意の係数を掛けて、例えば８ビット２進数に変換して、正規化信号として利用する。また最大値ｍａｘは、正規化処理のための係数として、正規化係数として利用する。なおヒストグラムの最小値ｍｉｎは、以下に述べるオフセットとして扱うことが出来る。

上記の正規化処理は、関係式Ａ＝Ｆ（Ｂ，Ｃ）＋Ｄとして表記することができる。ここで入力する画像信号をＡ、１画素単位の正規化信号をＢ，Ｎ画素単位の正規化係数をＣ、およびオフセットＤである。組み合わせ特性Ｆは、ＢとＣの２項を要素とする線形もしくは非線形の関係を表して、例えば組み合わせ特性Ｆを掛け算で置き換えるならば、上記の関係式は、Ａ＝Ｂ×Ｃ＋Ｄとなる。

以下の説明において、画像データＡ＝Ｂ×Ｃ＋Ｄ、あるいは画像データＡ＝Ｂ×Ｃという記述を混在して利用する。

上記のヒストグラムにおける最小値ｍｉｎを、強制的に０に設定するならば、Ｄ＝０において両者は同一であることは明らかである。また表示において、Ｄは無信号時の表示出力Ａを決める値であるため、強制的にＤ＝０に設定することは無信号時に黒表示をすることに相当して、画質的な劣化にはならない。したがって、本発明の特徴を説明するにあたり両者を区別する必要が無い場合には同一に扱うものとする。

例えばＡ＝Ｂ×Ｃという信号表現の場合に、ＢとＣをそれぞれ８ビットで表すならば合わせて１６ビット必要になる。しかし正規化係数Ｃは、Ｎ画素単位に用意すれば良いことから、画面全体としてのデータ増加量は最大で２倍であるが、多くの場合のデータ増加量は比較的に少なく設定できる。例えばＮを１画面の画素数とするならば、表示出力できる階調数はＢとＣの組み合わせでありながら、画面全体のデータ量は１画面８ビットの正規化係数Ｂと、１画素８ビットの正規化信号Ｃであるから、データ量の増加は８／Ｎビットで、高い画質の表示出力が可能となる。このようにして得られる正規化信号Ｂと正規化係数Ｃは、前記した図１に示す表示装置の正規化信号１１と正規化係数１２と対応付けることができる。バックライトが画面全体を一括して照明する場合には、Ｎは画面全体を構成する画素数となる。１画素単位の正規化信号１１を、液晶パネル２０の透過率を制御するＬＣＤ駆動信号１６として、また、Ｎ画素単位の正規化係数１２を、バックライト２１の輝度を制御するＬＥＤ駆動信号１７とすることで、両者の組み合わせにより表示出力１４を得ることが出来る。

上記は、Ｎが画面全体を示す場合であり、正規化処理の単位と、駆動回路の動作単位を一致させることができる。一方で本発明は、制御部１の正規化処理の単位と、表示部２の動作単位を異なるように設定することが出来る。

また設定するＮの大きさは、バックライトの構成次第で変化する値である。したがって制御部１には、正規化の単位を設定する手段を用意することができる。上記を実現するために本発明は、表示出力に先立って、バックライト特性を始めとする表示部２の特性を記憶する手段を用意することを特徴とする。

（４）正規化の単位
正規化処理の単位は、制御部１の信号処理において、表示部２のバックライト等の構成に依存せずに設定することもできる。

図４（ａ）に示すように、時間軸方向の番組内容（コンテンツ），画面，ブロック，ライン，画素、などを設定することができる。図４（ｂ）に、一つの正規化係数と、それにより正規化処理して得られるＲＧＢ色ごとの正規化信号から作られるデータ構造の例を示す。ここで正規化係数は、正規化の単位ごとに設定する。正規化信号は、画像信号と正規化係数を用いて画素ごとに設定する。また１画素をＲＧＢ３色の色信号で表す場合においては、各色ごとの正規化係数を設定することも、正規化係数を３色共通に設定することもできる。また、両者の信号に加えて、正規化処理の方法とデータ構造を識別するための、付加情報を付け加えることができる。

本発明は、正規化処理して得られた正規化信号と正規化係数は、あとから、正規化の単位を変換することができる。例えば、複数画素からなるブロックを正規化処理の単位とする場合に、正規化処理により得られる正規化係数と正規化信号を、より大きな複数ブロックを単位とする正規化係数と正規化信号に変換することが出来る。例えば二つのブロックを一つに統合する場合には、それぞれのブロックの正規化係数は、それぞれのブロックに含まれる画像信号の最大値であるから、二つのブロックの正規化係数の大きな方の値は、二つのブロックに含まれる画像信号の最大値であり、この最大値を統合ブロックの正規化係数とすることができる。そして、それぞれの画素の信号は、正規化係数と正規化信号を用いて可逆に戻せることから、あらたに設定する正規化係数で再び正規化処理することで、正規化の単位の変換が完了する。

同様の手順を用いて、あらかじめ制御部において正規化処理を行った信号を用いて、表示部において表示部特性に基づく正規化信号に変換することが出来る。したがって、表示部の特性が不明である場合においても、あとから正規化の単位を変換しやすいように比較的に少ない画素数Ｎを用いて正規化処理を行うことで、表示部の特性への依存を低減することが出来る。汎用性を高めるための画素数の設定としては、例えば８×８画素の領域などを設定することができて、該画素領域の設定の情報を、例えばヘッダ情報として付加することができる。こうして、得られた正規化信号と正規化係数の汎用性を増すことが出来る。

ところで、上記した数値の正規化表現は、数値の浮動小数点表現と相互に変換することができる。浮動小数点表現は、仮数部と実数部の２種の組み合わせで数値を表す方法であり、有効数字を確保しながら信号振幅範囲を広く取れることが特徴である。一方、正規化表現は、信号振幅範囲の最大最小等の基準値を正規化係数として、正規化の結果を正規化信号とすることで、正規化信号で表される有効数値を０から１の小数点範囲を全て利用することが特徴となる。正規化表現がブロック内の最大値で正規化処理していたのに対して、浮動小数点表現は１０のべき乗（１０進数の場合の桁位置に相当）で正規化処理して、１０のべき乗を仮数部，正規化処理後の小数を実数部としていると考えることが出来る。ここで浮動小数点表現における仮数部を、画素ごとではなくて、ブロックごとに設定するならば、両者共に良く似たデータ構造を持ち、若干の信号処理で相互に変換できる。本発明の以下の説明では画像信号の正規化表現を主体にするが、上記のように、浮動小数点表現と正規化表現は置き換えて、両者共に同様の効果を得ることが出来る。

例えば、コンピュータグラフィックスのデータ生成においては、ＨＤＲ(High DyanamicRange)と呼ばれる浮動小数点表現が使われることがある。しかしながら、画像信号の出力段階において固定ビット表現の信号出力手段しか用意されていない場合には、８ビット程度の固定ビット数に変換してからディスプレイに伝送することになる。本発明の実施例の一つは、コンピュータグラフィックスの生成データの表示出力手段として、正規化表現の信号を表示する装置を用意することで、固定ビット数に変換することなく浮動小数点表現あるいは正規化表現のままで伝送して、受信側においてディスプレイ特性に合わせた信号処理を行い、表示することで、画質向上の効果を実現する。ここで画質向上の例としては、ガンマ変換の精度向上，表示データの最大最小値に基づく画面輝度の制御，色変換の精度向上、などを実現できる。上記は、例えばパソコンに備えるグラフィックスボードの機能として実装することができる。そして、グラフィックスボードとディスプレイを接続する信号として、浮動小数点表現あるいは正規化表現の画像信号を用いて、ディスプレイ側で受信した正規化信号と正規化係数について信号処理を行うことで、ディスプレイ特性に合わせ込んだ表示を行うことが出来る。この結果、生成した画像信号を劣化させること無く表示部で利用することができるので、高い画質の表示出力を得られるメリットがある。

浮動小数点表現あるいは正規化表現の画像信号は、データ量が増加することが問題となる場合がある。特に、画素数が多く、フレームレートが高くなるほどに画像データが増加して、信号線のデータ伝送レートが上昇することになる。データ量の増加を防止するには、一般に知られているデータ圧縮の手法を利用できることはいうまでも無い。さらに本発明は、浮動小数点表現における仮数部，正規化表現における正規化係数を、複数の画素について共通利用することで、データ量の増加を防止する。これは、画像信号においては、平面方向および時間軸方向において信号相関性が高いことを利用するものである。例えば、画面を複数のブロックに分割して、該ブロック内では、前記の仮数部あるいは正規化係数を単一の数値で表現することで共通利用する。

上記の数値表現により、固定ビット数値表現に比較して、データ量の増加を僅かに抑えながら、遥かに広い信号振幅範囲を扱うことが出来るようになり、信号処理の精度向上と、画質向上の効果を得ることが出来る。

ここで、正規化係数と正規化信号の発信を行う装置として制御部１、受信を行う装置として表示部２とするならば、制御部１と表示部２の構成は特に限定するものではなく、以下の例を示す。

１）同じ筐体に、制御部と表示部を組み込む
２）制御部の機能はテレビジョン放送局に置き、放送信号として上記信号を含めることで、受信側の表示部を駆動する
３）制御部の機能はパソコン搭載手段で実現して、処理結果を一般の映像信号として伝送することで、表示部を駆動する。

上記の画像信号の伝送に先立って、制御部と表示部の能力を相互に確認するためのネゴシエーション手順を用意することが出来ることはいうまでも無い。ネゴシエーション手順は、いわゆるプロトコル階層においては上位に位置して、アプリケーションレベルで実行されるものであり、例えばＧ３あるいはＧ４ファクシミリ装置で利用されているような機器能力交渉手順、あるいは、ＸＭＬと呼ばれるマーキング言語等を利用して特性表示できることは言うまでも無い。

前記したコンピュータグラフィックスの例は、上記３）の構成に該当して、パソコン上のグラフィックスボードを利用して浮動小数点表現あるいは正規化表現の画像信号を生成して、表示部に伝送する。

図５は、本発明を構成する制御部１と表示部２を示す図である。ここで、上記構成における主な信号フローを、図中の矢印で示すように、次の４つに分類して説明する。

（１）表示部の特性設定
表示部２が備える特性を、センサ信号１８として採取して、特性帰還回路６０を用いて制御部１に伝達する。

ここで、センサ信号１８は、何らかのセンサを用いて採取する変動成分であって良く、あるいは、表示部２が備える静的な特性であっても良い。これらのセンサ信号１８の採取、および特性帰還回路６０から制御部１への特性伝達は、任意のタイミングで行うことが出来て、例えば工場出荷時、あるいは電源ＯＮ時、あるいはキャリブレーション動作時、あるいは一定の時間間隔などとすることができる。こうして採取，伝達した特性データは、特性表５３に記憶しておくことで、任意の時間に読み出して利用することができる。

（２）入力画像信号の正規化処理
制御部１は、画像信号１０を入力して、表示部２の特性に基づいて正規化処理回路３により、正規化信号１１と正規化係数１２に変換する。正規化処理回路３は、特性表５３から読み出す特性データを利用する。信号処理の手順を実行するためにメモリ５２を利用することができる。

（３）正規化処理後の信号伝送
正規化信号１１と正規化係数１２の２種の信号を、フレームごとに同期をとって伝送するために、信号成型回路４で信号フォーマットにまとめて送信する。本発明は、伝送路の物理的な形態を限定するものではなくて、導線，光ファイバー、あるいは電波等の手段を利用して信号伝送することができる。

（４）ＬＣＤとＬＥＤの駆動
表示部２は、信号分離回路５を用いて受信信号のフォーマット解析を行いフレームごとの正規化信号１１と正規化係数１２を分離して、正規化信号１１はＬＣＤ駆動回路６を経由して液晶パネル２０を駆動して、正規化係数１２はＬＥＤ駆動回路７を経由してバックライト２１を駆動して、両者の組み合わせとして表示出力１４を出力する。

本発明は、上記の４つの信号の流れを組み合わせて実現する。信号の流れは、時間的に同時であるもの、あるいは時系列的であるもの、あるいは、非同期であるものなどがあってよい。

（１）バックライトと表示パネルと正規化処理
ここでは表示部のバックライトを構成する発光手段、特にＬＥＤに代表される固体発光素子を利用して、平面の発光を行う装置構成について説明する。

図６は、３個の発光手段の配置構成を断面方向から図示する。簡単のため、個々の発光手段は隙間無く隣接するように並べられ、また個々の発光手段は該当する面内領域で均一な発光量であるとするならば、個々の発光手段に独立に駆動信号を与えることで、ステップ関数の形状の発光分布となる。一般に、個々の発光手段による発光分布の面積は液晶パネルの単一の画素面積よりも大きいことから、バックライトの単一の発光手段は、液晶パネルの複数画素を同時に照射することになる。この画素領域が、前記した正規化処理の単位に相当する。発光手段による発光量が正規化係数に相当して、液晶パネルの画素の透過率が正規化信号に相当する。

そして、発光手段による発光分布と、液晶パネルの個々の画素の透過率の両者を駆動することで、表示出力を得ることが出来る。

ここでバックライトの種別によって、発光手段の構成方法が異なる場合があるが、画面サイズの画面内の分割数，分割領域内の画素数，分割領域の寸法、などの情報を予め用意することで発光手段の特性を示すことができる。発光分布は、面内位置と発光量の対応関係であるので、例えば表形式、あるいは何らかの関数近似により表すことが出来る。またＬＥＤ等の発光手段は、代表的な発光波長特性を有するが、個々のチップごとに発光波長のばらつきを有する場合があり、さらに製造技術等の進歩により発光波長の特性が変化する場合がある。発光波長の利用方法により波長特性の表し方が異なって良くて、代表的な波長特性のみが分かれば良い用途では、ピーク波長のみで波長特性を表すことが出来る。これらの発光手段の特性情報は、個々の発光手段に近接した記憶手段に書き込んで置くことで、該記憶手段から情報を読み出して利用することができる。あるいは、例えばインターネット等の通信路を経由して何らかのデータベースを参照することで詳細な特性を入手して、信号処理に利用することも出来る。

図７は、３個の発光手段を備えるバックライト構成において、発光手段の領域間で発光分布のリーク特性がある場合を、断面方向から図示する。

一般に、発光手段の分割領域の境界と、液晶パネルの画素の境界を一致させることは、高い組み立て位置精度が必要となり、容易ではない。また液晶パネルとバックライトの面間距離をゼロにすることは困難であるから、両者の空隙において斜め方向の放射光が発生する。上記の事情から、バックライトを構成する発光手段の発光量が個々の発光手段の面内領域において均一とはならず、さらに隣接する発光手段の領域に発光分布のリークが発生することになる。発光分布のリークは、個々の発光手段の制御の独立性を崩すものであるが、発光分布のリークが滑らかで大きいほど領域境界における発光量の変化が緩やかであるから、液晶パネルとバックライトの組み立て位置精度を低く抑えることができるメリットがある。

そこで本発明は、バックライトを複数の発光手段の組み合わせで構成する場合において、分割領域間の発光分布のリークを許容して、信号処理により発光分布のリークを補正することで、組み立てに要求される位置精度を軽減する効果を得る。発光分布のリークを補正するために、まずリークを含めた発光特性を測定して、記憶手段に書き込み、該記憶手段を読み出すことで信号処理に利用できるように構成する。リーク特性は、発光手段と
ＬＣＤパネルとの組み合わせ，面内位置、等により変化することから、発光手段の単品の特性ではなく、液晶パネルとバックライトとして組み立てた状態で測定することが望ましい。

原理的には、バックライトを構成する全ての発光手段の全ての動作の組み合わせと、液晶パネルの全ての画素位置における発光量を測定することになる。つまり原理的な測定手順は、それぞれの発光手段に駆動信号を供給して、面内に位置する画素に照射される光量を測定することになる。そして該測定結果は、個々の発光手段の駆動信号と、測定画素の位置の組み合わせを条件として、測定値が出力値となる表形式で表されることに成る。

上記の原理的な測定手順と、測定結果を書き込む表の大きさは、膨大な組み合わせとなることから実用的ではない。

本発明では、個々の発光手段特性の類似性，個々の発光手段，発光分布の対称性、あるいは、発光手段特性の関数近似などの手法により、必要なデータ量を大幅に削減することが可能となる。

なお説明を省略したが、発光波長を制御するために、例えばＲＧＢ３色の発光手段を組み合わせることができるのは言うまでも無く、上記と同等に発光特性を測定することができる。さらにＲＧＢ以外の原色を組み合わせて利用することもできる。

（２）発光分布特性
本発明は、光源手段による発光分布特性が大きな役割を持つことから、まず最初に、発光分布特性の採取が不可欠である。発光分布特性の測定手段および測定方法の一例を以下に示す。この測定を行うタイミングとしては、機器の仕様設定の段階，実際に組み立てた段階，工場出荷時、あるいは設置後の任意の段階、等がある。実際には、赤緑青等の光源色の組み合わせで測定を行い結果をまとめるが、以下の説明では簡単のため輝度信号のみとする。

図８はバックライトと液晶パネルの組み合わせで構成される表示装置の特性測定の装置構成を示している。最も原理的な測定方法は、バックライトと液晶パネルの２つの駆動信号の全ての組み合わせについて、全ての画素位置における表示出力を測定することである。

一方、バックライトを構成する個々の発光手段の特性が同一であると仮定するならば、バックライトの任意の位置における発光量は、個々の発光手段による発光量の積算として算出できることから、単一の発光手段の発光分布のみを測定しておけば良いとすることができる。

（３）バックライト特性
バックライトを構成する複数の発光手段の組み合わせにおいて、個々の発光手段の発光分布が同じである場合には、代表的な発光分布特性のみを記憶手段に記憶して、該記憶手段から該画素位置の発光量の読出しを行い、それぞれの発光手段による発光量を加算することで、該画素位置のバックライトの発光量を算出することが出来る。

図９は、発光手段の発光分布を、水平と垂直の２次元の等高線として図示した例を示す。該発光手段を、バックライトとして構成する場合には、隣接する発光手段の位置における発光分布が、リークとなる。上記発光手段の水平垂直の位置を、液晶パネルの画素位置と対応付けて、各位置における発光量を記憶手段に書き込んでおくことにする。これにより、ある画素位置に関わる複数の発光手段の発光量を、前記記憶手段から読み出すことができる。また、複数の発光手段の組み合わせにおいて、個々の発光手段の発光分布が同じである場合には、代表的な発光分布特性のみを記憶手段に記憶して、該記憶手段から該画素位置の発光量の読出しを行い、それぞれの発光手段による発光量を加算することで、該画素位置のバックライトの発光量を算出することが出来る。

等高線の高さ、すなわち発光量の大きさは駆動信号の大きさに依存して変化するが、発光分布の形状が相似関係にあるならば、単一の発光分布の特性のみを用意すれば良い。また、等高線の形状が、左右、もしくは上下、もしくは左右上下に対称であるならば、該対称性を利用することで、前期の画素位置と発光量の関係を記憶することが出来る。例えば左右上下に対称であるならば、４分の１の領域のみの対応関係を記憶すれば良いので、データ量は４分の１となる。

上記データは、任意のデータ構造で記憶することが出来て、例えばＸＭＬ（エクステンデッド マーキング ランゲッジ）として知られる記述言語を利用することができる。あるいは、発光手段の発光分布の断面形状，等高線の形状などを、何らかの関数で近似して置き換えることでデータ量を削減することができる。測定値を近似関数で置き換える手法は、例えば重回帰などが従来から知られている。例えば、採取したデータを、三角関数を基底として重回帰分析を行い、三角関数の次数に対応する係数値を算出して記憶する。該計数値を、三角関数の係数値として利用すれば、採取データを近似することができる。

簡単のために、バックライトが１６個の発光手段で構成され、それぞれの発光量を制御するための駆動信号を供給するならば、フレームレート６０枚／秒として、１秒間に960回（＝１６個×６０フレーム／秒）のデータ書き込みが必要になる。１６個のそれぞれの発光手段を独立に制御するためには、それぞれの発光手段に少なくとも２本の駆動信号線を接続することが必要であるから、合計３２本（＝１６個×２本）の信号線を配線することになる。

ここで１回の書き込みデータを、該発光手段の識別コードと発光量制御のための１６ビットデータで構成するならば、１秒間１４４００ビット（＝９６０回×１６ビット）となり、データ転送速度は１４.４ｋ ビット／秒になる。ここで識別コードとは、個々の発光手段を区別するために付加する信号であり、上記例においては高々１６個の発光手段を区別できれば良いが、発光手段の製造方法あるいは流通方法との関わりで、必要とするビット数は任意に設定すればよい。発光手段は、送られてくる識別コードから、引き続いて送られてくる発光量制御信号の取捨選択を行うことができる。

本発明は、上記データ転送速度を実現するシリアル伝送線を用いて、バックライトを構成する発光手段に発光量制御のための駆動信号を伝達することを特徴とする。本発明によれば、それぞれの発光手段には、直流電源供給線２本と、シリアル伝送信号線２本を用意すればよく、両者のグランド線を共通にするならば合計３本の信号線を用意すれば、それぞれの発行手段の発光量を制御することが出来る。ここで、それぞれの発光手段の３本の信号線は、並列配線で接続することができるので、配線を簡略化できる効果がある。さらに、電源供給線を、発光量制御信号の伝達と兼用することも出来て、その場合には２本の信号線で、上記と同様の動作を実現することができる。

また、発光手段の特性データの伝送を、上記のように識別コードとの組み合わせで実行することができる。例えば、外部から識別コードと内容コードを供給して、識別コードで発光手段の区別を行い、内容コードで読み出す特性データを指定して、引き続いて特性データの出力動作を行う。複数の発光手段について、これらの動作を行う信号線を共通に接続しても、確実に区別が出来るため、信号線の配線を簡略化できる効果がある。また発光手段には、何らかのセンサを備えて、該センサにより採取された信号を、上記の特性データの出力動作と同様に、外部へ転送することが出来る。このセンサとしては、該発光手段の発光量を検知する光学的なセンサ，該発光手段の動作温度を検知する温度センサ，該発光手段の動作電流を検知する電流センサ，該発光手段の動作時間を計測する経過時間センサ、などを利用することができる。これらのセンサ信号は、アナログ信号であっても、デジタル信号であっても良い。

本発明によれば、配線を複雑にすることなく、個々の発光手段の動作状態をセンサ測定することができるために、該測定結果を用いて、精度の高い制御を実現することが出来る。

発光量の分布特性は、画素単位の信号値で表すことが出来るほか、複数画素に渡る分布特性を何らかの関数で近似することができる。本発明は関数近似の手法を限定するものではなく、三角関数，べき乗関数、などの組み合わせを利用することが出来る。測定で得られる分布値を関数近似するのは、重回帰などの周知の方法を利用することが出来る。

発光分布特性は、面内の２次元における分布値であるから２次元の関数近似を行うことができるが、あるいは面内の対称性がある場合には次元数を削減することが出来る。例えば、発光手段が正方形の形状であり左右上下に発光分布が対称であるならば、中心点を含む分割領域についての発光分布を関数近似の対象とすれば良い。

これらの関数近似は、発光手段の特性として事前に算出して事前に記憶手段に書き込み、用意することが出来る。

記憶手段への書き込みは、専用の書き込み信号線を用意することもできるが、あるいは電源線と共用する信号伝達を行うことも出来る。

書き込むタイミングとしては、個々の部品の製造出荷時において該部品と対応付けが可能な記憶手段へ書き込む、部品を組み立て後の製品出荷時において該製品の特性測定結果を該製品と対応付けが可能な記憶手段に書き込む、該製品の動作時においてセンサ等を用いた特性測定結果を帰還して記憶手段に書き込む、等とする。

本発明は、正規化表現による正規化係数と正規化信号の２種の信号を用いた画像信号の伝送，表示出力を行うことを特徴としているが、新たな表現形式の画像信号を伝送するための、新たな方法と手段を規定することも本発明の特徴である。特に画像信号の伝送は、既存の装置との互換性を保つことも重要な観点であることから、このために本発明は、従来の画像伝送方式から本発明の画像伝送方式へのスムーズな移行も考慮した提案を行うものである。

（１）回路構成
図１０は、本発明を実現する回路構成例を示している。図１０（Ａ）は制御部から表示部への信号伝送をシリアル伝送する場合の構成であり、図１０（Ｂ）は制御部から表示部への信号伝送をパラレル伝送する場合の構成を示す。まず両者に共通する全体の動作を説明する。

入力した画像信号１０は、フレームメモリ１０１に書き込むと同時に、信号測定回路
１０２で信号特性の測定を行う。信号特性は、１画面内の画像データにおける、例えば最大最小値，ヒストグラム，色度分布、などとする。１画面の信号特性の測定結果を、同じ画面に対して反映するために、フレームメモリ１０１は時間合わせのための遅延回路の動作をする。測定結果を、正規化係数設定回路１０３にて正規化係数を設定をする。フレームメモリ１０１から読みだした画像信号についてノイズ除去回路１０４でノイズ成分の除去を行い、次に、正規化回路１０５で正規化係数で正規化処理を行う。こうして、複数画素の領域単位の正規化係数と、該正規化係数で正規化された画素単位の正規化信号を作成する。

ここで、正規化係数と正規化信号を、信号線１２０を用いてシリアル伝送する場合には、多重化回路１０６を用いて、予め定める伝送順序に従いビットストリームに並び替えを行い、さらに伝送順序を再現するための同期信号を加えて、配線基板，筐体内部の電気的あるいは光学的な配線，何らかのネットワーク，無線などの適宜の伝送方式を利用して伝送を行う。該信号線１２０の受信側では、分離化回路１０７を用いて、予め定める伝送順序に基づいて、正規化係数と正規化信号を分離する。

一方、信号線１２１および１２２を用いてパラレル伝送の場合には、複数の信号線の時間的なズレ（スキュー）などの要因があるために、一般に長い距離の伝送は困難であるが、主に筐体内部の伝送に使うことに限定するならば、前記したシリアル伝送のようなデータ並び替えが不要であるので、簡易な装置構成とすることが出来る。ここで信号線１２１は正規化信号であり液晶パネルの各画素の透過率制御のための駆動信号として用いて、信号線１２２は正規化係数でありバックライトの発光輝度を制御する駆動信号として利用する。

次に表示部は、表示パネル１１０とバックライト１１１を備えて、両者を独立に駆動するためのドライバを用いて、両者の組み合わせ特性として表示出力を行う。表示パネルは縦軸ドライバ１１２と横軸ドライバ１１３でマトリクス駆動を行い、該駆動のタイミングに同期してバックライトドライバ１１４を駆動して、両者の駆動結果として画面の表示を行うように構成する。バックライト１１１は、画面全体あるいは画面の一部を照明するために用いられて、正規化係数を用いて制御する。表示パネルの各画素の透過率を、正規化信号を用いて制御する。こうして、バックライトの光量と、表示パネルの透過率との組み合わせた結果が表示出力となる。

（２）ＬＶＤＳ回路構成例
図１１は、シリアル伝送としてＬＶＤＳ方式による回路構成の具体例を示す。ＬＶＤＳは、Low Voltage Dofferential Signalの略であり、高速な信号伝送に有効な方式として知られており、送信受信のためのＬＳＩが市販されている。これを利用する回路構成を説明する。

制御部１と表示部２を接続する信号インタフェースの形態には、ビット信号に対応する信号線を用意することで複数の信号線をパラレルに配線する場合と、複数のビット信号を単一の信号線で伝送するシリアル配線する場合がある。

まず制御部と表示デバイスが同一筐体に組み込まれる場合には、両者の物理的な距離が短いことから、信号線の距離は短く抑えることができるとともに、比較的に多数種類の信号線をパラレルに配線することができる。また独自の仕様で配線できる。

一方制御部と表示デバイスが別の筐体に組み込まれる場合は、両者の装置を接続する信号線の条件は大きく変動することが予想され、条件変動に関わらず確実にデータ伝送を実現するための装置構成が必要になってくる。条件変動の一つに伝送時間のバラツキがあり、仮にパラレル伝送を行う場合にはビットごとのスキュー（遅延ばらつき）が発生することになる。このスキューの影響を排除するためには、単一の信号線を用いたシリアル伝送が有効である。

一般にＬＶＤＳ方式を実現するＬＳＩは、７ビット幅の信号線を基本単位としてシリアル伝送するように構成されている。これは、液晶表示デバイスの表現可能な階調数が６ビット（６４階調）であった時期において、制御線１ビットを加えた７ビット幅が標準仕様であった経緯があるためである。７ビット幅の入力信号を７個の時系列の１ビット信号に変換して一対の信号線を利用したシリアル伝送を行い、受信側では１ビット信号を７個まとめてから７ビット幅の信号にパラレル変換して、出力する。

ここで、ＲＧＢ各８ビット合計２４ビットを伝送するには、７ビット幅を基本単位とする信号線を４本束ねた２８ビット（２８＝７×４）を用意すれば十分であり、４本の信号線が余ることになる。本発明は、上記のように７ビット幅の信号線を単位として正規化信号を伝送すると共に、７ビット幅の余り信号線を利用して正規化係数を伝送することを特徴とする。

ここで伝送する画像データＡをＢ×Ｃとして、正規化信号Ｂは画素単位と８ビット、正規化係数Ｃは画面単位の８ビットとする。そしてＲＧＢ３色については、正規化係数は画面単位に８ビット×３色＝２４ビット、正規化信号は画素単位に８ビット×３色＝２４ビットとなる。ここで正規化信号はパラレル伝送であり、正規化係数は余り信号線を利用したシリアル伝送とする。正規化係数のシリアル伝送のデータフォーマット，タイミング等は、この信号インタフェースが装置内部に閉じている場合には任意設定することができるから、限定するものではない。

受信側において正規化係数と正規化信号の組み合わせで画像データを確定するために、正規化信号受信に先立って正規化係数を受信するならば、正規化信号受信後の遅滞無く正規化係数を即座に反映させることができる。これを、画面表示のタイミングと、データ伝送のタイミングを工夫することで実現する。画面表示のフレームあるいはフィールドの隙間時間となるタイミングにおいて、次に表示する画面の正規化係数を伝送し、該伝送後に該画面の正規化信号を伝送する。受信側においては、画面の正規化係数を一時記憶して、引き続いて受信する正規化信号と組み合わせて表示のために利用することで、同一画面についての正規化係数と正規化信号を同期させることができる。仮に受信の順番が逆であって、同様に両者を同期させるためには、正規化信号を画面単位で一時記憶させなければならないことは明らかである。上記数値データを利用して一時記憶のためのメモリ容量を比較するならば、画面サイズをＶＧＡ（６４０×４８０画素）とすれば、画面当たりの正規化係数は前記から３バイト(２４ビット)、一方正規化信号は２４ビット×６４０×４８０＝９２１６００バイト、となる。このように正規化係数と正規化信号のデータ量は前者が小さいことから、上記のデータ伝送の順番付けは、メモリ容量削減に大きな効果がある。

上記では正規化係数をシリアル伝送としたが、余り信号線が複数ある場合には、これらの複数の信号線を利用できる。例えば余り信号線のうち１ビットのみを利用するならばシリアルのみの伝送形式になり、２ビットを利用する場合にはパラレルとシリアルの混在伝送形式となる。この伝送形式の設定は任意であり、いずれの設定であっても受信側では正規化係数を再構成することが出来る。こうして、７ビットのパラレル／シリアル変換機能を持つデータ伝送手段を利用できることは、従来型のデータ伝送手段と互換性を維持しながら、本発明の特徴を実現できる効果がある。

上記のデータ伝送は、別の信号線として伝送するクロックあるいは同期信号により伝送タイミングを確定することが出来る。また、動作手順のリセット、あるいは特性状態へのセットを指定する制御線を別途用意して、上記データ伝送と組み合わせて動作することも出来る。

これにより、既存のデータ伝送装置を利用することで価格，開発コスト、および信頼性のメリットがある。正規化係数と正規化信号を画面単位で同期して伝送することが出来る。

（３）画素順序
図１２に画面と画素の位置関係の一例を示す。ＲＧＢ３色各８ビットの色信号の組み合わせで各画素の信号を表すものとする。縦横方向に画素を並べて配置することで画面を構成している。この画面構成のバリエーションは多数あり、色信号の選択，色信号ごとの画素の大きさとビット数，画面内の画素数、などを任意に設定することができる。

この画面をデジタルデータで表現したものを画像データと呼ぶことにする。画像データを、伝送蓄積するには順序付けをしたデータフォーマットが必要になる。例えば左上を始点、右下を終点として、ラインごとに、各画素のＲＧＢ信号を、上位ビットから順番に並べることで、いわゆるビットストリームを構成することができる。こうして作られるビットストリームは、順番付けのルールに基づいて、再び画面内の画素の配置を復元することが出来る。

ところで画像データの表示手段は、このようなビットストリームを入力して、画素位置に対応したＲＧＢ信号を表示のための駆動信号として利用する。基本的には全ての画素を表示するが、画面周辺に位置する画素については表示できないことがあることを許容することがある。例えば従来型のＣＲＴにおいては、電子ビームの偏向で画面内の画素位置を設定しているが、偏向の大きさに変動がある場合や、あるいは外部磁気の影響などで、画面周辺が欠けることがあった。このような状況においても、画面中央部を重視する場合においては、画質劣化とは認識されないことが多い。

本発明は上記状況を利用して、該周辺部に位置する画素の信号を、制御のための信号に置き換えることにする。例えば図面記載の画素位置（１，１）にあるＲＧＢ信号を、直接の表示の目的としない信号に置き換えることで、置き換えた信号を制御信号として利用する。該制御信号の利用方法を、送信側と受信側の双方が予め設定しておくことで、表示手段による表示には使われないことから画質劣化を導くことは無い。また、該画素のＲＧＢ信号は欠落することになるが、例えば隣接する画素位置（１，２）あるいは（２，１）のＲＧＢ信号を表示のために利用することで、画像データが本来的に持っている相関性により画質はほぼ維持することができる。

上記は単一の画素位置の信号の置き換えを説明したが、複数画素位置を利用してもよい。また、ＲＧＢ信号の置き換えではなくて、既存のＲＧＢ信号に、制御信号を重畳するように変調をかけることもできる。

本発明は上記構成により用意する制御信号により、画像データの正規化係数を設定する。そして、残る画素位置のＲＧＢ信号に正規化信号を設定する。

これにより、正規化係数と正規化信号を、従来型のデータフォーマットで伝送蓄積できる。これは、画像データの生成，伝送，蓄積などにおいて、従来型のデータフォーマットに基づく手段を利用できることになるメリットがある。例えば１画面分の画像データを蓄積するフレームメモリにおいて、ＲＧＢ色信号を入力してフレームメモリに書き込むとともに、該画像データの信号特性を測定して、該測定結果に基づいて正規化係数を算出し、該算出した正規化係数を画素位置（１，１）のＲＧＢ信号に見たてて出力して、次にフレームメモリの画素位置（２，１）から順次に読み出すＲＧＢ色信号を、前記正規化係数で正規化処理を行い、得られた正規化信号を引き続いて出力する。これにより、該画面が持つ画素数と同じ個数の信号を画像データと同じデータフォーマットで出力することができる。そして受信側装置では、正規化係数と正規化信号を分離する手段を備えることで、両者を利用した表示のための駆動制御を行う。受信装置は、該データフォーマットにおける画素位置（１，１）の信号を一時的か記憶手段に書き込み、正規化係数として利用する。また引き続いて受信する信号を正規化信号として利用する。あるいは受信データをデータフォーマットに基づいてフレームメモリに蓄積して、該フレームメモリをメモリアドレスを用いて参照することで正規化係数と正規化信号を分離して利用することができる。ここで、バックライトと透過型液晶パネルを備える表示手段においては、該受信した正規化係数をバックライトの駆動信号として、また該受信した正規化信号を液晶パネルの駆動信号として利用する。このように、バックライトと透過型液晶パネルの二つの駆動手段を備えることで、表示出力する画像は両者の組み合わせ特性となる。両者の入出力特性がリニアであると仮定するならば、バックライトの発光量と、液晶の透過濃度の掛け算が表示出力となる。

これにより、従来型の画像データフォーマットを利用しながら、ダイナミックレンジの広い表示ができる。暗い場面においては、バックライトの発光量を低く抑えることができて、電力削減の効果がある。また暗い場面においてバックライトの発光量を低く抑えることで、液晶の濃度設定に依存しない、本来の暗さを表示できる効果がある。

上記は画面を構成する信号を用いて正規化係数と正規化信号を伝送する手段を示した。さらに、画面を構成しない信号として、帰線期間にある信号を利用することができる。帰線期間において正規化係数を伝送して、引き続く画面データにおいて正規化信号を伝送することで、１画面の表示に必要となる信号を伝送することができる。受信側においては、帰線期間にある正規化係数を一時的に蓄積することで、引き続いて受信する正規化信号に、正規化係数を反映させるための信号処理を行うことができる。例えば、液晶パネルと
ＬＥＤバックライトを組み合わせる表示装置においては、上記正規化係数をバックライトの駆動に用いて、上記正規化信号を液晶パネルの駆動に用いることで、両者の組み合わせとして画面を表示出力することができる。

（４）データフォーマット
画面単位の正規化係数と、該正規化係数で正規化をした正規化信号は、データフォーマットを定めて伝送、あるいは蓄積することができる。伝送する場合には、信号線の形式，伝送順序，タイミングなどの設定を行い、送信側と受信側とで共通の約束に基づいて動作することが不可欠となる。これらの約束の設定方法は、階層的な構造を持たせたり、あるいは言語的な文法構造を持たせたりすることで、破綻の無いように設定することが出来る。

図１３は、シリアル伝送路を経由して、画面単位の正規化係数と、該正規化係数で正規化をした正規化信号を伝送するデータフォーマットの例を示している。画像データは、静止画あるいは動画においても同期信号を付加することで１画面の開始と終了を表示することができる。同期信号は垂直同期信号，水平同期信号などとして定義できる。

正規化の単位としては、画素，ライン，ブロック，画面，複数画面、などを利用できて、これらの種別を識別情報として設定することで、該情報を受信する装置において種別を判断することが出来る。これらの識別情報は幾つかを組み合わせることも出来る。該識別情報に基づく正規化係数、そして正規化係数で正規化を行った正規化信号を順次に伝送する。正規化信号を画素単位に設定する場合には、画面を構成する画素位置と伝送順序を予め確定することで、順次の画素データとして伝送する。こうして、送信側と受信側で破綻の無いデータ伝送を実現する。また上記の正規化係数は、垂直帰還あるいは水平帰還に相当する信号に内蔵することもできる。

表示のための画像データであっても、含まれる全ての情報が表示されないことがある。ＣＲＴのようにアナログ的な走査を行う表示デバイスにおいては、画像データの上下左右の端部が表示可能範囲を外れることがある。このように画像データの端部に位置する画素の信号を、該位置の画素を前記正規化係数で置き換えることにより、データフォーマットを変更することなく新たな制御信号を付加することが出来る。該信号は、仮に表示のために使われたとしても目立たないように信号を設定することができて、例えば無彩色に近い信号値とすることができる。

（５）信号タイミング
図１４に、動画像の表示手順を示す。

ここでは、動画像が１画面１フレームで入力して、該画像データから正規化係数と正規化信号を算出，出力するタイミングを示している。このために、まず(1) 画面データの入力を行う。画面データの大きさ（画素数），フレーム周期，データフォーマット，色信号の種類等は任意である。(2) 入力する画像データの信号測定は、画像データの入力と同時に行う。測定する信号の種類、例えば最大最小値，ヒストグラム、などの任意である。
(3)測定結果は１画面データの入力後に得られることになる。(4)該測定結果を用いて該入力した画像データの信号処理を行うために、入力した画像データはメモリ蓄積をする。
(5) メモリ蓄積した画像データは、適宜のタイミングで順次に読み出しながら、前記測定結果を用いて信号処理を行う。例えば正規化処理であれば、画面内の最大最小値を測定してから、該画面データの正規化処理を行う。(6) 該画面の測定結果と信号処理結果を合わせて出力を行う。例えば正規化処理であれば、正規化係数と正規化信号の組み合わせとする。

メモリ蓄積とメモリ読み出しのリードライトの時間的な余裕を作るためには、メモリのデータバス幅を広く取ることが有効である。

画像データ出力をシリアル伝送形式とする場合には、正規化係数を正規化信号に先立って出力する。これは例えば、正規化係数が１画面を単位として設定する信号であるならば、１画面の正規化信号に共通となる正規化係数を先立って出力する。これにより受信側において、正規化係数に引き続いて入力する正規化信号を即座に利用して、画像データを確定することができる。

これが逆に、正規化信号が正規化係数に先立って出力するならば、受信側において正規化信号を１画面分蓄積した後に始めて正規化係数との関係が確定することになる。このため画面メモリが不可欠となると共に、画像データ確定するタイミングがフレーム周期遅れることになる。

駆動信号の算出
本発明の特徴である、正規化表現による正規化係数と正規化信号の２種の信号を用いた画像信号の伝送，表示出力を行うための、該正規化表現による画像信号の算出方法と手段について説明する。ここで、正規化表現による正規化係数と正規化信号の２種の信号は、表示部を構成する表示デバイスの特性に依存して作成することが基本的な方法である。したがって、まず、表示デバイスを構成する、バックライトの光量分布特性について説明して、本発明を実現するため正規化処理の内容について説明する。

（１）発光分布の補正
図１５は、液晶パネルの画素３０とバックライトの発光手段３１の配置の断面と、あわせて発光手段の発光分布を示している。図１６（Ａ）は、発光手段３１の発光分布がステップ関数状である場合を示しており、該発光分布の領域内に位置する画素３０の表示出力は、該発光分布の大きさ、すなわちステップ関数の高さに、各画素３０の透過率を掛け合わせた結果となる。図１６（Ｂ）は、発光手段３１の光量分布が、中央部で大きく周辺部で低くなるような分布特性である場合を示しており、隣接する発光手段間で発光分布がリークする特徴を持つ。ある画素位置の表示出力は、該画素位置の複数の発光手段の発光分布の影響を受けることになる。

本発明は、複数個の発光手段の面積方向の光量分布特性が隣接する発光手段間でリークすることを許容して、信号補正手段を備えることを特徴とする。これにより、発光手段
３１の発光分布の境界と、液晶パネルの画素３０の境界の位置に誤差があっても、位置の誤差に伴う発光量の変化は比較的小さいことから、表示出力への影響は少なくて済む。このようにリークを許容することで、表示パネルと発光手段の組み合わせは、簡易な位置合わせで良くなることからコスト低減の効果がある。上記リーク特性は、表示パネルの透過率を制御する信号を補正することで、画質劣化を防止する。こうして、積極的に発光分布にリーク特性を持たせることで、表示パネルと発光手段の位置関係の条件緩和を実現することで、コスト低減の効果を実現することができる。

説明のために、一次元に並ぶＭ個の画素について、画素位置ｘにおける画像信号Ａ(ｘ)，透過率Ｂ（ｘ），バックライト発光量Ｃ（ｘ）とする。ある画素位置ｘにおいて、Ａ＝Ｂ×Ｃが成り立つと仮定する。この仮定は、ガンマ特性と呼ばれる非線形特性，透過率のオフセット成分、などの要因がある場合には正確ではないが、各信号の関係を簡易にモデルする目的で利用する。ここで、バックライトを構成する発光手段の発光分布は複数画素の領域に渡り、また隣接する発光手段間でリークがあるものとしたときに、画像信号Ａに相当する表示出力を得るために、最小の発光量Ｃを設定して、該発光量Ｃの条件で透過率Ｂ（０≦Ｂ≦１）を求めることを行う。

まず表示に先立つ準備段階として、バックライトを構成する複数の発光手段の発光特性を測定する。測定結果は、各発光手段の駆動信号の組み合わせと、画面内のある画素位置における各発光手段からもたらされる発光量の関係としてまとめる。これは、実際に利用するバックライトの表面を、輝度計もしくは分光放射計等を用いて測定することで求められる。ここで、ある画素位置ｘにおいて、発光量Ｃを得るための各発光手段の駆動信号の設定は、複数の発光手段の発光分布の組み合わせとなるために、複数の駆動信号の組み合わせが存在する。本発明では、下記の手順により、上記の複数の駆動信号の組み合わせの中から、一つを選択する。
(1)初期設定として、各発光手段の光量分布特性の測定値を用意する。
(2)入力画像信号の大きさＡと位置ｘの設定を変化させる繰り返しループ((2)〜(9)) の開始。
(3)各発光手段の駆動信号の組み合わせを変化させる繰り返しループ((3)〜(7)) の開始。
(4)各発光手段の駆動信号に対応する、画素位置ｘの発光量Ｃを算出する。
(5)Ａ＜Ｃの条件を満たす場合に、全発光手段の消費エネルギーを算出する。
(6)消費エネルギーの最小値更新ならば駆動信号設定値を一時保管し、それ以外は次に進む。
(7)ループ戻る(3)（駆動信号）。
(8)一時保管した駆動信号設定値をテーブル蓄積。
(9)ループ戻る(2)（大きさと位置）。
ここで、バックライトを構成する複数の発光手段が、それぞれ全く同じ発光特性である場合には、代表となる単一の発光手段の測定結果を、複数の発光手段の発光特性として利用することができる。この場合には、ある画素位置における発光量は、上記の代表とする発光手段の発光分布特性から、位置をずらした複数の測定結果を読み出して、該複数の発光手段の発光量の加算として算出することができる。また、あるいは、発光手段の発光分布が、何らかの関数で近似出来るならば、上記の代表とする発光手段の発光分布特性と同様に、各発光手段の発光分布特性として利用することができる。いずれの場合でも、各発光手段の全ての駆動信号の組み合わせに対応する、画素位置ｘにおける発光量Ｃが求まることになる。

次に、実際に入力する画像信号Ａを表示するために必要となる、発光手段の駆動信号の算出手順を示す。ここで、画素ごとに発光手段が用意される場合には、画素ごとにＡ＝Ｂ×Ｃ、および０≦Ｂ≦１の関係から、Ａ＜Ｃの関係を満たす発光手段の駆動信号を算出すればよいが、ここでは発光手段の発光分布が複数の画素領域に渡るとすることから、複数の画素領域においてＡ＜Ｃの条件を満たすことが必要となる。また、一般に、画像信号は走査順序に入力することから、上記の条件を満たす発光手段の駆動信号の算出も、該画像信号の走査順序にしたがって実行できることが望ましい。本発明は、以下の手順で、画像信号を走査しながら実行する。
(1)画素領域内の画像信号Ａを順次に入力する。
(2)入力した画像信号Ａの位置と大きさから、最小エネルギーの条件を満たす各発光手段の駆動信号の組み合わせを、前記作成した対応表から求める。
(3)該画素について新たに求めた発光手段の駆動信号が、入力済みの画素に関する設定済みの駆動信号よりも大きければ、駆動信号の値を置き換える。
(4)次の画像信号Ａに移り、上記手順(1)から繰り返す。
(5)発光手段の駆動信号を、メモリ蓄積する。

こうして、画像信号Ａを表示出力するに必要な発光手段の駆動信号の算出を行い、その結果をメモリ蓄積することができる。次に、画像信号Ａを表示出力するに必要な液晶パネルの画素ごとの透過率Ｂ（０≦Ｂ≦１）の算出を行う。このために、画像信号Ａを再び走査順序で入力するとともに、該入力する画像信号Ａの位置に対応する発光手段の発光量Ｃを、メモリ蓄積した駆動信号から求めて用意する。画素単位の透過率Ｂを求めるには、Ａ＝Ｂ×Ｃが成り立つと仮定するならば、既にＡとＣが求まっているのでＢ＝Ａ／Ｃで算出することが出来る。あるいは、ガンマ特性などの諸要因があり、上記関係式が成り立たない場合にはＡとＢとＣの組み合わせの関係をあらかじめ測定しておき、対応表にまとめることで、ＡとＣからＢを求めるように構成できる。また、これらの信号の組み合わせ特性が関数近似できる場合には、対応表を利用せずに、関数近似を利用する計算手順により、信号Ｂを算出することができる。さらに、対応表の大きさを削減するための工夫を取り入れることができることは言うまでも無い。

上記のように全体の手順は、
(1)発光手段の駆動信号の組み合わせの算出。
(2)画像信号を表示出力するための発光手段の駆動信号の算出。
(3)画像信号を表示出力するため透過率の算出。
の３段階に整理できて、(1) は事前準備であり、実時間の信号処理が(2)と(3)であり、画面内の画像信号を(2)と(3)で２回スキャンすることでバックライトと液晶パネルの駆動信号の算出を実現できる。すなわち、最初のスキャンで各発光手段の駆動信号を算出して、２回目で各画素の透過率を算出する。入力する画像信号は最初のスキャンにおいては全て保持しなければならないが、２回目のスキャンの信号処理後において不要となる。したがって、画像信号の入出力が同じ走査順序である場合には、画像信号の１面のメモリを用意して、画像信号の入力段階で１回目のスキャン動作してからメモリ書き込みを行い、画像信号の出力段階においてメモリ読出しをして２回目のスキャン動作をすることで、上記手順を実行できる。

また、発光手段の駆動信号をメモリ蓄積を行うが、画素領域ごとに一つの駆動信号であるために、データ量は画像信号に比べて小さくて良い。

上記手順と手段は、カラー画像の表示出力においても同様に適用できることは言うまでも無くて、発光手段の各色信号ごとに駆動信号を算出して、その結果に基づいて画素ごとの透過率を算出することができる。

こうして本発明は、画像信号を表示するために必要な発光手段の駆動信号を、最小エネルギーと簡易高速な処理手順の観点から、算出することができる効果がある。

（２）駆動信号の算出
図１６は、バックライトを構成する発光手段の面積方向（２次元）の分割領域と、該発光手段による発光分布を示しており、隣接する発光手段間で発光分布が重なり合う２次元のリーク特性を示している。それぞれの発光手段の分割領域は、液晶パネルの複数の画素領域に対応しており、発光手段の発光量と各画素の透過率の組み合わせで表示出力が得られる。画素の配列で作られる２次元画像は、スキャン順序にしたがった１次元の画素並びを複数組み合わせとして扱うことが出来る。バックライトを構成する発光手段の配置による分割領域の形状として(1)ストライプ(2)正方ブロック(3) ランダムブロック、などがあり、さらに２次元のリーク特性を考慮しなければならない。

２次元特性を考慮する場合も、駆動信号の算出手順は、前記した１次元の場合と同様であり、まず準備段階として、ある画素位置ｘにおける、これらのバックライトの発光手段駆動信号の算出手順を、エネルギー最小の条件を考慮して用意する。

次に画像信号の入力に従い、次の２パス手順を実行する。
(1)入力画像信号Ａの位置と大きさに対応する複数の発光手段の駆動信号の算出手順を画面全体に渡り行うことで、画面全体として必要とする発光手段の駆動信号を算出する。
(2)入力画像信号Ａの位置における発光量ＣからＡ＝Ｂ×Ｃを満たすような画素の透過率Ｂを算出する手順を画面全体に渡り行う。

上記手順を実行するには、入力する画像信号を蓄積するメモリと、手順(1) で算出する駆動信号を蓄積するメモリを用意しておく。手順(2) で算出する透過率、すなわち液晶用パネルの駆動信号は、１画面分のデータが揃うまでメモリ蓄積して待機することもできるが、算出順序に従って順次に出力することもできる。

こうして算出した発光手段の発光量および画素の透過率は、それぞれ言い換えれば正規化係数と正規化信号のことであり、両者を同時に利用するために、フレーム単位に整形して出力することで、表示部において表示出力を行うことができる。

上記の手順は、例えばバックライトがＲＧＢ（赤青緑）で構成されている場合にも同様に適用できる。入力する画像信号がＲＧＢの３種類に増えていたとしても、個々の色の画像信号について発光手段の駆動信号と画素の透過率を設定していくことで実現できる。さらに、バックライトがＲＧＢＷのように３色より多い色数であっても、同じ手順を利用できる。

回路構成
図１７（ａ）に、１画面を順次走査する入力画像信号５２０の画素単位に、該画素の表示出力を得るために必要な各画素ブロックの発光量から、正規化係数を算出する回路構成を示す。ここで画素ブロックとは、バックライトを構成する発光手段の分割領域に対応する液晶パネルの画素の集まりであり、したがって画素ブロックは発光手段の配置と形状に依存するものであり、製品仕様作成時あるいは工場出荷時には確定する。

また、正規化係数と正規化信号は、実際の駆動信号に換算するならば、正規化係数がバックライトを構成する発光手段の駆動信号であり、正規化信号は液晶パネルの画素の透過率とする。

全体の動作をタイミング回路５０１が発生するクロックにより制御するが、図中ではアドレス発生回路５０２へのクロック供給を示している。

アドレス発生回路５０２は、入力画像信号５２０と同期しながら、画面と画素の位置関係をアドレス信号として生成し、フレームメモリ５０３，画素ブロックテーブル５０４に供給する。入力回路５１０は入力画像信号５２０を取り込み、信号処理のため掛け算回路５１１、およびフレームメモリ５０３へ出力する。画素ブロックテーブル５０４は、入力画素が属する画素ブロックの識別番号と、入力画素が属する画素ブロックおよび隣接する画素ブロックの発光分布が該画素位置において寄与する比率を、あらかじめ蓄積しておく。画素ブロックテーブル５０４を読み出すためのアドレス信号は、上記のようにアドレス発生回路５０２から供給を受けるほか、該アドレスにおける入力画像信号の大きさをアドレス信号として利用することが出来る。

掛け算回路５１１は、入力画像信号５２０と、画素ブロックテーブル５０４から読み出す該画素位置における各画素ブロックの発光分布の寄与比率とを、各画素ブロックごとに掛け合わせることで、該入力画像信号５２０に相当する出力を得るために必要な各ブロックの制御信号を得る。この各ブロックの制御信号は、以降の手順において入力画像信号
５２０を正規化するために利用することから、正規化係数と呼ぶことにする。比較回路
５１２は、前記掛け算回路５１１の出力である正規化係数と、正規化係数メモリ５０５にあらかじめ記憶されている正規化係数と比較をして、より大きな値を選択するように動作する。そして選択された正規化係数を、再び、正規化係数メモリ５０５に書き込む。この動作を１画面に渡り行うことで、画素ブロックごとの正規化係数が正規化係数メモリ505に用意できる。

バックライトを構成する発光手段は、機種ごとに異なる発光分布を持つことが予想される。各種の機種に柔軟に対応するために、画素ブロックテーブル５０４に、あらかじめ測定した発光分布特性に基づいて、発光分布の寄与比率を蓄積する構成を示している。該テーブル内容が、各画素ブロックに共通であるならば、テーブル内容を共有して利用することが出来る。また、発光分布が何らかの関数近似が出来る場合には関数発生装置に置き換えることで、テーブル容量を削減する効果を実現できる。

次に図１７（ｂ）を用いて、正規化係数メモリ５０５と、フレームメモリ５０３に蓄積した信号を用いて、各画素の正規化信号を算出する回路構成を示す。

全体の動作をタイミング回路５０１が発生するクロックにより制御するが、図中ではアドレス発生回路５０２へのクロック供給を示している。

アドレス発生回路５０２は、画面と画素の位置関係をアドレス信号として生成し、フレームメモリ５０３，画素ブロックテーブル５０４に供給する。入力回路５１０は入力画像信号５２０を取り込み、信号処理のため掛け算回路５１１、およびフレームメモリ５０３へ出力する。画素ブロックテーブル５０４は、入力画素が属する画素ブロックの識別番号と、入力画素が属する画素ブロックおよび隣接する画素ブロックの発光分布が該画素位置において寄与する比率を、あらかじめ蓄積しておく。

画素ブロックテーブル５０４を読み出すためのアドレス信号は、上記のようにアドレス発生回路５０２から供給を受けるほか、該アドレスにおける入力画像信号の大きさをアドレス信号として利用することが出来る。そして、画素ブロックテーブル５０４から読み出す該画素位置における各画素ブロックの発光分布の寄与比率と、正規化信号メモリ５０５から読み出す各画素ブロックの発光量を、掛け算回路５１３を用いて掛け合わせ、さらに加算回路５１４で合計することで、該画素位置における発光量すなわち正規化係数を算出する。そして、該正規化係数を用いて、フレームメモリ５０３に蓄積しておいた入力画像信号を割り算することで、正規化信号を算出する。この正規化信号は、該画素位置における発光量を制御するための透過率に相当する値である。これらの信号の関係を整理するならば、入力画像信号をＡ、該画素位置における正規化信号をＢ、該画素位置における正規化係数をＣとして、Ａ＝Ｆ（Ｂ，Ｃ）となる。ここでＢは表示パネルの画素単位の透過率を制御する信号であり、Ｃは発光手段による該画素位置における発光量であり、ＦはＢとＣの組み合わせ特性であり例えば掛け算Ａ＝Ｂ×Ｃを表す。

さらに必要に応じてガンマ特性を設定する回路手段を組み合わせることができる。

（３）ノイズ除去
画像信号には、本来の目的からは外れたノイズが混入することがある。ノイズを除去するために、隣接画素間の相関性の低い画素の除去，信号振幅の上端あるいは下端の画素の除去，発生頻度の少ない色の画素の除去，周波数成分によるフィルタリング、等の方法を利用できる。そして、僅かな頻度で発生する無意味なノイズの影響を除去して、全体としての画像表示出力における画質向上の実現を図るものである。

（ａ）画素間の相関性
ノイズ発生が偶発的な要因であるならば、該ノイズの信号値を持つ画素は孤立して分布することになる。本来の信号が、画像のなかの構造的な特徴を示すとするならば、画素の分布において相違が見られることになる。このような場合には、隣接画素間で信号レベルが大きく変化する孤立画素を除いて、信号の最大値と最小値の測定を行い、正規化を行うことで、ノイズの影響を軽減することが出来る。ここでノイズ除去の判定条件として定数Ｅを利用する。

（ｂ）ヒストグラム
信号値と出現頻度を関係付けるヒストグラムにおいて、信号の最大値あるいは最小値にある画素は、本来の信号とは異なる要因により信号振幅が振れている可能性がある。したがって、ヒストグラムの上端および下端近くに位置する画素を取り除き、信号の最大値と最小値の測定を行い、正規化を行うことで、ノイズの影響を軽減することが出来る。ここでノイズ除去の判定条件として定数Ｅを利用する。

（ｃ）色度図
色度図は、色の分布を示すための表示方法であり、色信号を組み合わせた特性を示す。さらに色度と輝度を組み合わせた色立体を示すことが出来る。色信号は、色度分布あるいは色立体の内部座標に位置する。一方、色信号が色度分布あるいは色立体の外部あるいは周辺部に位置する場合、つまり彩度が高い画素，輝度が高い画素，輝度が低い画素、などは、ノイズの影響が予想される。そこで、色度図あるいは色立体の周辺画素を除いて、信号の最大値と最小値の測定を行い、正規化を行うことで、ノイズの影響を軽減することが出来る。ここでノイズ除去の判定条件として定数Ｅを利用する。

（ｄ）周波数特性
一般にノイズは、時間軸方向の信号振幅において孤立した特性を持つことから、高い周波数成分を持つ。あるいは、何らかの周波数分布を持つノイズが重畳する場合がある。ノイズが、周波数特性で特徴づけが出来る場合には、該特徴の周波数成分を除去することでノイズを削除することが出来る。例えばＪＰＥＧあるいはＭＰＥＧのような画像圧縮技術は、ＤＣＴ（離散コサイン変換）と呼ばれる周波数成分への変換手順を利用していることから、該ＤＣＴ変換結果を利用して、ノイズ除去を実行することも出来る。

例えば上記（ｂ）のヒストグラムの利用は、画像データ全体の信号特性を表す指標として利用できることから、最大値と最小値と言うパラメータに変換することなく、そのまま画像信号の付加情報として、画像信号と一緒に伝送，蓄積することもできる。このような目的のために、ヒストグラムの測定手段の構成例を図１８に示す。

リセット信号で区切られる画像データ（Ｉｎ）の系列から、最大最小値を算出する。入力画像データＩｎと比較判定値Ｐを比較判別するための比較器４１０と、該比較結果によりカウントアップするカウンタ４２０を複数セット用意して、画素の入力タイミングと同期してカウンタのカウントアップを繰り返し、画面あるいはライン等の測定の単位に同期してリセットを行うことで、測定単位ごとのヒストグラムを得ることができる。ここで、信号値ごとにカウンタを用意するのは回路規模的に複雑になる場合には、前記の比較器
４１０の比較値Ｐを調整することで、例えば信号値が８ごと、あるいは１６ごと、のように範囲設定を行うことで、カウンタの個数を削減できる。こうして測定されたヒストグラムは、最大最小値のような特徴量へ変換するには、カウンタ４２０のカウント値が０以上であるか否かを０判定回路４３０で判定する。上図に記載した４個のカウンタ値の該判定結果の０と１は４ビットパタンで表されて、最大最小判定回路４４０に予め用意した該４ビットパタン判定表を用いることで最大最小値を算出することができる。ここで０判定回路４３０において、０よりも大きな値を判定用に設定するならば、例えばノイズ等の要因で発生する低いカウント値を除去することができる。

あるいは一時情報としてそのまま伝送，蓄積をして利用することができる。例えば画像データをフレームメモリ４３０に一時記憶しておき、測定結果として得られたヒストグラムあるいは最大最小値のような特徴量と、該測定対象とした画像データを、多重化回路
４４０にて予め定めたデータフォーマットに変換して出力する。

また測定手段として、アドレス線とデータ線を持つメモリを用意して、信号値をメモリアドレスとして利用することで、メモリデータを読出し、読み出した内容に１を加算し、加算結果を同じメモリアドレスの書き戻し、画面あるいはライン等の測定の単位に同期してメモリクリアを行うことで、測定単位ごとのヒストグラムを得ることができる。ここで、メモリデータの読出しと、修正と、書き込みの動作は、メモリのリードモディファイドライトと呼ばれる動作モードを利用することで、高速に動作させることができる。

上記手段で測定したヒストグラムの利用方法としては、前記したように最大最小値のような特徴量へ変換するほかに、信号値と出現頻度をパタンとして見なすことができる。

上記手段で測定する信号は、ＲＧＢ３色を対象にするほかに、ＹＵＶのような輝度と色差信号を対照にすることも出来る。色度を表すｘｙ（スモールｘｙ）、あるいはＬａｂ、などに変換することで、色分布に関するヒストグラムを測定することもできる。いずれの場合も、上記の測定手段に、色信号の変換手段を付加することで実現できる。

（４）ＬＥＤバックライト
液晶ディスプレイの複数の構成要素としてバックライトと液晶素子に着目して、正規化係数を用いてバックライトを制御して、正規化信号を用いて液晶素子の透過率を制御する装置構成を示す。特に、バックライトとして、ＲＧＢ３色を独立に表示するＬＥＤ（発光ダイオード）を用いる場合の構成と効果を示す。

ここで説明する液晶ディスプレイ装置は、前記の正規化係数と正規化信号を入力する信号インタフェースを備える。物理的なインタフェース仕様は、いわゆるＤＶＩ（デジタルビデオ インタフェース）と呼ばれる汎用方式を利用する。これに限定するものではないが、インタフェース手段を構成するＬＳＩ，ケーブルなどを新規に開発しないでコスト的なメリットを実現する場合の構成例としてＤＶＩを採用する。ＤＶＩの信号伝送のタイミングは既存ディスプレイ向けに決まっており、当然ながら本発明を実現する上での正規化係数と正規化信号は定義されていない。本発明は、このような従来型のインタフェースと互換性を維持しながら、上位となる機能を実現する。なお本発明を実現するうえで、従来装置との互換性維持は必須ではなく、独自インタフェースを採用することもできる。

図１９に示す液晶ディスプレイ装置は、何らかの信号処理機能を備える外部装置と接続することを想定しており、液晶ディスプレイ装置の内部における信号処理は不要であるものとする。

垂直帰線期間および水平帰線期間は、本来はＣＲＴの動作原理に基づいて定義されているタイミングであり、液晶ディスプレイには無用であるが、インタフェース仕様の互換性維持のために存在する。したがって、表示装置として本発明の液晶ディスプレイ装置に限定するならば、これらの期間を任意に利用することができる。そこで、本発明では、垂直帰線期間を利用して、画面単位の正規化係数を伝送して、垂直帰線期間に引き続く有効帰線期間において、同一画面の画素単位の正規化信号を伝送する。受信側となる液晶ディスプレイには、正規化係数，正規化信号，同期信号を抽出するインターフェース回路５１０を備える。そして、正規化係数を一時的に記憶するレジスタ５２０を用意して、該レジスタに蓄積した正規化係数は、バックライトであるＲＧＢ（赤青緑）のＬＥＤ（発光ダイオード）の駆動回路５３０の入力信号として、バックライト５４０を駆動する。また引き続いて入力する正規化信号は、液晶パネルに配置されている液晶素子の駆動回路５５０の入力信号として、液晶パネル５６０を駆動する。液晶素子は、駆動されてから実際に応答するまでの遅延特性があることから、前記ＬＥＤ駆動回路の駆動タイミングは、液晶素子の遅延特性を考慮しながら設定できるように構成する。ＤＶＩ信号から再生した画面表示の開始と終了および画素クロック等の同期信号から、上記手段の動作手順をタイミング発生回路５７０にて指示する。なお、仮に液晶ディスプレイ側にフレームメモリ，表示出力のためのクロック発生回路があるならば、上記手段の動作タイミングは液晶ディスプレイの内部で任意に設定することができる。

バックライトを構成するＬＥＤは比較的に発光スペクトル分布が狭く、従来型のＣＲＴ表示と比較するならば、表示色の彩度が高くなる傾向にある。さらにＬＥＤの種類によって発光スペクトル分布が微妙に異なる。このような発光スペクトル分布に依存する色再現の違いを信号処理で補正することが要求される場合においては、この補正処理の結果についての正規化係数と正規化信号が必要になる。ここでは、正規化係数と正規化信号を入力する装置構成を説明しているから、補正処理を外部装置で行い、その結果を入力することになる。外部装置で補正処理を行うためには、ディスプレイに依存する補正のための情報を、補正処理を行う外部装置へ伝えなくてはならない。例えば上記したＬＥＤのスペクトル分布が補正のための情報に相当する。この補正情報は、操作者の手動により設定することもできるが、信号線を用いたネゴシエーションで実現することができる。このネゴシエーションは、機器の電源ＯＮ時、あるいは新しい機器構成が行われた時など、正規化係数と正規化信号の伝送に先立って行う。

（５）信号処理回路の構成例
各画素ブロックの発光手段が、他の画素ブロックに影響を与えない場合には、正規化係数と正規化信号の算出は画素ブロック内の信号特性から算出することが出来る。

図２０に、画像データを入力し、最大最小値に基づく正規化処理を行い、処理結果を多重化したビットストリームに変換して出力する装置構成を示す。

入力する画像データを、最小値検出回路３３０と最大値検出回路３４０を用いて、画素の信号値を順次に比較しながら最大値と最小値を検出する。ここで、検出回路を画面同期信号でリセットするならば画面単位の最大最小値を検出することができるほか、画面内のブロックあるいはラインごとにリセットすることで、最大最小値の単位を設定することが出来る。画像データはフレームメモリ３２０を用いて蓄積および読出しを行うことで、メモリ容量の制約の範囲内で遅延時間を任意に設定することが出来る。こうして検出した最大最小値を、検出対象とした画面の画像データの信号処理に利用することができる。

最大値Ｍａｘ，最小値Ｍｉｎと、正規化処理の結果として得られるＡ＝Ｂ×Ｃ＋ＤとなるＢ，Ｃ，Ｄを算出する。このため、最小値検出回路の出力ＭｉｎをＤとして、ゲイン算出回路３５０はＢ＝（Ｍａｘ−Ｄ）／２５５、オフセット除去回路３６０で（Ａ−Ｄ）を算出し、正規化処理回路３７０を用いてＣ＝（Ａ−Ｄ）／Ｂを算出する。そしてＢ，Ｃ，Ｄを、あらかじめ定めたデータフォーマットにしたがって、単一のビットストリームとして多重化することで、シリアル伝送路を用いて出力する。

ここで機器組込みの回路であるならば、上記の多重化回路およびシリアル伝送路を用いることなく、Ｂ，Ｃ，Ｄの各信号線の同期をとるためのクロックあるいは同期信号に基づいて信号線を直接利用することもできるが、複数種類の信号を高速に伝送する場合には信号間のズレが発生しやすくなる問題があり、シリアル伝送にすることで解決できるメリットがある。

画像データの信号特性の測定結果を用いた信号処理を行うためには、入力した画像信号を一時的にメモリ蓄積して、信号処理の順番に従ってメモリ読み出しを行う手順が必要である。信号特性の測定を画面単位で行う場合には、メモリ蓄積とメモリ読み出しは画面単位で動作させて、画像信号入力と信号処理結果の出力を画面単位で同期して動作することができる。入力する画像信号はライン順次であるとして、信号処理結果の正規化信号の出力もライン順次あるとするならば、該メモリの書き込みと読み出しは、１画面分の遅延を持ちながら、同じ画素の順番で動作させることができる。あるいは同じメモリアドレスを兼用することができて、例えばリード・モディファイド・ライトと呼ばれるメモリ動作を利用するならば、順番に従って発生したメモリアドレスを用いて、メモリから画素信号を読み出して正規化処理のために利用して、該メモリアドレスに新たに入力した画素信号を書き込み、これらメモリ読み出しと書き込みを同一のメモリアドレスを用いた一連の動作として完了させることができる。このようなリード・モディファイド・ライトは、メモリ読み出しとメモリ書き込みを別々の動作として実現する場合に比べて高速な動作として実現できる効果がある。

ここで画面を横８縦６のブロック分割数Ｎ＝４８とするならば、画面の縦方向６分の１を入力するごとに、横方向に並ぶ８分割のブロックの最大値が検出完了することになり、該横方向の８ブロックについては正規化処理を開始できることになる。メモリに蓄積して待機させておく画像信号は、該縦方向６分の１の容量で良いことになる。

横８縦６のブロック分割して測定した各ブロックの最大値を用いて、異なるブロック分割数Ｎに対応する測定結果に変換することが出来る。例えば横１縦６のブロック分割の最大値測定結果に変換するには、横方向に並ぶ８個のブロックの最大値測定結果を用いて、再び最大値測定することで実現できる。あるいは画面全体の最大値測定結果に変換するには、横８縦６の４８個のブロックの最大値を用いて、再び最大値測定することで、全てのブロックに共通の最大値、すなわち画面全体の最大値を測定することが出来る。

このような性質を利用して、回路構成としては最大分割数に相当するブロックを設定して信号特性の測定を行い、実際に利用するブロック分割数Ｎに応じて測定結果を変換することで、ブロック分割数Ｎの設定値ごとに測定回路を用意する必要がなくなる。これを実現するには、ブロック分割数Ｎを設定する手段を用意する。このＮ設定手段は、縦横の画素数，画面の分割数、あるいは予め用意したブロック形状の選択、などのブロック形状を設定するための情報として設定することができる。

入力する画像信号は、上記メモリアクセスと同時に、信号特性の検出を実行することが出来る。信号処理特性としてブロックごとの最大値検出の場合には、画素の属するブロックを、前記メモリアクセス用のアドレスを用いて判定することができる。画面単位にライン順次に入力する画像信号に同期してカウンタをアップすることで、カウント値によって画素位置を特定できる。カウンタは、画面全体で一個とすることもできるが、縦横方向の位置を特定する２個で構成することも出来る。いずれの場合にも、入力する画素のカウント値を、ブロック分割位置に相当するカウント値と比較することで、該画素が属するブロックを特定することが出来る。該当するブロックについて最大値検出を行い、正規化係数として利用することが出来る。画素の信号が８ビット幅であれば、最大値は０から２５５までの値となる。

検出したブロックごとの正規化係数に基づく正規化処理は、該当するブロック内の画素の信号を正規化係数で割り算を行うことである。ブロック内の最大値をとる画素は、正規化処理により１.０となり、それ以外の画素の信号は１.０より小さな小数となる。ここで、適宜な係数を掛けて整数の２値信号に変換することもできて、例えば２５５を掛けることで８ビット幅の２値信号として利用できる。

このような正規化処理により、入力した画素の８ビット信号を、ブロックごとの正規化係数の８ビット信号と、画素ごとの正規化信号の８ビット信号に変換することになる。

信号処理結果は、上記の各信号をパラレル出力するように回路構成を作ることも出来る。

あるいは適宜なフォーマットに基づくシリアルのビットストリームとして出力することもできる。

あるいはパラレルからシリアルに信号変換する回路を外部に用意して利用することも出来る。例えば、パラレルからシリアル変換回路と、ＬＶＤＳとして知られるシリアル伝送インタフェース回路を、両者組み合わせて利用することができる。

（６）正規化信号を用いた信号処理
平面方向，時間方向の補間処理をすることで、正規化信号の信号特性を改善することができる。

図２１を用いて、ＲＧＢ各８ビットの入力信号を、画面単位の正規化係数と正規化信号に変換して、該正規化信号の階調特性を改善するための補間処理を行い、次段へ伝送する信号処理回路の構成を説明する。

色信号Ｃ（ＲＧＢのいずれかをＣとする）を入力して遅延回路３０１に蓄積する。画面単位の信号処理を行う場合には、遅延回路３０１は少なくとも１面分の容量を持つ。また回路動作に余裕を持たせるために、入力信号を一時的に蓄積する複数ラインメモリを備えることができる。

該入力信号と遅延回路内に蓄積済みの該当位置の信号を参照することで、時間軸方向および平面方向に隣接する複数の画素の信号を参照して、例えば微分回路３０２を用いて信号特性を抽出して、該抽出した信号特性を判定回路３０３を用いて判定して、該判定結果に基づく選択回路３０４を用いて画質向上のための信号処理を選択することができる。例えば一般に隣接する画素の信号は高い相関性を持つことが知られており、この性質を利用することで、輪郭の滑らかさを向上させる輪郭平滑化処理回路３１０，階調数を増加するような信号補正を行う振幅平滑化回路３１１、あるいはエッジ強調に相当する振幅強調処理回路３１２を、入力信号の信号特性に応じて選択利用することが出来る。選択回路304の出力は、補正済みの正規化係数と正規化信号として出力することができる。

階調数を増加する補正処理の方法として、注目画素および注目画素に隣接する複数画素の信号にフィッティングする関数を利用して、信号値を算出することができる。この結果、注目画素のサンプリング時に欠落した微小信号を、フィッティング関数から推定できるので、滑らかな信号変化を再生することが出来る。フィッティング関数として簡易なものとして、隣接画素を含む平均化あるいはローパスフィルタと呼ばれる演算を利用できる。例えば、注目画素を中心とする３×３画素領域を参照して、各画素位置に対応する重み係数を掛けて加算し、画素数で割り算を行う。参照を予定する画素のなかの信号分布に基づいて、適応的に重み係数あるいはフィッティング関数を切り替えることが出来る。ここで参照する隣接画素は画面内のみならず時間軸方向の隣接画素であってよく、つまり平面と時間の３次元空間における信号再生の手法を利用することが出来る。

このようにして、本発明は正規化表現した画像信号を対象にした信号処理を行うことが出来て、例えば階調数に関わる画質向上を実現することができる。表示部においては、正規化係数と正規化信号の組み合わせで表示出力を行うことから、正規化信号の階調数を増加させることは、入力した画像信号が有する階調数よりも多くの階調数を表示できる効果を実現できる。

装置構成
本発明の特徴である、正規化表現による正規化係数と正規化信号の２種の信号を用いた画像信号の伝送，表示出力を組み込んだ装置構成は、例えばテレビジョン，パソコン，ゲーム機，コンピュータグラフィックス装置、等の製品形態に適用することができる。ここで、着目したいのは、表示出力の画質を高めるメリットと合わせて、画像信号の生成および信号処理段階における画質向上のメリットを実現できることである。例えば、画素あたりの階調数は、一般に８から１２ビット程度で表現できる階調数を利用しているが、本発明によれば正規化係数と正規化信号の２種の信号の組み合わせで階調数を表現することで、画像信号の生成および信号処理を行うことで画質向上の効果を実現できることになる。放送においては、このような画質向上を実現するための画像信号の生成および信号処理を、放送局において実現して受像機側に伝送することで、受像機側で必要な信号処理を大幅に増加することなく、表示出力の画質を大幅に高めることができる。

以下に具体的な装置構成における本発明の適用の効果を説明する。

（１）テレビジョンへの適用
図２２は、放送局からの放送信号として正規化係数と正規化信号の２種類の組み合わせを伝送する装置形態を示している。ここで、放送を、一つの送信者から不特定の受信者への１対Ｎデータ伝送と定義する。放送型においては、伝送路は電波，銅線，光ファイバー等を利用してシリアル伝送することが有効である。これは、遠隔地への信号伝送においては、伝送手段による遅延が発生することがあり、複数の信号線を用いるパラレル伝では信号到達のばらつき（スキュー）を対策することが複雑になりやすいためである。ところで従来はＣＲＴが唯一の表示デバイスであったことから、ＣＲＴ表示を前提としてあらかじめ加工した画像データを伝送していた。しかし、様々な原理の表示デバイスが開発されてきたことから上記の前提は崩れかけている。また、受信側において画質向上をするための信号処理を行う場合がある。このように、受像機の装置構成，利用目的、等が多様化するに伴い、放送型で伝送するデータには汎用性が求められる。そこで、正規化表現する単位、すなわちバックライトを構成する発光手段による分割領域を、比較的に小面積に設定することで、受信側で正規化の単位を再構成しやすいようにすることで、受信機側の装置構成への柔軟な対応を実現することができる。本発明は、伝送する画像信号を、正規化表現のフォーマットとして、放送あるいは通信路を経由してシリアル伝送することを特徴とする。そして、従来の１種類の信号を用いた場合に比べて、高い画質を受像機側で表示出力できるメリットを実現する。

また相互通信が可能な場合には、送信側と受信側の機器能力の交渉手順を用意することができて、交渉結果に基づいて伝送する画像信号の作成方法を設定することができる。

同図（Ａ）は、放送局から放送信号として正規化係数と正規化信号の組み合わせで伝送して、受像機側では該２種の信号を、２種類の駆動信号に変換して本発明で述べたディスプレイを用いて表示出力を行う装置構成を示している。

同図（Ｂ）は、放送局から放送信号として正規化係数と正規化信号の組み合わせで伝送して、受像機側では該２種の信号から、従来型の１種の画像信号に変換した後に、駆動信号に変換して、従来型のディスプレイを用いて表示出力を行う装置構成を示している。本発明では、このように従来型のディスプレイで表示出力するための信号変換手段を用意することで、受像機の種類に依存することなく、画像信号を放送することができる。そして、本発明で述べた新規なディスプレイにおいては高い画質を実現して、従来型のディスプレイでは従来程度の画質を実現できる。このように、従来型ディスプレイのためには信号変換手段を用意して互換性を維持しながら、新規な放送信号への移行を容易に実現できることになる。

同図（Ｃ）は、半導体メモリ，ＤＶＤ（デジタル バーサタイル ディスク），ＨＤ
（ハードディスク）等の蓄積手段に、受信した画像信号をいったん録画蓄積する場合の装置構成を示している。画像信号の録画蓄積においても、利用する信号形式を正規化表現することで、画質の向上を実現できる。

（２）ＰＣ装置構成への適用
図２３を用いて、
画像データの生成と表示を行うパソコンの装置構成において、本発明の画像データ表現の利用方法と効果について説明する。一般にパソコンと呼ぶ筐体にはＣＰＵ，メインメモリ，グラフィックスボード等が組み込まれる。グラフィックスボードには、描画処理をグラフィックスプロセッサ，グラフィックスメモリ，表示出力回路、を備える。そしてパソコン本体に備わるＣＰＵ，メインメモリと、グラフィックスボードの組み合わせによる動作を行う。この動作を規定するプログラムは、これらの信号処理装置の能力を発揮するように構成され、高速な描画を行う。グラフィックスプロセッサは、生成、あるいは外部装置から取り込んだ画像データをグラフィックスメモリに描きこみ、適切なタイミングで外部にある表示装置に対して出力を行う。ここで既存のグラフィックスプロセッサは、画像データを、各色８ビットのＲＧＢ色信号として出力する。グラフィックスメモリに描かれる画面サイズは表示デバイスの表示画素数と一致するように設定される。そして、表示デバイスの動作に同期するように、ＲＧＢ信号を順次に走査出力していく。

表示装置は、表示デバイスと、該表示デバイスを駆動する回路が組み込まれる。表示デバイスは、例えばＲＧＢの３色の表示素子の組み合わせで１画素を形成し、該画素を平面方向に多数配置することで画面を形成し、該画面を時間的に繰り返し書き換えることで表示出力を行う。

本発明は、画像データＡを、Ａ＝Ｂ×Ｃ＋ＤもしくはＡ＝Ｂ×Ｃの形式で生成することを特徴とする。該データ形式の生成方法は任意であるが、例えばプログラムに記述された手順に従いＣＰＵ、あるいはグラフィックスボードのグラフィックスプロセッサによる演算結果として得ることができる。

本発明は、画像データＡを、Ａ＝Ｂ×Ｃ＋Ｄの形式で伝送することを特徴とする。新規なデータであるＣとＤを伝送するために、信号線あるいはデータフォーマットあるいは伝送タイミングを用意するために、本発明は以下のいずれかの手段を利用することができる。
１）画面内の特定画素の信号を、置き換える。
２）データフォーマット、あるいは信号線に未定義ビットがある場合には、利用する。
３）伝送タイミングに無為な時間がある場合には、利用する。
装置構成として、パソコンによるテレビ受信と信号処理を行い上記のＢとＣのデータを出力して、表示部においてはＢとＣを入力してＢとＣ駆動手段を介してＢによる画素の透過率制御とＣによるバックライト制御を行う。

パソコン内部の動作として、テレビ受信はテレビチューナ等の専用回路を利用して、受信後のデータは画素単位のビットマップデータとして取り扱うことで、他の画像入力あるいは生成により得られる画像信号と区別無く扱えるようになる。１画面の画像データは、画面の縦軸と横軸を座標とした画素データによる配列データとして扱う。色信号の種別はＲＧＢ，ＹＵＶ等の任意として、例えばＹＵＶであるならばＹＵＶ間でサンプリングレートを異なるように設定することも良いとする。画像データを対象にする信号測定は容易であり、例えば最大最小，平均，ヒストグラム，色度分布、などを測定結果として得ることが出来る。これにより、テレビ受信画面の各フレームについて、画像データの信号特性の測定結果を得ることが出来て、そして測定結果に基づく信号処理をプログラム制御により行い、例えば最大最小値による正規化処理の結果として正規化係数と正規化信号を算出する。測定結果のデータと測定対象とする画像データは、該プログラムからアクセスするメモリ上に配置する。このメモリは、いわゆるパソコンのメインメモリ、あるいはプロセッサＬＳＩ内部メモリ、あるいはいわゆるグラフィックスボード上のメモリであって良い。データの流れは、テレビ受信回路により受信された画像データをメモリに書き込み、プログラム制御するプロセッサによりメモリから読み取る画像データの信号測定を行い、またプログラム制御するプロセッサによりメモリから読み取る画像データの信号処理を行い、信号処理の結果を再びメモリに書き込み、そして外部出力のタイミングに基づいてメモリから画像データを読み出して出力する。

このように本発明は、外部出力する画像データを正規化係数と正規化信号の組み合わせとすることが特徴である。このための画像信号は、パソコン内部で生成する以外に、上記のようにＴＶチューナーから入力するテレビジョン信号であってよい。このために、１画面の画像信号を正規化信号と正規化係数で構成して、外部出力する。例えば、入力する画像信号をＲＧＢ各色８ビット，各画素２４ビットであるならば、該画像信号のデータ構造を維持したまま、正規化信号と正規化係数で置き換えることが出来る。すなわち、従来のＲＧＢ画像信号を出力する出力手段と伝送ケーブルを利用して、新たに本発明の正規化信号と正規化係数を外部出力することができる。

こうして、いわゆるグラフィックスボードを経由して、信号インタフェースの物理的，電気的な特性は従来と同じくしながら、本発明の特徴である正規化係数と正規化信号に分離した画像データの出力を実現できる。

該画像信号を入力する表示デバイス側も同じく、信号インタフェースの物理的，電気的な特性は従来と同じくしながら、本発明の特徴である正規化係数と正規化信号を入力して、表示出力に利用することができる。

本発明は、画像信号の設定をネゴシエーションする手段を備えることを特徴とすることができる。ここでネゴシエーションを行う機器をパソコンと表示デバイスとする。定常の動作においては、パソコンから表示デバイスへの一方向の伝送が行われる。この定常動作を開始するに先立って、伝送形式に関するネゴシエーションを行う手段を用意する。そして前記した信号Ｂ，Ｃ，Ｄの伝送形式を両者間で確実に設定した後にデータ伝送を行うことで、定常動作に移行することができる。ネゴシエーションを行う手段として、例えば
ＵＳＢ（ユニバーサル シリアル バス）は、機器接続用の汎用インタフェースとして知られているが、上記のパソコンと表示装置のネゴシエーションのために両者間を配線して利用することが出来る。あるいは操作者が介在して両機器の特性に基づく手動の設定を行うこともネゴシエーションの一種である。

（３）ＰＣソフト構成への適用
画像データの生成と表示を行うパソコンの装置構成において、本発明の画像データ表現の利用方法と効果について説明する。パソコンで信号処理の対象とする画像信号には、外部から入力するテレビ受信画像信号と、自ら生成する画像信号がある。前者は一般のテレビ受像器と同じ特性の画像信号である。一方後者は、ゲーム画面等のように、OpenGL，
DirectX などの画像生成ソフトウェアにより生成するものである。いずれの場合も、画像信号をメモリ蓄積することができ、プログラムによる信号処理の対象とすることが出来る。

図２４は、正規化処理の手順の一例である。

１）まず最初に信号処理のためのパラメータを初期設定する。外部から入力、および外部へ出力する画像信号の形式として、例えば画面サイズ等を設定する。また正規化処理で用いる画素ブロック形状として、例えば画素数Ｎを設定する。

２）次に、メモリ蓄積した画像信号を対象に正規化処理を行う。具体的には、(1) 画面メモリからＮ画素読み出し、(2)最大値検出、(3)正規化処理（正規化係数の設定，正規化信号の算出）、(4) メモリ書き込み、といった手順を実行する。これらの手順はプログラムで記述しておき、ＣＰＵ（パソコンのプロセッサ）あるいはＧＤＰ（グラフィック・ディスプレイ・プロセッサ）を用いて実行する。

３）上記２）で算出した正規化係数と正規化信号を対象にした補正処理を行う。補正の内容は、ブロック境界をリークするバックライト光量，外部光源による反射光，バックライトの温度依存の輝度変動などがある。これらの変動量は、何らかのセンサで検出した値を用いて補正することが出来る。

４）１画面に含まれる画素ブロック単位の信号処理が終了したか否かを判定しながら、順次に実行を進めていく。ここでは１画面単位の終了判定を行っているが、あるいは１画面より小さな画素領域、あるいは複数の画面を、終了判定に用いても良い。

５）正規化処理、および補正処理が完了したならば、正規化係数と正規化信号および他の付加信号を、あらかじめ定めておいたフォーマットに基づいて整形して出力を行う。例えば出力手段として、一般のグラフィックスボードを経由する場合には、設定できるのは画面データであることから、該画面データのフォーマットを利用して、正規化係数と正規化信号および他の付加信号を書き込んで出力することができる。

６）手順の終了判定を行う。

（４）画像信号生成装置への適用（浮動小数点表現と正規化表現）
ここでは、いままでの本発明の説明で利用してきた正規化係数と正規化信号の２種の信号を用いた正規化表現を、浮動小数点表現による画像信号で置き換えられることを示して、そのメリットを述べる。一般にコンピュータグラフィックス等の技術分野において、信号生成の手順において浮動小数点表現の数値を利用することで、演算途中の有効階調数の欠落を防止する場合がある。本発明は、このように浮動小数点で表された信号を入力して表示装置を駆動することで、表示のダイナミックレンジと有効な階調数を増加することができる。

浮動小数点の数値表現をＡ＝Ｂ×１０＾Ｃとするならば、ここで仮数部のＣは１０進の桁位置を表し、小数部のＢは有効数字を示すがＣの設定に依存して信号範囲は変化する。Ｃの設定は、必ずしも１０のべき乗で無くて良く任意の数値で置き換えることもできる。一方、正規化表現は、信号振幅の最大値で「１０＾Ｃ」を置き換える表現方法であり、信号振幅の最大値を検出する手順が必要になるものの、有効数字Ｂを０から１までの全ての範囲で利用できるようになる。ここで、浮動小数点表現の仮数部を、正規化表現の正規化係数と同値に設定するならば、両者の表現方法は同じになる。すなわち、画像信号の浮動小数点表現と正規化表現は、容易に相互に信号変換することができる。

上記の浮動小数点表現を行う仮数部と小数部の２種類の信号と、正規化処理により得られる正規化係数と正規化信号の２種類の信号は、データ形式が類似していることから、画像信号の浮動小数点表現と正規化表現は、データ伝送，蓄積等において、同様に扱うことができる。

また画像信号の浮動小数点表現と正規化表現は、表示装置の駆動においても同様に扱うことが出来る。これは、本発明の表示装置を構成するＬＣＤパネルとバックライトの駆動信号は、正規化信号を用いてＬＣＤパネルを駆動して、正規化係数を用いてバックライトを駆動して、両者の雲合わせとして表示出力が得られることは既に説明した通りである。同様にして、浮動小数点表現の小数部を用いてＬＣＤパネルを駆動して、浮動小数点表現の仮数部を用いてバックライトを駆動して、両者の雲合わせとして表示出力を得ることができる。そして、固定ビット形式で画像信号を入力する場合に比べて、表示のダイナミックレンジと有効な階調数を増加することが出来るメリットがある。

なお、画像信号の送信側において、浮動小数点表現から正規化表現の変換を行い、正規化表現の信号を伝達することができて、この場合の装置構成は既に説明した通りである。これらの信号表現形式を設定するために、送信側と受信側で交渉手順を用意することで、両者の機器能力に合わせて、高い画質の表示結果を得るように、装置構成することが出来る。

伝送する画像信号に何らかのデータ圧縮の信号処理を行うことが出来ることは言うまでも無いが、本発明においては、正規化表現における正規化係数と正規化信号の２種類の信号を別々に、あるいは混在させて一括に、圧縮処理をすることができる。

図２５に、浮動小数点の数値表現形式の信号を利用する、表示装置の構成例を示す。

信号生成回路２５０は、画素ごとの画像信号を浮動小数点の数値表現形式で生成する。信号送信回路２５１は、浮動小数点の画像信号をフレーム単位のフォーマットに整形して、出力する。信号受信回路２５２は浮動小数点の画像信号を受信して、信号分離回路253を用いて小数部と仮数部の２種類の信号に分離する。ＬＣＤパネル駆動回路２５４は、前記の小数部の信号を用いて、ＬＣＤパネル２５５の駆動信号を生成する。バックライト駆動回路２５６は、前記の仮数部の信号を用いてバックライト２５７の駆動信号を生成する。そして両者の駆動信号を用いてＬＣＤパネルとバックライトを駆動することで表示出力を得る。このように本発明は、画像信号の浮動小数点の数値表現形式を利用することで、表示のダイナミックレンジと有効な階調数を増加するものである。ここで、浮動小数点の数値表現形式において、画素ごとに小数部と仮数部で構成できるのは当然であるが、あるいは、一般に画像信号は近接する画素において信号相関性が高い性質があることから複数画素について仮数部を共通に利用することができる。仮数部を共通化することで、必要なデータ量を削減できるメリットがある。ここで仮数部を共通化する複数画素の領域は任意であるが、バックライトを構成する発光手段の分割領域に基づいて設定することが出来る。

また上記した浮動小数点の画像信号を入力して、適宜の分割領域を単位として、該領域内の信号振幅値を用いて正規化処理を行い、正規化係数と正規化信号に変換することで、ＬＣＤパネルとバックライトの駆動信号として利用することができる。ここで分割領域は、バックライトを構成する発光手段の配置構成に依存して設定することができて、バックライトが全面に渡り均一な発光分布である場合には画面を単一の領域とすることができ、あるいは、複数のブロックに分割することができる。分割領域を単位として、仮数部あるいは正規化係数の設定を行うことで、データ量を削減することが出来る。

なお画像信号の信号処理において、画像信号に掛けられているガンマ特性を考慮することができて、例えば２画素の平均値を求める手順において、入力信号がガンマ変換されている場合には、あらかじめガンマの逆変換を行ってから平均を算出して、再度ガンマ変換を行うことで出力信号を得ることができる。

ところで、コンピュータグラフィックスのデータ生成技術として、画像信号を浮動小数点表現する技術があり、例えばパソコンのグラフィックスボードを構成するＧＰＵ（グラフィックス プロセッシング ユニット）の内部の演算処理においては画像信号を浮動小数点表現することが行われているが、既存型のディスプレイに出力するために固定ビット数表現に変換後に信号出力する。前記装置構成をパソコンに当てはめれば、パソコンのプロセッサおよびグラフィックスボードが信号生成回路２５０，グラフィックスボードの出力部が信号受信回路２５１、そして、本発明の表示装置が、信号分離回路２５３と、LCDパネル駆動回路２５４と、ＬＣＤパネル２５５と、バックライト駆動回路２５６と、バックライト２５７で構成することができる。ここで、パソコンのプロセッサおよびグラフィックスボードを、例えばゲーム機の信号生成回路等に置き換えることが容易であり、同じく本発明のメリットを実現することができる。

本発明は、上記の浮動小数点表現の画像データを直接に、あるいは正規化表現に変換後に出力して、表示装置側では該信号を入力して、ＬＣＤパネルとバックライトの駆動信号に利用することができる。これにより、従来の固定ビット数表現に比べて、広いダイナミックレンジで表示を実現することが出来る。

画像信号の出力は、前記の図２を用いて説明した信号フォーマットを利用できる。この場合には、従来型の信号伝送手段を利用して、本発明の新たな信号フォーマットの信号伝送を実現することが出来る。したがって、従来型の信号伝送方式から、本発明の信号伝送方式への移行を、互換性を維持しながら実現することが可能となる。

また、本発明は浮動小数点表現した画像信号を対象にした信号処理により、ノイズ除去，階調変換，ガンマ変換、などの信号処理を行うことで、従来の固定ビット型の画像信号による信号処理において発生していたビット精度の課題を発生することなく、高い画質を実現することが出来る。

本発明の液晶表示装置の全体図。 本発明におけるフレームの概念図。 正規化処理に関する図。 正規化の単位に関する図。 本発明の全体構成図。 発光の分布図（１）。 発光の分布図（２）。 分布特性の測定図。 発光の関数近似の概念図。 画像信号の構成図。 ＬＶＤＳの構成図。 画素順序の構成図。 フォーマットの概念図。 タイミングの概念図。 補正処理図（１）。 補正処理図（２）。 回路図。 ノイズ除去の構成図。 ＬＥＤバックライトの構成図。 正規化処理回路の構成図。 階調の概念図。 放送，蓄積の構成図。 ＰＣセットの構成図。 ＰＣソフトの構成図。 浮動小数の概念図。

符号の説明

１…制御部、２…表示部、３…正規化処理回路、４…信号成型回路、５…信号分離回路、６…ＬＣＤ駆動回路、７…ＬＥＤ駆動回路、１０…画像信号、１１…正規化信号、１２…正規化係数、１３…同期信号、１４…表示出力、１５…シリアル信号、１６…ＬＣＤ駆動信号、１７…ＬＥＤ駆動信号、１８…センサ信号、２０…液晶パネル、２１…バックライト、３０…液晶パネルの画素、３１…バックライトの発光手段、１０１…フレームメモリ、１０２…信号測定回路、１０３…正規化係数設定回路、１０４…ノイズ除去回路、
１０５…正規化回路、１０６…多重化回路、１０７…分離化回路、１１０…表示パネル、１１１…バックライト、１１２…縦軸ドライバ、１１３…横軸ドライバ、１１４…バックライトドライバ、１２０，１２１，１２２…信号線。

Claims (7)

1. 一対の基板に挟まれた液晶層を有する液晶表示パネルと、
   発光手段を含むバックライトと、
   フレームの画像信号に基づいて、前記液晶層を制御するための制御信号である正規化信号と、前記発光手段を制御するための制御信号である正規化係数とを生成する正規化処理回路と、
   前記正規化係数が前記フレーム単位の画素構成の表示領域に設定され前記正規化信号がフレーム単位の画素構成の帰線期間に設定されるシリアル信号、または前記正規化係数と前記正規化信号とがフレーム単位の画素構成の表示領域に設定されたシリアル信号を生成する信号成型回路と、
   前記信号成型回路が生成したシリアル信号から前記正規化信号と前記正規化係数とを分離する信号分離回路と、
   前記分離された正規化信号が変換されたＬＣＤ駆動信号を用いて前記液晶表示パネルを駆動するＬＣＤ駆動回路と、
   前記分離された正規化係数に基づいて前記発光手段を駆動するバックライト駆動回路と、
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記信号成型回路は、前記正規化係数が前記フレーム単位の画素構成の表示領域に設定され前記正規化信号がフレーム単位の画素構成の前記表示領域に先立つ帰線期間に設定されるシリアル信号、または前記正規化係数と前記正規化信号とが順にフレーム単位の画素構成の表示領域に設定されたシリアル信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライトにおける、輝度，発光スペクトル，発光色度，発光分布，画面分割数，画面分割形状，変動特性のいずれか又は複数の特性を記憶する手段をさらに有し、
   前記正規化処理回路は、前記記憶された特性と前記画像信号とに基づいて前記正規化信号と前記正規化係数とを生成する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記液晶層にはそれぞれ光の透過率を制御可能な複数の画素が配置され、
   前記バックライトはそれぞれ発光手段により輝度が制御される複数の分割領域を含み、
   前記液晶層の前記各画素の透過率と前記発光手段の前記各分割領域の輝度との組合せで表示出力を行い、
   所定の条件下における前記表示出力の発光分布特性を検出する手段をさらに備え、
   前記正規化処理回路は、前記検出された発光分布特性と前記画像信号とに基づいて前記正規化信号と前記正規化係数とを生成する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
5. 前記発光分布特性は、前記液晶層の各画素の駆動信号と前記発光手段の各分割領域の駆動信号との組合せごとに検出される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 一対の基板に挟まれた液晶層を有する液晶表示パネルと、発光手段を含むバックライトと、を含む液晶表示装置を制御する制御部であって、
   フレームの画像信号に基づいて、前記液晶層を制御するための制御信号である正規化信号と、前記発光手段を制御するための制御信号である正規化係数とを生成する正規化処理回路と、
   前記正規化係数と前記正規化信号とがフレーム単位の画素構成の表示領域に設定されたシリアル信号を送信する信号成型回路と、
   を備えることを特徴とする制御部。
7. 前記信号成型回路は、前記正規化係数と前記正規化信号とが順にフレーム単位の画素構成の表示領域に設定されたシリアル信号を送信する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の制御部。
   

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