JP6536803B2 - 映像信号処理装置及び投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像信号処理装置及び投射型表示装置に関する。

映像信号の有効領域のアスペクト比は、ＮＴＳＣ方式の４：３、ハイビジョン方式の１６：９、映画で用いられている１．３７５：１等、種々存在する。例えば、アスペクト比４：３の映像信号に基づいてアスペクト比１６：９の映像信号を生成するとき、アスペクト比４：３の映像領域の左右に黒帯領域を付加してアスペクト比１６：９の映像信号とするのが一般的である。

このように、あるアスペクト比の映像信号に基づいて他のアスペクト比の映像信号を生成するとき、映像領域の上下または左右に黒帯領域を付加して、他のアスペクト比の映像信号を生成することがある。

特許第５０１０２６２号公報 特開２００４−２４６２４２号公報

ところで、投射型表示装置（いわゆるプロジェクタ）で映像信号に基づく映像をスクリーンに表示するときに、スクリーンに対して水平方向または垂直方向の斜めの方向から映像光を投射すると、スクリーンに表示される映像は台形に歪む。そこで、投射型表示装置は台形状の映像を矩形状に補正するキーストーン補正機能を搭載している。

近年、表示映像の高画質化の要求が高まっており、投射型表示装置においても、映像信号の情報量を増大させて表示映像を高画質化させる等の映像信号処理機能を搭載することがある。

キーストーン補正機能と映像信号処理機能を搭載する投射型表示装置に、黒帯領域が付加された映像信号が入力された場合には、投射型表示装置は、さらに、黒帯領域を検出する黒帯領域検出機能を搭載することが必要である。映像信号処理機能によって映像信号を処理するとき、黒帯領域検出機能が必要となる。

投射型表示装置が、黒帯領域検出機能と、キーストーン補正機能と、所定の映像信号処理機能とを搭載するとき、それぞれの機能を適切な順で実行させないと、一部の機能が適切に実行されなかったり、メモリの帯域幅や容量が増大して、装置のコストが不必要に増大したりすることがある。

本発明は、装置のコストを不必要に増大させることなく、黒帯領域検出機能とキーストーン補正機能と映像信号処理機能とのそれぞれを適切に実行させることができる映像信号処理装置及び投射型表示装置を提供することを目的とする。

本発明は、有効領域の一部が黒帯領域とされている入力映像信号の前記黒帯領域を検出して、前記黒帯領域を示す黒帯情報を生成する黒帯検出部と、前記入力映像信号がスクリーンに投射されているときの台形歪を補正するよう、前記入力映像信号に対してキーストーン補正処理を施して、キーストーン補正映像信号を生成するキーストーン補正処理部と、前記キーストーン補正処理部が前記入力映像信号をキーストーン補正処理したときのキーストーン補正パラメータに基づいて、前記黒帯情報を、前記キーストーン補正映像信号が有する補正黒帯領域を示す補正黒帯情報に補正する黒帯情報補正部と、前記キーストーン補正映像信号における前記黒帯領域以外の有効領域の補間画素を生成する際には、前記補正黒帯情報を用いて、前記黒帯領域の画素を参照しないように補間画素を生成し、前記キーストーン補正映像信号における前記黒帯領域の補間画素を生成する際には、前記補正黒帯情報を用いて、前記黒帯領域以外の有効領域の画素を参照しないように補間画素を生成する映像信号処理部とを備える映像信号処理装置を提供する。

本発明は、上記の映像信号処理装置と、前記映像信号処理部より出力された映像信号を前記スクリーンに投射する投射部とを備える投射型表示装置を提供する。

本発明の映像信号処理装置及び投射型表示装置によれば、装置のコストを不必要に増大させることなく、黒帯領域検出機能とキーストーン補正機能と映像信号処理機能とのそれぞれを適切に実行させることができる。

一実施形態を示すブロック図である。 黒帯領域を有する映像信号の一例を示す図である。 キーストーン補正された映像信号の一例を示す図である。 黒帯検出部が検出する黒帯領域の終了位置及び開始位置を示す図である。 キーストーン補正された黒帯領域を説明するための図である。 キーストーン補正映像信号における有効領域の補正角度を説明するための図である。 映像領域の上下及び左右に黒帯領域が付加された映像信号を示す図である。 図７に示す映像信号が水平方向にキーストーン補正された状態を示す図である。 図７に示す映像信号が水平方向及び垂直方向にキーストーン補正された状態を示す図である。

以下、一実施形態の映像信号処理装置及び投射型表示装置について、添付図面を参照して説明する。

図１において、入力端子１０には、有効領域の一部が黒帯領域とされた映像信号が入力される。入力端子１０に入力される映像信号を入力映像信号と称する。入力映像信号は、一例として、図２に示すように、アスペクト比４：３の映像領域Ｓ０の左右に黒帯領域ＳｂＬ，ＳｂＲを付加して、アスペクト比１６：９の映像Ｓ１とした映像信号である。

入力映像信号は、第１のアスペクト比の映像領域の左右に黒帯領域を付加して第２のアスペクト比の映像とした映像信号でも、第１のアスペクト比の映像領域の上下に黒帯領域を付加して第２のアスペクト比の映像とした映像信号でもよい。入力映像信号は、有効領域の一部が黒帯領域とされている映像信号である。

入力映像信号は、黒帯検出部２０と、キーストーン補正処理部３０とに入力される。キーストーン補正処理部３０には、スクリーン８０に投射されている映像信号の台形歪を補正するために、ユーザが図示していない操作部を操作することによって生成された補正指示信号が入力される。

映像信号処理装置が補正指示信号を自動的に生成するように構成されていてもよい。

黒帯検出部２０は、特許文献１に記載された黒帯領域検出回路等の任意の手法で黒帯領域の有無、映像のどの部分が黒帯領域であるかを検出して、黒帯領域を示す黒帯情報を生成する。黒帯情報は、黒帯情報補正部５０に入力される。

キーストーン補正処理部３０は、入力映像信号をメモリ４０に書き込み、キーストーン補正処理が施されるようにメモリ４０より映像信号を読み出すことによって、キーストーン補正映像信号を生成する。このとき、キーストーン補正処理部３０は、キーストーン補正処理のためのパラメータ（以下、キーストーン補正パラメータ）を生成する。

スクリーン８０に表示されている投射映像の台形歪が、垂直方向の上方が広く、下方が狭い状態の台形歪である場合、キーストーン補正処理部３０によって生成されるキーストーン補正映像信号は、図３に示す映像Ｓ１ｋのような信号となる。

図３に示すように、図２に示す映像領域Ｓ０は、垂直方向の上方が狭く、下方が広い台形状の映像領域Ｓ０ｋに変換される。左右の黒帯領域ＳｂＬ，ＳｂＲは、垂直方向の上方が広く、下方が狭い黒帯領域SbLk，SbRkに変換される。映像領域Ｓ０ｋのアスペクト比を映像領域Ｓ０のアスペクト比と一致させるために、上下に黒帯領域SbTk，SbBkが付加される。

キーストーン補正映像信号は、映像信号処理部６０に入力される。キーストーン補正パラメータは、黒帯情報補正部５０に入力される。

黒帯情報補正部５０は、キーストーン補正パラメータを用いて黒帯情報を補正し、補正黒帯情報を生成する。補正黒帯情報は、キーストーン補正映像信号が有する補正黒帯領域を示す。補正黒帯情報は、映像信号処理部６０に入力される。

映像信号処理部６０は、キーストーン補正映像信号に対して所定の映像信号処理を施す。映像信号処理部６０は、例えば、映像信号の情報量を増大させて表示映像を高画質化させる映像信号処理回路である。映像信号処理部６０は、図示していないメモリを用いることによって、キーストーン補正映像信号に映像信号処理を施す。

具体的には、映像信号処理部６０は、一例として、補間フレームを生成して隣接するフレーム間に内挿して、キーストーン補正映像信号のフレームレートを変換するフレームレート変換回路である。映像信号処理部６０は、他の例として、１フレーム内のライン数及び１ライン内の画素数を増加させて解像度を増大させるアップコンバート回路（解像度変換回路）である。

フレームレート変換回路は、例えば、フレーム周波数６０Ｈｚの映像信号をフレーム周波数１２０Ｈｚまたは２４０Ｈｚの映像信号に変換する。アップコンバート回路は、例えば、ＮＴＳＣ信号をハイビジョン信号にアップコンバートする。

映像信号処理部６０は、図３における映像領域Ｓ０ｋの画素信号を用いて補間フレームを生成したり、アップコンバートされた映像信号を生成したりすることが必要である。

映像信号処理部６０には、キーストーン補正映像信号と、キーストーン補正映像信号に応じて補正され、黒帯領域SbLk，SbRk，SbTk，SbBkの部分と映像Ｓ０ｋの部分とを正しく識別する補正黒帯情報とが入力される。

フレームレート変換回路における補間フレーム生成や、アップコンバート回路における補間画素生成において、有効領域の画素を生成する際に黒帯領域の画素を参照してしまうと、補間有効領域に黒帯が入り込むような補間画素が生成されてしまう。逆に、黒帯領域の画素を生成する際に有効領域の画素を参照してしまうと、補間黒帯領域に有効領域がはみ出すような補間画素が生成されてしまう。

映像信号処理部６０には、補正黒帯情報が入力されるから、有効領域の補間に黒帯領域と判別された領域の画素を用いることを回避し、黒帯領域と判別された領域の補間に有効領域の画素を用いることを回避することができる。

よって、映像信号処理部６０は、映像領域Ｓ０ｋの画素信号と、映像領域Ｓ０ｋの外側の画素信号それぞれを適切に用いて、画質劣化を防ぎつつ、高画質化のための映像信号処理を施すことができる。

投射部７０は、映像信号処理部６０より出力された映像信号に基づく映像光をスクリーン８０に投射する。投射部７０は、例えば、映像信号を書き込む液晶パネルと、液晶パネルに投射光を照射する光源と、液晶パネルを透過または反射した光をスクリーン８０に投射する投射光学系とを有する。

本実施形態の映像信号処理装置及び投射型表示装置によれば、黒帯検出部２０が、キーストーン補正処理を施す前の映像信号に基づいて黒帯領域を検出するので、黒帯領域が適切に検出される。

本実施形態の映像信号処理装置及び投射型表示装置によれば、映像信号処理部６０が入力映像信号に対して映像信号処理を施す前に、キーストーン補正処理部３０が入力映像信号に対してキーストーン補正処理を施しているので、装置のコストを不必要に増大させることがない。

よって、本実施形態の映像信号処理装置によれば、装置のコストを不必要に増大させることなく、黒帯領域検出機能とキーストーン補正機能と映像信号処理機能とのそれぞれを適切に実行させることが可能となる。

次に、黒帯情報補正部５０が黒帯情報を補正して補正黒帯情報を生成する具体的な方法の例を説明する。図３で説明したように、図２に示す映像Ｓ１をキーストーン補正すると上下に黒帯領域SbTk，SbBkが付加されるが、以下、簡略化のため、黒帯領域SbTk，SbBkを省略して説明することがある。

＜第１の例＞
図４に示すように、黒帯検出部２０は、映像Ｓ１の有効領域の左端部から黒帯領域ＳｂＬの終了位置までの画素数ＢＬと、映像Ｓ１の有効領域の左端部から黒帯領域ＳｂＲの開始位置までの画素数ＢＲを検出する。画素数ＢＬ，ＢＲを示す情報が黒帯情報である。映像Ｓ１の水平方向の有効画素数をHactとする。

図２に示す映像Ｓ１をキーストーン補正したときの図３における左右の黒帯領域SbLk，SbRkは、図５に示すように、黒帯領域ＳｂＬ，ＳｂＲがキーストーン補正された補正黒帯領域SbL1，SbR1と、これらの外側の領域で映像Ｓ１のアスペクト比を維持するために付加された付加黒帯領域SbL2，SbR2とよりなる。

図５では上下の黒帯領域SbTk，SbBkが省略されているが、図３と同様、映像Ｓ１がキーストーン補正された映像を映像Ｓ１ｋと称することとする。

キーストーン補正処理部３０は、黒帯情報補正部５０に対して、キーストーン補正パラメータとして、それぞれの垂直位置における補正黒帯領域SbL1の開始位置Ｌｎと、補正黒帯領域SbR1の終了位置Ｒｎとを供給する。

開始位置Ｌｎは水平有効領域開始位置を示す情報であり、終了位置Ｒｎは水平有効領域終了位置を示す情報である。開始位置Ｌｎは、映像Ｓ１ｋの有効領域の左端部から補正黒帯領域SbL1の開始位置までの画素数であり、終了位置Ｒｎは、映像Ｓ１ｋの有効領域の左端部から補正黒帯領域SbR1の開始位置までの画素数である。

黒帯情報補正部５０は、次の式（１），（２）に基づいて、補正黒帯領域SbL1の黒帯終了位置ＬＢｎと補正黒帯領域SbR1の黒帯開始位置ＲＢｎとを求める。

ＬＢｎ＝Ｌｎ＋｛（Ｒｎ−Ｌｎ）／Hact｝×ＢＬ …（１）
ＲＢｎ＝Ｒｎ−｛（Ｒｎ−Ｌｎ）／Hact｝×（Hact−ＢＲ） …（２）

黒帯情報補正部５０は、それぞれの垂直位置における黒帯終了位置ＬＢｎと黒帯開始位置ＲＢｎとを示す情報を補正黒帯情報として映像信号処理部６０に供給する。これによって、映像信号処理部６０は、キーストーン補正映像信号に対して適切に映像信号処理を施すことができる。

ここでは水平方向のキーストーン補正のみについて示したが、垂直方向のキーストーン補正が行われた場合も同様である。キーストーン補正処理部３０は、黒帯情報補正部５０に対して、キーストーン補正パラメータとして、それぞれの水平位置における垂直有効領域開始位置と垂直有効領域終了位置を示す情報を与えればよい。

黒帯情報補正部５０は、それぞれの水平位置における黒帯終了位置と黒帯開始位置とを示す情報を補正黒帯情報として映像信号処理部６０に供給すればよい。キーストーン補正は、水平方向と垂直方向とのいずれか一方のみであっても両方であってもよい。

＜第２の例＞
第２の例では、キーストーン補正処理部３０は、黒帯情報補正部５０に対して、開始位置Ｌｎ及び終了位置Ｒｎを供給せず、キーストーン補正パラメータとして、図６に示す補正角度α，βを供給する。補正角度αと補正角度βは同じであってもよい。

下端のラインからのライン数である垂直距離をＶｎとする。黒帯情報補正部５０は、次の式（３），（４）に基づいて、開始位置Ｌｎと終了位置Ｒｎとを求める。

Ｌｎ＝Ｖｎ／ｔａｎα …（３）
Ｒｎ＝Hact−Ｖｎ／ｔａｎβ …（４）

黒帯情報補正部５０は、開始位置Ｌｎと終了位置Ｒｎとを求めた後、式（１），（２）に基づいて、補正黒帯領域SbL1の黒帯終了位置ＬＢｎと補正黒帯領域SbR1の黒帯開始位置ＲＢｎとを求める。垂直方向のキーストーン補正が行われた場合も同様に計算することができる。

このように、キーストーン補正映像信号における有効領域の水平方向または垂直方向に対する傾斜角度（補正角度α，β）をキーストーン補正パラメータとしても、補正黒帯情報を生成することができる。

＜第３の例＞
第３の例においては、入力映像信号は、図７に示すように、映像領域Ｓ０の周囲に、左右の黒帯領域ＳｂＬ，ＳｂＲ及び上下の黒帯領域ＳｂＴ，ＳｂＢが付加されている映像信号であるとする。

黒帯検出部２０は、映像の有効領域の左端部から黒帯領域ＳｂＬの終了位置までの画素数ＢＬと、映像の有効領域の左端部から黒帯領域ＳｂＲの開始位置までの画素数ＢＲを検出する。黒帯検出部２０は、映像の有効領域の上端部から黒帯領域ＳｂＴの終了位置までの画素数ＢＴと、映像の有効領域の上端部から黒帯領域ＳｂＢの開始位置までの画素数ＢＢを検出する。映像の水平方向の画素数をHact、垂直方向の画素数をVactとする。

キーストーン補正処理部３０は、図７に示す映像をキーストーン補正して図８に示す映像を生成したとする。映像領域Ｓ０は、映像領域Ｓ０ｋに変換されている。

図８に示す映像は、映像領域Ｓ０ｋの周囲に、上下の黒帯領域ＳｂＴ，ＳｂＢがキーストーン補正された補正黒帯領域SbTk，SbBkと、左右の黒帯領域ＳｂＬ，ＳｂＲがキーストーン補正された補正黒帯領域SbL1，SbR1と、これらの外側の領域で映像のアスペクト比を維持するために付加された付加黒帯領域SbL2，SbR2とを有する。

キーストーン補正処理部３０は、黒帯情報補正部５０に対して、キーストーン補正パラメータとして、水平方向で最も縮小するラインの水平縮小率Ｃｈを供給する。図８において、水平方向で最も縮小するラインは、最上位のラインである。補正黒帯領域SbTkの最上位のラインの画素数をHminとすると、水平縮小率Ｃｈは、Hmin／Hactで求められる。

図７における映像の最上位のラインが例えば８０％に縮小して補正黒帯領域SbTkの最上位のラインとなったとすると、水平縮小率Ｃｈは０．８なる値となる。

補正黒帯領域SbTkの終了ラインにおける縮小率Ｃｔは、図８に示すＨＴ／Hactであり、補正黒帯領域SbBkの開始ラインにおける縮小率をＣｂは、図８に示すＨＢ／Hactである。

画素数ＢＴ，ＢＢと、キーストーン補正パラメータである水平縮小率Ｃｈと、垂直方向の画素数Vactとを用いると、縮小率Ｃｔ，Ｃｂは式（５），（６）で求められる。

Ｃｔ＝Ｃｈ＋（１−Ｃｈ）×ＢＴ／Vact …（５）
Ｃｂ＝Ｃｈ＋（１−Ｃｈ）×ＢＢ／Vact …（６）

映像領域Ｓ０ｋの四隅である補正黒帯領域SbTkの終了ラインの水平位置Ｌｔ，Ｒｔと補正黒帯領域SbBkの開始ラインの水平位置Ｌｂ，Ｒｂは、式（７）〜（１０）で求められる。

Ｌｔ＝Ｃｔ×ＢＬ＋（１−Ｃｔ）×（Hact／２） …（７）
Ｒｔ＝Ｃｔ×ＢＲ＋（１−Ｃｔ）×（Hact／２） …（８）
Ｌｂ＝Ｃｂ×ＢＬ＋（１−Ｃｂ）×（Hact／２） …（９）
Ｒｂ＝Ｃｂ×ＢＲ＋（１−Ｃｂ）×（Hact／２） …（１０）

図９に示すように、垂直方向にもキーストーン補正されて、キーストーン補正処理部３０は、黒帯情報補正部５０に対して、キーストーン補正パラメータとして、垂直方向で最も縮小する水平位置の垂直縮小率Ｃｖをさらに与えたとする。

水平位置Ｌｔ，Ｒｔにおける垂直方向の縮小率ＣＬｔ，ＣＲｔと、水平位置Ｌｂ，Ｒｂにおける垂直方向の縮小率ＣＬｂ，ＣＲｂは、式（１１）〜（１４）で求められる。

ＣＬｔ＝Ｃｖ＋（１−Ｃｖ）×Ｌｔ／Hact …（１１）
ＣＲｔ＝Ｃｖ＋（１−Ｃｖ）×Ｒｔ／Hact …（１２）
ＣＬｂ＝Ｃｖ＋（１−Ｃｖ）×Ｌｂ／Hact …（１３）
ＣＲｂ＝Ｃｖ＋（１−Ｃｖ）×Ｒｂ／Hact …（１４）

図９の映像領域Ｓ０ｋの四隅である垂直位置ＴＬ，ＢＬ，ＴＲ，ＢＲは、式（１５）〜（１８）で求められる。

ＴＬ＝ＣＬｔ×Ｌｔ＋（１−ＣＬｔ）×（Vact／２） …（１５）
ＢＬ＝ＣＬｂ×Ｌｂ＋（１−ＣＬｂ）×（Vact／２） …（１６）
ＴＲ＝ＣＲｔ×Ｒｔ＋（１−ＣＲｔ）×（Vact／２） …（１７）
ＢＲ＝ＣＲｂ×Ｒｂ＋（１−ＣＲｂ）×（Vact／２） …（１８）

式（７）〜（１０）及び式（１５）〜（１８）によって映像領域Ｓ０ｋの四隅を繋ぐ線分によって囲まれた映像領域Ｓ０ｋが決まる。

よって、黒帯情報補正部５０は、それぞれの垂直位置における黒帯終了位置と黒帯開始位置とを示す情報と、それぞれの水平位置における黒帯終了位置と黒帯開始位置とを示す情報を補正黒帯情報として映像信号処理部６０に供給することができる。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。図１の各構成はハードウェアによって構成されていてもよく、ソフトウェアによって構成されていてもよい。ハードウェアとソフトウェアとの使い分けは任意である。

２０ 黒帯検出部
３０ キーストーン補正処理部
５０ 黒帯情報補正部
６０ 映像信号処理部
７０ 投射部
８０ スクリーン

Claims (6)

1. 有効領域の一部が黒帯領域とされている入力映像信号の前記黒帯領域を検出して、前記黒帯領域を示す黒帯情報を生成する黒帯検出部と、
   前記入力映像信号がスクリーンに投射されているときの台形歪を補正するよう、前記入力映像信号に対してキーストーン補正処理を施して、キーストーン補正映像信号を生成するキーストーン補正処理部と、
   前記キーストーン補正処理部が前記入力映像信号をキーストーン補正処理したときのキーストーン補正パラメータに基づいて、前記黒帯情報を、前記キーストーン補正映像信号が有する補正黒帯領域を示す補正黒帯情報に補正する黒帯情報補正部と、
   前記キーストーン補正映像信号における前記黒帯領域以外の有効領域の補間画素を生成する際には、前記補正黒帯情報を用いて、前記黒帯領域の画素を参照しないように補間画素を生成し、前記キーストーン補正映像信号における前記黒帯領域の補間画素を生成する際には、前記補正黒帯情報を用いて、前記黒帯領域以外の有効領域の画素を参照しないように補間画素を生成する映像信号処理部と、
   を備える映像信号処理装置。
2. 前記キーストーン補正処理部は、前記黒帯情報補正部に対して、前記キーストーン補正パラメータとして、前記キーストーン補正映像信号のそれぞれの垂直位置における水平有効領域開始位置及び水平有効領域終了位置を示す情報と、それぞれの水平位置における垂直有効領域開始位置及び垂直有効領域終了位置を示す情報との少なくとも一方を供給する請求項１に記載の映像信号処理装置。
3. 前記キーストーン補正処理部は、前記黒帯情報補正部に対して、前記キーストーン補正パラメータとして、前記キーストーン補正映像信号における有効領域の水平方向または垂直方向に対する傾斜角度を供給する請求項１に記載の映像信号処理装置。
4. 前記キーストーン補正処理部は、前記黒帯情報補正部に対して、前記キーストーン補正パラメータとして、水平方向で最も縮小するラインの水平縮小率を示す情報と、垂直方向で最も縮小する水平位置の垂直縮小率を示す情報との少なくとも一方を供給する請求項１に記載の映像信号処理装置。
5. 前記映像信号処理部は、前記キーストーン補正映像信号のフレームレートを変換するフレームレート変換回路、または、前記キーストーン補正映像信号の解像度を増大させるアップコンバート回路である請求項１〜４のいずれか１項に記載の映像信号処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の映像信号処理装置と、
   前記映像信号処理部より出力された映像信号を前記スクリーンに投射する投射部と、
   を備える投射型表示装置。

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