JP4693919B2

JP4693919B2 - 映像表示装置及び映像表示方法

Info

Publication number: JP4693919B2
Application number: JP2009209088A
Authority: JP
Inventors: 正悟松原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: US20110057945A1; JP2011059379A; US8462172B2

Description

本発明は、映像表示装置及び映像表示方法に関する。

入力された映像信号に対して適応的にバックライト光源を制御する液晶表示では、算出された各光源領域の点灯値に対して適応的に入力信号を補正することで、点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせて、本来あるべき輝度値となるように動的に制御することが行われている。例えば特許文献１に記載の技術は、光源を分割してエリア制御を行う液晶表示装置であり、特に入力信号から算出した点灯値から入力信号に補正値をかけて所望の輝度に補正する提案であり、バックライトエリア制御の例である。しかしながら、暗部領域で補正ゲインが大きくなる傾向にあり、暗部映像信号に含まれるノイズ成分も拡大し、視聴の妨げとなる問題があった。

特開２００４−１９１４９０号公報

本発明は、暗部映像信号に含まれるノイズ成分を抑制した映像表示装置及び映像表示方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の映像表示装置は、入力映像信号から複数に分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値を算出し各々数値データとして出力するエリア別点灯値算出手段と、前記分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値と相関性を持たせた映像信号を、前記バックライトに照射されてこの映像信号を表示する表示部へ出力する信号出力手段と、前記点灯値にて前記バックライトの各領域の光源を制御するバックライト制御手段と、前記入力映像信号と前記点灯値との相関性を取ることによって第１の信号補正係数を求める第１の補正ゲイン設定手段と、前記入力映像信号を周波数によって分離する周波数分離手段と、前記入力映像信号に対して前記周波数分離手段にて高周波が除去された低周波またはDC成分を前記求めた第１の信号補正係数に基づいて補正し、信号補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズの増幅を抑制するように、前記分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値に対する信号補正を行って出力映像信号を作成する第１の信号補正手段と、前記入力映像信号に含まれる暗部ノイズ量を表すノイズ成分係数を取得する取得手段と、前記取得されたノイズ成分係数が大きくなるに従って第２の信号補正係数を小さくし、前記取得されたノイズ成分が小さくなるに従って前記第２の信号補正係数を大きく設定する第２の補正ゲイン設定手段と、前記周波数分離手段にて分離された前記低周波またはDC成分以外の成分を前記第２の信号補正係数に基づいて補正し、信号補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズを増幅させずに、点灯値に対する信号補正を行う第２の信号補正手段と、前記バックライトの点灯タイミングと前記表示部に前記出力映像信号を出力するタイミングとを合わせて、前記出力映像信号を表示するように前記表示部を制御する表示部制御手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、暗部映像信号に含まれるノイズ成分を抑制した映像表示装置及び映像表示方法が得られる。

この発明の一実施形態の画像処理装置を示すブロック構成図。この発明の第２の実施形態の画像処理装置を示すブロック構成図。この発明の第３の実施形態の画像処理装置を示すブロック構成図。実施形態のノイズ成分係数算出手段の第１の実施例。実施形態のノイズ成分係数算出手段の第２の実施例。実施形態のノイズ成分係数算出手段の第３の実施例。従来の液晶表示装置の実施例。従来の液晶表示装置の課題。

以下、本発明の実施形態を説明する。
（実施形態１）
本発明による実施形態１を図を参照して説明する。
まず本発明の基となる従来の液晶表示装置について説明する。図７に示すように、液晶表示パネルを制御する液晶表示部制御手段１０６と、液晶表示部１０７と、入力された映像信号を光源の分割領域に合わせて点灯値を算出するエリア別点灯値算出手段１０１と、前記点灯値からバックライトの点灯状態を算出し信号補正係数を求める補正ゲイン設定手段１０２と、入力映像信号を前記信号補正係数にて補正し映像信号出力を作成する乗算手段１０３と、バックライトを制御するバックライト制御手段１０４と、バックライトとなる光源１０５から構成されている。

次に、この液晶表示装置の動作について説明する。映像信号は、光源の分割領域に合わせて点灯値を算出するエリア別点灯値算出手段１０１に入力される。エリア別点灯値算出手段１０１にて算出された各領域の点灯値は、補正ゲイン設定１０２に入力される。この時、入力された映像信号と点灯値の相関性を取りながら、補正ゲイン設定を設定する。補正ゲイン設定１０２出力の補正ゲインにより補正手段１０３にて補正された映像信号は、液晶表示部制御手段１０６に入力され、入力された映像信号を元に液晶表示部１０７を制御する。また、エリア別点灯値算出手段１０１にて得られた点灯値は、バックライト制御部１０４へ入力され、バックライトの光源１０５を制御する。この制御だが、液晶表示部への表示タイミングとバックライトの光源を点灯するタイミングを合わせるよう行われる。

この液晶表示装置において、入力された映像信号に対して適応的にバックライト光源を制御することで、高コントラスト映像表示を実現でき、且つ算出された各領域の点灯値に対して適応的に入力信号を補正することで、点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせた、本来あるべき輝度値となるように動的に制御することができる。

次に、従来の液晶表示装置での課題を説明する。図８（ａ）左側の表示画像にて、表示画像内に明るい部分２０１と、暗部２０２が存在している。ある点灯値を算出するために割り当てられた分割領域がこの暗部２０２に含まれ、領域内の輝度が全体的に低くなると相関を持つ点灯値も低く算出される。すると図８（ｂ）右側のグラフに示されるように、本来の輝度値を表現するために、補正ゲイン設定手段１０２で算出される補正ゲインが大きくなる傾向がある。このとき、設定された補正ゲインにより映像信号を補正すると、暗部映像信号に含まれるノイズ成分も拡大し、視聴の妨げとなる可能性がある。

上記課題を改善するための画像処理装置の第１の実施形態を図１に示す。後述の実施形態のポイント（１）に該当する。入力された映像信号をＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０８に入力しエリア毎に低域成分を抽出し、さらに入力映像信号から低域成分を除くことにより、映像信号を低域成分と高域成分に周波数分離する。分離された映像信号の低域成分に対して、補正ゲイン設定手段１０２出力の補正ゲインにより補正を行うことを特徴とする。このとき、ノイズ成分が多く含まれる高域成分と低域成分を分離して、低域成分のみを補正することで、点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせた本来あるべき輝度値となるように制御し、且つ上記課題にあげられたノイズ成分の拡大を防ぐことができる。

（実施形態２）
本発明による実施形態２を図を参照して説明する。
図２に画像処理装置の第２の実施形態を示す。後述の実施形態のポイント（２）に該当する。第１の実施形態に加えて高域成分側にも補正ゲイン設定手段１０２出力の補正ゲインによる補正１１１を行うことができる。但し、新たにノイズ成分係数α（０〜１）を入力し、以下の式に従い高域成分側補正ゲインを制御する。

高域成分側補正ゲイン＝Ｇａｉｎ^{（１−α）} （但し、0≦α≦1）
ノイズ成分係数αは0に近づく程画面内のノイズ量が少なく、１に近づくほど画面内のノイズ量が多いことを示し、高域成分側補正ゲインはα＝0で低域成分補正ゲインと同じ値になり、α＝1で高域成分側補正が１となり補正がかからなくなることを特徴とする。このとき、ノイズ成分の大きさで高域成分の補正ゲインを制御することで、ノイズ成分が多く含まれる映像ではノイズ成分の拡大を防ぎ、さらに、ノイズ成分が少ない場合は暗部テクスチャをより低域成分と合わせて再現することができる。

図４にこの実施形態２と次の実施形態３の実施例で用いるノイズ成分係数αを算出する手段の第１の実施例を示す。後述の実施形態のポイント（４）に該当する。実施形態２と実施形態３で入力される映像信号を、ヒストグラム検出手段３０１に入力し、画面内のヒストグラムを検出する。検出されたヒストグラムを画面内暗部エリア判定手段３０２に入力する。ヒストグラムより、画面内で輝度が低い部分が多くを占める場合、カメラで暗いシーンを撮影した場合に暗部ノイズが現れる可能性が高いため、暗部のノイズ量が大きいとして、ノイズ成分係数を決定する。

（実施形態３）
本発明による実施形態３を図を参照して説明する。
図３に画像処理装置の第３の実施形態を示す。後述の実施形態のポイント（３）に該当する。第２の実施例に加えて、さらに高周波強調係数βを入力し、以下の式に従い補正ゲインを制御する。

高域成分側補正ゲイン＝（β×Ｇａｉｎ）^{（１−α）} （但し、0≦α≦1）
高周波強調係数βは値が大きいほど高域成分の補正ゲインが増加し、ノイズ成分係数α＝0で低域成分のβ倍補正がかかり、α＝1で高域成分側補正が１となり補正がかからなくなることを特徴とする。このとき、ノイズ成分の大きさで高域成分の補正ゲインを制御することで、ノイズ成分が多く含まれる映像ではノイズ成分の拡大を防ぎ、さらに、ノイズ成分が少ない場合は暗部テクスチャがよりはっきりとした映像を生成することができる。

高周波強調係数βは、ユーザがリモコンとＴＶの画面に表示されるメニューとで対話的に設定（既定値を変更）できるようにしておくのもよい。
図５に前の実施形態２とこの実施形態３で用いるノイズ成分係数αを算出する手段の第２の実施例を示す。後述の実施形態のポイント（５）に該当する。前の実施形態２とこの実施形態３で入力される映像信号を、フレームメモリ４０１に入力し1フレーム遅延させた映像信号を作成し、現入力信号と、フレーム遅延信号を動き判定手段４０２に入力することで、動き情報を検出する。次に、検出された動き情報と、映像信号入力を暗部動き量判定手段４０３に入力する。このとき、暗部で静止画である箇所は、暗部のノイズが目立ちやすいためノイズ量が大きいとして、ノイズ成分係数を決定する。

図６に前の実施形態２とこの実施形態３で用いるノイズ成分係数αを算出する手段の第３の実施例を示す。後述の実施形態のポイント（６）に該当する。前の実施形態２とこの実施形態３で入力される映像信号が、圧縮符号化された信号をデコーダにより伸張した映像信号であった場合、圧縮比率によってブロックノイズや、モスキートノイズなどの符号化ノイズが大きく現れる可能性がある。そこで、前の実施形態２とこの実施形態３の液晶表示装置の前段に、圧縮符号デコーダ手段５０１を持ち、得られた符号化情報を符号化ノイズ量判定手段５０２に入力して、例えば量子化スケール値が大きいほど符号化ノイズ量が大きいとして、ノイズ成分係数を決定する。

以上の実施形態における前記周波数分離方法は、入力される映像信号の特徴に対応し、ノイズ成分を含まない映像信号成分の周波数分離へも拡張可能である。
従来技術の構成を表す図１は実施形態１に関連して説明したように、入力された映像信号に対して適応的にバックライト光源を制御する液晶表示では、算出された各領域の点灯値に対して適応的に入力信号を補正することで、点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせて、本来あるべき輝度値となるように動的に制御するが、暗部領域で補正ゲインが大きくなる傾向にあり、暗部映像信号に含まれるノイズ成分も拡大し、視聴の妨げとなる可能性がある。

そこで実施形態の構成ではノイズ成分が多く含まれる周波数成分を分離して、ノイズの無い周波数成分のみを補正することにより、点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせた本来あるべき輝度値となるように制御し、且つ上記課題にあげられたノイズ成分の拡大を防ぐことができる。

以上複数に分割された光源をもつバックライト装置と、前記分割された光源の点灯値と相関性を持たせた映像信号を表示部であるパネルに出力する映像表示装置において、入力映像信号から前記分割された光源の各領域の点灯値を算出するエリア別点灯値算出手段と、前記点灯値にて前記バックライトの光源を制御するバックライト制御手段と、前記点灯値からバックライトの点灯状態を算出し信号補正係数を求める補正ゲイン設定手段と、入力映像信号を前記信号補正係数にて補正し映像信号出力を作成する手段と、前記バックライト装置の点灯タイミングと表示部であるパネルに出力するタイミングに合わせて前記出力映像信号を表示するように表示部であるパネルを制御する表示部制御手段により構成される映像表示装置に関して説明した。実施形態のポイントは以下のようである。

（１）前記映像表示装置において、新たに周波数分離手段を持ち、前記信号補正係数にて入力映像信号を補正する際に、前記周波数分離手段にて分離された低周波、もしくはDC成分のみ補正することで、補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズを増幅させずに、点灯値に対する信号補正を行うことを特徴とする映像表示装置。

（２）前記（１）の映像表示装置において、前記周波数分離手段にて分離された高周波側にも、前記信号補正係数による補正手段を持ち、さらに、入力映像信号に含まれる暗部ノイズ量を表すノイズ成分係数を入力し、暗部に含まれるノイズが多い場合には高周波側の補正を弱め、暗部に含まれるノイズが少ない場合には高周波側の補正を強めることで、補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズを増幅させずに、点灯値に対する信号補正を行うことを特徴とする映像表示装置。

（３）前記（２）の映像表示装置において、さらに高周波側の補正係数決定に、高周波強調係数を入力し暗部に含まれるノイズが多い場合には高周波側の補正を弱め、暗部に含まれるノイズが少ない場合には高周波強調係数にてより補正を強めることで、暗部のテクスチャを改善させることを特徴とする映像表示装置。

（４）前記ノイズ成分係数は、入力映像信号のヒストグラムを検出し、暗部ヒストグラム量が大きいほど、暗部に含まれるランダムノイズが多くなるとして係数を上げ、高周波成分の補正弱めることを特徴とする（２）、（３）の映像表示装置。

（５）前記ノイズ成分係数は、入力映像信号の暗部動き量を検出し、暗部動き量が小さいほど、暗部に含まれるランダムノイズの影響が現れやすいとして係数を上げ、高周波成分の補正を弱めることを特徴とする（２）、（３）の映像表示装置。

（６）前記ノイズ成分係数は、入力映像信号が符号化圧縮された映像を伸張した映像信号であった場合に、符号量子化係数が大きいほど、ブロックノイズなどの符号化ノイズが映像信号に現れやすいとして係数を上げ、高周波成分の補正弱めることを特徴とする（２）、（３）の映像表示装置。

以上本実施形態では、暗部ノイズの影響を抑えるために、ノイズ成分を除外した信号に対して補正を行った。効果として、ノイズ成分が多く含まれる周波数成分を分離して、ノイズの無い周波数成分のみを補正することで、点灯値と液晶の透過率に相関性を持たせた本来あるべき輝度値となるように制御し、且つ上記課題にあげられたノイズ成分の拡大を防ぐことができるようになった。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、液晶表示の他の透過型パネル表示においても有効である。

また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜に組み合わせることにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いものである。さらに、異なる実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせても良いものである。

１０１…エリア別点灯値算出手段、１０２…補正ゲイン設定手段、１０３…乗算手段、１０４…バックライト制御手段、１０５…光源、１０６…液晶表示部制御手段、１０７…液晶表示部、１０８…ＬＰＦ、１０９…減算手段、１１０…加算手段、１１１…乗算手段、１１２…高域成分側補正手段、１１３…高域成分側補正手段、３０１…ヒストグラム検出手段、３０２…画面内暗部エリア判定手段、４０１…フレームメモリ、４０２…動き判定手段、４０３…暗部動き量判定手段、５０１…圧縮符号デコーダ手段、５０２…符号化ノイズ量判定手段。

Claims

入力映像信号から複数に分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値を算出し各々数値データとして出力するエリア別点灯値算出手段と、
前記分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値と相関性を持たせた映像信号を、前記バックライトに照射されてこの映像信号を表示する表示部へ出力する信号出力手段と、
前記点灯値にて前記バックライトの各領域の光源を制御するバックライト制御手段と、
前記入力映像信号と前記点灯値との相関性を取ることによって第１の信号補正係数を求める第１の補正ゲイン設定手段と、
前記入力映像信号を周波数によって分離する周波数分離手段と、
前記入力映像信号に対して前記周波数分離手段にて高周波が除去された低周波またはDC成分を前記求めた第１の信号補正係数に基づいて補正し、信号補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズの増幅を抑制するように、前記分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値に対する信号補正を行って出力映像信号を作成する第１の信号補正手段と、
前記入力映像信号に含まれる暗部ノイズ量を表すノイズ成分係数を取得する取得手段と、
前記取得されたノイズ成分係数が大きくなるに従って第２の信号補正係数を小さくし、前記取得されたノイズ成分が小さくなるに従って前記第２の信号補正係数を大きく設定する第２の補正ゲイン設定手段と、
前記周波数分離手段にて分離された前記低周波またはDC成分以外の成分を前記第２の信号補正係数に基づいて補正し、信号補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズを増幅させずに、点灯値に対する信号補正を行う第２の信号補正手段と、
前記バックライトの点灯タイミングと前記表示部に前記出力映像信号を出力するタイミングとを合わせて、前記出力映像信号を表示するように前記表示部を制御する表示部制御手段とを
備えたことを特徴とする映像表示装置。
さらに前記第２の信号補正手段は、前記高周波側の信号補正係数決定に、高周波強調係数を入力し暗部に含まれるノイズが多い場合には高周波側の補正を弱め、暗部に含まれるノイズが少ない場合には高周波強調係数にてより補正を強めることで、暗部のテクスチャを改善させることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
前記ノイズ成分係数は、入力映像信号のヒストグラムを検出し、暗部ヒストグラム量が大きいほど、暗部に含まれるランダムノイズが多くなるとして係数を上げ、高周波成分の補正を弱めることを特徴とする請求項１または請求項２記載の映像表示装置。
前記ノイズ成分係数は、入力映像信号の暗部動き量を検出し、暗部動き量が小さいほど、暗部に含まれるランダムノイズの影響が現れやすいとして係数を上げ、高周波成分の補正を弱めることを特徴とする請求項１または請求項２記載の映像表示装置。
前記ノイズ成分係数は、入力映像信号が符号化圧縮された映像を伸張した映像信号であった場合に、符号量子化係数が大きいほど、ブロックノイズなどの符号化ノイズが映像信号に現れやすいとして係数を上げ、高周波成分の補正弱めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の映像表示装置。
更に、前記バックライトと前記表示部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の映像表示装置。
入力映像信号から複数に分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値を算出し各々数値データとして出力し、
前記分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値と相関性を持たせた映像信号を、前記バックライトに照射されてこの映像信号を表示する表示部へ出力し、
前記点灯値にて前記バックライトの各領域の光源を制御し、
前記入力映像信号と前記点灯値との相関性を取ることによって第１の信号補正係数を求め、
前記入力映像信号を周波数によって分離し、
前記入力映像信号に対して前記分離された低周波またはDC成分を前記求めた第１の信号補正係数に基づいて補正し、信号補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズの増幅を抑制するように、前記分割されたバックライトの各領域の光源の点灯値に対する信号補正を行って出力映像信号を作成し、
前記入力映像信号に含まれる暗部ノイズ量を表すノイズ成分係数を取得し、
前記取得されたノイズ成分係数が大きくなるに従って前記第２の信号補正係数を小さくし、前記取得されたノイズ成分が小さくなるに従って前記第２の信号補正係数を大きく設定し、
前記周波数分離手段にて分離された前記低周波またはDC成分以外の成分を第２の信号補正係数に基づいて補正し、信号補正係数の大きくなる暗部に含まれるノイズを増幅させずに、点灯値に対する信号補正を行い、
前記バックライトの点灯タイミングと前記表示部に前記出力映像信号を出力するタイミングとを合わせて、前記出力映像信号を表示するように前記表示部を制御することを特徴とする映像表示方法。