JP7006519B2 - 映像信号処理装置、ディザパターン生成方法、及びディザパターン生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、映像信号処理装置、ディザパターン生成方法、及びディザパターン生成プログラムに関する。

（ｍ＋ｎ）ビットによる第１の階調数を有する映像信号が、ｍビットによる第２の階調数しか表現できないディスプレイに入力されることがある。この場合、ｍビットの映像信号にｎビット分の多階調化処理を施すことにより、擬似的に第１の階調数を表現することができる。擬似的な多階調化処理の１つとして、映像信号に複数のフレーム周期で繰り返されるディザパターンを有するディザデータを加算した後にビット数を削減するＦＲＣ（Frame Rate Control）と称される映像信号処理がある。

特開２０００－５６７２６号公報

一般的な映像信号処理装置は、映像信号に、水平２ドット、垂直２ラインの４ドットよりなる互いに異なるディザパターンを４フレーム周期で加算して映像信号を擬似的に多階調化処理する。４ドットのディザパターンのディザデータを４フレーム周期で加算する映像信号処理装置によれば、擬似的に２ビット分の階調を拡張することができる。

拡張するビット数を２ビットよりも大きくするには、ディザパターンのブロックの大きさを４ドットよりも大きくし、互いに異なるディザパターンのディザデータを加算するフレーム周期を４フレームよりも長くすればよい。ところが、映像信号に、ディザパターンの１ブロックが大きく、フレーム周期の長いディザデータを加算すると、副作用が生じやすい。そこで、ディザデータの加算による副作用が生じにくく、高品位に階調を拡張することができるディザパターンとすることが求められる。

本発明は、ディザパターンのブロックが４ドットを超える大きさであって、ディザデータの加算による副作用が生じにくく、高品位に階調を拡張することができる映像信号処理装置、ディザパターン生成方法、及びディザパターン生成プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、水平方向のドット数をＨ、垂直方向のライン数をＶ、フレーム方向の数をＦとし、Ｈ×Ｖのドット数は４を超える数であり、Ｈ×Ｖのドット数よりなるブロックは各ドットにｎビットのいずれかの値であるディザ値が設定された１つのディザパターンとされており、フレーム方向の数Ｆよりなる３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶する記憶装置と、フレーム方向の数Ｆのディザパターンがフレーム周期Ｆで順に選択され、入力された第１のビット数を有する映像信号のフレームにおけるＨ×Ｖのドット数よりなるブロックごとに、選択されたディザパターンを加算する加算器と、前記加算器の出力におけるオーバフローをリミット処理し、前記第１のビット数のうちの下位のｎビットを削減した第２のビット数を有する映像信号を出力する下位ビット削減部とを備え、Ｈ×Ｖ×Ｆのドット数よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する前記記憶装置のアドレスには、ｎビットのディザ値の最小値から最大値までの各値が書き込まれ、前記記憶装置にｎビットのディザ値の各値が書き込まれる際に、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す時空間密度値を求める第１の処理と、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのうち、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む第２の処理とが繰り返されることにより、前記３次元的なブロックの各ドットにｎビットのディザ値の各値が割り当てられており、前記第１の処理として、前記記憶装置のアドレスを、フレーム方向の位置をｆ、垂直方向のラインの位置をｖ、水平方向のドットの位置をｈとして（ｆ，ｖ，ｈ）で表し、前記所定の領域を決めるフレーム方向の範囲ｉを－ｐ～ｐ、垂直方向の範囲ｊを－ｑ～ｑ、水平方向の範囲ｋを－ｒ～ｒとしたとき、（ｆ＋ｉ＋Ｆ）の値をフレーム方向の数Ｆで除算したときの第１の剰余と、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）の値を垂直方向のライン数Ｖで除算したときの第２の剰余と、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）の値を水平方向のドット数Ｈで除算したときの第３の剰余とによって決まるアドレスが、既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０とし、前記所定の領域内で、各アドレスにおける１または０に３次元ローパスフィルタのカーネル関数を乗算することによって、前記時空間密度値を求める映像信号処理装置を提供する。

本発明は、水平方向のドット数をＨ、垂直方向のライン数をＶ、フレーム方向の数をＦとし、Ｈ×Ｖのドット数は４を超える数であり、Ｈ×Ｖのドット数よりなるブロックは各ドットにｎビットのいずれかの値であるディザ値が設定された１つのディザパターンとされており、フレーム方向の数Ｆよりなる３次元的なブロックで構成されたディザパターンを生成するディザパターン生成方法であり、Ｈ×Ｖ×Ｆのドット数よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する記憶装置内のアドレスのうち、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す時空間密度値を、前記記憶装置のアドレスを、フレーム方向の位置をｆ、垂直方向のラインの位置をｖ、水平方向のドットの位置をｈとして（ｆ，ｖ，ｈ）で表し、前記所定の領域を決めるフレーム方向の範囲ｉを－ｐ～ｐ、垂直方向の範囲ｊを－ｑ～ｑ、水平方向の範囲ｋを－ｒ～ｒとしたとき、（ｆ＋ｉ＋Ｆ）の値をフレーム方向の数Ｆで除算したときの第１の剰余と、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）の値を垂直方向のライン数Ｖで除算したときの第２の剰余と、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）の値を水平方向のドット数Ｈで除算したときの第３の剰余とによって決まるアドレスが、既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０とし、前記所定の領域内で、各アドレスにおける１または０に３次元ローパスフィルタのカーネル関数を乗算することによって求め、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのうち、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込み、前記時空間密度値を求める処理と、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む処理とを繰り返して、前記３次元的なブロックの各ドットに対応する前記記憶装置内のアドレスに、ｎビットのディザ値の最小値から最大値までの各値を任意の順番で書き込むことにより、前記記憶装置に、前記３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶させるディザパターン生成方法を提供する。

本発明は、コンピュータに、水平方向のドット数をＨ、垂直方向のライン数をＶ、フレーム方向の数をＦとし、Ｈ×Ｖのドット数は４を超える数であり、Ｈ×Ｖのドット数よりなるブロックは各ドットにｎビットのいずれかの値であるディザ値が設定された１つのディザパターンとされており、フレーム方向の数Ｆよりなる３次元的なブロックで構成されたディザパターンを生成する処理を実行させるディザパターン生成プログラムであり、Ｈ×Ｖ×Ｆのドット数よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する記憶装置内のアドレスのうち、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す時空間密度値を求める第１の処理と、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのうち、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む第２の処理と、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返して、前記３次元的なブロックの各ドットに対応する前記記憶装置内のアドレスに、ｎビットのディザ値の最小値から最大値までの各値を任意の順番で書き込むことにより、前記記憶装置に、前記３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶させる第３の処理とを実行させ、前記第１の処理として、前記記憶装置のアドレスを、フレーム方向の位置をｆ、垂直方向のラインの位置をｖ、水平方向のドットの位置をｈとして（ｆ，ｖ，ｈ）で表し、前記所定の領域を決めるフレーム方向の範囲ｉを－ｐ～ｐ、垂直方向の範囲ｊを－ｑ～ｑ、水平方向の範囲ｋを－ｒ～ｒとしたとき、（ｆ＋ｉ＋Ｆ）の値をフレーム方向の数Ｆで除算したときの第１の剰余と、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）の値を垂直方向のライン数Ｖで除算したときの第２の剰余と、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）の値を水平方向のドット数Ｈで除算したときの第３の剰余とによって決まるアドレスが、既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０とし、前記所定の領域内で、各アドレスにおける１または０に３次元ローパスフィルタのカーネル関数を乗算することによって、前記時空間密度値を求める処理を実行させるディザパターン生成プログラムを提供する。

本発明の映像信号処理装置、ディザパターン生成方法、及びディザパターン生成プログラムによれば、ディザパターンのブロックが４ドットを超える大きさであって、ディザデータの加算による副作用が生じにくく、高品位に階調を拡張することができる。

一実施形態の映像信号処理装置を示すブロック図である。 ８フレーム周期のディザパターンの一例を示す図である。 一実施形態のディザパターン生成方法またはディザパターン生成プログラムで実行される処理を示すフローチャートである。 記憶装置内の時空間密度値が最小のアドレスにディザ値を順に書き込んでいく処理を概念的に示す図である。

以下、一実施形態の映像信号処理装置、ディザパターン生成方法、及びディザパターン生成プログラムについて、添付図面を参照して説明する。

図１において、一実施形態の映像信号処理装置は、タイミング生成部１０、ディザパターン生成部２０、ＲＡＭ３０、加算器４１～４３、及び下位ビット削減部５１～５３を備える。一例として、映像信号処理装置に入力される映像信号は１２ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号である。一実施形態の映像信号処理装置は、Ｒ信号、Ｇ信号、及びＢ信号に後述するディザパターンを加算した後に下位の８ビットを削減して４ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号を出力する。

タイミング生成部１０は、垂直同期信号に基づいてフレームをカウントするフレームカウンタ１１と、垂直同期信号及び水平同期信号に基づいて垂直方向のライン数をカウントする垂直カウンタ１２と、水平同期信号に基づいて水平方向のドット数をカウントする水平カウンタ１３とを有する。なお、垂直カウンタ１２は、垂直同期信号でカウント値をリセットし、水平同期信号をトリガにしてカウントアップする。

ＲＡＭ３０には、フレームカウンタ１１が生成するフレームカウント値の下位３ビットと、垂直カウンタ１２が生成する垂直カウント値の下位４ビットと、水平カウンタ１３が生成する水平カウント値の下位４ビットとを組み合わせた１１ビットの読み出しアドレスが供給される。ＲＡＭ３０は記憶装置の一例である。

ディザパターン生成部２０は、一実施形態のディザパターン生成方法を実行してディザパターンを生成する。ディザパターン生成部２０は、一実施形態のディザパターン生成プログラムを実行してディザパターンを生成する中央処理装置（ＣＰＵ）またはコンピュータであってもよい。

図２に示すように、ディザパターン生成部２０は、一例として、水平１６ドット、垂直１６ラインの２５６ドットよりなる８フレーム周期のディザパターンを生成する。８フレーム周期のディザパターンをディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８と称することとする。ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８は互いにディザパターンが異なる。ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の全体で、３次元的なブロックで構成されたディザパターンが形成される。

ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の各ドットは、１１ビットで表現できる２０４８個のアドレスによって指定することができる。そこで、ディザパターン生成部２０は、１１ビットの書き込みアドレスを生成してＲＡＭ３０に供給する。本実施形態においては、１２ビットの映像信号を４ビットに削減するため、拡張ビット数は８である。そこで、ディザパターン生成部２０は、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の各ドットに８ビットのディザ値を割り当てたディザデータを生成する。即ち、各ドットのディザ値は０～２５５のいずれかの値である。

ＲＡＭ３０は２０４８個のアドレスを有し、２０４８個のアドレスは、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する。ディザパターン生成部２０は、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の各ドットのディザ値を生成し、各ディザ値を書き込みアドレスによって指定されたアドレスに書き込む。よって、ＲＡＭ３０は、各ドットにディザ値が割り当てられたディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８を有するディザデータを保持する。

映像信号処理装置の起動時に、ディザパターン生成部２０は、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８を有するディザデータを生成してＲＡＭ３０に書き込む。ＲＡＭ３０に保持されたディザデータは、上記の１１ビットの読み出しアドレスによって読み出され、加算器４１～４３に供給される。

図１においては、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８を有するディザデータを保持する記憶装置としてＲＡＭを用いているが、ディザパターン生成部２０が生成したディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８が予め書き込まれているＲＯＭを用いてもよい。記憶装置の種類は限定されない。記憶装置としてＲＯＭが用いられる場合、ディザパターン生成部２０は映像信号処理装置の外部に設けられる。

加算器４１～４３は、入力された１２ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号に８ビットのディザデータを加算する。Ｒ信号、Ｇ信号、及びＢ信号に加算されるディザデータのディザパターンは、読み出しアドレスによってディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８より順に選択される。加算器４１～４３は、各フレーム内の水平１６ドット、垂直１６ラインの２５６ドットを１ブロックとし、各ブロックに選択されたディザパターンのディザデータを加算する。

下位ビット削減部５１～５３は、それぞれ、加算器４１～４３の出力のオーバフローをリミット処理し、下位８ビットを削減して上位４ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号を出力する。

例えば、１２ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号の下位８ビットが１２８であり、加算されるディザデータが０～１２７のいずれかであったとする。この場合、加算器４１～４３による加算結果は２５５以下となるから、上位ビットに繰り上がらない。１２ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号の下位ビットが１２８であり、加算されるディザデータが１２８～２５５のいずれかであったとする。この場合、加算器４１～４３による加算結果は２５６以上となるから、上位ビットに繰り上がる。

ディザデータのディザ値０～２５５の各頻度が均一であれば、上位ビットに繰り上がらない場合と繰り上がる場合との確率が５０％：５０％となる。よって、下位ビット削減部５１～５３が、下位８ビットの１２８を削減して入力されたＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号が元々有する上位４ビットをそのまま出力する場合と、＋１加算された上位４ビットを出力する場合との確率が５０％：５０％となる。これにより、平均的に０．５が表現される。

上記の説明では下位８ビットが１２８である場合を例としたが、下位８ビットは０～２５５のいずれかの値であるから、０～２５５の全体で考えると次のようになる。１２ビットのＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号の下位８ビットの０～２５５にディザ値０～２５５を有するディザデータが加算されて、下位８ビットが上位ビットに繰り上がる頻度は、０／２５６～２５６／２５６のうちのいずれかとなる。即ち、加算器４１～４３及び下位ビット削減部５１～５３の処理によって、８ビットのビット拡張が可能となる。

下位ビット削減部５１～５３より出力されるＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号は４ビットであるものの、８ビットのビット拡張によって擬似的に１２ビットの階調数が表現される。

次に、ディザデータの加算による副作用が生じにくく、高品位に階調を拡張するために、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８はどのようなパターンとすることが必要であるかについて説明する。

ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８に求められる条件は、
条件１：１つのディザパターン内でディザ値０～２５５が極力均一に分散していること、
条件２：ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の各位置におけるフレーム方向のディザ値が極力分散した値であること、
である。

より好ましい条件は、条件１及び２に加えて、
条件３：ディザパターンが加算されたＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号のフレーム内においてブロックの境界が視認されず、ブロックの境界における視覚的な違和感がほとんどないこと、
条件４：ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８よりなる３次元的なブロックが加算されたＲ信号、Ｇ信号、及びＢ信号のフレーム方向において、ディザパターンのフレーム周期の境界がほとんど視認されず、フレーム方向の周期性（具体的にはフリッカ妨害）をほとんど認識できないこと、
である。

図３及び図４を用いて、少なくとも上記の条件１及び２を満たすようにディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８を生成するための具体的な生成方法を説明する。

図３において、ディザパターン生成部２０は、ステップＳ１にて、ＲＡＭ３０の２０４８個の全てのアドレスにディザ値０を書き込む。ディザパターン生成部２０は、ステップＳ２にて、カウンタをリセットしてカウント値を０とし、ディザ値を２５５に設定する。ディザパターン生成部２０は、ステップＳ３にて、ディザ値が０であるアドレスにおける時空間密度値を算出して、時空間密度値が最小のアドレスを探索する。ステップＳ３は、時空間密度値を求める第１の処理である。

時空間密度値とは、ＲＡＭ３０のアドレスに新たにディザ値を書き込もうとするときに、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す値である。時空間密度値の詳細については後述する。図３に示す例では、ＲＡＭ３０の全てのアドレスに予めディザ値０を書き込んでいるので、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスとはディザ値０が書き込まれているアドレスである。

ディザパターン生成部２０は、ステップＳ４にて、ステップＳ３で得られたＲＡＭ３０のアドレスにディザ値を書き込む。ステップＳ４は、時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む第２の処理である。ステップＳ４ではまずディザ値として２５５が書き込まれる。ディザパターン生成部２０は、ステップＳ５にて、カウント値を１インクリメントし、ステップＳ６にて、カウント値は８であるか否かを判定する。カウント値が８でなければ（NO）、ディザパターン生成部２０は、ステップＳ３～Ｓ６の処理を繰り返す。即ち、ＲＡＭ３０には、ディザ値２５５が８回書き込まれる。

ステップＳ６にてカウント値が８であれば（YES）、ディザパターン生成部２０は、ステップＳ７にて、ディザ値を１デクリメントする。ディザパターン生成部２０は、ステップＳ８にて、ディザ値は０であるか否かを判定する。ディザ値が０でなければ（NO）、ディザパターン生成部２０は、ステップＳ３～Ｓ８の処理を繰り返す。

即ち、ＲＡＭ３０には、ディザ値２５４が８回書き込まれ、次に、ディザ値２５３が８回書き込まれ、以下同様に、ディザ値１が８回書き込まれるまでディザ値を書き込む処理が繰り返される。ステップＳ３～Ｓ８は、第１の処理と第２の処理とを繰り返して、ＲＡＭ３０に、３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶させる第３の処理である。

ステップＳ８にてディザ値が０であれば（YES）、ディザパターン生成部２０は処理を終了させる。

以上の処理によって、ＲＡＭ３０の２０４８個のアドレスには、ディザ値０～２５５の各値が８回ずつ書き込まれた状態となる。ＲＡＭ３０のアドレスの個数が２０４８であり、拡張ビット数が８ビットであるから、ディザ値０～２５５の各値は２０４８個のアドレスに均等に割り当てるためそれぞれ２０４８／８＝８回ずつ書き込まれる。

図４は、時空間密度値が最小のアドレスにディザ値を順に書き込んでいく処理を概念的に示している。図４において、ＲＡＭ３０の２０４８個のアドレスが１次元で示されている。時空間密度値が最小のアドレスが選択されることにより、既にディザ値が書き込まれているアドレスができるだけ存在しない３次元的に粗の状態の領域よりアドレスが選択されて、新たなディザ値が書き込まれる。

図４において、まずＲＡＭ３０には８つのディザ値２５５が書き込まれる。８つのディザ値２５５は、２０４８個のアドレスのうち、時空間密度値が最小のアドレスが順に選択されて書き込まれるから、８つのディザ値２５５は１つのディザパターン内及びフレーム方向に均一に分散する。なお、図４において、空白部分のアドレスにはディザ値０が書き込まれている。

次に、ＲＡＭ３０には８つのディザ値２５４が書き込まれる。同様に、８つのディザ値２５４は、残る２０４０個のアドレスのうち、時空間密度値が最小のアドレスが順に選択されて書き込まれるから、８つのディザ値２５４は１つのディザパターン内及びフレーム方向にほぼ均一に分散する。

それ以降同様に、ディザ値２５３からディザ値１まで、ディザ値０のまま残っていて新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのち、時空間密度値が最小のアドレスが順に選択されて各ディザ値が書き込まれる。以上の処理によって、上記の条件１及び２が達成される。

比較例として、ディザ値を書き込むアドレスを擬似乱数生成器によって生成した擬似乱数を用いてランダムに選択することが考えられる。しかしながら、擬似乱数生成器は、隣接するアドレス、または近傍のアドレスを連続して生成することがあり、条件１及び２を達成することはできない。

図３に示す例では、ステップＳ１にてＲＡＭ３０の２０４８個全てのアドレスにディザ値０を書き込み、ディザ値２５５からディザ値１までの降順で各ディザ値を書き込んでいるが、これは処理の単なる一例である。ＲＡＭ３０のアドレスに８ビットのディザ値の最小値から最大値までの各値を書き込む順番は任意である。

上記の条件３及び４を達成するための、時空間密度値の好ましい算出方法を説明する。ＲＡＭ３０のアドレスを（ｆ，ｖ，ｈ）で表す。ｆはディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８のフレームの位置であり、ｆ＝０～７とする。ｖは垂直１６ラインのライン位置であり、ｖ＝０～１５とする。ｈは、水平１６ドットのドット位置であり、ｈ＝０～１５とする。

ディザパターン生成部２０は、ディザ値０以外の既にディザ値が書き込まれているアドレスのデータを１、それ以外のアドレスのデータを０として、３次元ローパスフィルタ（以下、３次元ＬＰＦ）によるフィルタリング処理を施す。ＬＰＦは例えばガウシアンフィルタである。具体的には、ディザパターン生成部２０は、式（１）に基づき、３次元ＬＰＦのカーネル関数とアドレスのデータとを３次元畳み込み演算して、時空間密度値Ｄ（ｆ，ｖ，ｈ）を算出する。

式（１）において、Ｋ（ｉ，ｊ，ｋ）は３次元ＬＰＦのカーネル関数である。ｉ、ｊ、及びｋは、それぞれ、時空間密度値Ｄ（ｆ，ｖ，ｈ）を算出しようとするアドレス（ｆ，ｖ，ｈ）を中心とした３次元的な領域のフレーム方向の範囲、垂直方向の範囲、及び水平方向の範囲を決める数である。一例として、ｉ＝－４～４、ｊ＝－８～８、ｋ＝－８～８であり、３次元的な領域は所定の領域であればよい。

なお、３次元ＬＰＦとしてガウシアンフィルタが用いられる場合のカーネル関数Ｋ（ｉ，ｊ，ｋ）は式（２）のとおりである。式（２）においてσは標準偏差であり、具体的な数値は設計値でよい。

ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の各ブロックはフレーム内で繰り返し使用され、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８の３次元的なブロックはフレーム方向に繰り返し使用される。ａのｂによる剰余をｍｏｄ（ａ，ｂ）と表現することとする。よって、ｍｏｄ（ｆ＋ｉ＋８，８）は（ｆ＋ｉ＋８）をディザパターンのフレーム周期である８で除算したときの第１の剰余、ｍｏｄ（ｖ＋ｊ＋１６，１６）は（ｖ＋ｊ＋１６）を垂直方向の周期（ライン数）である１６で除算したときの第２の剰余、ｍｏｄ（ｈ＋ｋ＋１６，１６）は（ｈ＋ｋ＋１６）を水平方向の周期（ドット数）である１６で除算したときの第３の剰余を意味する。

Ｑ（ｆ，ｖ，ｈ）は、ＲＡＭ３０のアドレス（ｆ，ｖ，ｈ）にディザ値０以外のディザ値が書き込まれているときに１、ディザ値０である初期値のままであるときに０を返す関数（以下、関数Ｑ）である。ｍｏｄ（ｆ＋ｉ＋８，８）、ｍｏｄ（ｖ＋ｊ＋１６，１６）、及びｍｏｄ（ｈ＋ｋ＋１６，１６）で得られるアドレスを（ｆ’，ｖ’，ｈ’）とする。

よって、式（１）におけるＱ（ｍｏｄ（ｆ＋ｉ＋８，８），ｍｏｄ（ｖ＋ｊ＋１６，１６），ｍｏｄ（ｈ＋ｋ＋１６，１６））は、アドレス（ｆ’，ｖ’，ｈ’）にディザ値０以外のディザ値が書き込まれているときに１、ディザ値０のままであるときに０を返すことを意味する。

このように、各アドレスにおける時空間密度値Ｄ（ｆ，ｖ，ｈ）を算出するとき、（ｆ＋ｉ＋８）、（ｖ＋ｊ＋１６）、（ｈ＋ｋ＋１６）の値をそれぞれディザパターンのフレーム周期、ライン数、ドット数で剰余演算することによって得られる各アドレスに１または０が割り当てられる。そして、各アドレスの１または０に３次元ＬＰＦのカーネル関数Ｋ（ｉ，ｊ，ｋ）が乗算されて、時空間密度値Ｄ（ｆ，ｖ，ｈ）が得られる。図３のステップＳ３において、時空間密度値Ｄ（ｆ，ｖ，ｈ）が最小のアドレスが探索される。

剰余演算を用いることなく時空間密度値が最小のアドレスを探索してディザ値を書き込むと、フレーム内において上下左右の端部のアドレスが、時空間密度値が最小のアドレスとして選択されやすくなる。また、フレーム方向において、フレーム方向の端部であるディザパターンＤｐ１またはＤｐ８内に位置するアドレスが、時空間密度値が最小のアドレスとして選択されやすくなる。

すると、フレーム内のブロックの境界が視認されてブロックの境界における視覚的な違和感が発生しやすくなる。また、ディザパターンＤｐ１～Ｄｐ８よりなる３次元的なブロックのフレーム周期の境界が視認されて、フリッカ妨害として認識されやすくなる。

関数Ｑにおいて剰余演算を用いることにより、ディザパターン内の上下左右の端部のアドレスが、時空間密度値が最小のアドレスとして選択されやすくなるということを回避できる。また、フレーム方向における端部のディザパターン内に位置するアドレスが、時空間密度値が最小のアドレスとして選択されやすくなるということを回避できる。これにより、上記の条件３及び４が達成される。

ところで、関数Ｑで得られる１または０にカーネル関数Ｋ（ｉ，ｊ，ｋ）が乗算される３次元的な領域を決めるｉ、ｊ、及びｋを、ｉ＝－ｐ～ｐ、ｊ＝－ｑ～ｑ、ｋ＝－ｒ～ｒと一般化する。ｐ、ｑ、及びｒは所定の数である。ディザパターンのフレーム方向の数（フレーム周期）をＦ、垂直方向のライン数をＶ、水平方向のドット数をＨと一般化する。Ｆ、Ｖ、及びＨは所定の数である。これらの一般化によって、式（１）を式（３）で表すことができる。

以上説明した本実施形態においては、ディザパターンの３次元的なブロックの水平方向のドット数Ｈを１６、垂直方向のライン数Ｖを１６、フレーム方向の数Ｆを８としているが、これに限定されない。１つのディザパターンのＨ×Ｖのドット数は４を超える数である。本発明者による検証によって、Ｈ＝１６、Ｖ＝１６だけでなく、Ｈ＝３２、Ｖ＝３２としても、副作用のより少ない非常に高品位な多階調化が実現できることが確認されている。

フレーム方向の数Ｆは、映像信号のフレームレートが５０～６０ｆｐｓ（frame per second）であれば４～８が好ましく、フレームレートが１００～１２０ｆｐｓであれば８～１６が好ましいことが実験的に確認されている。ディザパターン生成部２０は、映像信号のフレームレートに応じてフレーム方向の数Ｆを切り替えるように構成されていてもよい。図１に示す映像信号処理装置が、映像信号を表示するときのフレームレートを切り替えることができる表示装置に用いられる場合、ディザパターン生成部２０はフレームレートに応じてフレーム方向の数Ｆを切り替えることが好ましい。

記憶装置がＲＯＭで構成される場合、ＲＯＭに複数のフレームレートに対応したフレーム方向の数Ｆのディザデータが保存されてもよいし、各フレームレートに対応したフレーム方向の数Ｆのディザデータが保存された複数のＲＯＭを備えてもよい。

Ｈ＝１６、Ｖ＝１６、Ｆ＝８、ディザ値のビット数（拡張ビット数）ｎを８とすると、ＲＡＭ３０の容量は２０４８×８ビットの容量でよい。Ｈ＝３２、Ｖ＝３２、Ｆ＝８、ｎ＝８とすると、ＲＡＭ３０の容量は８１９２×８ビットの容量でよい。いずれの場合も、ＲＡＭ３０の容量は比較的小容量である。

なお、Ｈ＝３２、Ｖ＝３２、Ｆ＝８、ｎ＝８であるとき、ＲＡＭ３０の８１９２個のアドレスには、ディザ値０～２５５の各値が８１９２／２５６より３２回ずつ書き込まれる。図３のステップＳ６では、カウント値が３２であるか否かを判定すればよい。

本発明は以上説明した本実施形態に限定されることはなく、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。入力映像信号の第１のビット数及び出力映像信号の第２のビット数はそれぞれ１２ビットと４ビットに限定されないし、拡張ビット数も８ビットに限定されない。

１０ タイミング生成部
２０ ディザパターン生成部
３０ ＲＡＭ（記憶装置）
４１～４３ 加算器
５１～５３ 下位ビット削減部

Claims (4)

1. 水平方向のドット数をＨ、垂直方向のライン数をＶ、フレーム方向の数をＦとし、Ｈ×Ｖのドット数は４を超える数であり、Ｈ×Ｖのドット数よりなるブロックは各ドットにｎビットのいずれかの値であるディザ値が設定された１つのディザパターンとされており、フレーム方向の数Ｆよりなる３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶する記憶装置と、
   フレーム方向の数Ｆのディザパターンがフレーム周期Ｆで順に選択され、入力された第１のビット数を有する映像信号のフレームにおけるＨ×Ｖのドット数よりなるブロックごとに、選択されたディザパターンを加算する加算器と、
   前記加算器の出力におけるオーバフローをリミット処理し、前記第１のビット数のうちの下位のｎビットを削減した第２のビット数を有する映像信号を出力する下位ビット削減部と、
   を備え、
   Ｈ×Ｖ×Ｆのドット数よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する前記記憶装置のアドレスには、ｎビットのディザ値の最小値から最大値までの各値が書き込まれ、
   前記記憶装置にｎビットのディザ値の各値が書き込まれる際に、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す時空間密度値を求める第１の処理と、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのうち、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む第２の処理とが繰り返されることにより、前記３次元的なブロックの各ドットにｎビットのディザ値の各値が割り当てられており、
   前記第１の処理として、
   前記記憶装置のアドレスを、フレーム方向の位置をｆ、垂直方向のラインの位置をｖ、水平方向のドットの位置をｈとして（ｆ，ｖ，ｈ）で表し、前記所定の領域を決めるフレーム方向の範囲ｉを－ｐ～ｐ、垂直方向の範囲ｊを－ｑ～ｑ、水平方向の範囲ｋを－ｒ～ｒとしたとき、
   （ｆ＋ｉ＋Ｆ）の値をフレーム方向の数Ｆで除算したときの第１の剰余と、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）の値を垂直方向のライン数Ｖで除算したときの第２の剰余と、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）の値を水平方向のドット数Ｈで除算したときの第３の剰余とによって決まるアドレスが、既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０とし、
   前記所定の領域内で、各アドレスにおける１または０に３次元ローパスフィルタのカーネル関数を乗算することによって、前記時空間密度値を求める
   映像信号処理装置。
2. 前記第１の処理は、
   前記時空間密度値をＤ（ｆ，ｖ，ｈ）、前記３次元ローパスフィルタのカーネル関数をＫ（ｉ，ｊ，ｋ）としたとき、前記時空間密度値Ｄ（ｆ，ｖ，ｈ）は下記式で求められ、
   

   

   上記式におけるｍｏｄ（（ｆ＋ｉ＋Ｆ），Ｆ）、ｍｏｄ（（ｖ＋ｊ＋Ｖ），Ｖ）、ｍｏｄ（（ｈ＋ｋ＋Ｈ），Ｈ）は、それぞれ、（ｆ＋ｉ＋Ｆ）のＦによる前記第１の剰余、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）のＶによる前記第２の剰余、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）のＨによる前記第３の剰余を求める剰余演算であり、
   Ｑ（ｍｏｄ（（ｆ＋ｉ＋Ｆ），Ｆ），ｍｏｄ（（ｖ＋ｊ＋Ｖ），Ｖ），ｍｏｄ（（ｈ＋ｋ＋Ｈ），Ｈ））は、前記第１～第３の剰余によって定まるアドレスが既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１を、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０を返す関数である
   請求項１に記載の映像信号処理装置。
3. 水平方向のドット数をＨ、垂直方向のライン数をＶ、フレーム方向の数をＦとし、Ｈ×Ｖのドット数は４を超える数であり、Ｈ×Ｖのドット数よりなるブロックは各ドットにｎビットのいずれかの値であるディザ値が設定された１つのディザパターンとされており、フレーム方向の数Ｆよりなる３次元的なブロックで構成されたディザパターンを生成するディザパターン生成方法であり、
   Ｈ×Ｖ×Ｆのドット数よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する記憶装置内のアドレスのうち、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す時空間密度値を、
   前記記憶装置のアドレスを、フレーム方向の位置をｆ、垂直方向のラインの位置をｖ、水平方向のドットの位置をｈとして（ｆ，ｖ，ｈ）で表し、前記所定の領域を決めるフレーム方向の範囲ｉを－ｐ～ｐ、垂直方向の範囲ｊを－ｑ～ｑ、水平方向の範囲ｋを－ｒ～ｒとしたとき、
   （ｆ＋ｉ＋Ｆ）の値をフレーム方向の数Ｆで除算したときの第１の剰余と、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）の値を垂直方向のライン数Ｖで除算したときの第２の剰余と、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）の値を水平方向のドット数Ｈで除算したときの第３の剰余とによって決まるアドレスが、既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０とし、
   前記所定の領域内で、各アドレスにおける１または０に３次元ローパスフィルタのカーネル関数を乗算することによって求め、
   新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのうち、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込み、
   前記時空間密度値を求める処理と、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む処理とを繰り返して、前記３次元的なブロックの各ドットに対応する前記記憶装置内のアドレスに、ｎビットのディザ値の最小値から最大値までの各値を任意の順番で書き込むことにより、前記記憶装置に、前記３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶させる
   ディザパターン生成方法。
4. コンピュータに、水平方向のドット数をＨ、垂直方向のライン数をＶ、フレーム方向の数をＦとし、Ｈ×Ｖのドット数は４を超える数であり、Ｈ×Ｖのドット数よりなるブロックは各ドットにｎビットのいずれかの値であるディザ値が設定された１つのディザパターンとされており、フレーム方向の数Ｆよりなる３次元的なブロックで構成されたディザパターンを生成する処理を実行させるディザパターン生成プログラムであり、
   Ｈ×Ｖ×Ｆのドット数よりなる３次元的なブロックの各ドットに対応する記憶装置内のアドレスのうち、新たにディザ値を書き込むことができる各アドレスを中心とした３次元的な所定の領域内における、既にディザ値が書き込まれているアドレスの粗密の程度を示す時空間密度値を求める第１の処理と、
   新たにディザ値を書き込むことができるアドレスのうち、前記時空間密度値が最小のアドレスを選択してディザ値を書き込む第２の処理と、
   前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返して、前記３次元的なブロックの各ドットに対応する前記記憶装置内のアドレスに、ｎビットのディザ値の最小値から最大値までの各値を任意の順番で書き込むことにより、前記記憶装置に、前記３次元的なブロックで構成されたディザパターンを有するディザデータを記憶させる第３の処理と、
   を実行させ、
   前記第１の処理として、
   前記記憶装置のアドレスを、フレーム方向の位置をｆ、垂直方向のラインの位置をｖ、水平方向のドットの位置をｈとして（ｆ，ｖ，ｈ）で表し、前記所定の領域を決めるフレーム方向の範囲ｉを－ｐ～ｐ、垂直方向の範囲ｊを－ｑ～ｑ、水平方向の範囲ｋを－ｒ～ｒとしたとき、
   （ｆ＋ｉ＋Ｆ）の値をフレーム方向の数Ｆで除算したときの第１の剰余と、（ｖ＋ｊ＋Ｖ）の値を垂直方向のライン数Ｖで除算したときの第２の剰余と、（ｈ＋ｋ＋Ｈ）の値を水平方向のドット数Ｈで除算したときの第３の剰余とによって決まるアドレスが、既にディザ値が書き込まれているアドレスであるときに１、新たにディザ値を書き込むことができるアドレスであるときに０とし、
   前記所定の領域内で、各アドレスにおける１または０に３次元ローパスフィルタのカーネル関数を乗算することによって、前記時空間密度値を求める処理
   を実行させるディザパターン生成プログラム。

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