JPWO2008062578A1 - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

フレーム補間回路５は、入力映像信号Ｘに対してフレーム補間を行い、元のフレームと補間フレームを含む駆動用映像信号Ｙを出力する。動き判定回路８は、動き検出回路２で求めた動きベクトルＶに基づき、動き量に応じた制御信号Ｓを出力する。フレーム補間回路５は、制御信号Ｓに従い、画像の動きが大きいときほど、駆動用映像信号Ｙに含まれる補間フレームの割合を大きくし、画像の動きが小さいときほど、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームの割合を大きくする。これにより、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減する。

Description

本発明は、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置などの画像表示装置に関する。

近年、液晶表示技術は著しく進歩し、従来課題とされていた視野角や応答性などについても改善が進んでいる。これに伴い、液晶表示装置の用途は、大型テレビなどにも拡大している。しかしながら、液晶の応答特性が改善された現在でも、液晶テレビに表示された動画像はぼけているように見える。

液晶表示装置は、自発光型の表示ではなく、液晶パネルの光透過率を電圧で調整することによる非自発光型の表示を行う。液晶表示装置では、１フレーム分の映像データは液晶パネルの各画素に書き込まれ、各画素では次フレームの映像データが書き込まれるまで、先に書き込まれた映像データに応じた電圧が保持される。これにより液晶表示装置は、１フレーム時間に亘って映像を保持するホールドモード表示を行う。一般に、ホールドモード表示を行う表示装置では、観測者の視線追従によって動画像がぼけて見える（以下、動画ぼけという）ことが知られている。これまで液晶表示装置では、液晶の応答速度が遅い（１フレーム時間以上かかる）ことによる画像の尾引きが問題とされていた。ところが近年では、液晶の応答速度が１フレーム時間以内に改善されたことに伴い、ホールドモード表示を行うことによる動画ぼけが問題視されている。

液晶表示装置とは異なりＣＲＴでは、各画素にはビームが１フレーム時間内のある期間だけ照射され、各画素はビームが照射されている間だけ発光する。これによりＣＲＴは、１フレーム時間内に各画素が短い時間だけ発光するインパルス表示を行う。インパルス表示を行う表示装置では、一度発光した画素は次のフレーム時間まで発光しないので、視線追従による動画ぼけは発生しない（ただし、残光により尾引きが発生することはある）。

そこで、液晶表示装置における動画ぼけを軽減する方法として、液晶表示装置でもＣＲＴと同様に擬似的なインパルス表示を行う方法が考えられる。具体的には、１フレーム時間内にバックライトを点滅させる方法や、１フレーム時間内に黒表示を行う方法が知られている。これ以外にも、動画ぼけを軽減する方法として、フレーム補間によって表示周波数を高くする方法が知られている（非特許文献１）。

このうち、擬似的なインパルス表示を行う方法（バックライト点滅法や黒表示法）には、液晶パネルの輝度やコントラストが低下し、インパルス表示によってＣＲＴと同様のフリッカーが発生するという問題がある。したがって、このような問題がないフレーム補間法が、動画ぼけを軽減する方法として優れていると言える。

フレーム補間に関しては、以下のような技術が知られている。特許文献１および２には、１枚のフレームを複数のブロックに分割し、ブロック単位のマッチング処理を行って動きベクトルを求め、求めた動きベクトルを１／２倍した量だけブロックを移動させることにより、補間フレームを生成する方法が開示されている。特許文献３および４には、複数のブロックサイズについて動きベクトルを求め、その中から最適な動きベクトルを選択する方法が開示されている。特許文献５には、フレーム補間を用いて、様々な倍率でフレームレート変換を行う方法が開示されている。
日本国特開平３−２６３９８９号公報 日本国特開平２−２０６９９１号公報 日本国特開平１−１９２２７３号公報 日本国特開平６−１５３１８５号公報 日本国特開２００５−１４８５２１号公報 石黒、栗田、「８倍速ＣＲＴによるホールド発光型ディスプレイの動画質に関する検討」、電子情報通信学会技術研究報告、ＥＩＤ９６−４、１９９６年６月７日、第９６巻、第８７号、ｐ．１９−２６

しかしながら、上記の方法には、以下のような問題がある。特許文献１および２に開示された方法では、補間フレームは、ブロック単位で画像を移動させることにより作成される。このため、動画部分だけでなく静止部分（背景部分）も移動し、補間フレームにノイズが載ってしまう。特許文献３および４に開示された方法によれば、このノイズの問題を解決できるが、複数のブロックサイズについて実時間で動きベクトルを検出するために大規模な回路が必要となる。また、特許文献５に開示された方法では、フレームレート変換倍率が変化し、補間フレームの使用枚数が増えるほど、補間フレームで発生するノイズによって画像が劣化する可能性が高くなる。

それ故に、本発明は、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減する画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の局面は、フレーム補間した映像信号に基づき画面を表示する画像表示装置であって、
複数の表示素子と、
前記表示素子を駆動する駆動回路と、
入力映像信号に対してフレーム補間を行い、元のフレームと補間フレームを含む駆動用映像信号を前記駆動回路に対して出力するフレーム補間回路と、
前記入力映像信号についての動き検出結果に基づき、動き量に応じた制御信号を出力する動き判定回路とを備え、
前記フレーム補間回路は、前記制御信号に従い、前記駆動用映像信号に含まれる元のフレームと補間フレームの割合を変化させることを特徴とする。

本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
前記フレーム補間回路は、前記入力映像信号が表す画像の動きが大きいときほど、前記駆動用映像信号に含まれる補間フレームの割合を大きくし、前記入力映像信号が表す画像の動きが小さいときほど、前記駆動用映像信号に含まれる元のフレームの割合を大きくすることを特徴とする。

本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面において、
前記フレーム補間回路は、前記入力映像信号についての動き検出結果に基づき、前記入力映像信号に対してフレーム補間を行うことを特徴とする。

本発明の第４の局面は、本発明の第３の局面において、
前記フレーム補間回路は、前記入力映像信号についての動き検出結果に基づき、先のフレームについての動き補償画像と後のフレームについての動き補償画像のうち、少なくとも一方を用いて補間フレームを求めることを特徴とする。

本発明の第５の局面は、本発明の第１の局面において、
前記入力映像信号について動き検出を行う動き検出回路をさらに備える。

本発明の第６の局面は、本発明の第５の局面において、
前記動き検出回路は、ブロック単位のマッチング処理を行うことにより、前記入力映像信号について動き検出を行うことを特徴とする。

本発明の第７の局面は、本発明の第５の局面において、
前記動き検出回路は、画素単位のマッチング処理を行うことにより、前記入力映像信号について動き検出を行うことを特徴とする。

本発明の第８の局面は、本発明の第１の局面において、
前記駆動回路は、前記駆動用映像信号に対して、複数のフレーム間で所定の優先順位に従って輝度を再配分するための階調変換を行い、得られた映像信号を用いて前記表示素子を駆動することを特徴とする。

本発明の第９の局面は、本発明の第８の局面において、
前記駆動回路は、前記駆動用映像信号に対して、輝度を非優先的に配分するための第１の階調変換と、輝度を優先的に配分するための第２の階調変換とをフレームごとに交互に行い、得られた映像信号を用いて前記表示素子を駆動することを特徴とする。

本発明の第１０の局面は、本発明の第８の局面において、
前記フレーム補間回路は、前記駆動回路において輝度が優先的に配分されるフレームには、元のフレームと補間フレームのうち、元のフレームを優先的に割り当てることを特徴とする。

本発明の第１１の局面は、本発明の第１の局面において、
前記駆動用映像信号のフレームレートは、前記入力映像信号のフレームレートの１倍よりも大きいことを特徴とする。

本発明の第１の局面によれば、フレーム補間した映像信号に基づき画面を表示するときに、画像の動き量に応じて、元のフレームを多く表示したり、補間フレームを多く表示したりすることができる。元のフレームを多く表示すれば、補間フレームで発生するノイズを低減でき、補間フレームを多く表示すれば、視線追従による動画ぼけを低減できる。したがって、画像の動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

本発明の第２の局面によれば、画像の動きが大きいときほど補間フレームを多く表示し、画像の動きが小さいときほど元のフレームを多く表示することにより、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

本発明の第３の局面によれば、入力映像信号についての動き検出結果に基づき補間フレームを求め、求めた補間フレームと元のフレームを画像の動き量に応じた好適な割合で表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

本発明の第４の局面によれば、前フレームについての動き補償画像、後フレームについての動き補償画像、あるいは、その両方を用いて補間フレームを求めることができる。

本発明の第５の局面によれば、画像表示装置の内部で画像の動き量を求め、求めた動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

本発明の第６の局面によれば、入力映像信号に対してブロック単位のマッチング処理を行うことにより、動き検出結果として、ブロックごとに動きベクトルを求めることができる。

本発明の第７の局面によれば、入力映像信号に対して画素単位のマッチング処理を行うことにより、動き検出結果として、画素ごとに動きベクトルを求めることができる。

本発明の第８の局面によれば、複数のフレーム間で所定の優先順位に従って輝度を再配分する時分割階調駆動を行うときでも、画像の動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

本発明の第９の局面によれば、２枚のフレーム間で一方のフレームを優先して輝度を再配分する時分割階調駆動を行うときでも、画像の動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

本発明の第１０の局面によれば、輝度が優先的に配分されるフレームには元のフレームを優先的に割り当てることにより、輝度が優先的に配分されるフレームで発生するノイズを低減することができる。これにより、時分割階調駆動を行う画像表示装置において、補間フレームで発生するノイズをさらに低減することができる。

本発明の第１１の局面によれば、フレームレート変換倍率が１倍よりも大きいときに、補間フレームで発生するノイズが目立つことを防止することができる。

本発明の第１および第２の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置による２．５倍速のフレーム補間を示す図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置による２．５倍速のフレーム補間の詳細（補間フレーム４枚のとき）を示す図である。 同じく、補間フレーム３枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム２枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム１枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム０枚のときを示す図である。 動画ぼけが発生する表示画面の例を示す図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置が図４に示す画面を表示する場合に、観測者によって観測される境界線付近の階調を示す図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置における、正しいフレームの割合、ぼけ幅および最大ぼけ幅に対する割合を示す図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置における、正しいフレームの割合と最大ぼけ幅に対する割合をグラフ化して示す図である。 第１の実施形態に係る液晶表示装置による２．５倍速のフレーム補間の他の例（第１の例）を示す図である。 同じく、第２の例を示す図である。 第２の実施形態に係る液晶表示装置の駆動回路による階調変換の特性を示す図である。 第２の実施形態に係る液晶表示装置による２．５倍速のフレーム補間を示す図である。 第２の実施形態に係る液晶表示装置による２．５倍速のフレーム補間の詳細（補間フレーム８枚のとき）を示す図である。 同じく、補間フレーム７枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム６枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム５枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム４枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム３枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム２枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム１枚のときを示す図である。 同じく、補間フレーム０枚のときを示す図である。 第２の実施形態に係る液晶表示装置による２．５倍速のフレーム補間の他の例（第１の例）を示す図である。 同じく、第２の例を示す図である。 同じく、第３の例を示す図である。

符号の説明

１、３…フレームメモリ
２…動き検出回路
４…動きベクトルメモリ
５…フレーム補間回路
６…駆動回路
７…画素アレイ
８…動き判定回路
９…液晶表示素子
１０…液晶表示装置

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図１に示す液晶表示装置１０は、動き検出用のフレームメモリ１、動き検出回路２、フレーム補間用のフレームメモリ３、動きベクトルメモリ４、フレーム補間回路５、駆動回路６、画素アレイ７、および、動き判定回路８を備えている。液晶表示装置１０は、入力映像信号Ｘに対して２．５倍速のフレーム補間を行い、得られた駆動用映像信号Ｙに基づき画面を表示する。

液晶表示装置１０には、フレームレートが６０Ｈｚの入力映像信号Ｘが供給される。入力映像信号Ｘは、フレームメモリ１に書き込まれ、１フレーム時間だけ遅れてフレームメモリ１から出力される。動き検出回路２は、入力映像信号Ｘを現フレームの映像信号、フレームメモリ１から出力された映像信号を前フレームの映像信号として動き検出を行い、動き検出結果として動きベクトルＶを出力する。動き検出回路２は、例えばブロック単位のマッチング処理によって動きベクトルＶを求めてもよく、画素単位のマッチング処理によって動きベクトルＶを求めてもよく、あるいは、それ以外の方法で動きベクトルＶを求めてもよい。

入力映像信号Ｘと動きベクトルＶは、それぞれ、フレームメモリ３と動きベクトルメモリ４に書き込まれる。フレーム補間回路５は、フレームメモリ３と動きベクトルメモリ４から必要な映像信号と動きベクトルを読み出し、読み出した動きベクトルを用いて読み出した映像信号に対して２．５倍速のフレーム補間を行い、フレームレートが１５０Ｈｚの駆動用映像信号Ｙを出力する。フレーム補間回路５の詳細は後述する。

画素アレイ７は、２次元状に配置された複数の液晶表示素子９を含んでいる。駆動回路６は、フレーム補間回路５から出力された駆動用映像信号Ｙに基づき、液晶表示素子９を駆動する。これにより、液晶表示装置１０は画面を表示する。

動き判定回路８は、動き検出回路２で求めた動きベクトルＶに基づき、映像信号Ｘが表す画像の動き量に応じた制御信号Ｓを出力する。本実施形態では、制御信号Ｓは０から４までの５とおりの値をとり、画像の動きが大きいときほど、制御信号Ｓの値は大きいものとする。

以下、フレーム補間回路５の詳細を説明する。上述したように、フレーム補間回路５は、入力映像信号Ｘ（フレームレートは６０Ｈｚ）に対して２．５倍速のフレーム補間を行い、駆動用映像信号Ｙ（フレームレートは１５０Ｈｚ）を出力する。駆動用映像信号Ｙには、入力映像信号Ｘに元々含まれていたフレーム（以下、元のフレームという）と、フレーム補間回路５で新たに生成されたフレーム（以下、補間フレームという）とが含まれる。すなわち、フレーム補間回路５は、元のフレームと補間フレームを含む駆動用映像信号Ｙを出力する。

図２は、フレーム補間回路５による２．５倍速のフレーム補間を示す図である。２．５倍速のフレーム補間では、フレームが２枚入力されるたびに、５枚のフレームが出力される。例えば図２に示すように、液晶表示装置１０に対してフレームＡ、Ｂ、Ｃが１／６０ｓの間隔で入力されたとき、フレーム補間回路５は、フレームＡとＣをそのまま出力し、フレームＡとＣの間に１／１５０ｓの間隔で４枚のフレームＦ１〜Ｆ４を出力する。

フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として元のフレームと補間フレームのいずれかを出力する。より詳細には、フレーム補間回路５は、動き判定回路８から出力された制御信号Ｓに従い、フレームＦ１〜Ｆ４として元のフレームと補間フレームのいずれを出力するかを切り替える。制御信号Ｓの値がｓ（ｓは０以上４以下の整数）のとき、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４としてｓ枚の補間フレームと（４−ｓ）枚の元のフレームを出力する。

補間フレームは、直前にある元のフレーム（以下、前フレームという）と、直後にある元のフレーム（以下、後フレームという）とに基づき生成される。より詳細には、フレーム補間回路５は、前フレームと後フレームの間の動きベクトルに基づき、前フレームについての動き補償画像と後フレームについての動き補償画像のうち、少なくとも一方を用いて補間フレームを生成する。なお、フレーム補間回路５は、上記以外の方法で補間フレームを生成してもよい。

以下、フレーム補間回路５が前フレームについての動き補償画像を用いて補間フレームを生成する場合について説明する。前フレームＰと後フレームＱの間の動きベクトルをＭＶとしたとき、前フレームＰをブロックごとに動きベクトルＭＶのａ倍（０＜ａ＜１）だけ移動させた画像、すなわち、前フレームＰについてａ倍した動きベクトル（ａ×ＭＶ）を用いた動き補償により得られた補間フレームをＰ_a と表す。

図３Ａ〜図３Ｅは、フレーム補間回路５による２．５倍速のフレーム補間の詳細を示す図である。フレーム補間回路５は、制御信号Ｓに従い、図３Ａ〜図３Ｅに示す５種類の動作のうちいずれかを行う。なお、図３Ａ〜図３Ｅにおいて、ハッチングされた四角形は、入力映像信号Ｘに含まれるフレームまたは駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームを表し、ハッチングされていない四角形は、映像信号Ｙに含まれる補間フレームを表す。補間フレームの上に記載された数字ａは、その補間フレームがａ倍した動きベクトルを用いた動き補償により得られたものであることを表す。

制御信号Ｓの値が４のとき（図３Ａを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ_2/5 、Ａ_4/5 、Ｂ_1/5 、Ｂ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として４枚の補間フレームを出力する。

制御信号Ｓの値が３のとき（図３Ｂを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ_2/5 、Ｂ、Ｂ_1/5 、Ｂ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として３枚の補間フレームと１枚の元のフレームを出力する。

制御信号Ｓの値が２のとき（図３Ｃを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ_2/5 、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として２枚の補間フレームと２枚の元のフレームを出力する。

制御信号Ｓの値が１のとき（図３Ｄを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として３枚の補間フレームと１枚の元のフレームを出力する。

制御信号Ｓの値が０のとき（図３Ｅを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ、Ａ、Ｂ、Ｂを出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として４枚の元のフレームを出力する。

なお、フレーム補間回路５は、ａ倍した動きベクトル（ａ×ＭＶ）が小数部を持つ場合には、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）で規定された半画素単位予測と同様に、周囲の４画素に対して補間演算を行うことにより、１つの画素についての動き補償結果を求めることが好ましい。

このようにフレーム補間回路５は、制御信号Ｓに従い、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームの割合を変化させる。特に、フレーム補間回路５は、入力映像信号Ｘが表す画像の動きが大きいとき（制御信号Ｓの値が大きいとき）ほど、駆動用映像信号Ｙに含まれる補間フレームの割合を大きくし、入力映像信号Ｘが表す画像の動きが小さいとき（制御信号Ｓの値が小さいとき）ほど、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームの割合を大きくする。

このようにフレーム補間回路５において駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームの割合を変化させることにより、液晶表示装置１０は、画像の動き量に応じて、元のフレームを多く表示したり、補間フレームを多く表示したりする。元のフレームを多く表示すれば、補間フレームで発生するノイズを低減することができる。ところが、元のフレームを多く表示すると、画像のホールド時間が長くなるために、動画ぼけの幅が大きくなる。このように、補間フレームで発生するノイズと動画ぼけの幅は、トレードオフの関係にある。

ここで一例として、図４に示すように、画面に黒領域と白領域を表示するときに、両者の境界線が５画素／フレーム（ただし、１フレーム時間は１／６０ｓ）で水平右方向に移動する場合を考える。観測者は、図４に示す画面を見るときに、視線を境界線の移動方向（右方向）に移動させる。このため、観測者には境界線付近では図５に示す階調変化が起こっているように見える。

図５は、補間フレームの枚数を変化させた各場合について、観測者によって観測される境界線付近の階調を示す図である。図５において、横軸は画素の水平位置を表し、縦軸は各位置における画素の階調を表す。図５では、黒領域の階調を０％、白領域の階調を１００％とし、動画ぼけが発生する最初の画素（動画ぼけが発生する最も左の画素）の水平位置を１とする。例えば、制御信号Ｓの値が４で、フレームＦ１〜Ｆ４として４枚の補間フレームを出力する場合には、水平位置１の画素の階調は５０％（黒領域の階調と白領域の階調のちょうど中間の階調）となる。

図６は、補間フレームの枚数を変化させた各場合について、正しいフレームの割合、動画ぼけの幅（以下、ぼけ幅という）、および、最大ぼけ幅に対する割合を示す図である。例えば、制御信号Ｓの値が４のときには、２枚のフレームが入力されるたびに１枚の元のフレームと４枚の補間フレームが出力されるので（図３Ａを参照）、正しいフレーム（元のフレーム）の割合は１／５＝２０％となる。同様に、制御信号Ｓの値が３、２、１、０のときには、正しいフレームの割合は、それぞれ、４０％、６０％、８０％、１００％となる。

図６に示すぼけ幅は、図５において階調が９０％となる水平位置から階調が１０％となる水平位置を引くことにより求められる。例えば、制御信号Ｓの値が４のときには、階調が９０％となる水平位置は１．８、階調が１０％となる水平位置は０．２であるので、ぼけ幅は１．８−０．２＝１．６画素となる。同様に、制御信号Ｓの値が３、２、１、０のときには、ぼけ幅は、それぞれ、１．７５画素、２．０画素、３．０画素、４．０画素となる。なお、ぼけ幅を上記のように決定した理由は、人間の感覚に近い動画ぼけ指標であるＥＢＥＴ（Extended Blurred Edge Time）値を考慮したためである。

また、フレーム補間を行わずに入力映像信号Ｘ（フレームレートは６０Ｈｚ）を用いて表示を行った場合、ぼけ幅は４．０画素となる。図６には、この最大ぼけ幅に対する割合も記載されている。例えば、制御信号Ｓの値が４のときには、最大ぼけ幅に対する割合は１．６／４．０＝４０％となる。同様に、制御信号Ｓの値が３、２、１、０のときには、最大ぼけ幅に対する割合は、それぞれ、４３．８％、５０％、７５％、１００％となる。

図６に示す正しいフレームの割合と最大ぼけ幅に対する割合をグラフ化すると、図７に示すようになる。図７に示すように、補間フレームの枚数が多いほど、正しいフレームの割合は減少し、最大ぼけ幅に対する割合も減少する。ただし、正しいフレームの割合は補間フレームの枚数に応じて線形に減少するのに対して、最大ぼけ幅に対する割合の減少率は補間フレームの枚数が多くなるほど小さくなる。

したがって、画像の動き量に応じて補間フレームで発生するノイズを見積もり、補間フレームの枚数を決定することにより、補間フレームで発生するノイズを抑えながら、ぼけ幅の増加を最低限に抑えることができる。具体的には、画像の動き量が大きいときには、補間フレームで発生するノイズよりも視線追随による動画ぼけのほうが問題となるので、補間フレームを多く表示することが好ましい。一方、画像の動き量が小さいときには、視線追随による動画ぼけよりも補間フレームで発生するノイズのほうが問題となるので、元のフレームを多く表示することが好ましい。液晶表示装置１０は、画像の動き量に応じて、元のフレームを多く表示したり、補間フレームを多く表示したりすることができる。したがって、液晶表示装置１０によれば、画像の動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

なお、フレーム補間回路５は、図３Ａ〜図３Ｅに示す以外のフレーム補間を行ってもよい。図８Ａおよび図８Ｂは、フレーム補間回路５による２．５倍速のフレーム補間の他の例を示す図である。例えば、フレーム補間回路５は、制御信号Ｓの値が２のときには、図８Ａに示すように、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ_2/5 、Ａ_4/5 、Ｂ、Ｂを出力してもよい。あるいは、フレーム補間回路５は、制御信号Ｓの値が２のときには、図８Ｂに示すように、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ_1/2 、Ｂ、Ｂ、Ｂ_1/2 を出力してもよい。このように補間フレームを生成するときに、入力映像信号Ｘに含まれるフレームと補間フレームのタイミングに応じた倍率（例えば、２／５や４／５）を掛けた動きベクトルに代えて、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームのタイミングに応じた倍率（例えば、１／２）を掛けた動きベクトルを用いてもよい。

また、フレーム補間回路５は、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームの時間的順序が正しい限り、いずれのタイミングで補間フレームを出力してもよく、補間フレームを生成するときに任意倍した動きベクトルを用いてもよい。ただし、動画ぼけを効果的に抑えるためには、補間フレームに代えて元のフレームを出力する際に、補間フレームを理想的に出力する場合に比べて、できるだけ近いタイミングで出力することが好ましい。

また、フレーム補間回路５は、前フレームについての動き補償画像に代えて、後フレームについての動き補償画像を用いて補間フレームを生成してもよい。例えば、フレーム補間回路５は、フレームＦ１として、フレームＢについて３／５倍した動きベクトルを用いて後向き動き補償をして得られた補間フレームを出力してもよい。

あるいは、フレーム補間回路５は、前フレームについての動き補償画像と後フレームについての動き補償画像を用いて補間フレームを生成してもよい。この場合、フレーム補間回路５は、動きベクトルに掛けた定数の比に応じて、前フレームについての動き補償画像と後フレームについての動き補償画像とを合成すればよい。例えば、フレーム補間回路５は、フレームＦ１として、フレームＡについて２／５倍した動きベクトルを用いて前向き動き補償をして得られた画像と、フレームＢについて３／５倍した動きベクトルを用いて後向き動き補償をして得られた画像とを３：２の割合で合成すればよい。

以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、フレーム補間した映像信号に基づき画面を表示するときに、画像の動き量に応じて、元のフレームを多く表示したり、補間フレームを多く表示したりすることができる。元のフレームを多く表示すれば、補間フレームで発生するノイズを低減でき、補間フレームを多く表示すれば、視線追従による動画ぼけを低減できる。したがって、画像の動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。特に、フレームレート変換倍率が１倍よりも大きいときに、補間フレームで発生するノイズが目立つことを防止することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置は、第１の実施形態に係る液晶表示装置（図１）と同じ構成を有する。ただし、本実施形態では、フレーム補間回路５、駆動回路６および動き判定回路８が、第１の実施形態と異なる動作を行う。以下、本実施形態と第１の実施形態の相違点について説明し、両者の共通点については説明を省略する。

本実施形態に係る液晶表示装置では、駆動回路６は、フレーム補間回路５から出力された駆動用映像信号Ｙに対して、複数のフレーム間で所定の優先順位に従って輝度を再配分するための階調変換を行い、得られた映像信号を用いて液晶表示素子９を駆動する（この方法は、時分割階調駆動と呼ばれる）。より詳細には、駆動回路６は、駆動用映像信号Ｙに対して、輝度を非優先的に配分するための第１の階調変換と、輝度を優先的に配分するための第２の階調変換とをフレームごとに交互に行い、得られた映像信号を用いて液晶表示素子９を駆動する。以下、駆動用映像信号Ｙに含まれるフレームを交互に「前半サブフレーム」および「後半サブフレーム」という。駆動回路６は、駆動用映像信号Ｙに含まれる前半サブフレームには第１の階調変換を行い、駆動用映像信号Ｙに含まれる後半サブフレームには第２の階調変換を行う。

図９は、駆動回路６による階調変換の特性を示す図である。図９において、横軸は変換前の階調を表し、縦軸は変換後の階調を表す。図９には、前半サブフレームに対して行われる第１の階調変換による変換後の階調が一点鎖線で、後半サブフレームに対して行われる第２の階調変換による変換後の階調が破線で示されている。図９に示すように、第１の階調変換では、閾値Ｙｔｈ未満の階調は所定の最小階調Ｚｍｉｎに変換され、閾値Ｙｔｈ以上の階調は当該階調と閾値Ｙｔｈとの差に応じた階調に変換される。第２の階調変換では、閾値Ｙｔｈ以上の階調は所定の最大階調Ｚｍａｘに変換され、閾値Ｙｔｈ未満の階調は当該階調に応じた階調に変換される。

図９に示す特性は、前半サブフレームの輝度の時間積分値と後半サブフレームの輝度の時間積分値の和が、前半サブフレームと後半サブフレームを合わせた期間内の輝度を再現するように決定されている。また、図９に示す特性は一例にすぎず、駆動回路６は図９に示す以外の階調変換を行ってもよい。

動き判定回路８は、動き検出回路２で求めた動きベクトルＶに基づき、映像信号Ｘが表す画像の動き量に応じた制御信号Ｓを出力する。本実施形態では、制御信号Ｓは０から８までの９とおりの値をとり、画像の動きが大きいときほど、制御信号Ｓの値は大きいものとする。

本実施形態でも第１の実施形態と同様に、フレーム補間回路５は、２．５倍速のフレーム補間を行い、フレームが２枚入力されるたびに５枚のフレームを出力する。本実施形態では、フレーム補間回路５はフレームが４枚入力されるたびに１０枚のフレームを出力すると考える。図１０に示すように、フレームＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが１／６０ｓの間隔で入力されたとき、フレーム補間回路５は、フレームＡとＣとＥをそのまま出力し、フレームＡとＣの間に１／１５０ｓの間隔で４枚のフレームＦ１〜Ｆ４を出力し、フレームＣとＥの間に１／１５０ｓの間隔で４枚のフレームＦ５〜Ｆ８を出力する。

フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ８として元のフレームと補間フレームのいずれかを出力する。より詳細には、フレーム補間回路５は、動き判定回路８から出力された制御信号Ｓに従い、フレームＦ１〜Ｆ８として元のフレームと補間フレームのいずれを出力するかを切り替える。制御信号Ｓの値がｓ（ｓは０以上８以下の整数）のとき、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ８としてｓ枚の補間フレームと（８−ｓ）枚の元のフレームを出力する。

補間フレームは、第１の実施形態と同様に、前フレームと後フレームの間の動きベクトルに基づき、前フレームについての動き補償画像と後フレームについての動き補償画像のうち、少なくとも一方を用いて生成される。

以下、フレーム補間回路５が前フレームについての動き補償画像を用いて補間フレームを生成する場合について説明する。図１１Ａ〜図１１Ｉは、フレーム補間回路５による２．５倍速のフレーム補間の詳細を示す図である。フレーム補間回路５は、制御信号Ｓに従い、図１１Ａ〜図１１Ｉに示す９種類の動作のうちいずれかを行う。なお、図１１Ａ〜図１１Ｉでは、図３Ａ〜図３Ｅと同じ表記を使用する。また、処理選択信号ＳＥＬは前半サブフレームではローレベル、後半サブフレームではハイレベルとなり、○印は後半サブフレームに元のフレームを出力することを、×印は後半サブフレームに補間フレームを出力することを表す。

制御信号Ｓの値が８のとき（図１１Ａを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ８として順にＡ_2/5 、Ａ_4/5 、Ｂ_1/5 、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｃ_4/5 、Ｄ_1/5 、Ｄ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として８枚の補間フレームを出力する。

同様に、制御信号Ｓの値が７のとき（図１１Ｂ）には、Ａ_2/5 、Ａ_4/5 、Ｂ_1/5 、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ_1/5 、Ｄ_3/5 （１枚の元のフレームと７枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が６のとき（図１１Ｃ）には、Ａ_2/5 、Ｂ、Ｂ_1/5 、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ_1/5 、Ｄ_3/5 （２枚の元のフレームと６枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が５のとき（図１１Ｄ）には、Ａ_2/5 、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ_1/5 、Ｄ_3/5 （３枚の元のフレームと５枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が４のとき（図１１Ｅ）には、Ａ_2/5 、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ、Ｄ_3/5 （４枚の元のフレームと４枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が３のとき（図１１Ｆ）には、Ａ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ、Ｄ_3/5 （５枚の元のフレームと３枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が２のとき（図１１Ｇ）には、Ａ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ、Ｄ、Ｄ、Ｄ_3/5 （６枚の元のフレームと２枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が１のとき（図１１Ｈ）には、Ａ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ、Ｄ、Ｄ、Ｄ（７枚の元のフレームと１枚の補間フレーム）が出力される。制御信号Ｓの値が０のとき（図１１Ｉ）には、Ａ、Ａ、Ｂ、Ｂ、Ｃ、Ｃ、Ｄ、Ｄ（８枚の元のフレーム）が出力される。

このように本実施形態でも第１の実施形態と同様に、フレーム補間回路５は、制御信号Ｓに従い、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームの割合を変化させる。特に、フレーム補間回路５は、入力映像信号Ｘが表す画像の動きが大きいときほど、駆動用映像信号Ｙに含まれる補間フレームの割合を大きくし、入力映像信号Ｘが表す画像の動きが小さいときほど、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームの割合を大きくする。

したがって、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、第１の実施形態と同様の理由により、２枚のフレーム間で一方のフレームを優先して輝度を再配分する時分割階調駆動を行うときでも、画像の動き量に応じた好適な割合で元のフレームと補間フレームを表示し、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減することができる。

なお、本実施形態に係る液晶表示装置でも、フレーム補間回路５は、図１１Ａ〜図１１Ｉに示す以外のフレーム補間を行ってもよい。具体的には、フレーム補間回路５は、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームの時間的順序が正しい限り、いずれのタイミングで補間フレームを出力してもよく、補間フレームを生成するときに任意倍にした動きベクトルを用いてもよく、後フレームについての動き補償画像（あるいは、前フレームについての動き補償画像と後フレームについての動き補償画像の両方）を用いて補間フレームを生成してもよい。

例えば、フレーム補間回路５は、制御信号Ｓの値が２のときには、図１２に示すように、フレームＦ１〜Ｆ８として順にＡ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｂ_3/5 、Ｃ、Ｃ、Ｄ、Ｄ（２枚の元のフレームと６枚の補間フレーム）を出力してもよい。このように同じフレームを２回ずつ繰り返して出力することにより、液晶表示素子９を実質的に７５Ｈｚのフレームレートで駆動することもできる。

また、本実施形態に係る液晶表示装置では、フレーム補間回路５は、駆動用映像信号Ｙに含まれる元のフレームと補間フレームの時間的順序が正しい限り、元のフレームと補間フレームを前半サブフレームとして出力してもよく、後半サブフレームとして出力してもよい。そこで、フレーム補間回路５は、後半サブフレームには、元のフレームと補間フレームのうち、元のフレームを優先的に割り当てることもできる。

例えば、フレーム補間回路５は、制御信号Ｓの値が６のときには、図１３Ａに示すように、フレームＦ１〜Ｆ８として順にＡ_2/5 、Ａ_4/5 、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ_1/5 、Ｄ_3/5 （２枚の元のフレームと６枚の補間フレーム）を出力してもよく、制御信号Ｓの値が４のときには、図１３Ｂに示すように、フレームＦ１〜Ｆ８として順にＡ、Ａ_4/5 、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｄ、Ｄ_1/5 、Ｅ（４枚の元のフレームと４枚の補間フレーム）を出力してもよい。

このように輝度が優先的に配分されるフレームには元のフレームを優先的に割り当てることにより、輝度が優先的に配分されるフレームで発生するノイズを低減することができる。これにより、時分割階調駆動を行う画像表示装置において、補間フレームで発生するノイズをさらに低減することができる。ただし、本実施形態でも動画ぼけを効果的に抑えるためには、補間フレームに代えて元のフレームを出力する際に、補間フレームを理想的に出力する場合に比べて、できるだけ近いタイミングで出力することが好ましい。

また、本実施形態に係る液晶表示装置は、２枚のフレーム間で一方のフレームを優先して輝度を再配分する時分割階調駆動を行うこととしたが、３枚以上のフレーム間で所定の優先順位に従って輝度を再配分する時分割階調駆動を行ってもよい。この液晶表示装置も、本実施形態に係る液晶表示装置と同様の効果を奏する。

なお、第１および第２の実施形態に係る液晶表示装置は、入力映像信号Ｘについて動き検出を行う動き検出回路２を備えることとしたが、動き検出回路を液晶表示装置の外部に設けてもよい。例えば、入力映像信号ＸがＭＰＥＧ符号化ビットストリームを復号して得られたものである場合には、復号時に得られた動きベクトルを、入力映像信号についての動き検出結果として液晶表示装置に与えればよい。また、ここまで画像表示装置の例として液晶表示装置について説明してきたが、本発明はエレクトロルミネッセンス表示装置などの画像表示装置にも適用することができる。

本発明の画像表示装置は、視線追従による動画ぼけと補間フレームで発生するノイズを低減できるので、液晶表示装置やエレクトロルミネッセンス表示装置など、各種の画像表示装置に利用することができる。

制御信号Ｓの値が８のとき（図１１Ａを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ８として順にＡ_2/5 、Ａ_4/5 、Ｂ_1/5 、Ｂ_3/5 、Ｃ_2/5 、Ｃ_4/5 、Ｄ_1/5 、Ｄ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ８として８枚の補間フレームを出力する。

制御信号Ｓの値が１のとき（図３Ｄを参照）、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として順にＡ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 を出力する。この場合、フレーム補間回路５は、フレームＦ１〜Ｆ４として１枚の補間フレームと３枚の元のフレームを出力する。

例えば、フレーム補間回路５は、制御信号Ｓの値が２のときには、図１２に示すように、フレームＡに続いて順にＡ、Ｂ、Ｂ、Ｂ_3/5 、Ｂ_3/5 、Ｃ、Ｃ、Ｄ、Ｄ（７枚の元のフレームと２枚の補間フレーム）を出力してもよい。このように同じフレームを２回ずつ繰り返して出力することにより、液晶表示素子９を実質的に７５Ｈｚのフレームレートで駆動することもできる。

Claims (11)

1. フレーム補間した映像信号に基づき画面を表示する画像表示装置であって、
   複数の表示素子と、
   前記表示素子を駆動する駆動回路と、
   入力映像信号に対してフレーム補間を行い、元のフレームと補間フレームを含む駆動用映像信号を前記駆動回路に対して出力するフレーム補間回路と、
   前記入力映像信号についての動き検出結果に基づき、動き量に応じた制御信号を出力する動き判定回路とを備え、
   前記フレーム補間回路は、前記制御信号に従い、前記駆動用映像信号に含まれる元のフレームと補間フレームの割合を変化させることを特徴とする、画像表示装置。
2. 前記フレーム補間回路は、前記入力映像信号が表す画像の動きが大きいときほど、前記駆動用映像信号に含まれる補間フレームの割合を大きくし、前記入力映像信号が表す画像の動きが小さいときほど、前記駆動用映像信号に含まれる元のフレームの割合を大きくすることを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記フレーム補間回路は、前記入力映像信号についての動き検出結果に基づき、前記入力映像信号に対してフレーム補間を行うことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
4. 前記フレーム補間回路は、前記入力映像信号についての動き検出結果に基づき、前フレームについての動き補償画像と後フレームについての動き補償画像のうち、少なくとも一方を用いて補間フレームを求めることを特徴とする、請求項３に記載の画像表示装置。
5. 前記入力映像信号について動き検出を行う動き検出回路をさらに備えた、請求項１に記載の画像表示装置。
6. 前記動き検出回路は、ブロック単位のマッチング処理を行うことにより、前記入力映像信号について動き検出を行うことを特徴とする、請求項５に記載の画像表示装置。
7. 前記動き検出回路は、画素単位のマッチング処理を行うことにより、前記入力映像信号について動き検出を行うことを特徴とする、請求項５に記載の画像表示装置。
8. 前記駆動回路は、前記駆動用映像信号に対して、複数のフレーム間で所定の優先順位に従って輝度を再配分するための階調変換を行い、得られた映像信号を用いて前記表示素子を駆動することを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。
9. 前記駆動回路は、前記駆動用映像信号に対して、輝度を非優先的に配分するための第１の階調変換と、輝度を優先的に配分するための第２の階調変換とをフレームごとに交互に行い、得られた映像信号を用いて前記表示素子を駆動することを特徴とする、請求項８に記載の画像表示装置。
10. 前記フレーム補間回路は、前記駆動回路において輝度が優先的に配分されるフレームには、元のフレームと補間フレームのうち、元のフレームを優先的に割り当てることを特徴とする、請求項８に記載の画像表示装置。
11. 前記駆動用映像信号のフレームレートは、前記入力映像信号のフレームレートの１倍よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の画像表示装置。

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