JP6136030B2 - 映像表示制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ディスプレイに表示する映像のコントラスト及びバックライトの発光輝度を調整する映像表示制御装置に関する。
従来のディスプレイでは、表示映像のコントラスト又はバックライトの発光輝度については、ユーザがマニュアル操作で調整することが一般的であった。近年、高画質化及び低消費電力化を目的として、経時変化する入力映像信号に応じて、表示映像のコントラストとバックライトの発光輝度を動的に調整する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。当該手法によれば、表示映像のコントラストを高めながら低消費電力化を図ることができる。
日本国特開２００６−１４５８８６号公報
しかしながら、上記手法では、ディスプレイの最大輝度に基づき、表示映像のコントラストとバックライトの発光輝度の制御を行っているため、映像の一部に字幕又はテロップなどの白文字があるような実際の映像においては効果が低い場合があった。
本発明の目的は、映像信号の振幅がダイナミックレンジ幅と同等であっても、コントラストの向上と低消費電力化が可能な映像表示制御装置を提供することである。
上記目的を達成するために本発明の映像表示制御装置は、画面と前記画面に向けて発光するバックライトとを有したディスプレイへの映像の表示を制御する映像表示制御装置であって、当該映像表示制御装置に入力された映像信号の平均輝度及び輝度に関するヒストグラム度数を検出する特徴検出部と、前記特徴検出部が検出した値を用いて、前記入力された映像信号の輝度の階調を任意の複数の領域に分けて前記特徴検出部が検出した全体のヒストグラム度数に対する前記複数の領域の各領域が占めるヒストグラム度数の割合を示すガンマ特性の傾きを変化させて、前記入力された映像信号を補正するための制御データを生成する制御データ生成部と、前記制御データ生成部が生成した制御データに基づいて前記入力された映像信号を補正して、補正後の映像信号を前記ディスプレイに出力する映像信号処理部と、前記映像信号の平均輝度と前記補正後の映像信号の平均輝度との差分に基づいて前記バックライトの発光量を制御するバックライト制御部と、を備え、前記制御データ生成部は、前記複数の領域のうち前記輝度の階調が最も高い領域のガンマ特性の傾きを小さくして該小さくしたガンマ特性の傾きの量または割合に応じて、前記複数の領域のうち前記輝度の階調が高い領域を除く他の複数の領域のガンマ特性の傾きを前記他の複数の領域のそれぞれに対して重み付けした量または割合で大きくする制御データを生成し、前記バックライト制御部は、前記入力された映像信号の平均輝度に対する前記補正後の映像信号の平均輝度の増減に応じて、前記画面に表示される映像の平均輝度の増減を打ち消すように前記バックライトの発光輝度を制御するという構成を有する。
本発明の映像表示制御装置によれば、高階調領域のダイナミックレンジを低階調領域に割り当て、また、それに伴い発生する映像信号の平均輝度の増減に応じて、画面に表示される映像の平均輝度の増減を打ち消すようにバックライトの発光輝度を制御するため、映像信号の振幅がダイナミックレンジ幅と同等であっても、映像の見た目の明るさをほぼ一定に保ちながら、コントラストの向上と低消費電力化を実現することができる。
本発明の一実施形態に係る映像表示制御装置及びその周辺の構成を示すブロック図 ヒストグラムの一例を示す図 制御データ生成部１３１の動作を示すフローチャート 図２に示したヒストグラム度数に基づく映像信号の補正前後のガンマ特性の一例を示すグラフ 制御データ生成部１３１の図３に示した例よりも発展した動作を示すフローチャート 図４に示したヒストグラム度数に基づく補正後のガンマ特性の一例と、ステップＳ３０の処理を行った後のヒストグラム度数に基づく補正後のガンマ特性の一例とを示すグラフ 領域Ｄから他の領域に割り当てるダイナミックレンジの量（割合）の導出基準の一例を示すグラフ
図１は、本発明の一実施形態に係る映像表示制御装置及びその周辺の構成を示すブロック図である。図１に示すように、映像表示制御装置１の入力側にはＤＶＤプレイヤ等の映像源２が接続され、出力側にはディスプレイ１２が接続される。
ディスプレイ１２は、例えば液晶ディスプレイであり、画面１２１とバックライト１２２とを少なくとも備える。画面１２１には、映像表示制御装置１から送られた映像信号Ｖ１に従った映像が表示される。また、バックライト１２２は、画面１２１の背後に設けられ、映像表示のために光を画面１２１に向けて与える。なお、バックライト１２２の発光輝度は、映像表示制御装置１によって制御される。
映像表示制御装置１は、映像処理ＬＳＩ１１と、制御データ生成部１３１と、バックライト制御部１４とを備える。映像処理ＬＳＩ１１は、映像源２から出力された映像信号Ｖに対し所定の処理を行って、処理後の映像信号Ｖ１をディスプレイ１２に出力する。映像処理ＬＳＩ１１は、特徴検出部１１１と、映像信号処理部１１２とを有する。
特徴検出部１１１は、映像信号Ｖが表す映像の特徴量群Ｆを算出する。特徴検出部１１１は、算出した特徴量群Ｆを制御データ生成部１３１に出力する。特徴量群Ｆは、映像信号Ｖの平均輝度ＡＰＬ及びヒストグラム度数（Value of Histogram）を含む情報である。また、特徴検出部１１１は、映像信号Ｖを後段の映像信号処理部１１２に出力する。
平均輝度ＡＰＬは、映像信号Ｖが示す１フレームの各画素の輝度値の総和を当該フレームの全画素数で除した値である。また、ヒストグラム度数は、映像信号Ｖが示す１フレームの映像における輝度の階調分布を示すパラメータである。図２は、ヒストグラムの一例を示す図である。本実施形態では、図２に示すように、輝度レベルは０から２５５までの２５６階調（８ビット）で表わされる。特徴検出部１１１は、１フレームを構成する各画素の輝度レベルを示す２５６階調を領域Ａから領域Ｄの４領域に分け、各領域のヒストグラム度数を検出する。
以下の説明では、領域Ａ（階調０〜６３）のヒストグラム度数をＨＡ、領域Ｂ（階調６４〜１２７）のヒストグラム度数をＨＢ、領域Ｃ（階調１２８〜１９１）のヒストグラム度数をＨＣ、領域Ｄ（階調１９２〜２５５）のヒストグラム度数をＨＤと示す。
映像信号処理部１１２は、制御データ生成部１３１から送られた補正量群Ｃに基づいて映像信号Ｖを補正する。映像信号処理部１１２は、補正後の映像信号Ｖ１をディスプレイ１２に出力する。補正量群Ｃはガンマ特性を補正するパラメータであり、その詳細は後述する。
バックライト制御部１４は、制御データ生成部１３１から送られた輝度制御信号Ｌに基づいて、ディスプレイ１２を構成するバックライト１２２の発光輝度を制御する。
制御データ生成部１３１は、図示しないメモリに格納されているプログラムを実行することで、映像信号処理部１１２に送る補正量群Ｃ及びバックライト制御部１４に送る輝度制御信号Ｌを生成する。図３は、制御データ生成部１３１の動作を示すフローチャートである。以下、図３を参照して、制御データ生成部１３１の基本動作であるコントラスト向上処理について説明する。
図３に示すように、制御データ生成部１３１は、特徴検出部１１１から得られた特徴量群Ｆに含まれる映像信号Ｖのヒストグラム度数ＨＡ〜ＨＤの大きさに応じて、映像信号Ｖのガンマ特性を補正するための補正量群Ｃを生成する（ステップＳ３１）。補正量群Ｃには、補正後のガンマ特性を示す各領域Ａ〜Ｄの直線の傾き及び切片を示す情報が含まれる。なお、以下の説明では、補正されたガンマ特性を示す４直線を「折れ線ガンマ」と呼ぶ。
図４は、図２に示したヒストグラム度数に基づく映像信号の補正前後のガンマ特性を示すグラフである。図４に点線で示す１直線で表される処理前のガンマ特性を、領域Ａから領域Ｄのそれぞれのヒストグラム度数に応じて、ヒストグラム度数の大きい領域の傾きが大きく、ヒストグラム度数の小さい領域の傾きが小さくなるような４直線からなるガンマ特性（処理後のガンマ特性）になるように制御される。
補正量群Ｃに基づく映像信号Ｖのガンマ特性が補正されると、ヒストグラム度数が相対的に大きい領域のダイナミックレンジは拡大し、ヒストグラム度数が相対的に小さい領域のダイナミックレンジは縮小する。すなわち、補正後の傾きが補正前の傾きより大きいほどダイナミックレジは拡大し、補正後の傾きが補正前の傾きより小さいほどダイナミックレンジは縮小する。
なお、図２及び図４に示したように、０〜２５６階調を４つの領域Ａ〜Ｄに分けた場合、各領域における補正後のガンマ特性を示す直線の傾きは、以下の式によって算出される。特徴検出部１１１は、特徴量群Ｆに含まれる映像信号Ｖのヒストグラム度数ＨＡ〜ＨＤに基づいて、各領域の傾きの直線を算出する。
領域Ａの傾き＝ＨＡ／｛（ＨＡ＋ＨＢ＋ＨＣ＋ＨＤ）×６４｝
領域Ｂの傾き＝ＨＢ／｛（ＨＡ＋ＨＢ＋ＨＣ＋ＨＤ）×６４｝
領域Ｃの傾き＝ＨＣ／｛（ＨＡ＋ＨＢ＋ＨＣ＋ＨＤ）×６４｝
領域Ｄの傾き＝ＨＤ／｛（ＨＡ＋ＨＢ＋ＨＣ＋ＨＤ）×６４｝
次に、制御データ生成部１３１は、特徴量群Ｆに含まれるヒストグラム度数及び補正後のガンマ特性に基づいて、ガンマ特性が補正された映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ１を算出する（ステップＳ３２）。次に、制御データ生成部１３１は、下記式（１）から、映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ１と映像信号Ｖの平均輝度ＡＰＬの差分（シフト量Ｓ１）を算出する（ステップＳ３３）。
シフト量Ｓ１＝ＡＰＬ−ＡＰＬ１ …（１）
次に、制御データ生成部１３１は、ステップＳ３１で算出した折れ線ガンマの傾き及び切片を含む補正量群Ｃを映像信号処理部１１２に出力する（ステップＳ３４）。補正量群Ｃは映像信号処理部１１２にとってガンマ補正パラメータとして機能する。また、制御データ生成部１３１は、ステップＳ３３で算出したシフト量Ｓ１を示す輝度制御信号Ｌをバックライト制御部１４に出力する（ステップＳ３４）。
映像信号処理部１１２は、制御データ生成部１３１から得られた補正量群Ｃに基づいて映像信号Ｖを補正し、補正後の映像信号Ｖ１をディスプレイ１２に出力する。また、バックライト制御部１４は、制御データ生成部１３１から得られた輝度制御信号Ｌに基づいて、バックライト１２２の発光輝度を、その基準輝度値から輝度制御信号Ｌが表すシフト量Ｓ１だけ増減させる。
本実施形態では、シフト量Ｓ１が正値であれば映像信号Ｖの補正によって平均輝度が下がるため、バックライト制御部１４は、基準輝度値よりもシフト量Ｓ１だけ高い発光輝度となるようバックライト１２２を制御する。一方、映像信号処理部１１２の補正により平均輝度が増加する場合は、上記式（１）よりシフト量Ｓ１が負値となるため、バックライト制御部１４は、発光輝度が基準輝度値よりもシフト量Ｓ１だけ減少するようにバックライト１２２を制御する。
上記説明した例によれば、映像信号が示すフレームの各画素の輝度レベルを示す２５６階調を複数の領域に分けて、映像信号のガンマ特性を、ヒストグラム度数が相対的に大きい領域では傾きが大きく、ヒストグラム度数が相対的に小さい領域では傾きが小さくなるよう補正する。すなわち、画面に対して大きな面積を占める輝度レベルの部分に幅広いダイナミックレンジが割り当てられる。このため、映像の一部に字幕又はテロップなどの白文字があるため映像信号の振幅がダイナミックレンジ幅と同様な場合でも、白つぶれ等の弊害なく映像のコントラストを向上できる。
また、映像信号Ｖの平均輝度ＡＰＬとガンマ特性を補正した後の映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ１の差分に基づいて、ディスプレイ１２のバックライト１２２の発光輝度を増減する。すなわち、バックライト１２２の発光輝度は平均輝度に応じて制御されるため、ガンマ特性の補正を行って平均輝度が変化しても、画面１２１における映像の見た目の明るさをほぼ一定に保つことができる。
図５は、制御データ生成部１３１の図３に示した例よりも発展した動作を示すフローチャートである。以下、図５を参照して、制御データ生成部１３１によるコントラスト向上処理及び省電力処理について説明する。制御データ生成部１３１は、最も高い階調の領域に割り当てられているダイナミックレンジの一部を他の領域に割り当てる処理を行う（ステップＳ３０）。図２に示した例では、制御データ生成部１３１は、領域Ｄに割り当てられているダイナミックレンジ（領域Ｄの折れ線の傾き）の一部を領域Ａ〜領域Ｃに割り当てる処理を行う。
なお、最も高い階調の領域（領域Ｄ）から他の領域（領域Ａ〜領域Ｃ）に割り当てるダイナミックレンジの量は、一定量でも良いし、領域Ｄのダイナミックレンジの所定の割合に相当する量であっても良い。また、他の領域（領域Ａ〜領域Ｃ）の各々へ割り当てるダイナミックレンジの配分は、等分でも良いし、所定の重みを付けても良い。
図６は、図４に示したヒストグラム度数に基づく補正後のガンマ特性と、ステップＳ３０の処理を行った後のヒストグラム度数に基づく補正後のガンマ特性とを示すグラフである。図６に示した例では、領域Ｄのダイナミックレンジの４０％が他領域（領域Ａ〜領域Ｃ）に配分され、領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃには領域Ｄから配分されるダイナミックレンジの５０％、２５％、２５％がそれぞれ配分されている。
図６に示すように、領域Ｄのダイナミックレンジの一部を領域Ａ〜領域Ｃに割り当てることにより、領域Ａ〜領域Ｃの各ダイナミックレンジが増大する。すなわち、領域Ｄのヒストグラム度数は下がり、領域Ａ〜領域Ｃの各ヒストグラム度数は上がる。この状態で、制御データ生成部１３１は、図３を参照して説明したステップＳ３１の処理を行う。その結果、ステップＳ３１で生成された補正量群Ｃに基づき補正された映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ２は、映像信号Ｖの平均輝度ＡＰＬよりも高くなる。すなわち、領域Ｄのダイナミックレンジの一部が領域Ａ〜領域Ｃに割り当てられることによって、領域Ａ〜領域Ｃのダイナミックレンジが広がると、領域Ａ〜領域Ｃに属する各画素の輝度が全体的に少しずつ上がるため、補正された映像信号Ｖ１の平均輝度は高くなる。
次に、制御データ生成部１３１は、ステップＳ３０で変更したヒストグラム度数及び補正後のガンマ特性に基づいて、ガンマ特性が補正された映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ２を算出する（ステップＳ３２Ａ）。次に、制御データ生成部１３１は、下記式（２）から、映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ２と映像信号Ｖの平均輝度ＡＰＬの差分（シフト量Ｓ２）を算出する（ステップＳ３３Ａ）。
シフト量Ｓ２＝ＡＰＬ−ＡＰＬ２ …（２）
次に、制御データ生成部１３１は、ステップＳ３１で算出した折れ線ガンマの傾き及び切片を含む補正量群Ｃを映像信号処理部１１２に出力する（ステップＳ３４）。補正量群Ｃは映像信号処理部１１２にとってガンマ補正パラメータとして機能する。また、制御データ生成部１３１は、ステップＳ３３Ａで算出したシフト量Ｓ２を示す輝度制御信号Ｌをバックライト制御部１４に出力する（ステップＳ３４）。
図６に示すように、ダイナミックレンジの配分（ステップＳ３０の処理）を行った上での映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ２は、当該処理を行っていない映像信号Ｖ１の平均輝度ＡＰＬ１よりも高いため、シフト量Ｓ２は、上記説明したシフト量Ｓ１と比べて負方向に増大した値となる。バックライト制御部１４は、発光輝度が基準輝度値よりもシフト量Ｓ２だけ減少するようにバックライト１２２を制御する。このため、バックライト１２２の発光輝度は、ステップＳ３０を行わない場合と比較して、ＡＰＬ２とＡＰＬ１の差分の分だけ減少する。
以上のように、図５及び図６に示した例によれば、高階調領域（図２に示した例では領域Ｄ）のダイナミックレンジを低階調領域（図２に示した例では領域Ａ〜領域Ｃ）に割り当て、これに伴い発生する映像信号の平均輝度の増加分を打ち消すようにバックライト１２２の発光輝度を減少させる。その結果、画面１２１における映像の見た目の明るさをほぼ一定に保ちながら、バックライト１２２における消費電力を低減できる。
また、単に映像信号に線形のゲインをかける場合と異なり、折れ線ガンマによる非線形の特性によって映像信号にゲインをかけるため、白つぶれなどの画質面での弊害を抑えながら、低消費電力化を実現することができる。
このように、コントラスト向上処理と省電力処理を併せて実施することにより、全体的な画面の明るさをほぼ一定に保ちながら、低消費電力化とコントラストの向上を実現することができる。
なお、補正量群Ｃのガンマ補正パラメータやシフト量が映像のフレームごとに変化することによるぱたつきを防止するために、映像信号処理部１１２又はバックライト制御部１４は、ローパスフィルタを介したガンマ補正パラメータ又はシフト量に応じた処理又は制御を行っても良い。
また、上記説明では、階調が４つの領域に分けられるため折れ線ガンマは４直線であるが、領域の数は４つに限らず複数２つ以上であれば良い。すなわち、折れ線ガンマは、領域の数と同じ数の直線から構成される。
また、制御データ生成部１３１は、高階調領域から他の領域に割り当てるダイナミックレンジの量を、高階調領域のヒストグラム度数に応じて変更しても良い。高階調領域のダイナミックレンジの一部を他の領域に割り当てることによりバックライト１２２の発光輝度を減少させる制御がおこなわれると、低階調領域における見た目の明るさはほぼ一定に保たれるもの、白１００％付近のピーク輝度は下がってしまう。このため、明るい画素を多く含むシーンでは見た目の明るさが下がってしまう場合も起こり得る。しかし、明るい画素を多く含むシーンでは高階調領域から他の領域に割り当てるダイナミックレンジの量（割合）を減らすことによって、明るい画素を多く含むシーンでも見た目の明るさを一定に保つことができる。
ステップＳ３０において、制御データ生成部１３１は、領域Ｄのヒストグラム度数ＨＤが大きい場合は、領域Ｄから他の領域に割り当てるダイナミックレンジの量（割合）を減らし、ヒストグラム度数ＨＤが小さい場合は、領域Ｄから他の領域に割り当てるダイナミックレンジの量（割合）を増やす。
図７は、領域Ｄから他の領域に割り当てるダイナミックレンジの量（割合）の導出基準の一例を示すグラフである。図７に示すように、制御データ生成部１３１は、ヒストグラム度数ＨＤが第二の閾値Ｔｈ２より大きい場合は領域Ｄのダイナミックレンジの１０％を他の領域に割り当て、ヒストグラム度数ＨＤが第一の閾値Ｔｈ１より小さい場合は領域Ｄのダイナミックレンジの４０％を他の領域に割り当てる。また、ヒストグラム度数ＨＤが第一の閾値Ｔｈ１より大きく第二の閾値Ｔｈ２より小さい場合、制御データ生成部１３１は、１０％〜４０％の間で、ヒストグラム度数ＨＤが高いほど少ない割合で領域Ｄのダイナミックレンジを他の領域に割り当てる。但し、ヒストグラム度数ＨＤが第一の閾値Ｔｈ１より大きく第二の閾値Ｔｈ２より小さい場合、制御データ生成部１３１は、１０％〜４０％の間の固定した割合の領域Ｄのダイナミックレンジを他の領域に割り当てても良い。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、2010年8月26日出願の日本特許出願（特願2010−189003）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明に係る映像表示制御装置は、映像信号に応じた映像を表示する液晶ディスプレイの制御装置等に好適である。
１ 映像表示制御装置
１１ 映像処理ＬＳＩ
１１１ 特徴検出部
１１２ 映像信号処理部
１２ ディスプレイ
１２１ 画面
１２２ バックライト
１３１ 制御データ生成部
１４ バックライト制御部
２ 映像源

Claims (4)

  1. 画面と前記画面に向けて発光するバックライトとを有したディスプレイへの映像の表示を制御する映像表示制御装置であって、
    当該映像表示制御装置に入力された映像信号の平均輝度及び輝度に関するヒストグラム度数を検出する特徴検出部と、
    前記特徴検出部が検出した値を用いて、前記入力された映像信号の輝度の階調を任意の複数の領域に分けて前記特徴検出部が検出した全体のヒストグラム度数に対する前記複数の領域の各領域が占めるヒストグラム度数の割合を示すガンマ特性の傾きを変化させて、前記入力された映像信号を補正するための制御データを生成する制御データ生成部と、
    前記制御データ生成部が生成した制御データに基づいて前記入力された映像信号を補正して、補正後の映像信号を前記ディスプレイに出力する映像信号処理部と、
    前記映像信号の平均輝度と前記補正後の映像信号の平均輝度との差分に基づいて前記バックライトの発光量を制御するバックライト制御部と、を備え、
    前記制御データ生成部は、
    前記複数の領域のうち前記輝度の階調が最も高い領域のガンマ特性の傾きを小さくして該小さくしたガンマ特性の傾きの量または割合に応じて、前記複数の領域のうち前記輝度の階調が高い領域を除く他の複数の領域のガンマ特性の傾きを前記他の複数の領域のそれぞれに対して重み付けした量または割合で大きくする制御データを生成し、
    前記バックライト制御部は、前記入力された映像信号の平均輝度に対する前記補正後の映像信号の平均輝度の増減に応じて、前記画面に表示される映像の平均輝度の増減を打ち消すように前記バックライトの発光輝度を制御することを特徴とする映像表示制御装置。
  2. 前記制御データ生成部は、前記制御データの生成において、前記複数の領域のうち前記輝度の階調が最も高い領域のガンマ特性の傾きを小さくする際の量または割合を、前記複数の領域のうち前記輝度の階調が最も高い領域のヒストグラム度数に応じて決定することを特徴とする請求項１に記載の映像表示制御装置。
  3. 前記制御データ生成部は、
    前記小さくしたガンマ特性の傾きの量または割合を前記輝度の階調が最も高い領域のヒストグラム度数に応じて決定し、前記輝度の階調が最も高い領域のガンマ特性の傾きを小さくする際の変化量または変化の割合は、前記輝度の階調が最も高い領域のヒストグラム度数が第一の閾値よりも小さい場合に増加させ、前記輝度の階調が高い領域のヒストグラム度数が第二の閾値よりも大きい場合に減少させる制御データを生成することを特徴とする請求項２に記載の映像表示制御装置。
  4. 前記制御データ生成部は、前記輝度の階調が最も高い領域のヒストグラム度数が前記第一の閾値よりも大きく前記第二の閾値よりも小さい場合は、前記輝度の階調が最も高い領域のヒストグラム度数が高いほど、前記輝度の階調が最も高い領域のガンマ特性の傾きを小さくする際の変化の量または変化の割合を減らすことを特徴とする請求項３に記載の映像表示制御装置。
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