JPH11346153A - 非線形処理回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタル映像信号の振幅を非線形処理した場
合に起きる階調数の低減を改善することができる回路規
模の小さな非線形処理回路を提供する。 【解決手段】 ＡＤ変換器１の中間基準電圧ＶRMには非
線形処理の特性に合わせた電圧値が与えられおり、入力
信号を折れ線のデジタルデータに変換する。補正データ
発生器３は正規の非線形特性とＡＤ変換器１の出力との
差分値を折れ線近似の補正データとして出力する。加算
器２は補正データ発生器３からの補正データとＡＤ変換
器１の出力とを加算して正規の非線形特性を有するデー
タを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気−光変換（ガ
ンマ特性）を考慮した伝送方式に係る撮像装置、伝送信
号のエンコーダとデコーダ、表示装置等の映像信号装置
において、データを非線形処理（例えば、ガンマ補正）
する非線形処理回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】現行のテレビジョン方式では、ディスプ
レイとしてブラウン管（ＣＲＴ：cathode ray tube）の
電気−光変換特性γ＝２．２程度を考慮している。この
ため、カメラやスキャナ等から入力された信号の強度と
ブラウン管の発光強度とを比例させるためにガンマ補正
をかける必要がある。現行の標準テレビジョン（走査線
５２５本）及び高品位テレビジョン（一例として、走査
線１１２５本のハイビジョン）等では、送像側であるカ
メラ等の機器からのＲ，Ｇ，Ｂ信号それぞれにガンマ補
正をかけ、その後、輝度信号Ｙ，色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−
Ｙにマトリクス変換して伝送している。

【０００３】ハイビジョンの伝送方式ＭＵＳＥにおいて
は、伝送路では別途電気−光変換特性を戻し、伝送ガン
マをかけて伝送し、デコーダで伝送ガンマを戻した後の
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号それぞれに再度、ＣＲＴガンマをかけて
いる。

【０００４】これらの方式では、基本的に表示装置に入
る手前までにＲ，Ｇ，Ｂ信号の振幅特性が、図９に示す
ようなガンマ特性となるようにしている。図９は、γ＝
２．２として横軸Ｘを入力データ値、縦軸Ｙを出力デー
タ値としたとき、Ｙ＝Ｘ1/2.2 の式で表される特性であ
る。この図９に示す特性とは逆の特性である図１０に示
すようなＹ＝Ｘ2.2 なる特性を有するＣＲＴでは、図９
に示す特性が入力されることにより、結果としてリニア
な階調特性が得られる。

【０００５】一方、ＣＲＴ以外の表示装置、例えば液晶
（ＬＣＤ）やガス放電パネル（ＰＤＰ）では、ＣＲＴと
は異なった特性を有している。一例としてＰＤＰの場合
には、図１０に示すＣＲＴの特性とは異なり、電気−光
特性は原理的にリニア（即ち、γ＝１）である。従っ
て、図９に示すようなガンマ特性を備えたＲ，Ｇ，Ｂ信
号がＰＤＰに入力された場合には、黒側が伸長された不
自然な画像となってしまう。また、図９に示す特性の
Ｒ，Ｇ，Ｂ信号を２５６階調のデジタル８ビットで処理
すると、ＰＤＰでは階調数が１８４階調に低減する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高速動作の可能なアナ
ログ・デジタル（ＡＤ）変換器は主に８ビット動作のも
のが主流である。この８ビットでデジタル化された信号
にガンマ特性のような非線形処理を施すと、上記のよう
に階調数が低減するという問題点が発生する。８ビット
の２５６階調のデジタル信号をガンマ補正すると階調数
は１８４階調に低減してしまう。ＰＤＰでは特に黒側の
階調が落ち、階調不足による疑似輪郭が発生し、量子化
ノイズの多い画像となる。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みなされた
ものであり、デジタル映像信号の振幅（レベル）を非線
形処理した場合に起きる階調数の低減を改善することが
でき、疑似輪郭や量子化ノイズを低減させることがで
き、さらに、回路規模の小さな非線形処理回路を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述した従来
の技術の課題を解決するため、入力信号を非線形処理し
て出力する非線形処理回路において、上側基準電圧と下
側基準電圧との間の中間基準電圧として非線形処理の特
性に合わせた電圧値が与えられ、前記入力信号を折れ線
のデジタルデータに変換して出力するアナログ・デジタ
ル変換器と、正規の非線形特性を表すデジタルデータと
前記アナログ・デジタル変換器より出力されるデジタル
データとの差分値を、折れ線近似の補正データとして出
力する補正データ発生器と、前記補正データ発生器から
の補正データと前記アナログ・デジタル変換器より出力
されるデジタルデータとを演算処理して前記正規の非線
形特性を有するデータを出力する演算器とを設けて構成
したことを特徴とする非線形処理回路を提供するもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の非線形処理回路に
ついて、添付図面を参照して説明する。図１は本発明の
非線形処理回路の一実施例を示すブロック図、図２は本
発明の非線形処理回路で用いるフルフラッシュ型ＡＤ変
換器を示すブロック図、図３〜図６は本発明の非線形処
理回路の一実施例の動作を説明するための図、図７は図
1中の補正データ発生器３の具体的構成の一例を示すブ
ロック図、図8は図7に示す補正データ発生器３の動作を
説明するための図である。

【００１０】まず、図２を用いて、本発明の非線形処理
回路で用いるフルフラッシュ型ＡＤ変換器について説明
する。フルフラッシュ型ＡＤ変換器１は、図２に示すよ
うに、上側基準電圧ＶRT（電圧の高い側）と下側基準電
圧ＶRB（電圧の低い側）が与えられている。また、上側
基準電圧ＶRTと下側基準電圧ＶRBとの間には、中間基準
電圧ＶRMが与えられている。なお、中間基準電圧をＶRM
1 ，ＶRM2 ，ＶRM3のように複数与えてもよい。

【００１１】そして、上側基準電圧ＶRTと下側基準電圧
ＶRBとの間には、抵抗値ｒ／２，ｒ，ｒ…ｒ，ｒ／２を
有する抵抗群１１が接続されており、上側基準電圧ＶRT
と下側基準電圧ＶRBとの間の電圧は等間隔に区切られ
る。抵抗群１１からの電圧はコンパレータ群１２の比較
基準電圧となり、コンパレータ群１２における番号１〜
２５６を付している２５６個のコンパレータは、その比
較基準電圧とアナログ入力信号ＶINとを比較する。コン
パレータ群１２の出力（比較結果）はエンコーダ１３に
入力される。エンコーダ１３はストレートバイナリまた
はバイナリーコード等に変換し、８ビットのデジタル信
号ＤOUT を出力する。なお、８ビットとはＡＤ変換の一
例である。

【００１２】このようなＡＤ変換器１を用いる本発明の
非線形処理回路の一実施例について説明する。図１にお
いて、ＡＤ変換器１の出力は加算器２及び補正データ発
生器３に入力される。加算器２はＡＤ変換器１の出力と
補正データ発生器３の出力とを加算して、後に詳述する
ようにデータを非線形変換する。中間基準電圧ＶRMは、
例えば上側基準電圧ＶRTを１［Ｖ］、下側基準電圧ＶRB
を０［Ｖ］とし、中間基準電圧ＶRMとして外部から電圧
を与えなければ、上側基準電圧ＶRTを１［Ｖ］と下側基
準電圧ＶRBを０［Ｖ］との中間値である０．５［Ｖ］と
なる。この場合、ＡＤ変換器１は直線的にデータをＡＤ
変換する。

【００１３】本発明では、中間基準電圧ＶRMとして強制
的に外部から電圧を与えることによって、非線形なＡＤ
変換を実現する。本実施例では、中間基準電圧ＶRMとし
て、本来ならば０．５［Ｖ］となるところを、０．７３
［Ｖ］としている。このＡＤ変換器１によるＡＤ変換の
動作を図３を用いて説明する。図３において、（ａ）は
入力信号、（ｂ）は（ａ）に示す入力信号を、上側基準
電圧ＶRTを１［Ｖ］、下側基準電圧ＶRBを０［Ｖ］、中
間の基準電圧ＶRMを０．７３［Ｖ］として変換する際の
動作、（ｃ）はＡＤ変換した結果をそれぞれ示してい
る。上側基準電圧ＶRTと中間基準電圧ＶRMとの間、及
び、中間基準電圧ＶRMと下側基準電圧ＶRBとの間は１２
８ステップであり、電圧値を横軸とし、変換後のデジタ
ル値を縦軸とした変換特性は、図３（ｃ）に示すように
１２８ステップのところで折れ曲がる折れ線となる。

【００１４】図４は図３（ｃ）に示す変換結果の折れ線
と、正規のガンマ特性Ｙ＝Ｘ2.2 とを同一図面に描いた
ものである。ＡＤ変換器１による変換結果を折れ線とす
ることにより、ガンマ特性Ｙ＝Ｘ2.2 に近似した特性と
なる。図５は図４に示す折れ線とガンマ特性Ｙ＝Ｘ2.2
との差分を示している。この図５に示す差分値をＡＤ変
換されたデータに加えることにより、正規のガンマ特性
を得ることができる。

【００１５】折れ線近似されて８ビットＡＤ変換された
信号自身は、０から２５５までの間でのリニアな信号で
ある。これに正規のガンマ特性Ｙ＝Ｘ2.2 との差分を加
味すると、図６に示す曲線となる。ここでは参考のた
め、リニアなＹ＝Ｘのラインを付け加えている。この図
６に示す曲線のステップ数（階調数）は２１５ステップ
となる。ガンマ特性Ｙ＝Ｘ2.2 のステップ数（階調数）
が１８４ステップであったので、３２ステップ約１８％
の増加となる。特に、映像信号の黒側で大幅にステップ
数が増加し、量子化ノイズが低減される。

【００１６】以上の処理を実現する構成が図１に示す加
算器２と補正データ発生器３である。補正データ発生器
３は、図５に示す差分値に相当する補正データを発生す
る。なお、補正データ発生器３の具体的構成は後に詳述
する。加算器２はＡＤ変換器１の出力と補正データ発生
器３の出力とを加算することによって、図６に示すよう
な曲線に相当するデータを得る。ＡＤ変換器１の出力は
図４に示すように折れ線となっているので、結果的に加
算器２の出力は正規のガンマ特性Ｙ＝Ｘ2.2 となる。

【００１７】従って、このように非線形処理されたデジ
タル映像信号をＰＤＰに加えた場合には、見掛け上、リ
ニアな階調特性となる。即ち、本発明により階調数の低
減が改善され、疑似輪郭や量子化ノイズが低減される。

【００１８】ところで、補正データ発生器３に記憶する
補正データ値は、図５より分かるように、８ビットフル
には必要なく、この場合では、最大値が１６進数で２４
（ＨＥＸ）の６ビットとなる。従って、８ビットのデー
タをＲＯＭで直接ガンマ補正するよりも回路規模は小さ
くなる。

【００１９】ここで、補正データ発生器３の具体的構成
及び動作について説明する。先の説明では、補正データ
発生器３は図5に示すような補正データを発生するとし
たが、図5に示すような曲線データを発生するには、Ｒ
ＯＭが必要となったりして、回路規模が増大する。そこ
で、本発明では、折れ線近似によって図5に示す補正デ
ータに相当する補正データを発生する。

【００２０】図7は補正データ発生器３の具体的構成の
一例を示すブロック図である。図7において、ＡＤ変換
器１の出力は入力データとしてコンパレータ３１〜３３
の＋端子に入力される。コンパレータ３１〜３３の−端
子には、それぞれＸ１，Ｘ２，Ｘ３なる値が入力され
る。これらＸ１〜Ｘ３なる値は、図8に示すように、図5
に示す曲線の補正データを複数の直線によって折れ線近
似した際の折れ点に相当するものである。なお、図8に
おいて、太実線で示すのが折れ線近似の補正データであ
り、2点鎖線で示すのが図5に示すような曲線の補正デー
タである。

【００２１】コンパレータ３１〜３３は＋端子への入力
データが値Ｘ１〜Ｘ３を超えるとハイの信号を出力す
る。これを正出力と称することとする。コンパレータ３
１〜３３は併せてその正出力を反転した信号も出力す
る。これを負出力と称することとする。コンパレータ３
１の正出力はＡＮＤ回路３４の一方の端子に入力され、
コンパレータ３２の負出力はＡＮＤ回路３４のもう一方
の端子に入力される。コンパレータ３２の正出力はＡＮ
Ｄ回路３５の一方の端子に入力され、コンパレータ３３
の負出力はＡＮＤ回路３５のもう一方の端子に入力され
る。

【００２２】入力データをｘとすると、関数回路３６
は、y1=-a3x+b3なる関数を発生するものである。関数回
路３７は、y2=a1xなる関数を発生するものである。ＡＮ
Ｄ回路３８の一方の端子にはコンパレータ３３の正出力
が入力され、もう一方の端子にはｂ１（＝０）なる値が
入力される。ＡＮＤ回路３９の一方の端子にはＡＮＤ回
路３５の出力が入力され、もう一方の端子には関数回路
３６の出力（y1）が入力される。

【００２３】ＡＮＤ回路４０の一方の端子にはＡＮＤ回
路３４の出力が入力され、もう一方の端子にはｂ２なる
値が入力される。ＡＮＤ回路４１の一方の端子にはコン
パレータ３１の負出力が入力され、もう一方の端子には
関数回路３７の出力（y2）が入力される。値ｂ２，ｂ３
は図8に示すy軸上の値を決定するものである。

【００２４】ＡＮＤ回路３８〜４１の出力は総和回路４
２に入力されて総和がとられて出力される。この出力ｙ
は、図5に示す曲線の補正データを図8の如く折れ線近似
した補正データである。

【００２５】このようにして、本発明では、補正データ
発生器３は折れ線の補正データを発生するよう構成した
ので、回路規模が小さくなる。図7に示す回路は極めて
簡単な回路構成で実現することが可能であり、ＬＳＩ化
する上で有利である。

【００２６】以上説明した本実施例では、非線形処理の
一例としてガンマ補正について述べたが、本発明はこれ
に限定されず、データの振幅（レベル）を非線形処理す
る全てのものに対して適用できる。また、本実施例で
は、加算器２を用いて、補正データ発生器である補正デ
ータ発生器３からの補正データとＡＤ変換器１より出力
されるデジタルデータとを加算しているが、加算器２の
代わりに減算器を用いることも可能であり、補正データ
発生器３からの補正データとＡＤ変換器１より出力され
るデジタルデータとを演算処理するような構成とすれば
よい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の非
線形処理回路は、上側基準電圧と下側基準電圧との間の
中間基準電圧として非線形処理の特性に合わせた電圧値
が与えられ、前記入力信号を折れ線のデジタルデータに
変換して出力するアナログ・デジタル変換器と、正規の
非線形特性を表すデジタルデータと前記アナログ・デジ
タル変換器より出力されるデジタルデータとの差分値
を、折れ線近似の補正データとして出力する補正データ
発生器と、前記補正データ発生器からの補正データと前
記アナログ・デジタル変換器より出力されるデジタルデ
ータとを演算処理して前記正規の非線形特性を有するデ
ータを出力する演算器とを設けて構成したので、デジタ
ル映像信号の振幅（レベル）を非線形処理した場合に起
きる階調数の低減を改善することができ、疑似輪郭や量
子化ノイズを低減させることができる。また、低ビッ
ト，低コストのＡＤ変換器を用いてデータを非線形処理
することができ、さらに、補正データ発生器は折れ線近
似の補正データを発生するものであるので、回路規模の
小さな非線形処理回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】本発明で用いるフルフラッシュ型ＡＤ変換器を
示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。

【図４】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。

【図５】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。

【図６】本発明の一実施例の動作を説明するための図で
ある。

【図７】図1中の補正データ発生器３の具体的構成の一
例を示すブロック図である。

【図８】図7に示す補正データ発生器３の動作を説明す
るための図である。

【図９】Ｙ＝Ｘ1/2.2 の特性図である。

【図１０】Ｙ＝Ｘ2.2 の特性図である。

【符号の説明】

１，１０ ＡＤ変換器 ２ 加算器（演算器） ３ 補正データ発生器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｎ 5/202 Ｇ０６Ｆ 15/68 ３１０Ｊ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号を非線形処理して出力する非線形
   処理回路において、 上側基準電圧と下側基準電圧との間の中間基準電圧とし
   て非線形処理の特性に合わせた電圧値が与えられ、前記
   入力信号を折れ線のデジタルデータに変換して出力する
   アナログ・デジタル変換器と、 正規の非線形特性を表すデジタルデータと前記アナログ
   ・デジタル変換器より出力されるデジタルデータとの差
   分値を、折れ線近似の補正データとして出力する補正デ
   ータ発生器と、 前記補正データ発生器からの補正データと前記アナログ
   ・デジタル変換器より出力されるデジタルデータとを演
   算処理して前記正規の非線形特性を有するデータを出力
   する演算器とを設けて構成したことを特徴とする非線形
   処理回路。