JP4982510B2 - 映像表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示パネルを備えた映像表示装置に関し、特に、プラズマディスプレイパネル（Plasma Display Panel以下ＰＤＰと略す）のような自発光型の表示パネルにおいて、消費電力の増加を抑制しつつ明るい映像を得るのに好適な映像表示装置に関する。
ＰＤＰ表示装置は、ＣＲＴやＬＣＤを用いた表示装置に比べ、全白輝度が低いために昼間の明るいリビングなどではコントラスト（明室コントラスト）が低い。表示輝度を上げるためには、ＰＤＰを表示駆動するための放電パルス数やその駆動電圧を高くすればよいが、その場合、消費電力が増加するという問題が生じる。
このようなＰＤＰ表示装置における問題を解決する、すなわち消費電力を抑えつつ映像の明るさを向上させる従来技術として、画面周辺部の輝度を画面中央部の輝度よりも低下させる処理（以下、そのような処理を「シェーディング処理」と称し、シェーディング処理を行う回路を「シェーディング処理回路」と称す）が知られている。
上記シェーディング処理動作について図２を用いて説明する。図２は表示映像が全面白表示の場合における、シェーディング処理動作時の輝度レベルの低下割合の例を示したものである。図２(a)は表示パネルの画素位置を示し、水平方向座標をX、垂直方向座標をYとする。図２(b)は縦軸を垂直方向画素位置、横軸をシェーディング処理動作後の入力映像信号の輝度レベルに対する割合とし、画面中央部から画面周辺部にかけて出力映像信号の輝度レベルの低下割合を大きくする。
また、図２(c)は縦軸をシェーディング処理動作後の入力映像信号の輝度レベルに対する割合、横軸を水平方向画素位置とし、図２(b)と同様に画面中央部から画面周辺部にかけて出力映像信号の輝度レベルの低下割合を大きくする。尚、X軸とY軸の輝度低下割合を掛け合わせたものが各座標に対応する画素での実際の輝度低下割合となる。上記シェーディング処理動作を用いた従来技術として、例えば下記特許文献１または２ に記載のものが知られている。
下記特許文献１または２においてシェーディング処理は、輝度レベルが高く明るい映像に対して画面周辺部の輝度を低下させても視覚的に気付き難い、という人間の視覚特性を利用したものである。このような視覚特性は、人間の視覚が明るさに対して所謂対数特性を有していることに起因するものである。前記シェーディング処理は、画面周辺部の輝度低下分を中央部の輝度アップに用いることにより、明るい映像を表示する場合において、視覚的にあまり違和感を与えることなく、消費電力を抑えながら、見かけ上の映像の明るさを向上させるものである。
さらに従来技術として、上記シェーディング処理回路を効率良く制御し、消費電力の増加を抑えつつ高品位な映像を表示可能な映像処理装置が下記特許文献３に記載されている。
これは表示パネル全体の平均輝度レベルを検出し、その平均輝度レベルに応じてシェーディング処理動作を制御することにより、明るい映像(高輝度映像)を表示する場合は、シェーディング処理回路を動作させ、消費電力の増加を抑え、暗い映像(低輝度映像)が入力されてきた場合には、シェーディング処理動作を停止させ、画質劣化(階調潰れ)を防ぐものである。
特開平６−２８２２４１号公報 特開２００２−５５６７５号公報 特開２００５−３２１６６４号公報
上記特許文献３は、シェーディング処理動作の制御を表示パネル全体の平均輝度レベルに応じて制御している。そのため、例えば図３(a)のような低輝度領域１０と高輝度領域１１が混在した映像信号が入力され、表示パネル上の全域としては平均輝度レベルが高くシェーディング処理が動作する場合、低輝度領域１０についても一様にシェーディング処理が行われるため、周辺部の低輝度領域１０でシェーディングによる更なる輝度の低下が階調潰れを招いてしまう。
具体的には、図３(a)の画面周辺部12の画素位置と輝度レベルの関係を表した図３(b)と図３(c)で説明する。図３(b)の入力映像の輝度レベルに対し、画面中央部から周辺部にかけて輝度レベルを低下させるシェーディング処理を動作させると図3(c)のように輝度レベルが低下する。ここで比較的低輝度な領域であるX-4Y-4とX-3Y-4の間で図3(b)と図3(c)を比較すると、図３(c)において、領域の一部の輝度レベルが所定の閾値を下回っているため、画面周辺部に階調潰れが起こり、表示映像が黒表示になってしまう。
実際の表示映像においては、上記のような映像信号(明るい映像と暗い映像が混在している映像)が入力されてくる可能性が非常に高く、上記画質劣化が生じてしまう懸念がある。
さらに、シェーディング処理動作の制御を表示パネル全体の平均輝度レベルに応じて制御する上記特許文献３では、例えば画素を構成するＲＧＢのうち1色のみの平均輝度レベルが大きく、その他の色の平均輝度レベルが小さい映像信号が入力された場合に、表示パネル全体の平均輝度レベルとしては閾値に到達しないためシェーディング処理が動作しない。そのため、消費電力の増加を抑えることができないという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。その目的は、消費電力の増加を抑えつつ高品位な映像を表示可能な映像表示装置を提供することにある。
上記目的を達成するための、本発明に係る映像表示装置は、ＰＤＰ等の表示パネルの動作に関する状態量に応じてシェーディング処理回路を制御する制御回路を設けたことを特徴とするものである。
具体的には、状態量として入力映像信号の平均輝度レベルを表示領域別に検出し、この領域別に検出された平均輝度レベルから、入力映像の輝度レベルを低下させる情報(以下、シェーディングゲイン係数と記す)を算出し、更に入力映像信号の輝度レベルが所定の閾値を超えたか否かを判定するとともに、入力映像信号の輝度レベルが所定の閾値を超えた場合は、算出されたシェーディングゲイン係数に基づき、シェーディング処理回路を動作させ、この閾値よりも小さい場合はシェーディング処理回路の動作を停止する。
本発明によれば、電力消費を抑えつつ高品位な映像を表示することができる。詳細には、表示映像がシェーディング処理を行っても階調潰れが起こらない高輝度な領域では入力映像の輝度レベルを低下させ消費電力の増加を抑え、シェーディング処理を行えば階調潰れが起こる低輝度な領域では前記入力映像の輝度レベルを低下させないことにより、映像品位の低下を防止し、これらの制御により、消費電力を増大させることなく画面中央部の輝度を上げて明室コントラストが良い高品位な映像を提供できる。
以下、本発明の最良の形態について、図を用いて説明する。なお、各図において、同一機能を有する部分には同一符号を付して示し、一度述べたものについては、煩雑さを避けるために、その繰り返した説明を省略する。
以下では、映像表示装置としてＰＤＰ表示装置を例に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、表示負荷に応じて消費電力が増大する表示パネル、例えば自発光型の表示パネルであるField Emission Display（ＦＥＤ），ＥＬ，ＬＥＤをマトリクス状に設けたＬＥＤパネル等を用いた映像表示装置にも適用可能である。
図５は本発明の実施例を示すＰＤＰ表示装置のブロック図である。同図において、領域別平均輝度レベル検出回路２０１とシェーディング処理制御信号格納庫２０２とシェーディングゲイン係数平均処理回路２０３とシェーディング処理回路２０４と表示・駆動制御回路２０５とＰＤＰパネル２０６から構成されている。
前記領域別平均輝度レベル検出回路２０１と前記シェーディング処理制御信号格納庫２０２について説明する。
領域別平均輝度レベル検出回路２０１は、図１０に示すように表示パネル上の画素を水平方向にｎ+１分割、垂直方向にｍ+１分割し、入力映像信号を基に、分割された各領域において画素を構成するＲＧＢ毎の平均輝度レベルを検出する。そして、前記画素を構成するＲＧＢ毎の平均輝度レベルの中から最大値を各領域の平均輝度レベルとして選択し、シェーディング処理制御信号格納庫２０２へ出力する。
また前記領域別平均輝度レベル検出回路２０１の出力は、ＲＧＢ毎の平均輝度レベルの平均値をシェーディング処理制御信号格納庫２０２へ出力してもよい。
シェーディング処理制御信号格納庫２０２からは、これら領域毎に選択された平均輝度レベルに対応するシェーディングゲイン係数ａ１が各領域の四隅に対応する画素（以下、「基準画素」と称す）のシェーディング係数としてシェーディングゲイン係数平均処理回路２０３へ出力される。
ここで前記基準画素について図６を用いて説明する。前記基準画素は、隣接する複数の領域間で重複するように設定する。例えば、図６の(X1,Y1)は領域１〜４の各領域の四隅の一つに位置しており、各領域の平均輝度レベルを基に(X1,Y1)のシェーディングゲイン係数ａ１（Ｘ１，Ｙ１）が前記シェーディング処理制御信号格納庫２０２から４つ算出される。
この４つのシェーディングゲイン係数ａ１（Ｘ１，Ｙ１）がシェーディングゲイン係数平均処理回路２０３で平均化され、(X1,Y1)のシェーディングゲイン係数ａ１’ (X1,Y1)としてシェーディング処理回路２０４へ出力される。さらに、シェーディング処理回路２０４へは、シェーディング処理制御信号格納庫から最大輝度レベルImaxと所定の閾値Ith及び入力映像信号が出力される。ここで、前記所定の閾値Ithは、表示映像の階調潰れを防ぐための判定値であり、固定値として初期設定しシェーディング処理回路２０４へ出力する。
次に、シェーディング処理回路２０４で算出される各領域内の任意の表示座標のシェーディングゲイン係数a2について図７を用いて説明する。前記シェーディングゲイン係数a2(P,Q)は前記基準画素のシェーディングゲイン係数ａ１’から補間して算出する。まず、シェーディングゲイン係数平均処理回路２０３から出力されたシェーディングゲイン係数ａ１’ (X0,Y0)とａ１’ (X0,Y1)の二点間で線形補間(以下、二点間線形補間と呼ぶ)によりa２(X0,Q)を算出する。次に、ａ１’ (X1,Y0)とａ１’ (X1,Y 1) の二点間線形補間によりa2 (X1,Q)を算出し、a2 (X0,Q)とa2 (X1,Q) の二点間線形補間よりa2 (P,Q)を算出する。以下同様にして、領域内の各画素に対応するシェーディングゲイン係数を算出する。これは前記シェーディング制御信号格納庫の格納容量を削減することが目的であり、前記シェーディング制御信号格納庫に入力映像信号すべての表示座標に対応したシェーディングゲイン係数を格納してもよい。
前記シェーディング処理制御信号格納庫２０２から出力されたシェーディングゲイン係数ａ１及びシェーディング処理回路２０４で算出されたシェーディングゲイン係数a2の例を、図９(a)で説明する。X1Y1〜X4Y4は表示パネル上の画素の座標を示している（図２参照）。算出された入力映像信号の平均輝度レベルが所定の閾値Ithより大きい場合はシェーディングゲイン係数ａ１及びa2を１より小さくする。このシェーディングゲイン係数ａ１及びa2は表示パネル上の周辺部に行くにしたがって小さくする。
また、算出された入力映像信号の平均輝度レベルが所定の閾値Ithより小さい場合は、シェーディングゲイン係数ａ１及びa2の値を１にする（即ち、シェーディング処理を停止する）。
図９(a)は算出された入力映像信号の平均輝度レベルの値Ith〜Imaxにかけてシェーディングゲイン係数ａ１及びa2を線形に減衰させているが、人間の視覚的特徴を考えるのであれば、図９(b)のように非線形に減衰させてもよい。尚、シェーディングゲイン係数の値は一例であり、図２(b)と図２(c)の値を掛け合わせたものである。
演算回路について、図８を用いて説明する。図８のX軸は入力映像信号の輝度レベルIとし、Y軸は出力映像信号の輝度レベルOとする。IthとOth は上記所定の閾値であり(Ith= Oth)、所定の閾値を超えた場合は入力映像信号の輝度を低下させたいので、特性４０２に示すように、特性４０１より傾きSが小さくなる。特性４０２の傾きSの算出式は下記数1に示す。また、入力映像信号の輝度レベルが所定の閾値Ithより大きい場合の、シェーディング処理後の出力映像信号の輝度レベルOtの算出式は下記数2に示す。入力輝度レベルがImaxの場合の出力輝度レベルをOGとし、OGの算出式を下記数3に示す。これにより最大入力輝度レベルImaxとシェーディングゲイン係数Ａ（以下、出力映像信号の算出に直接使用するシェーディングゲイン係数をＡとする）からOGを算出し、更に下記数1を用いて傾きSを求め、下記数２を用いてOtを決定する。
Figure 0004982510
Figure 0004982510
Figure 0004982510
 また、図８では上記所定の閾値を一種類しか設けていないが、複数の閾値を設けることにより、段階的に出力の輝度レベルを可変してもよい。
本願において画素毎の平均輝度レベルは、画素を構成するＲＧＢ毎の平均輝度レベルの平均（Ｒ+Ｇ+Ｂ）/3としたため、図７(a)及び(b)において第一の閾値Ith1を第二の閾値Ith2より大きく設定している。これに伴って傾きについても傾きS1が傾きS2より小さくなっている。しかし、画素毎の平均輝度レベルはこれに限定されず、画素を構成するＲＧＢ毎の平均輝度レベルの総和（Ｒ+Ｇ+Ｂ）としても良い。その場合は、第二の閾値Ith2は第一の閾値Ith1よりも大きく設定する。
図１は、図５に示した本発明の実施例の動作処理フローを示した図である。領域別平均輝度レベル検出回路２０１が入力映像信号に基づき、色毎の領域別平均輝度レベルを算出し(ステップ１０１Ｒ, １０１Ｇ, １０１Ｂ)、前記色毎に算出された平均輝度レベルの中から最大値を選択する（ステップ１０２）。そして、シェーディング制御信号格納庫２０２で選択された平均輝度レベルからシェーディングゲイン係数ａ１を出力し（ステップ１０３）、各領域から算出したシェーディングゲイン係数ａ１の平均化処理を行い（ステップ１０４）、シェーディングゲイン係数ａ１’を算出する。これにより領域の境界部での輝度段差を防ぐ。
前記平均化処理されたシェーディングゲイン係数ａ１’及び補間により算出された前記シェーディングゲイン係数a2を上記シェーディング処理回路２０４に入力する。前記シェーディング処理回路２０４内の判定回路において、入力映像信号の色毎の最大輝度レベルが、第一の閾値より大きい場合は、ステップ１０７のシェーディングゲイン係数Ａとして対応画素毎に算出したシェーディングゲイン係数ａ１、ａ１’、a2等を選択する。色毎の最大輝度レベルが前記第一の閾値より小さい場合は、ステップ１０６で1画素の輝度レベルを判定し、第二の閾値より大きい場合は、ステップ１０７のシェーディングゲイン係数Ａとして対応画素毎に算出したシェーディングゲイン係数ａ１’、a2を選択し、前記第二の閾値より小さい場合は、ステップ１０８のシェーディングゲイン係数Ａとして１を演算回路に出力する。尚、前記第一の閾値と前記第二の閾値の値は同じでも良い。
以上のように、本実施例によれば、図４(ａ)のような映像信号が入力された場合においても、図４(c)のように，低輝度領域１０つまりX4Y4とX4Y3間でのシェーディング処理動作を停止する制御が可能となり、低輝度領域での階調潰れによる画質劣化を防ぐことができる。尚、図４(a)及び(b)は図３(a)及び(b)とそれぞれ同一である。
一方、各領域の画素を構成するＲＧＢのうち1色のみ平均輝度レベルが大きいが、表示パネル上全体としては平均輝度レベルが低い入力映像信号が入力された場合でも、シェーディング処理を動作することが可能となるため、消費電力を増加させることなく画面中央部の輝度を上げてコントラストが良い高品位な映像を提供することができる。
尚、本実施例では、自発光型の表示パネルとして、ＰＤＰを例にして説明した。しかしながら、本発明は、前述したようにＦＥＤ、ＥＬ、ＬＥＤでも同様に適用できる。また、ＬＣＤ のような自発光型ではないものについても同様に適用し得る。
本発明は、ＰＤＰ表示パネル等による映像表示装置に利用可能である。
本発明による実施例の処理フローを示す図である。 シェーディング処理について説明する図である。 従来技術におけるシェーディング処理動作時の課題を説明する図である。 本発明におけるシェーディング処理動作時の効果を説明する図である。 本発明の実施例を示すＰＤＰ表示装置のブロック図である。 本発明におけるシェーディング係数平均処理回路を説明する図である。 任意の表示箇所でのシェーディングゲイン係数の選択方法を説明する図である。 実施例に係るシェーディング処理後の輝度レベルの特性図である。 実施例に係るシェーディングゲイン係数aの特性図である。 平均輝度レベルの検出領域を細分化した図である。
２０１…領域別平均輝度レベル検出回路、２０２…シェーディング処理制御信号格納庫、２０３…シェーディングゲイン係数平均処理回路、２０４…シェーディング処理回路、２０５…表示・駆動制御回路、２０６…ＰＤＰパネル。

Claims (3)

  1. 入力画像信号の輝度レベルに対し、表示パネル上周辺部の表示輝度レベルを低下させるシェーディング処理を行う映像表示装置であって、
    前記表示パネルの表示領域を水平方向と垂直方向の双方に複数に分割して領域毎の平均輝度レベルを検出する領域別平均輝度レベル検出回路と、
    前記領域別平均輝度レベル検出回路によって検出された前記領域毎の平均輝度レベルに応じて、表示する画像信号の前記表示パネル上の輝度レベルを低下させる割合であるシェーディングゲイン係数を変化させるシェーディング処理回路とを備え、
    前記領域毎の平均輝度レベルは、前記領域内の画素を構成する色毎の平均輝度レベルのうち最大値を当該領域の平均輝度レベルとするものであって、
    前記シェーディング処理回路は、前記領域毎の平均輝度レベルが所定の閾値以下の領域では、前記シェーディングゲイン係数を１として前記シェーディング処理を停止させ、前記領域毎の平均輝度レベルが前記所定の閾値より大きい場合には、大きくなるに従って前記シェーディングゲイン係数を徐々に小さくすると共に、
    前記領域の四隅の画素に対応する基準画素のシェーディングゲイン係数を、当該基準画素を含む前記領域における前記領域毎の平均輝度レベルに応じた前記シェーディングゲイン係数を平均化することにより算出し、
    前記領域に含まれる前記基準画素以外の各画素のシェーディングゲイン係数を、複数の前記基準画素の前記シェーディングゲイン係数に基づく補間処理により算出することを特徴とする映像表示装置。
  2. 請求項１に記載の映像表示装置であって、
    前記領域に含まれる前記基準画素以外の各画素の前記シェーディングゲイン係数は、複数の前記基準画素の前記シェーディングゲイン係数を線形補間処理により算出されることを特徴とする映像表示装置。
  3. 請求項１乃至請求項２の何れか一項に記載の映像表示装置であって、
    前記領域内の画素を構成する色毎の平均輝度レベルを平均化した値を前記領域毎の第２の平均輝度レベルとし、
    前記シェーディング処理回路は、前記第２の平均輝度レベルが前記所定の閾値よりも小さい第２の閾値よりも大きくなる前記領域では、前記シェーディングゲイン係数を１とはせずに前記シェーディング処理を実施させることを特徴とする映像表示装置。
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