JP4501766B2 - 映像処理装置及び映像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばテレビジョン受像機等の映像表示装置、またはＤＶＤプレーやもしくはデジタルチューナを含むセットトップボックス等の映像処理装置に係り、特に、映像信号の階調を補正するための構成を備えた映像処理装置、及び映像表示装置に関する。

テレビジョン受像機等の映像表示装置において、映像信号の輝度ヒストグラムを検出もしくは算出して例えばガンマ補正などの階調補正を行う従来技術は、例えば下記特許文献１及び２に記載のものが知られている。

特開平６−９０３８２号公報 特開平８−３１７２５０号公報

映像の階調補正を行う手段としては、映像信号（に含まれる輝度信号）の直流成分を制御するブライトネス補正、輝度信号の振幅レベルを制御するコントラスト補正、ガンマ補正等がある。ここで、輝度信号から検出もしくは算出された輝度ヒストグラムを用いて、例えば階調補正をブライトネス補正、コントラスト補正、ガンマ補正の順にそれぞれ行う場合について考える。ガンマ補正は、ブライトネス補正及び／またはコントラスト補正がされた輝度信号に対して行われるため、ガンマ補正される輝度信号の輝度ヒストグラムは、検出もしくは算出された元の輝度ヒストグラムと異なっている場合がある。例えば、ブライトネス補正によって黒側付近の低輝度領域の輝度レベルが減少もしくは抑圧された場合、ガンマ補正直前の輝度信号は、元の輝度信号に対して上記低輝度領域の輝度レベルが減少されたものとなっている。すなわち、ガンマ補正直前の輝度信号に係る輝度ヒストグラムは、元の輝度信号に係る輝度ヒストグラムに比べ低輝度領域の度数が少ないか、もしくは０となる。

従って、上記の場合、ガンマ補正に用いられる輝度ヒストグラムは、実際にガンマ補正が為される輝度信号とは異なったヒストグラムとなる。よって、ブライトネス補正及び／またはコントラスト補正に用いる輝度ヒストグラムと、ガンマ補正に用いる輝度ヒストグラムとを同じものとすると適切なガンマ補正が得られない。上記特許文献１及び２には、こののような課題については何ら考慮されていない。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、適切な階調補正を行って高画質な映像を表示可能な技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、第１階調補正として例えばブライトネス補正及び／またはコントラスト補正に用いられる輝度ヒストグラムと、第２階調補正として例えばガンマ補正に用いられる輝度ヒストグラムとを、それぞれ異なる輝度ヒストグラムとしたことを特徴とするものである。すなわち本発明は、ブライトネス補正及び／またはコントラスト補正には第１輝度ヒストグラムを用い、ガンマ補正にはこの第１輝度ヒストグラムを変更した第２輝度ヒストグラムを用いるものである。

上記第２輝度ヒストグラムは、ブライトネス補正処理、及びコントラスト補正処理に応じて前記第１輝度ヒストグラムを変更して得られる。例えば、ブライトネス補正及びコントラスト補正によって黒レベルを含む低輝度領域における輝度レベルが減少もしくは抑圧（例えば０とされた）された場合に、前記第１輝度ヒストグラムのうち、前記輝度レベルが減少もしくは抑圧された前記低輝度領域に対応する度数を低減もしくはカットして第２輝度ヒストグラムを生成する。

本発明によれば、映像に応じて階調補正が為された、高画質な映像を表示することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明にかかる映像表示装置の一実施形態を示すブロック図であり、該映像表示装置には、入力映像信号として輝度信号S1と色差信号R-Y及びB-Yが入力される。色差信号R-Y及びB-Yは、図示しない色補正回路により適宜色補正が為され、マトリクス回路60に供給される。この色補正回路は本実施形態の特徴的部分と直接的に関係のない部分であるため、ここではその詳細について省略する。尚、色補正処理の詳細については例えば特開2003-47020号公報等を参照されたい。輝度信号S1は、検出回路10に入力される。検出回路10は、入力輝度信号S1から映像の１フレームもしくは１フィールド期間（以下、１画面期間と呼ぶ場合もある）における輝度の度数分布を示す輝度ヒストグラムを検出する。この輝度ヒストグラムは、例えば図５に示される形態と成る。すなわち、検出回路10は、複数に分割された輝度領域のそれぞれに対応する輝度を持つ画素数、すなわち予め定めた複数の輝度レベル範囲の各々に属する輝度成分の度数（出現頻度）を検出し、図５に示されるような輝度ヒストグラムを生成する。図５では、分割された輝度領域をHST0〜HST４の５分割としている。上記輝度信号S1は例えば図示しないA/D変換器によりデジタル化されており、このデジタル信号が１０ビットで表されるものであるならば、図５における一つの輝度領域は、1024/5階調となる。図１に示される映像表示装置に入力される映像信号が元々デジタル形式であるならば、A/D変換器は必要ない。尚、本実施例では、輝度領域を５分割としているが、勿論これよりも多くてもよく、分割数が多い程より高精度なヒストグラムを検出できることは言うまでも無い。また検出回路10は、これと同時に入力輝度信号S1から１画面分の平均輝度レベルの（以下APLと称する）も検出する。

検出回路10によって検出された輝度ヒストグラム及びAPLは、制御回路20に供給される。制御回路20は例えばマイクロコンピュータなどにより構成されており、検出回路10で検出された輝度ヒストグラム及びAPLに基づいて、階調補正回路へ出力する制御信号を生成する。本実施形態に係る階調補正回路は、図１に示されるように、輝度信号S1の直流(DC)レベルを制御してブライトネス補正を行うブライトネス補正回路30、ブライトネス補正回路30でブライトネス補正された輝度信号S1の振幅レベルを可変するためのデジタルアンプを含み、その振幅レベルを制御してコントラスト補正を行うコントラスト補正回路30、及びコントラスト補正回路40でコントラスト補正された輝度信号S1に対し、入出力変換してガンマ補正を行うガンマ補正回路50を含んでいる。なお、本実施形態では、輝度信号S1は、ブライトネス補正回路30、ブライトネス補正回路30、ガンマ補正回路50の順に各補正処理が為される。そして制御回路20からの制御信号は、ブライトネス補正回路30、ブライトネス補正回路30及びガンマ補正回路50のそれぞれに供給される。

上記階調補正回路で階調が補正された輝度信号S1は、マトリクス回路60に供給される。マトリクス回路60は、輝度信号S1と、上述した色補正回路により色補正処理された色彩信号R-Y及びB-Yとをマトリクス演算して、３原色信号R、G、Bを生成する。マトリクス回路60で生成された原色信号は、例えば液晶パネルまたはプラズマディスプレイパネル(PDP)で構成された表示部2に供給される。表示部2は、入力された原色信号に基づき映像を表示する。

次に、階調補正回路の詳細について説明する。まず、ブライトネス補正回路30におけるブライトネス補正の一例について図２(a)を参照しつつ説明する。上記制御回路20は、検出回路10によって検出された輝度ヒストグラム及びAPLに基づきブライトネス補正回路30の補正量を求める。例えば制御回路20は、図５に示された輝度ヒストグラムにおいて、黒側付近の低輝度領域（例えばHST0）の度数が予め定めた閾値よりも低く、高輝度領域(例えばHST3、HST4)の度数が予め定めた閾値よりも高い場合は、輝度信号の直流レベルを低下させるような補正量を演算して制御信号を生成する。この結果、図２(a)に示されるように、細い破線(a)で示される輝度信号のレベルを太い点線(b)で示されるレベルまでシフトするようなブライトネス補正が為される。これによって、上記低輝度領域付近の輝度レベルを減少もしくは抑圧（０レベル）され、黒を引き締める(黒を沈める)ことができる。つまり図6(a)に示すように、低輝度領域の度数が少ないほど、直流レベルを低下させる。本例では、ブライトネス補正を行う際に参照される輝度領域は、上記の例ではHST0の１つのみとしたが、HST0とHST1の２つの輝度領域としてもよい。例えば、HST0の度数とHST1の度数とを合計し、この合計値が閾値を超えたか否か、またはその合計算値と閾値との差分により上記シフト量を決定してもよい。この場合において、上記合計値が閾値を超えたとき例えばシフト量を０にして低輝度領域における映像の潰れ（コントラスト感が無くなること）を防止し、また上記は合計値と閾値との差分が大きいほどシフト量を大きくして黒をより引き締めるようにしてもよい。また、各輝度領域の合計値とブライトネス補正量の関係を、図６(a)に示される特性としてもよい、すなわち度数の合計（図６(a)では「HST合計値」としている）の増加に比例して、補正レベル(直流レベルシフト量)を減少させるようにしてもよい。この例では、合計値が０の場合は補正量を最大としており、これが大きくなるに従って減少し、ある所定値を超えると補正量は０となる。

また、輝度信号の直流レベルのシフト量を検出されたAPLによって調整してもよい。例えば、図6(b)に示すように、APLが高いときは上記シフト量を大きくし、APLが低いときはシフト量を小さくするような調整を行う。これとは逆の調整を行ってもよい。また図6(b)に示すように、ブライトネス補正量の可変範囲としてAPLSTART及びAPLENDを設定する。そして、検出されたAPLがAPLSTART以下及びAPLEND以上の場合は、APLが変化してもブライトネス補正量は変化させず、検出されたAPLがAPLSTART〜APLENDの範囲にある場合は、APLの値に応じてブライトネス補正量を変化（本例では増加）させるようにしてもよい。このようにすれば、輝度ヒストグラムとAPLに応じた適切なブライト補正が可能となる。

次に、コントラスト補正回路40おけるコントラスト補正の一例について図２(b)を参照しつつ説明する。上記ブライトネス補正により、直流レベルのシフト量に応じた階調のマージンが形成される。コントラスト補正は、この階調のマージンを有効に利用するものである。すなわち、コントラスト補正回路40は、線(b)と図２(b)の横軸との交点と、線(a)の最大階調レベル(1023)の点とを結ぶ、点線(c)で示される特性となるようにブライトネス補正された輝度信号S1の振幅レベルを制御する。制御回路20は、コントラスト補正回路40に対して、上記(c)の特性を与えるための制御信号を供給する。この線(c)の傾きを検出されたAPLで制御するようにしてもよい。例えばAPLが閾値よりも高いときはその傾きを緩くし、低いときは傾きを急にしてもよい。このようにコントラスト補正を行うことにより、階調を有効に使用してコントラスト感を高めることができる。

次に、ガンマ補正回路50おけるガンマ補正の一例について図５を参照しつつ説明する。ガンマ補正回路50は、検出回路10で検出された輝度ヒストグラムに基づいて、コントラスト補正された輝度信号S1のガンマ補正を行うものであり、その基本的な動作は次の通りである。すなわち、ガンマ補正回路50は、図５に示された輝度ヒストグラムにおいて、度数の高い輝度領域(図ではHST1〜HST2)に対して高い階調を得るように、当該輝度領域に対するガンマ特性の傾きを他の輝度領域におけるガンマ特性の傾きに比べ急にする。このガンマ特性は、図５の一点鎖線の曲線に示される。これから明らかなように、HST2〜HST3における曲線の傾きがHST0及びHST4〜5に比べ急になっている。制御回路20は、ガンマ補正回路50が例えば図５に示されるようなガンマ曲線に従う入出力特性を持つための制御信号をガンマ補正回路50に供給する。すなわち、制御回路20は、検出された輝度ヒストグラムを参照し、映像の特徴部分、つまり度数の高い輝度領域の階調を高くするような入出力特性をガンマ補正回路50に与えるものである。これにより、映像の特徴部分におけるコントラスト感を高めた映像を得ることができる。なお、ガンマ曲線の微調整、例えば低輝度領域や高輝度領域等の局部的な傾きの調整を検出されたAPLに基づいて行ってもよい。

上述の構成おいて、ブライトネス補正及びガンマ補正のそれぞれについて、検出回路20で検出された輝度ヒストグラムを用いると、次の問題が生じる場合がある。すなわち、上記ブライトネス補正によって黒側付近の低輝度領域（例えばHPL0）の輝度レベルを図２示すように０レベルに抑圧した場合、ガンマ補正直前の輝度信号S1は、元の輝度信号に対して上記低輝度領域の輝度レベルが０にされたものとなっている。すなわち、ガンマ補正直前の輝度信号に係る輝度ヒストグラムは、元の輝度信号に係る輝度ヒストグラムに比べ低輝度領域の度数が少ないか、もしくは０となる。つまり、検出回路20で検出された輝度ヒストグラムは、実際にガンマ補正が為される輝度信号とは異なったヒストグラムとなる。よって、ブライトネス補正に用いる輝度ヒストグラムと、ガンマ補正に用いる輝度ヒストグラムとを同じものとすると適切なガンマ補正が得られない場合がある。

本実施形態は、このような現象を考慮して為されたものであり、その特徴的な構成について図３を用いて説明する。ブライトネス補正回路30によって直流レベルがシフトされた輝度信号において、そのシフト量に対応する範囲の輝度レベルは０となる。図３においては、その輝度レベルが０とされた範囲を「ブライトネスレベル」として示している。つまり、ガンマ補正回路50に入力される輝度信号S1の輝度ヒストグラムは、ブライトネスレベルに対応する輝度領域の度数が０となる。そこで本実施形態では、輝度ヒストグラムを用いてガンマ補正を行う場合において、検出回路10で検出された輝度ヒストグラムをそのまま用いるのではなく、上記ブライトネスレベルに対応する度数（輝度信号）をカットもしくは低減した輝度ヒストグラムを制御回路20により生成してガンマ補正に用いている。以下、検出された輝度ヒストグラムを第１輝度ヒストグラムと呼び、ガンマ補正用に生成される輝度ヒストグラムを第２輝度ヒストグラムと呼ぶ。

第２輝度ヒストグラムは、制御回路20において、例えば次のように生成される。すなわち、上記輝度レベルが０とされたブライトネスレベルが例えば0〜200の範囲とすると、第２輝度ヒストグラムは、例えば201を基点（すなわち0）として再度各輝度領域の度数を再計数することにより第１輝度ヒストグラムを補正して、生成される。例えば201〜400を新たな(補正後の)HST0として、その輝度領域に属する画素数を、0〜200の範囲の（すなわちブライトネスレベルの範囲に対応する）輝度レベルがカットされた輝度信号から検出して計数する。また401〜600を補正後のHST1として、そのHST1に属する画素数を同様にして計数する。補正後のHST2及びHST3についても、同様な処理で画素数を求める。この第２輝度ヒストグラムを生成する処理は、最初に検出された輝度ヒストグラムのデータを利用することができる。このような処理によって、図３のグレーで示された第２輝度ヒストグラムが制御回路20生成される。ブライトネス補正における直流レベルのシフト量は制御回路20により求まっているので、上記ブライトネスレベルは制御回路20において容易に得ることができる。このように、本実施形態では、第１輝度ヒストグラムをブライトネス補正における直流レベルのシフト量に応じて補正、変更して第２輝度ヒストグラムを生成している。上記例においては、第２輝度ヒストグラムを生成する際にブライトネスレベルの度数をカットしているが、カットせずにある一定以下に減少させて、これを考慮して第２輝度ヒストグラムを生成してもよい。

そしてガンマ補正回路50は、この第２輝度ヒストグラムを用いて図４に示されるようなガンマ補正を行う。新たに生成された第２輝度ヒストグラムが、例えば図３に示されるようにブライトネスレベルに隣接する輝度領域（補正後のHST0）の度数が最も高い場合は、その輝度領域の階調を高めるように当該輝度領域の傾きが図４の実線(d)に示されるように急にされる。

このように本実施形態では、ブライトネス補正回路30で黒側付近の低輝度領域が抑制されるようにブライトネス補正された場合、その低輝度領域が抑制された輝度信号に基づき新たに輝度ヒストグラムを生成し、この新たな輝度ヒストグラムに基づいてガンマ補正を行うことができる。従って、本実施形態によれば、ブライトネス補正でされた輝度信号の特徴部分を性格に抽出して、より適切なガンマ補正を行うこと可能となる。よって、本実施形態によれば、より精度の高い階調補正をして高画質な映像を表示可能となる。

なお、上記説明においては、コントラスト補正は輝度ヒストグラムを用いてないが、これを用いてコントラスト補正を行ってもよい。また、ブライトネス補正だけでなく、コントラスト補正の結果も考慮してガンマ補正用の第２輝度ヒストグラムを生成してもよい。更に、上記説明では、ブライトネス補正、コントラスト補正、ガンマ補正の順に階調補正を行っているが、この順番を変更してもよい。順番を変更しても本発明が適用可能であることはいうまでも無い。

また、上記説明においては、映像処理装置として、テレビジョン受像機などの映像処理装置を例にして説明したが、ＤＶＤプレーヤまたはデジタルチューナを備えたセットトップボックス、またはハードディスクレコードにも適用できる。また、映像表示部も、液晶パネル、ＰＤＰに限らず、ＦＥＤや背面投射型表示装置にも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る階調補正回路のブロック図。 本実施形態に係るブライトネス補正回路及びコントラスト補正回路の出力特性の一例を示す図。 本実施形態に係るガンマ補正回路の出力特性の一例を示す図。 本実施形態に係る階調補正回路の出力特性の一例を示す図。 検出された輝度ヒストグラムの一例を示す図。 ブライトネス補正量とAPLとの関係を示す図。

符号の説明

2…表示部、10…検出回路、20…制御回路、30…ブライトネス補正回路、40…コントラスト補正回路、50…ガンマ補正回路、60…マトリクス回路。

Claims (10)

1. 映像処理装置において、
   入力された映像信号を用いて映像の所定期間における輝度の度数分布を示す輝度ヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、
   前記ヒストグラム生成部で生成された輝度ヒストグラムに基づいて前記映像信号の第１階調補正を行う第１階調補正部と、
   前記該第１階調補正部によって階調補正された信号に対し、前記ヒストグラム生成部で生成された輝度ヒストグラムに基づいて第２階調補正を行う第２の階調補正部と、を備え、
   前記ヒストグラム生成部は、第１輝度ヒストグラムと第２輝度ヒストグラムとを生成し、かつ前記第２輝度ヒストグラムを、前記第１階調補正部における前記第１階調補正に応じて前記第１輝度ヒストグラムから生成し、
   前記第１階調補正部は、前記第１輝度ヒストグラムに基づいて前記第１階調補正を行い、前記第２階調補正部は、前記第２輝度ヒストグラムに基づいて前記第２階調補正を行うことを特徴とする映像処理装置。
2. 請求項１記載の映像処理装置において、前記ヒストグラム生成部は、映像の１フレームまたは１フィールド期間における輝度ヒストグラムを生成することを特徴とする映像処理装置。
3. 請求項１記載の映像処理装置において、前記第１階調補正部は、前記第１階調補正として前記映像信号のブライトネスを補正するブライトネス補正部、または前記第１階調補正として前記映像信号のコントラストを補正するコントラスト補正部の少なくともいずれかを含み、
   前記第２階調補正部は、前記第２階調補正として前記映像信号のガンマ補正を行うガンマ補正部を含むことを特徴とする映像処理装置。
4. 請求項１記載の映像処理装置において、更に、映像の１フレームまたは１フィールド期間における平均輝度レベルを検出する平均輝度検出部を含み、
   前記第１階調補正部は、前記検出された平均輝度レベルと前記第１輝度ヒストグラムに基づいて第１階調補正を行い、前記第２階調補正部は、前記検出された平均輝度レベルと前記第２輝度ヒストグラムに基づいて第２階調補正を行うことを特徴とする映像処理装置。
5. 請求項１記載の映像処理装置において、前記第１階調補正部は、前記第１輝度ヒストグラムに基づいて黒側付近の低輝度領域における前記映像信号のレベルを減少させるための階調補正が可能であり、
   前記ヒストグラム生成部は、前記第１階調補正部によって前記低輝度領域における前記映像信号のレベルを減少させる補正が行われた場合に、前記第１輝度ヒストグラムのうち、前記レベルが減少された前記低輝度領域に対応する度数を低減もしくはカットして前記第２の輝度ヒストグラムを生成することを特徴とする映像処理装置。
6. 映像処理装置において、
   入力された映像信号に対しコントラスト補正を行うコントラスト補正部と、
   前記コントラスト補正された映像信号に対しガンマ補正を行うガンマ補正部と、
   前記映像信号を用いて、映像の所定期間における輝度の度数分布を示す輝度ヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、を備え、
   前記ヒストグラム生成部は、前記コントラスト補正部におけるコントラスト補正処理に用いられるための第１輝度ヒストグラムと、前記ガンマ補正部におけるガンマ補正処理に用いられる第２輝度ヒストグラムとをそれぞれ生成し、かつ前記第２輝度ヒストグラムを、前記コントラスト補正部におけるコントラスト補正処理に応じて前記第１輝度ヒストグラムを変更して生成することを特徴とする映像処理装置。
7. 映像処理装置において、
   入力された映像信号に対しブライトネス補正を行うブライトネス補正部と、
   前記ブライトネス補正された映像信号に対しガンマ補正を行うガンマ補正部と、
   前記映像信号を用いて、映像の所定期間における輝度の度数分布を示す輝度ヒストグラムを生成するヒストグラム生成部と、を備え、
   前記ヒストグラム生成部は、前記ブライトネス補正部におけるブライトネス補正処理に用いられるための第１輝度ヒストグラムと、前記ガンマ補正部におけるガンマ補正処理に用いられる第２輝度ヒストグラムとをそれぞれ生成し、かつ前記第２輝度ヒストグラムを、前記ブライトネス補正部におけるブライトネス補正処理に応じて前記第１輝度ヒストグラムを変更して生成することを特徴とする映像処理装置。
8. 映像表示装置において、
   入力された映像信号に含まれる輝度信号の直流レベルを制御してブライトネス補正を行うブライトネス補正部と、
   前記ブライトネス補正された輝度信号の振幅レベルを制御してコントラスト補正を行うコントラスト補正部と、
   前記コントラスト補正された輝度信号に対しガンマ補正を行うガンマ補正部と、
   前記ブライトネス補正、コントラスト補正及びガンマ補正された輝度信号を用いて生成された補正映像信号に基づいて映像の表示を行う表示部と、
   同一フレームまたは同一フィールドの輝度信号から得られた輝度の度数分布を示す第１輝度ヒストグラムを用いて、前記ブライトネス補正部を制御するとともに、該第１輝度ヒストグラムを変更して生成した第２輝度ヒストグラムを用いて前記ガンマ補正部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ブライトネス補正部におけるブライトネス補正処理、及び前記コントラスト補正部におけるコントラスト補正処理に応じて前記第１輝度ヒストグラムを変更して、前記第２輝度ヒストグラムを生成することを特徴とする映像表示装置。
9. 請求項８記載の映像表示装置において、更に、前記輝度信号から映像信号の１フレームまたは１フィールド期間における平均輝度レベルを検出するための検出部を備え、
   前記制御部は、前記検出部で検出された平均輝度レベルも用いて前記ブライトネス補正部、コントラスト補正部及び前記ガンマ補正部を制御すること特徴とする映像表示装置。
10. 請求項８記載の映像処理装置において、前記ブライトネス補正部及び前記コントラスト補正部によって、黒レベルを含む低輝度領域における輝度レベルが減少された場合に、
    前記制御部は、前記第１輝度ヒストグラムのうち、前記輝度レベルが減少された前記低輝度領域に対応する度数を低減もしくはカットして前記第２輝度ヒストグラムを生成することを特徴とする映像表示装置。

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