JP3934363B2 - ガンマ補正回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガンマ補正回路に関し、特に、映像信号の平均映像レベル（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ：以下、ＡＰＬと略記する）に適応でき、映像信号の階調再現性に対応するガンマ補正回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、テレビジョン受像機の大型画面化に伴い、テレビジョン受像機に用いられるブラウン管のダイナミックレンジを最大限に活用する技術が注目を集めている。この従来技術のうち、視覚的な明るさやコントラスト比の向上は高画質化の要因となっていることは、衆知である。
【０００３】
一般的に、映像信号の階調再現性の改善としてガンマ補正がよく用いられている。また、回路を容易で小規模に構成できるものとして輝度信号にのみ補正をおこなうガンマ補正が知られている。
【０００４】
映像信号において、白側の部分の階調に制限をかけることにより中間輝度の階調を改善し視覚的な明るさの向上をおこなうと伴に、ブラウン管等に表示した場合などでは白信号によるぼけであるブルーミングの防止や視覚的なコントラスト比を改善することができる。
【０００５】
しかしながら、ＡＰＬ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ：平均映像レベル）が低い場合、例えば、全体的に黒の多い中に少しの白があるような信号では前記のような改善がなされるが、ＡＰＬが高い場合、例えば全体的に白の多いような信号では白つぶれが視認されるようになり逆に弊害になる。すなわち、ガンマ補正が画質を悪化させる要因にもなってしまう。近年、この白つぶれを改善することが要求されている。
【０００６】
この問題を解決するために従来は、ガンマ補正の動作点をＡＰＬによって変化させている。すなわち、ＡＰＬが低いような信号では動作点をある一定の位置に固定のままとし、またＡＰＬが高いような信号になると動作点を白側にずらす。これにより白側の階調の制限を少なくすることができるので、白つぶれが改善できる。
【０００７】
このような従来技術は、たとえば、特開平７−３０３２２２号公報に開示されている。図６に、この従来技術の構成を示す。
【０００８】
図６を参照すると、この従来技術は、映像信号振幅制限回路の出力に差動増幅器を使用して、映像信号からＡＰＬを検出して、その検出結果を利用して振幅制限開始点として差動増幅器の一方の入力に入力して、もう一方の入力に映像信号を入力して、振幅制限開始点から映像信号の白側の振幅を制限している。
【０００９】
すなわち、折れ線によるガンマ補正をおこなっている。このようにＡＰＬによって映像信号振幅制限回路の開始点を変化させる技術が記載されている。
【００１０】
このように従来例のガンマ補正回路は、ＡＰＬをそのまま利用してガンマ補正の動作点を変えて補正するものであった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例のガンマ補正回路は、次に列挙するような欠点があった。
【００１２】
すなわち、第１の問題点として、ＡＰＬに対する適応量は同じでも、動作点初期値（ＡＰＬ０％時の動作点）の設定によっては、所定のＡＰＬ以上でガンマ補正が全くかからない信号ができる。
【００１３】
この結果、図５（ａ）に示すように、ＡＰＬが大きくなると動作点は映像信号の最大値を越えてしまう部分が生じて、あるＡＰＬ以上ではガンマ補正が全くかからない領域が生じてしまう。
【００１４】
動作点の初期値によって、ガンマ補正が全くかからない信号の範囲は変わってくる。ガンマ補正が全くかからないと言うことは、ガンマ補正の本来の目的である階調再現性の改善がおこなわれないことになってしまう。
【００１５】
第２の問題点として、動作点初期値は同じでもＡＰＬに対する適応量を大きくすると、あるＡＰＬ以上でガンマ補正のかからない信号ができる。
【００１６】
その結果、図５（ｂ）に示すように、ＡＰＬの変化に対して動作点の変化を大きくする（動作点特性の傾きを急にする）と、動作点は映像信号の最大値を越えてしまう部分が生じて、あるＡＰＬ以上ではガンマ補正が全くかからない領域が生じてしまう。
【００１７】
適応量を大きくすればするほどこのガンマ補正が全くかからない領域は増えてくる。第１の問題点と同様に、ガンマ補正が全くかからないと言うことは、階調再現性の改善がおこなわれないことになってしまう。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、上記問題点を鑑み、ＡＰＬの全領域において、常に、ガンマ補正がかかるようにして階調再現性の改善をおこなうと共に、ＡＰＬに適応してガンマ補正の動作点を変えることにより、ＡＰＬの高いときの白つぶれが改善できるガンマ補正回路を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明のガンマ補正回路は、映像信号を処理する映像信号処理回路に構成され、前記映像信号の平均映像レベルに応じた処理を行うガンマ補正回路であって、
前記平均映像レベルの入力と動作点初期設定の入力から前記平均映像レベルに適応した動作点を出力する動作点制御部と、
前記動作点より白側の入力輝度信号に対して、ガンマ補正をおこなうガンマ補正部を備え、
前記動作点制御部は、補正したい信号の最大値である固定値から前記動作点初期設定の入力を減算する減算手段と、
前記平均映像レベルの入力を０以上１以下の値に正規化する正規化手段と、
前記減算手段での結果と前記正規化手段での前記正規化された前記平均映像レベル信号とを乗算する乗算手段と、
前記乗算結果を外部からの制御により１以下の利得で増幅して、前記平均映像レベル適応量を制御する平均映像レベル適応量制御手段と、
前記適応量を制御した結果を前記動作点初期設定の入力に加算する加算手段とを備える備える構成である。
【００２１】
またさらに、本発明のガンマ補正回路の前記減算手段は、前記平均映像レベルによって動作点を変化させた場合、前記減算結果が補正したい信号の最大値を越えることがない変化可能な最大幅となる構成である。
【００２２】
さらにまた、本発明のガンマ補正回路の前記乗算手段は、正規化された前記平均映像レベルの入力と前記減算結果を乗算することにより、前記平均映像レベルに適応した動作点の補正量を算出する構成であり、本発明のガンマ補正回路の前記平均映像レベル適応量制御手段は、外部からの適応量制御信号により利得が１以下で増幅して前記加算器に出力する構成である。
【００２３】
また、本発明のガンマ補正回路の前記ガンマ補正部は、ガンマ補正の特性を、動作点から白側のレベルが圧縮された非線形特性になるようにした構成である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明に係る実施の形態のガンマ補正回路を説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路の構成図であり、図２は、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路の動作点制御部の構成図であり、図３は、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路の動作点制御部の動作点出力特性図、図４は、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路のガンマ補正特性（入出力関係特性）図である。
【００２６】
図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路１０１の入力部１は、輝度信号が入力される。ガンマ補正部５は、入力部１と後述する動作点制御部６とに接続され、動作点制御部６からの動作点出力９より白側のレベルの入力部１からの輝度信号に対して、外部からの補正量制御信号４による補正量でガンマ補正を施して、出力部８へ補正後の輝度信号を出力する。
【００２７】
入力部２には、図示しないが外部において輝度信号を積分するなどをして得られる信号をＡＰＬ入力として入力する。入力部３にＡＰＬが０％におけるガンマ補正の任意な動作点を動作点初期設定として入力する。動作点制御部６は、入力部２，３と接続され、ＡＰＬに適応した動作点出力９をガンマ補正部５に出力する。
【００２８】
次に、図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路１０１の動作点制御部６の入力部２（ＡＰＬ入力）は、正規化部６１に接続される。正規化部６１は、ＡＰＬ入力を０以上１以下の値にして乗算器６３へ出力する。
【００２９】
入力部３（動作点初期設定）は、減算器６４と加算器６６に接続される。減算器６４は、補正したい信号の最大値である固定値（被補正信号最大値）から動作点初期設定を減算して乗算器６３へ出力する。
【００３０】
乗算器６３は、正規化部６１の出力と減算器６４の出力とを乗算して適応量制御部６５へ出力する。
【００３１】
適応量制御部６５は、外部からの適応量制御信号７により利得が１以下で増幅して加算器６６に出力する。加算器６６は、前記入力部３（動作点初期設定）にＡＰＬ適応量である加算器６６の出力を加算して、動作点出力９を前記ガンマ補正回路５へ出力する。
【００３２】
次に、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路１０１の動作について、説明する。
【００３３】
再び、図１を参照すると、入力部２からのＡＰＬ入力と入力部３からの動作点初期設定は動作点制御部６に入力される。ＡＰＬ入力は、図示しないが外部において輝度信号を積分するなどをして得られるＡＰＬ０％〜１００％に対して変化する信号である。
【００３４】
動作点初期設定は、ＡＰＬが０％におけるガンマ補正の任意な動作点の値である。動作点制御部６は、この二つの入力（ＡＰＬ入力と動作点初期設定）よりＡＰＬに適応した動作点をガンマ補正部５へ動作点出力９として出力する。
【００３５】
ガンマ補正部５は、入力部１から入力された輝度信号の動作点出力９より白側のレベルの部分（入力レベル＞動作点）に対してガンマ補正をかける。このときの補正は、外部からの補正量制御信号４によって決まる補正量の強さで補正される。
【００３６】
このときのガンマ補正の特性は、図４に示すように、動作点から白側のレベルが圧縮された非線形特性になる。その後、補正した結果を出力部８へ補正後の輝度信号として出力する。
【００３７】
図４では、１点折れ線によるガンマ補正を説明したが、動作点より白側のレベルを分割して多点による折れ線や曲線による補正でも良い。
【００３８】
再び、図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路１０１の動作点制御部６は、入力部２から入力されたＡＰＬ入力は正規化部６１に入力される。
【００３９】
正規化部６１では、ＡＰＬ入力を０以上１以下の値、すなわち、ＡＰＬ０％のとき０，ＡＰＬ１００％のとき１になるように正規化をおこない、正規化した値を乗算器６３へ出力する。
【００４０】
入力部３から入力された動作点初期設定は、減算器６４と加算器６６に入力される。減算器６４は、補正したい信号の最大値である固定値（被補正信号最大値）から動作点初期設定を減算して乗算器６３へ出力する。
【００４１】
（被補正信号最大値−動作点初期設定）
この固定値は、本発明を含む全システムを考えたときに必然的に決まる定数（信号処理をおこなう輝度信号の最大値）である。この減算結果がＡＰＬによって動作点を変化させても補正したい信号の最大値を越えることがない変化可能な最大幅になる。
【００４２】
乗算器６３は、正規化されたＡＰＬ入力と前記減算結果を乗算することにより、ＡＰＬに適応した動作点の補正量６７を算出する。
【００４３】
（補正量＝正規化されたＡＰＬ入力＊減算結果）
すなわち、ＡＰＬが０％における補正量６７は０になり、ＡＰＬが１００％のときは変化可能な最大幅の値になる。その後補正量６７は、外部からの適応量制御信号７により、利得が１以下で増幅して、適応量６８として加算器６６に出力する。利得を１以下にすることにより動作点は補正したい信号の最大値を越えることがない。
【００４４】
加算器６６は、ＡＰＬ０％の動作点である前記入力部３からの動作点初期設定に適応量６８を加算して、動作点出力９をガンマ補正部５へ出力する。
【００４５】
（動作点出力＝動作点初期設定＋適応量）
この動作点制御部６の動作点出力９の特性は図３に示すようになる。このように本発明では、ガンマ補正が全くかからなくなる領域は存在しなくなり、どのようなＡＰＬでも階調再現性の改善をおこなうことができ、白つぶれも改善ができる。
【００４６】
なお、輝度出力の振幅は図４のようにＡＰＬが高くなるにつれて大きくなるが、これは図示しないが、本発明の回路の後段にＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路やＡＣＬ（オートマティックコントラストリミッタ）回路など振幅を制御する回路を接続することにより、振幅が任意で一定な信号やＡＰＬにより振幅が変わる信号にすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のガンマ補正回路を採用することにより、ガンマ補正の動作点は初期設定値（ＡＰＬ０％の動作点）から補正したい信号の最大値の幅でＡＰＬに適応して変化し、適応量も変えることができる。動作点は補正したい信号の最大値を越えることがない。これにより、ガンマ補正が全くかからない信号は存在しなくなり、どのようなＡＰＬでもガンマ補正の本来の目的である視覚的な明るさやコントラスト比の改善、ブルーミング防止等の階調再現性の改善を損なうことなく、ＡＰＬが高いときの白つぶれの問題を改善することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路の構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路の動作点制御部の構成図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路の動作点制御部の動作点出力特性図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のガンマ補正回路のガンマ補正特性図（入出力関係特性図）である。
【図５】従来のガンマ補正回路の動作点特性図である。
【図６】従来のガンマ補正回路の構成図である。
【符号の説明】
１ 入力部（輝度信号入力）
２ 入力部（ＡＰＬ入力）
３ 入力部（動作点初期設定）
４ 補正量制御信号
５ ガンマ補正部
６ 動作点制御部
７ 適応量制御信号
８ 出力部（輝度信号出力）
９ 動作点制御部の動作点出力
６１ 正規化部
６２ 被補正信号最大値
６３ 乗算器
６４ 減算器
６５ 適応量制御部
６６ 加算器
６７ 乗算器６３の出力である補正量
６８ 適応量制御部６５の出力である適応量
１０１ ガンマ補正回路

Claims (9)

1. 映像信号を処理する映像信号処理回路に構成され、前記映像信号の平均映像レベルに応じた処理を行うガンマ補正回路であって、
   前記平均映像レベルの入力と動作点初期設定の入力から前記平均映像レベルに適応した動作点を出力する動作点制御部と、
   前記動作点より白側の入力輝度信号に対して、ガンマ補正をおこなうガンマ補正部を備え、
   前記動作点制御部は、補正したい信号の最大値である固定値から前記動作点初期設定の入力を減算する減算手段と、
   前記平均映像レベルの入力を０以上１以下の値に正規化する正規化手段と、
   前記減算手段での結果と前記正規化手段での前記正規化された前記平均映像レベル信号とを乗算する乗算手段と、
   前記乗算結果を外部からの制御により１以下の利得で増幅して、前記平均映像レベル適応量を制御する平均映像レベル適応量制御手段と、
   前記適応量を制御した結果を前記動作点初期設定の入力に加算する加算手段とを備えることを特徴とするガンマ補正回路。
2. 前記減算手段は、前記平均映像レベルによって動作点を変化させた場合、前記減算結果が補正したい信号の最大値を越えることがない変化可能な最大幅となる請求項１記載のガンマ補正回路。
3. 前記乗算手段は、正規化された前記平均映像レベルの入力と前記減算結果を乗算することにより、前記平均映像レベルに適応した動作点の補正量を算出する請求項１または２記載のガンマ補正回路。
4. 前記平均映像レベル適応量制御手段は、外部からの適応量制御信号により利得が１以下で増幅して前記加算器に出力する請求項１、２または３記載のガンマ補正回路。
5. 前記ガンマ補正部は、ガンマ補正の特性を、動作点から白側のレベルが圧縮された非線形特性になるようにした請求項１、２、３または４記載のガンマ補正回路。
6. 前記ガンマ補正部は、補正した結果を出力部へ補正後の輝度信号として出力する請求項５記載のガンマ補正回路。
7. 前記ガンマ補正部は、ガンマ補正の特性を、動作点より白側のレベルを分割して１点折れ線によるガンマ補正とした請求項６記載のガンマ補正回路。
8. 前記ガンマ補正部は、ガンマ補正の特性を、動作点より白側のレベルを分割して多点による折れ線よるガンマ補正とした請求項６記載のガンマ補正回路。
9. 前記ガンマ補正部は、ガンマ補正の特性を、動作点より白側のレベルを分割して曲線によるガンマ補正とした請求項６記載のガンマ補正回路。

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