JP5132081B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタ装置やＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）プロジェクタ装置等の表示装置に関する。

表示装置では入力された映像信号の画素データをフレームバッファに保存し、フレームレートの変換や表示装置の解像度に合わせた解像度変換を行っている。そのため、高解像度出力が可能なＰＣやハイビジョン信号を出力するＡＶ機器と接続した場合は、画素データが多いためフレームバッファの容量も大きくなくてはならない。しかしながら、フレームバッファの容量を大きくすることはコストがかかるため、高解像度入力信号に対しては、フレームバッファに画素データを書き込む前に解像度変換により縮小したり、または、減色したりする手法が採られている。特に減色手段としては、単純なビットシフトから、ディザを用いた手法や、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いた手法（特許文献１）が存在する。

例えば、従来のビットシフトを用いた表示装置では、高解像度の映像信号が入力された場合、表示部（液晶パネル等）の階調性を犠牲にすることによってフレームバッファにて保持されるデータ量を抑えていた。特に、投射型表示装置では、複雑なディザ処理やＬＵＴ手法では回路が複雑となるため、上記のビットシフトによる減色処理が広く使われている。
特開平９−１６８１６５号公報

しかしながら、従来のビットシフトを用いた表示装置では、表示部の最大表示階調幅を使えなくなるため、例えば入力信号として全白のパターンが入力された場合、明るさが数％落ちることとなる。
本発明は、上述の従来例における問題点を解消することを課題とする。
すなわち、ビットシフトによる減色処理及び復元処理を行う表示装置において、高解像度の映像信号も明るさを落とすことなく表示することを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、
入力映像信号の画素データにビットシフトによる減色を施しフレームメモリに保存することが可能なフレームメモリ減色保存手段と、
前記フレームメモリ減色保存手段により保存された画素データをビットシフトにより減色前のデータ幅に復元する減色復元手段と、
前記減色復元手段のビットシフトにより狭まった表示階調幅を拡張するように減色復元特性を調整する階調再配置手段と、
前記入力映像信号の解像度を判定する解像度判定手段と、
前記解像度判定手段で判定された解像度に応じて、前記フレームメモリ減色保存手段と前記減色復元手段と前記階調再配置手段の有効又は無効を切り替える制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、ビットシフトによる減色を実施した場合に、ビットシフトによって狭まった表示階調幅を拡張する効果がある。

本発明の好ましい実施の形態に係る第１及び第２の投射型表示装置は、ＲＧＢ各色の中でビットシフト量が最も少ない色に着目している。第１の投射型表示装置においては、階調再配置手段が、その色の階調の線形性を維持しつつ表示階調幅を最大にするように、ゲインを各色等しく調整することを特徴としている。階調再配置手段おいて、ＲＧＢ各色の中でビットシフト量が最も少ない色の階調の線形性を維持しつつ表示階調幅を最大にするように、ゲインを各色等しく調整することで、階調線形性と色バランスを維持しながら表示階調幅を拡張する効果がある。

第２の投射型表示装置においては、階調再配置手段が、その色の減色した階調の（最大値−１）を復元した表示階調が表示階調幅の最大値より１乃至（シフトビット数×２−１）少なくなるように、ゲインを各色等しく調整することを特徴としている。
階調再配置手段おいて、上記の条件に従ってゲインを各色等しく調整することで、色バランスを維持しながら表示階調幅をより大きく拡張する効果がある。

本発明の好ましい実施の形態に係る第３の投射型表示装置は、階調再配置手段が、ＲＧＢ各色の階調の線形性を維持しつつ、表示階調幅をＲＧＢ各色がそれぞれ最大となるようにＲＧＢ各色のゲインを独立に調整することを特徴とする。
階調再配置手段において、ＲＧＢ各色の階調の線形性を維持しつつ表示階調幅をＲＧＢ各色がそれぞれ最大となるようにＲＧＢ各色のゲインを独立に調整することにより、階調線形性を維持しながら前記表示階調幅を最大にする効果がある。

本発明の好ましい実施の形態に係る第４の投射型表示装置は、階調再配置手段が、ＲＧＢ各色のバランスを維持しつつ、表示階調幅をＲＧＢ各色がそれぞれ最大となるようにＲＧＢ各色のガンマを独立に調整することを特徴とする。
階調再配置手段が、ＲＧＢ各色のバランスを維持しつつ、表示階調幅をＲＧＢ各色がそれぞれ最大となるようにＲＧＢ各色のゲインまたはガンマを独立に調整することで、色バランスをほとんど変化させずに表示階調幅を最大にする効果がある。

以下に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
［実施例１］
本発明に係る投射型表示装置の第１の実施例を説明する。
本実施例の構成を説明する。図１は投射型表示装置１００のブロック図である。図１において、制御部１は、メモリ（図省略）に格納された各種プログラムに従い、表示装置内の各部を制御する。Ｄ−Ｓｕｂ１５ピン端子２は、コンピュータ等のデジタルＲＧＢ信号用の入力端子である。コンポーネント端子３は、ＡＶ機器用の入力端子である。入力信号処理部４は、制御部１により選択された入力ルートの同期信号を分離し、同期信号情報に従ったサンプリング周波数及び解像度で映像データをＲＧＢ各色８ビット幅にＡＤ変換を行う。また、入力ルートがコンポーネント端子３の経路を選択している場合には、ＹＵＶ色空間からＲＧＢ色空間へと変換を行う。

書き込み処理部５は、入力信号処理部４からの入力信号の解像度が小さい場合にはそのままフレームバッファ６へと出力し、解像度が大きい場合にはビットシフト演算を行い各画素のデータ量を減らす。ここで、解像度の大小は制御部１でフレームバッファ６の容量を基に判断させる。フレームバッファ６では、映像信号の各画素データを順次フレーム毎に保存し、書き込みや読み出しのタイミングを操作することで、フレームレート変換や、後段の解像度変換部８との協調動作で台形補正や電子ズーム機能等を実現する。

読み出し処理部７は、解像度が大きく書き込み処理部５にて減色している場合には、ビットシフト演算を行い各画素のデータ量をＲＧＢ各色８ビット幅に戻す。解像度変換部８は、制御部１によって設定される出力解像度データに従った領域の画素データを読み出し、電子ズーム処理や、台形補正処理、及び、アスペクト比変換処理を実行する。画像処理部９は、オフセット、ゲイン、ガンマ等の画像処理を行う。表示部１０は、画像処理部９より入力される映像信号を表示する。表示部１０は、液晶パネルやＤＬＰ素子、その他の表示デバイスである。表示部１０に表示された映像は、不図示の投射光学系によって表示スクリーンに投射される。

続いて本実施例の説明の前に、図２を用いてビットシフト演算を機能させた場合の従来の映像信号の流れについて説明する。
端子２または３に入力された信号は、入力信号処理部４にて、ＲＧＢ各色８ビット幅の信号Ｓ１にＡＤ変換され、１画素当たりのデータ量は３バイトとなる。書き込み処理部５では、例えば、ＲとＢは３ビット、Ｇは２ビットシフトし、その結果、信号Ｓ２の１画素当たりのデータ量は２バイトとなる。フレームバッファ６では、データ量変換は行われないので、フレームバッファ６の出力信号Ｓ３として入力信号Ｓ２がそのまま出力され、信号Ｓ３の１画素当たりのデータ量は２バイトとなる。読み出し処理部７では、書き込み処理部５とは逆のビットシフトを行うために、ＲＧＢ各色が８ビット幅となるように０が付加されて、信号Ｓ４の１画素当たりのデータ量は３バイトとなる。

上記のようにして、高解像度の映像信号が入力された場合、階調性を犠牲にすることによってフレームバッファ６にて保持されるデータ量を２／３に抑えることが可能となる。表示装置では、複雑なディザ処理やＬＵＴ手法では回路が複雑となるため、上記のビットシフトによる減色処理が広く使われている。

次に本実施例の画像処理部９の特徴について説明する。本実施例の画像処理部９はＲＧＢ各色のオフセット及びゲイン機能を有している。オフセット及びゲイン機能はそれぞれ８ビットの操作範囲を有しており、出力レベルＰ_ｏｕｔは入力レベルＰ_ｉｎに対し、以下の式（１）で与えられる。

出力レベルを変化させない場合はＧａｉｎ、Ｏｆｆｓｅｔをそれぞれ１２８、０と設定する。

入力信号の解像度が検知された後の、減色及びその復元に関わる機能の制御フローについて、図４を用いて説明する。
まず、垂直解像度と水平解像度の積が所定量よりも大きいかどうかの判定を行う（ステップ４０１）。大きかった時には、減色及びその復元処理を有効にし、小さかった時には、減色及びその復元処理を無効にする。減色及びその復元処理を有効とする場合には、書き込み処理部５のビットシフト減色機能、読み出し処理部７のビットシフト減色復元機能、画像処理部９のゲインによる階調再配置機能をそれぞれオンする（ステップ４０２〜４０４）。
一方、減色及びその復元処理を無効とする場合には、上記の３機能をそれぞれオフする（ステップ４０５〜４０７）。画像処理部９のゲインによる階調再配置機能がオンの場合には、オフ時ののＧａｉｎの値に対し、本実施例においては２５５／２５２倍に制御する。

次に、図３を用いて解像度が大きく減色及びその復元処理を有効にさせた場合の映像信号の流れについて説明する。画像処理部９以外の動作は図２で説明した従来例と同様であるため省略する。画像処理部９では、もともとゲイン及びオフセット機能を作用させていないのであれば、式（１）で示されたＧａｉｎ、Ｏｆｆｓｅｔはそれぞれ１３０、０が設定される。ここで、Ｇａｉｎ設定値の１３０は式（１）において、入力レベルＰ_ｉｎを２５２、出力レベルＰ_ｏｕｔを２５５として算出される。これにより、入力信号が全白パターンで与えられた場合、図１の画像処理部９から出力される画素データＳ６はＲが２５１、Ｇが２５５、Ｂが２５１となり、表示階調幅の使用率が従来例に比べ、各色約１％向上される。

本実施例では、入力信号処理部４のＡＤ変換の幅、書き込み処理部５のビットシフト量、画像処理部９のゲイン機能の操作範囲をそれぞれ上記の通りに仮定してきたが、話を簡単にするためであり、それに限定されるものではない。

［実施例２］
本発明に係る投射型表示装置の第２の実施例を説明する。
実施例１では、階調の線形性を重視しゲイン機能を２５５／２５２倍としたが、本実施例では、表示階調幅の最大値が用いられていないＲとＢに関しても、表示階調幅をより拡張する設定例について説明する。すなわち、最もビットシフトの少ない色の階調をできるだけ潰さず、かつ、最大階調の階調連続性を大きく損なわないよう、Ｇの最大階調のみ本来の傾きの半分の傾きとなるような設定を行う。
そのためのＲとＢの減色復元のゲイン機能に求められる倍率は次式（２）で与えられる。

本構成では、ｍ、ｎは、それぞれ、８、２であることから、上式（２）は２５３／２４８と算出される。従って、式（１）よりＧａｉｎの値は１３１と定まる。これにより、入力信号が全白パターンで与えられた場合、図１の画像処理部９から出力される画素データＳ６はＲとＢが２５３となる。Ｇは、計算上は２６１となるが、表示階調幅の最大値２５５に限定される。したがって、本実施例では、表示階調幅の使用率が従来例に比べ、Ｇは約１％、ＲとＢは約２％向上される。

なお、本実施例では、Ｇの減色データの最大値（６３）とそれより１少ない値（６２）を復元した後の表示階調の変化幅（傾き）が実施例１の４から２へと半分の傾きとなるようにＧａｉｎを設定している。但し、本実施例の趣旨は、Ｇの減色データの最大値より１少ない値を復元した後の表示階調が最大値より１乃至（シフトビット数×２−１）少なくなるようにＧａｉｎを設定する場合のいずれをも含むものである。

［実施例３］
実施例１および２では、ＲＧＢのバランスを操作しないことを優先したが、ＲＧＢのバランスを操作した場合には、各色の表示階調幅を最大にすることも可能となる。すなわち、ＲＧＢ各色の階調の線形性を維持しつつ表示階調幅をＲＧＢ各色で最大にするように、ＲＧＢ各色の減色復元のゲインを独立に調整するとよい。
例えば、実施例１に対して、ＧのＧａｉｎは１３０のままで、ＲとＢの表示階調幅が最大となるように、ＲとＢのＧａｉｎを（２５５／２４８）＊１２８＝１３２とする。あるいは、実施例１に対して、ＧのＧａｉｎは１３０のままで、ＲとＢのＧａｉｎのみを実施例２のように１３１とする。後者の場合、ＲＧＢのバランスを操作しないでも前者より色バランスのずれを少なくすることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
例えば、上述の実施例においては、入力レベルＰ_ｉｎにかかわらず、Ｇａｉｎを一定にしているが、ＧａｉｎをＰ_ｉｎの関数としてもよい。例えば、ガンマに比例させるなどガンマに関連付けたＧａｉｎとしてもよい。
また、上述の実施例においては、本発明を主に投射型表示装置に適用した例について説明した。しかし、本発明は、液晶表示装置、プラズマ表示装置、ＳＣＥ表示装置等、投射型以外の表示装置にも適用可能である。

本発明の一実施例に係る投射型表示装置のブロック構成図である。 従来の投射型表示装置の減色処理データフローの一例を示す図である。 本発明の一実施例に係る減色処理データフロー図である。 本発明の一実施例に係る減色及びその復元機能の制御フロー図である。

符号の説明

１ 制御部
２ Ｄ−Ｓｕｂ１５ピン端子
３ コンポーネント端子
４ 入力信号処理部
５ 書き込み処理部
６ フレームバッファ
７ 読み出し処理部
８ 解像度変換部
９ 画像処理部
１０ 表示部
Ｓ１ 入力信号処理部４から出力される信号と１画素データのデータ構造
Ｓ２ 書き込み処理部５から出力される信号と１画素データのデータ構造
Ｓ３ フレームバッファ６から出力される信号と１画素データのデータ構造
Ｓ４ 読み出し処理部７から出力される信号と１画素データのデータ構造
Ｓ５ 解像度変換部８から出力される信号と１画素データのデータ構造
Ｓ６ 画像処理部９から出力される信号と１画素データのデータ構造

Claims (5)

1. 入力映像信号の画素データにビットシフトによる減色を施しフレームメモリに保存することが可能なフレームメモリ減色保存手段と、
   前記フレームメモリ減色保存手段により保存された画素データをビットシフトにより減色前のデータ幅に復元する減色復元手段と、
   前記減色復元手段のビットシフトにより狭まった表示階調幅を拡張するように減色復元特性を調整する階調再配置手段と、
   前記入力映像信号の解像度を判定する解像度判定手段と、
   前記解像度判定手段で判定された解像度に応じて、前記フレームメモリ減色保存手段と前記減色復元手段と前記階調再配置手段の有効又は無効を切り替える制御手段を有することを特徴とする表示装置。
2. 前記階調再配置手段は、ＲＧＢ各色の中でビットシフト量が最も少ない色の階調の線形性を維持しつつ前記表示階調幅を最大にするように、ＲＧＢ各色の減色復元のゲインを等しく調整することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記階調再配置手段は、ＲＧＢ各色の中でビットシフト量が最も少ない色の減色時の階調の（最大値−１）を復元した表示階調が前記表示階調幅の最大値より１乃至（シフトビット数×２−１）少なくなるように、ＲＧＢ各色の減色復元のゲインを等しく調整することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記階調再配置手段は、ＲＧＢ各色の階調の線形性を維持しつつ前記表示階調幅をＲＧＢ各色で最大にするように、ＲＧＢ各色の減色復元のゲインを独立に調整することを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 前記階調再配置手段は、ＲＧＢ各色のバランスを維持しつつ前記表示階調幅をＲＧＢ各色で最大にするように、ＲＧＢ各色の減色復元のガンマを独立に調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の表示装置。

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