JPH0646291A

JPH0646291A - ガンマ補正方法および装置

Info

Publication number: JPH0646291A
Application number: JP5000535A
Authority: JP
Inventors: Jr William S Worley; ウイリアム・エス・ウォーレイ・ジュニア; Hendrik W Nelis; ヘンドリック・ダブリュ・ネイルス
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1992-01-06
Filing date: 1993-01-06
Publication date: 1994-02-18
Also published as: US5282036A

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】線形の範囲のビデオ強度値をカラー強度の線
形の変化として陰極線管スクリーン上に表示せしめるた
めの、ビデオ強度値のガンマ補正に関する。【構成】ディジタル化されたビデオ強度値が高低の強
度範囲に分割するガンマ補正回路１０。高い値はルック
アップ・テーブル２６で４個毎にガンマ補正され、フレ
ームバッファ３０に書き込まれる。低い強度の値はすべ
てガンマ補正なしにバッファ３０に書き込まれる。バッ
ファ中のデータはアナログ信号に変換される前にルック
アップ・テーブル２，３６によりマッピングされる。該
テーブルは低強度値をガンマ補正値にマッピングし、高
強度値の値を変更しない。ＣＲＴ上に表示する前に更に
処理するためにデータをフレームバッファ３０から読み
出すときは、低い強度の値は逆ガンマ補正をする必要が
ない。高い強度の値は、ルックアップ・テーブル５０に
より逆ガンマ補正をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一般に、線形の範囲
のビデオ強度値をカラー強度の線形の変化として陰極線
管スクリーン上に表示せしめるための、ビデオ強度値の
ガンマ補正に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】陰極線管（ＣＲＴ）は非線形の伝達特性
を有している。即ち、ＣＲＴのスクリーン上で再生され
る輝度は、その制御グリッドのビデオ・ドライブの非線
形関数に当るものである。ディスプレイ・グラフィック
スがワークステーション上で生成されるときには、この
非線形性に対する補償をすることが必要である。カラー
強度値の線形的な範囲に応答するカラー強度の線形的な
変化を生成させるためにカラー強度値の補償をすること
は、ガンマ補正と呼ばれている。

【０００３】ガンマ補正関数としては幾つかのものが知
られているが、その一つは次の通りのものである。

【０００４】

【数１】

【０００５】ここで、ｘは表示されるべきカラー強度値
であり、ｙは補正されたカラー強度値であり、そして、
γ，ｋ₁，およびｋ₂は使用されるＣＲＴスクリーンのタ
イプに対する特定の定数である。

【０００６】デジタル化された強度信号に対してガンマ
補正を実行する簡単な方法は、８ビットのレッド、グリ
ーンおよびブルーのカラー強度値の各々を、カラー・ル
ックアップ・テーブルを用いて、補償された８ビットの
カラー強度値に変換することである。このルックアップ
・テーブルは典型的には固体メモリ内に格納されてお
り、ある範囲のカラー強度値を含むようにされている
が、その各々は対応してガンマ補正された値に関連して
いる。このガンマ補正された値は上記の関数から導出さ
れて、該ルックアップ・テーブルに格納される。

【０００７】このテーブルから読み取られたガンマ補正
された値は、アナログの強度信号に変換されてＣＲＴの
制御グリッドに加えられる。この技術は比較的廉価であ
るという利点があるけれども、比較的不正確でもある。

【０００８】１０ビットのレッド、グリーンおよびブル
ーのカラー強度値を用いることによって正確さを増大さ
せることができるけれども、このようなやり方によると
きには、多くのビデオ制御機能が実施されるように、よ
り多くのスペースが集積回路において必要にされる。

【０００９】別の従来例において用いられる１０ビット
のカラー強度値は、ガンマ補正されて８ビットのカラー
強度値にされて、フレーム・バッファに対して書き込ま
れる。この方法においては、ガンマ補正関数についてピ
ース・ワイズ線形近似を用いることによるガンマ補正が
実行される。これらの値はフレーム・バッファから読み
取られ、カラー・ルックアップ・テーブルにおいて更に
調節されて、８ビットのカラー強度値をデジタル・アナ
ログ変換器に付与するようにされる。ピース・ワイズ線
形近似による第１の補正においては、サンプリング・レ
ートに関して８ビット・システムを越えて増大された正
確さが付与される。しかしながら、このピース・ワイズ
線形近似は不正確なものであって、該フレーム・バッフ
ァの出力部に接続されたカラー・ルックアップ・テーブ
ルによる追加的な補正が必要とされる。

【００１０】ディスプレイ・グラフィックスが生成され
るときには、フレーム・バッファにおいてカラー強度値
を更に処理することが必要である。例えば、背景の対象
のカラーが前景における透明な対象のカラーと混合され
るときに、このような処理をすることが必要とされる。
このような更に別の処理をすることが必要とされるとき
には、バッファにおけるガンマ補正されたカラー強度値
はそこから読み取られる。次いで、これらの値は、ガン
マ補正関数を反転させるピース・ワイズ線形近似を用い
ることにより、全体的に、それらの補正されていない強
度値に復元される。ここでは、この処理は反転ガンマ補
正として参照される。この反転ガンマ補正の後で、カラ
ーを混合させる追加的な処理が通常の態様において実行
され、これによって新しいカラー強度値が生成される。
該新しいカラー強度値は上述されたようにしてガンマ補
正されてからフレーム・バッファに格納される。これに
次いで、この新しい値がアナログのビデオ・ドライブ信
号に変換されて、ＣＲＴスクリーン上での表示を生成さ
せるために用いられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ガンマ補正関数を近似
させることを用いる従来の方法では別の技術を越えて改
善されたガンマ補正が付与されるけれども、それでも不
利益をこうむることがある。例えば、この方法を実施す
るために必要とされるハードウエアの量が増大する。こ
れに加えて、上述されたような更に別の処理をするため
にデータがフレーム・バッファから読み取られるときに
は、情報が消失する。この情報の消失することは、ガン
マ補正関数および反転ガンマ補正関数の近似からもたら
されるものである。これを換言すれば、補正されていな
いカラー強度値がこの技術を用いてガンマ補正され、そ
の後で反転ガンマ補正されたときには、その結果として
のカラー強度値は当初のカラー強度値に近接してはいる
けれども、必ずしもこの当初のカラー強度値に等しいも
のではない。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明は、ある１個の
強度信号をサンプリングするステップと、ある予め選択
されたレベルを下回るサンプル値をバッファに格納する
ステップとを備えたビデオ強度値をガンマ補正するため
方法を含む。該予め選択されたレベルを上回るサンプル
値は、ガンマ補正された後でバッファに格納される。別
の局面においては、予め選択されたレベルを下回る強度
値は第１のサンプリング・レートにおいてサンプリング
され、また、該予め選択されたレベルを上回る強度値は
第２のサンプリング・レートにおいてサンプリングされ
る。この方法を実施するための装置も提供される。

【００１３】この発明における利点は、より低いカラー
強度のレベルにおいて増大されたサンプリング・レート
が付与されることにあり、該レベルでは肉眼の感度が最
高である。これに加えて、フレーム・バッファに格納さ
れている強度値を更に処理することが必要であるときに
は、それらがガンマ補正に先だってフレーム・バッファ
に格納されているために、より低い範囲に対する値につ
いて反転ガンマ補正をすることが不要にされる。より低
い強度の範囲における情報の消失はこれによって防止さ
れるが、この情報の消失は、フレーム・バッファ内の値
が反転ガンマ補正されるときの従来の方法および装置に
固有のものである。

【００１４】この発明の前述された目的、特徴および利
点と、別異の目的、特徴および利点については、図面を
参照しながら進行する好適な実施例についての以下の詳
細な説明から、より容易に明かにされよう。

【００１５】

【実施例】図１に１０により全体的に図示されているも
のは、この発明によって構成される回路の概略図であ
る。１０ラインの入力バス１２によれば、（図示されな
い）＋，通常のラスター化エンジンからの１０ビットの
カラー強度値が付与される。このために、全体として１
０２４個の異なるカラー強度値がバス１２上に現れるこ
とが可能にされる。該カラー強度値の範囲は０ｘ０００
〜０ｘ３ｆｆのような１６進表記によってバスに隣接し
て指示されている。同様な表記が回路１０に隣接したバ
スにおいて現れて、当該バス上で現れることが可能な値
の範囲を指示するようにされている。

【００１６】バス１２は比較器１４の入力部に接続され
ている。比較器１４からは一対のバス１６，１８に対す
る出力が付与される。バス１２上に現れるデジタル値で
０ｘ０６ｂ（１０７₁₀）より小さいか、これに等しいも
のは、バス１６上に現れる。バス１２上に現れる０ｘ０
６ｂより大きい全ての値は、バス１８上に現れる。比較
器１４は、通常の論理ゲートにより、当業者であれば実
施することができる。バス１８は加算器２０の一方の入
力部に加えられる。第２のバス２２は加算器の他方の入
力部に接続されて、−０ｘ０６ｃ（−１０８₁₀）なるデ
ジタル値をそれに加えるようにされている。加算器２０
の出力は８ビットのバス２４に加えられる。

【００１７】１０ビットのバス１８，２２に現れた値は
加算器２０で加算されて、それぞれの結果の上位８ビッ
トだけがバス２４に加えられる。このために、加算器２
０はバス１８に加えられた値から１０８₁₀を減じるよう
に機能して、その結果としての上位８ビットがバス２４
に配置される。

【００１８】バス２４はルックアップ・テーブル２６の
入力部に加えられる。ルックアップ・テーブル２６はＲ
ＯＭメモリまたはＲＡＭメモリのいずれかをもって実施
することが可能であり、０から１ずつ増分して２２８₁₀
までの範囲になる２２９個のエントリが含まれている。
各々のエントリは、後で示されるテーブル０において例
示されているように、１０８₁₀〜２５５₁₀の範囲になる
数に対応してマッピングされている。かくして、バス２
４上で現れる各入力のために、ルックアップ・テーブル
２６が機能することは、テーブル０において示されてい
る数に関連した数がマッピングされるようにし、そし
て、該ルックアップ・テーブルの出力部に接続されたバ
ス２８に対して該関連した数を配置することである。

【００１９】フレーム・バッファ３０は、バス１６およ
びバス１８の双方からの入力を受け入れる。ここで注意
されるべきことは、バス１６の上位８ビットだけがフレ
ーム・バッファの入力部に加えられるということであ
る。しかしながら、比較器１４からバス１８への上位２
ビットが常に０であることから、これによって情報の消
失が生じることはない。フレーム・バッファ３０は通常
のＶＲＡＭ（ビデオ・ランダム・アクセス・メモリ）を
もって実施される。

【００２０】フレーム・バッファ３０には一対の８ビッ
ト出力バス３２，３４が含まれている。該フレーム・バ
ッファ３０の内容は、フレーム・バッファ３０からルッ
クアップ・テーブル３６の入力に読み取ることができ
る。ルックアップ・テーブル３６には２５６個の整数エ
ントリである０−２５５₁₀が含まれており、その各々は
後のテーブル２において例示されているように２３₁₀か
ら２５５₁₀に至る整数値に関連している。テーブル２６
と同様に、テーブル３６はＲＡＭまたはＲＯＭで実施す
ることが可能であり、バス３２上で現れる数が、出力バ
ス３８上で現れるルックアップ・テーブルにおいてそれ
と関連した数に対してマッピングするように操作され
る。バス３８は通常のデジタル・アナログ変換器（ＤＡ
Ｃ）に接続されており、また、ＤＡＣは通常のカラーＣ
ＲＴにおけるグリッドに接続されている。

【００２１】フレーム・バッファ３０の内容は、比較器
３８の入力部に接続されたバス３４からも読み取ること
ができる。比較器３８は実質的に比較器１４と同等のも
のであり、同じ態様において機能を果たしている。バス
３４上に現れるデジタル値が０ｘ６ｂ（１０８₁₀）より
小さいか、これに等しいときには、比較器３８は当該値
を１０ラインのバス４０に対して加える。これと同時に
比較器３８は各値に対して２個の０をプリペンド（ｐｒ
ｅｐｅｎｄ）し、これにより、上位２ビットとして０を
有する１０ビット値を生成するようにされる。

【００２２】バス３４上で現れるデジタル値であって０
ｘ６ｂよりも大きいものは、加算器４４の一方の入力部
に接続された８ラインのバス４２に加えられる。加算器
４４は実質的に加算器２０と同等のものである。第２の
バス４６は該加算器の他方の入力部に加えられて、−０
ｘ６ｃ（−１０８₁₀）なる定数値を提示するようにされ
ており、これはバス４２上に現れる値と加算されて、そ
の結果としてのデジタル値はバス４８に接続された加算
器の出力部に現れるようにされる。

【００２３】前述されたルックアップ・テーブルによる
場合のように、ルックアップ・テーブル５０の入力部に
おけるバス４８上で現れるデジタル値がマッピングされ
て、（後から示される）テーブル１の左コラムにおける
デジタル値がバス４８上に現れるときに、関連の値がバ
ス４０に接続されたテーブル５０の出力部に加わるよう
にされる。バス４０はバス５４に接続されており、ま
た、バス５４は前述されたラスター化エンジン回路（図
示されない）に接続されている。ここでのエンジン回路
は、想起されるように、この図の頂部においてバス１２
に供給される出力を発生させるものである。

【００２４】その動作において、ラスター化エンジンか
らの１０ビットのデジタル値がバス１２に対して順次加
えられる。ここで、バス１２上で現れる値はビデオ強度
値として参照される。順次取られたこれらの値は、ここ
で強度信号として参照されるものを形成している。バス
１２上でのデジタル値はここではサンプル値としても参
照される。前述されたように、０ｘ０６ｂ（１０７₁₀）
よりも小さいか、これに等しい値はバス１６に加えら
れ、これに対して、このレベルを上回る値はバス１８に
加えられる。

【００２５】バス１６上で現れるデジタル値はここでは
ある予め選択されたレベルを下回るものとして参照さ
れ、また、バス１８上で現れるデジタル値はここでは該
予め選択されたレベルを越えているものとして参照され
る。

【００２６】加算器２０においては、バス１８上で現れ
る全てのデジタル値から０ｘ０６ｃが減算されて、これ
によりバス２４上での値を発生するようにされるが、こ
れは０から始まって０ｘ３ｆｆ〜０ｘ０６ｃ（９１
５₁₀）まで伸長するようにされる。ここで想起されるよ
うに、加算器２０の１０ラインの出力部上で生成された
下位２ビットは、その結果として終端されて、ルックア
ップ・テーブル２６の入力部に接続されたバス２４に対
して上位８ビットだけが加わるようにされる。これで行
われることは、バス１８上で現れる４番目の値毎にサン
プリングをすることである。１０８個の可能性のある値
がバス１６上に現れることができ、また、９１６個の可
能性のある値がバス１８上に現れることができて、バス
１６上に現れる全ての値がバス１８におけるものよりも
小さいことから、バス１６上に現れるビデオ強度値はこ
こでは低い強度の範囲内にあるものとして参照され、こ
れに対して、バス１８上でのものは高い強度の範囲内に
あるものとされる。バス１６，１８上に現れることがで
きる可能性のある値の和は必然的に１０２４₁₀である。
バス１８上で現れる４番目毎の値だけがルックアップ・
テーブル２６の入力部に現れることから、高い強度の範
囲におけるサンプリング・レートは、低い強度の範囲に
おけるそれよりも４倍だけ低いことになる。全体で２２
９個のビデオ強度値は高い強度の範囲からもたらされる
ものであり、バス２４を介してルックアップ・テーブル
２６の入力部に加えられる。

【００２７】バス２４上に現れることができる２２９個
の可能性のある値は、テーブル０において示されている
ような、ルックアップ・テーブル２６に含まれている対
応の値に対してマッピングされる。これに次いで、この
マッピングされた値がバス２８上に現れる。バス２８上
に現れているマッピングされた値の各々はここではガン
マ補正された値として参照される。ルックアップ・テー
ブル２６における値は、以下のガンマ補正関数から導出
されるものである。

【００２８】

【数２】

【００２９】このテーブルは、高い強度範囲と低い強度
範囲との間のカット・オフと加算器のオフセットと同様
に、γ＝２．２４，ｋ₁＝１．１０，ｋ₂＝−０．１０を
有するソニー（ＳＯＮＹ）の１６”ＣＲＴスクリーンに
関連している。ここで認められるべきことは、この方法
は異なるパラメータを有するスクリーンに対して等しく
適用することができることである。

【００３０】バス１６上での値はフレーム・バッファ３
０に対して直接的に書き込まれる。従って、バス１６上
でサンプリングされる強度信号は可能性のある１０２４
個の値の中の一つを提示しており、１０８個の値だけが
低い強度の範囲に入るようにされているが、これに対し
て、上記されたように、バス２８上で現れる値は可能性
のある２５６個の値の中の一つを提示しており、２２９
個のこのような値だけが高い強度の範囲に入るようにさ
れている。

【００３１】バッファ３０におけるカラー強度値がＣＲ
Ｔ上でカラー強度として表示されるべきであるときに
は、それがバッファ３０からバス３２に対して読み取ら
れる。バス３２はルックアップ・テーブル３６の入力部
に対して加えられており、テーブル２において示されて
いるように、０から２５５₁₀までの値を関連の整数値に
マッピングするようにされる。その関連した入力値がバ
ス３２に加えられる都度、該マッピングされた値がバス
３８上に現れる。

【００３２】ルックアップ・テーブル２を参照して認め
られるように、バッファ３０内でのエントリに先立ちテ
ーブル２６によって先にマッピングされている値は、バ
ッファ３０からバス３８に対する値と同じに留まってい
る。特に、テーブル２を調べることで例示されること
は、１０８₁₀を上回り、また、これを含んでいる全ての
入力値に対して、該マッピングされた値が入力値と等し
いということである。ただし、１０８₁₀を下回ってお
り、バス３２上に現れる入力値は、テーブル２に従って
マッピングされる。ルックアップ・テーブル２６に関し
ては、これらの値はガンマ補正関数から導出される。

【００３３】バス３８上の値は通常のＤＡＣに供給さ
れ、既知の態様でカラーＣＲＴをバイアスさせるために
これから加えられて、ＣＲＴスクリーン上でガンマ補正
されたカラー強度を生成するようにされる。

【００３４】ときによっては、上述されたようなフレー
ム・バッファ３０に格納されているカラー強度値が更に
処理されねばならないことがある。例えば、スクリーン
上のイメージには、前景における透明な対象のカラーと
混合された背景の対象のカラーが含まれているときに
は、該混合された部位に対するカラー強度値はラスター
化エンジンによって生成されねばならない。しかしなが
ら、ここで想起されることは、フレーム・バッファに格
納されている高い範囲内でのカラー強度値がガンマ補正
されたものであることである。フレーム・バッファ内の
値について、ラスター化エンジンによる処理が更に可能
であることに先立ち、高い範囲内の値は反転ガンマ補正
されねばならない。即ち、ガンマ補正に先だって、その
当初のカラー強度値に復元される。

【００３５】フレーム・バッファ内の値を反転ガンマ補
正することが必要なときには、該バッファの内容がバス
３４上に読み出される。比較器３８においては、０ｘ６
ｂよりも小さいか又は等しい全ての値がバス４０に対し
て伝送される。ここで想起されるように、これらはバス
１６上でバッファに対して用意されたビデオ強度値と同
じものであり、このために、ガンマ補正されることはな
い。

【００３６】高い強度範囲内にある全ての値は、即ち、
フレーム・バッファ内の全てのガンマ補正された値は、
比較器３８によりバス４２に対して伝送される。これら
の値は加算器４４によって−０ｘ６ｃだけオフセットさ
れ、その結果としての数がルックアップ・テーブル５０
に加えられる。ルックアップ・テーブル２６内には１４
８個の異なるガンマ補正された値が存在することから、
バス２４上の異なる値が同じガンマ補正された値（テー
ブル０を参照）に対してマッピングされており、ルック
アップ・テーブル５０は１４８個のエントリを必要とす
るだけであって、その各々は０ｘ０６ｃと０ｘ３ｆｆと
の間を範囲とする１０ビットの数である。

【００３７】反転ガンマ補正された値はバス５４上でラ
スター化エンジンに付与される。このエンジンは通常の
信号処理を実行して、ＣＲＴスクリーン上で混合された
カラーを表示するために所望のビデオ強度値を生成する
ようにされる。その後で、ラスター化エンジンは、処理
されたビデオ強度値をバス１２に付与するが、ここでの
低い強度値はフレーム・バッファに対して再び直接的に
書き込まれ、また、より高い強度値はまずガンマ補正さ
れ、これに次いでフレーム・バッファに対して書き込ま
れる。先のように、バス３２上でバッファ３０から読み
出された値はルックアップ・テーブル３６（テーブル
２）によってマッピングされて、低い強度値はガンマ補
正され、また、高い強度値は同等の値に対してマッピン
グされる。即ち、テーブル２によって変化されることは
ない。

【００３８】比較器１４および比較器３８によって決定
される高い強度値と低い強度値との間の分割ラインは任
意のものではない。ガンマ補正関数は、一般的には、よ
り低い強度値を増大させ、また、より高い強度値を減少
させるものであることから、高い強度値と低い強度値と
の間の分割ラインを選択することは、バッファ内のデー
タを反転ガンマ補正することが必要なときに、バス２８
上でフレーム・バッファ３０に対して供給された値が比
較器３８によってバス４０に伝送されないようにするこ
とである。分割ラインがそのよう選択されなかったとき
には、高い強度値がルックアップ・テーブル２６内でガ
ンマ補正された高い強度値に対してマッピングされるこ
とが可能になり、ここでのガンマ補正された高い強度値
は補正されていない低強度の範囲に入ることになる。こ
のようなことが生じたとすると、バッファ３０からバス
３４上に読み出されたガンマ補正された値が比較器３８
によってバス４０上に伝送されるときにエラーの導入が
可能にされる。

【００３９】低い強度の範囲が可能性のある１０２４個
の値の任意のものにデジタル化されることから、本発明
の方法および装置は従来の方法よりも正確なものであ
る。より低い強度の範囲は人の肉眼にとって感度がより
高いものであり、このために、観察者にとって線形のカ
ラー応答にみえるようにするためには、高い方の強度範
囲よりも著しい正確さが必要とされる。

【００４０】マッピング用のテーブルの方がピース・ワ
イズ線形近似よりも正確であることから、本発明の方法
および装置も、より高い強度範囲での正確さがより高い
ものである。２２９個のエントリの８ビット・テーブル
だけが必要とされることから、本発明の方法および装置
は、フレーム・バッファへのエントリに先だって全ての
強度値をマッピングするために、１０２４個のエントリ
の８ビットのフォワード・ルックアップ・テーブルを用
いるのにも好適である。上述されたように、集積回路と
しての実施をするために必要とされるスペースは僅かな
ものである。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【表５】

【００４６】この発明の原理について、その好適な実施
例における例示および説明がなされたけれども、当業者
にとって容易に明かであることは、このような原理から
逸脱することなく、この発明における配列および詳細事
項について修正できるということである。全ての修正事
項は、添記された特許請求の範囲の記載事項の精神およ
び範囲に入るべきものである。

【００４７】

【発明の効果】本発明の方法及び装置は、上述のごとく
構成したので、少ないハードウエアで構成でき、強度の
小さい情報の消失が防止でき、精度の高いガンマ補正が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って構成したガンマ補正装置の簡
略化した略図である。

【符号の説明】

１４，３８比較器２０，４４加算器２６，３６，５０ルックアップ・テーブル３０フレーム・バッファ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビデオ強度値のガンマ補正のための装置
であって、予め選定したレベルよりも低い強度の信号を第一のサン
プリング・レートでサンプリングする手段と、前記予め選定したレベルよりも高い強度の信号を第二の
サンプリング・レートでサンプリングする手段と、対応するガンマ補正強度値にそれぞれ関連づけられる複
数のビデオ強度値を備えたルックアップ・テーブルと、前記テーブル中のサンプリング値を探索するための手段
とを備えたことを特徴とする装置。