JP4602184B2 - 映像表示処理装置とそのバックライト制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、映像表示処理装置とそのバックライト制御装置及び方法に関するもので、特に暗い画像の中での階調表現能力を高めつつ、消費電力の低減を得るものである。

周知のように、近年では、テレビジョン放送のデジタル化が推進されてきている。例えば、日本国内においては、ＢＳ（broadcasting satellite）デジタル放送及び１１０度ＣＳ（communication satellite）デジタル放送等の衛星デジタル放送だけでなく、地上デジタル放送も開始されている。

テレビジョン放送を受信するデジタルテレビジョン放送受信装置においては、例えば、ユーザーが設定したジャンルやキーワード等に基づいて放送番組を自動記録しておき、その記録された番組の中からユーザーが必要な番組を選択して視聴することができる機能を有するものが出現している。

この場合、放送番組を記録再生するための記録再生装置としては、多数の番組を記録することができる大記録容量が求められるとともに、記録した番組の中から所望の番組を迅速に検索して再生することができるアクセス性能が求められることから、ＨＤＤ（hard disk drive）が採用されている。

ところで、最近のデジタルテレビジョン放送受信装置は、表示器の大型化が進み、また、周辺機器として種々の記録再生装置を接続可能であり、また、ネットワーク化が進んでいる。また、画質を向上するために、映像信号のみならずバックライトの光量を調整する技術も開発されている。

しかしながら、光量調整のために、いたずらにバックライトの電源電圧を変化すると画像の品質を悪化させてしまう。特に大型化した液晶表示装置の場合は、バックライトの電源電圧の変動は画像の階調に及ぼす影響が大きいので、バックライトの電源電圧の制御は慎重に行う必要がある。

そこで、バックライトの電圧制御を映像信号の特徴に関連づけながら行なう技術が開発されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。

特許文献１の場合は、平均輝度レベル（ＡＰＬ）とヒストグラム分布の測定結果を組み合わせて用いることが基本である。まず、輝度レベルの領域、例えば暗い領域が特定される。そして特定された輝度レベルの領域のときに、ヒストグラム分布が閾値を越えるか否か判定される。ヒストグラム分布が閾値を越えているときには、ＡＰＬの判定に係わらず、暗い領域であるとして、ヒストグラム分布の測定結果を採用するようにしている。

特許文献２の場合は、映像信号からヒストグラム分布が測定される。この分布から１つのフレームのヒストグラムで一番多く存在する階調値である最頻値Ｆが得られる。バックライト制御部では、予め８ビットで現される０〜２５５の階調が予め区分されて、複数の領域が設定されている。そして先の最頻値Ｆが属する階調値の領域がチェックされる。バックライト制御部は、最頻値Ｆが属する領域に対応した予め設定している制御データを出力し、バックライトの光量を制御している。
特開２００４−１１００５０公報 特開２００５−１４８７０９公報

従来では、ヒストグラム分布の測定結果を活用する範囲が特定の輝度レベルの領域に制限されている。また、平均輝度レベルのデータと、ヒストグラム分布の測定結果を組み合わせてバックライト制御に利用している。

しかしながら、従来の装置では、消費電力の軽減効果については十分な配慮がなされていない。また、平均輝度レベルの情報を用いると、画面の明るさが頻繁に制御される場合があり、このような場合には、画像を品位が低下するという問題がある。

そこでこの発明の目的は、特に暗い画像の中での表現能力を高めつつ、消費電力の低減を得ることができる映像表示処理装置とそのバックライト制御方法を提供することにある。

この発明に係る映像信号処理装置は、映像信号を受信する受信部と、前記受信部で受信した映像信号に所定の信号処理を施す信号処理部と、前記信号処理部内にて、入力映像信号の輝度レベルの入出力特性を変換する輝度カーブ変換器と、前記輝度カーブ変換器の出力である映像信号を表示する映像表示器と、前記輝度カーブ変換器に入力する映像信号の輝度レベルについてヒストグラム分布データを生成するヒストグラム抽出部と、前記ヒストグラム分布データが、前記入力映像信号の画面の輝度レベルは低い領域であることを示すときは、前記低い領域が強調されるように前記輝度カーブ変換器の特性を設定する特性制御データ出力部と、前記映像信号の画面の前記強調された領域に属するデータの積分値を得る積分器と、この積分器の出力を用いて、前記映像表示器の光量を低下させる出力を得る乗算器と、を有する。

上記した構成によれば、暗い映像の画面のときは輝度レベルが強調されるので、明るい画面のへ変化する。これにより、表示器の画像では、暗い領域の階調表現能力が高まり、強調しないときには見えなかった、例えば黒い背景の中の黒髪が見えるようになる。しかし、黒い領域が他の明るい領域に対して、浮き上がった状態（孤立した状態）で見えることがある。そこで一方では、バックライトの光量が抑制され画面全体が暗く押さえられるで、浮き上がった状態を軽減することができるし、同時に、消費電力の低減となる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明の実施の形態で説明するテレビジョン放送受信装置１１の正面側の外観を示している。

図１において、このテレビジョン放送受信装置１１は、主として、装置本体となるほぼ四角形状に形成された薄型のキャビネット１２と、このキャビネット１２を起立させて支持するスタンド１３とから構成されている。

上記キャビネット１２には、その正面に、例えば平面型液晶表示パネル等でなる映像表示器１４の表示画面１４ａが露出されるとともに、一対のスピーカ１５、操作部１６、後述するリモートコントローラ（図１では図示せず）１７から送信される操作情報を受けるための受光部１８等が配置されている。

また、上記スタンド１３は、ほぼ薄型の箱状に形成されており、その一方の平面である底面板１３ａを、水平に設置された所定の基台（図示せず）上に載置するように構成されている。そして、このスタンド１３は、上記基台上に載置される面と反対側の面である上面板１３ｂのほぼ中央部から上方に突出する支持部材１９が、上記キャビネット１２の背面に連結されることにより、キャビネット１２を起立させた状態で支持している。

ここで、上記スタンド１３は、その内部に後述するＨＤＤユニット（図１では図示せず）２０を収容可能となされている。そして、このスタンド１３の上面板１３ｂには、キャビネット１２よりも正面側にせり出している部分に、ＨＤＤユニット２０を記録、再生、停止状態等に制御するための、押圧操作可能な複数（図示の場合は４つ）の操作子２１が配置されている。

図２は、上記テレビジョン放送受信装置１１の信号処理系を概略的に示している。この信号処理系を構成する各種の回路ブロックは、主として、上記キャビネット１２の内部で背面に近い位置、つまり、上記映像表示器１４の表示画面１４ａの裏側あたりに配置されている。

そして、デジタルテレビジョン放送受信用のアンテナ２２で受信したデジタルテレビジョン放送信号は、入力端子２３を介してチューナ部２４に供給される。このチューナ部２４は、入力されたデジタルテレビジョン放送信号から所望のチャンネルの信号を選局し復調している。そして、このチューナ部２４から出力された信号は、デコーダ部２５に供給されて、例えばＭＰＥＧ（moving picture experts group）２デコード処理が施された後、セレクタ２６に供給される。

またチューナ部２４の出力は、直接セレクタ２６に供給されている。この信号から映像・音声情報などが分離され、この映像・音声情報が制御部３５を介してＨＤＤユニット２０にて記録されることも可能である。

さらに、アナログテレビジョン放送受信用のアンテナ２７で受信したアナログテレビジョン放送信号は、入力端子２８を介してチューナ部２９に供給される。このチューナ部２９は、入力されたアナログテレビジョン放送信号から所望のチャンネルの信号を選局し復調している。そして、このチューナ部２９から出力された信号は、Ａ／Ｄ（analog／digital）変換部３０によりデジタル化された後、上記セレクタ２６に出力される。

また、アナログ信号用の入力端子３１に供給されたアナログの映像及び音声信号は、Ａ／Ｄ変換部３２に供給されてデジタル化された後、上記セレクタ２６に出力される。さらに、デジタル信号用の入力端子３３に供給されたデジタルの映像及び音声信号は、そのまま上記セレクタ２６に供給される。

Ａ／Ｄ変換された信号が、ＨＤＤユニット２０にて記録される場合は、セレクタ２６に付随しているエンコーダにより、所定のフォーマット例えばＭＰＥＧ（moving picture experts group）２方式による圧縮処理が施された後、ＨＤＤユニット２０にて記録される。

上記セレクタ２６は、４種類の入力デジタル映像及び音声信号から１つを選択して、信号処理部３４に供給している。この信号処理部３４は、入力されたデジタル映像信号に所定の信号処理を施して上記映像表示器１４での映像表示に供させている。この映像表示部１４としては、例えば、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイ等でなるフラットパネルディスプレイが採用される。また、上記信号処理部３４は、入力されたデジタル音声信号に所定の信号処理を施し、アナログ化して上記スピーカ１５に出力することにより、音声再生を行なっている。

ここで、このテレビジョン放送受信装置１１は、上記した各種の受信動作を含む種々の動作を制御部３５によって統括的に制御されている。この制御部３５は、ＣＰＵ（central processing unit）等を内蔵したマイクロプロセッサであり、上記操作部１６や操作子２１（図２では図示せず）からの操作情報、または、上記リモートコントローラ１７から送信された操作情報を受光部１８を介して受けることにより、その操作内容が反映されるように各部をそれぞれ制御している。

この場合、制御部３５は、メモリ部３６を使用している。このメモリ部３６は、主として、そのＣＰＵが実行する制御プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）と、該ＣＰＵに作業エリアを提供するためのＲＡＭ（random access memory）と、各種の設定情報及び制御情報等が格納される不揮発性メモリとを備えている。

ここで、上記制御部３５は、スタンド１３内に収容されたＨＤＤユニット２０と接続されている。この場合、制御部３５からＨＤＤユニット２０に電源電力及び制御信号の供給を行なうライン３７は、接続部３８を介して制御部３５とＨＤＤユニット２０とを接続している。

また、制御部３５とＨＤＤユニット２０との間でデジタル映像及び音声信号を授受するライン３９は、ｉ．Link接続部４０を介して制御部３５とＨＤＤユニット２０とを接続している。すなわち、制御部３５とＨＤＤユニット２０との間でのデジタル映像及び音声信号の伝送は、電源及び制御信号とは別個にｉ．Linkによって行なわれる。

そして、上記テレビジョン放送受信装置１１は、セレクタ２６で選択されたデジタルの映像及び音声信号を、ＨＤＤユニット２０により記録することができるとともに、ＨＤＤユニット２０に記録されたデジタルの映像及び音声信号を再生し、視聴に供させることができる。

図３は、この発明の特徴の基本的要素を取り出して示している。制御部３５は、以下に述べるブロックを含む。即ち、制御部３５はヒストグラム抽出部３５ａ，特性制御データ出力部３５ｇ、積分器３５ｈ、乗算器３５ｉを含む。

また、信号処理部３４には、輝度カーブ変換器３４ａが設けられている。この輝度カーブ変換器３４ａは、特性制御データ出力部３５ｇからの制御データにより変換特性が制御される。特性制御データ出力部３５は、ヒストグラム抽出部３５ａからのヒストグラム分布データを用いて、特性制御データを生成している。この特性制御データにより、映像信号の輝度レベルの入出力特性が設定される。この入出力特性についは、さらに後述する。

ヒストグラム抽出部３５ａは、信号処理部３４の映像信号の輝度レベル（輝度カーブ変換器３４ａの入力側の映像信号の輝度レベル）のヒストグラム分布を生成する。このとき映像信号は、１フレーム分或いは１フィールド分が、メモリ部３６に一旦格納される。そして、そのフレーム（或いはフィールド）データを用いて、輝度レベルのヒストグラム分布データがヒストグラム抽出部３５ａで生成される。ヒストグラム抽出部３５ａで抽出されたヒストグラム分布データは、特性制御データ出力部３５ｇに入力される。ここで生成された特性制御データは、輝度カーブ変換器３４ａの特性制御部に供給される。輝度カーブ特性は、１フレーム（或いは１フィールド）単位であってもよいし、数フレーム（或いは数フィールド）単位で設定されてもよい。

また、輝度カーブ変換器３４ａの入力側と出力側の輝度信号は、積分器３５ｇに入力される。この積分器３５ｇは、輝度カーブ変換器３４ａにおいて、輝度レベルの低い領域（暗い領域）の強調データを積分する。例えば、入力レベルよりも出力レベルが大きくなっているデータが有った場合は、輝度カーブ変換器３４ａの入力データと出力データの差分データが、積分器３５ｈで累積される。この累積結果は、１フレーム（或いは１フィールド）単位で、乗算器３５ｉにおいて、係数を乗算された後、制御電圧として出力される。この制御電圧が映像表示器１４のバックライトの電源回路１４ｃを制御する。

表示器１４は、液晶パネル１４ａの背面部にバックライト１４ｂを有し、バックライト１４ｂは、電源回路１４ｃにより駆動されている。電源回路１４ｃに対しては、先の制御部３５から、制御電圧（調光電圧）が与えられる。制御電圧によりバックライト１４ｂの輝度を調整することができる。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）には、ヒストグラム抽出部３５ｃにおいて生成されたヒストグラム分布データの一例を示している。図４（Ａ）は、１フレーム（或いは１フィールド）単位で求められ、映像信号の特徴を捕らえている。図４（Ａ）の例の場合は、暗い部分が多い画面の例である。しかし暗い画面の中にも明るい部分があることが現れている。図４（Ｂ）の例の場合、全体的に明るい画面の例である。また明るい画面の中でも輝度の高い部分があることを表している。

上記したヒストグラム分布データを用いると、映像信号の全体画面が暗い画面であるか、明るい画面であるかの判定を行なうことができる。暗い画面、明るい画面に対して、この装置では、輝度信号の入出力特性を制御するようにしている。

図５には、輝度カーブ変換器３４ａにおける入出力特性を示している。つまり、入力信号の輝度レベルが低いときは、出力信号は強調されて（つまり暗い画面のときは入力に対して出力が強調されて）出力される。また、入力信号の輝度レベルが高いときは、出力信号は抑圧されて（つまり明るい画面のときは入力に対して出力が抑圧されて）出力される。従来であると、点線で示すように入出力特性は、リニアに変化している。しかし、この装置であると、輝度レベルの最小から最大の略中間位置を境にして、輝度レベルの低い領域では、出力を強調するように、非線形で円弧状に変形し、輝度レベルの高い領域では、出力レベルを抑圧するように、非線形で円弧状に変形している。

この結果、表示器１４においては、暗い映像のときは輝度レベルが強調されるので、明るいほう映像の方へ変化する。これにより、表示器の画像では、暗い領域の階調表現能力が高まり、強調しないときには見えなかった、例えば黒い背景の中の黒髪が見えるようになる。しかし、黒い領域が他の明るい領域に対して、浮き上がった状態（孤立した状態）で見えることがある。そこで一方では、バックライトの光量が抑制され画面全体が暗く押さえられるで、浮き上がった状態を軽減することができるし、同時に、消費電力の低減となる。

即ち、積分器３５ｈでは、例えば輝度カーブ変換器３４ａの入力と出力データが与えられている。そして、例えば図５の積分領域（暗い画面において強調された領域）のデータが積算される。例えば出力データから入力データを引き算し、その差分データが累積加算されることで積分値が得られる。積分器３５ｈの積分出力は、乗算器３５ｉにおいて、係数が乗算されてゲインが調整され、表示器１４の電源回路１４ｃの制御電圧として出力される。

これにより、黒い領域が他の明るい領域に対して、浮き上がった状態（孤立した状態）で見えることがある。そこで一方では、バックライトの光量が抑制され画面全体が暗く押さえられるで、浮き上がった状態を軽減することができるし、同時に、消費電力の低減となる。

図６には、上記の装置の動作を説明するためにフローチャートを示している。信号処理部３４の出力である映像信号は、１フレーム（或いは１フィールド）分がメモリ部３６に蓄積される（ステップＳＤ１）。次にヒストグラム分布データの作成処理が行われる（ステップＳＤ２）。次に、作成されたヒストグラム分布データに基づいて、特性制御データ出力部３５ｇが特性制御データを生成する（ステップＳＤ３）。この特性制御データを用いて、輝度カーブ変換器３４ａで入力映像信号に対する処理が行われる（ステップＳＤ４）。

積分器３５ｈでは、画面の暗い領域で、輝度が強調された領域のデータの積分処理が行われる（ステップＳＤ５）。この積分器３５ｈの出力は、乗算器３５ｉにおいて調整され（ステップＳＤ６）、バックライトの電源電圧が調整される。またこのときは、時間調整された映像信号が、表示器１４の液晶パネルに与えられて画像を形成している（ステップＳＤ７）。

この発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。図２では、テレビジョン放送受信装置１１の信号処理系を、キャビネット１２とスタンド１３とに分割して記載したが、信号処理系としては、キャビネット１２とスタンド１３とを特に区別して記載する必要はなく、図７に示すように、テレビジョン放送受信装置１１がＨＤＤユニット２０を内蔵しているというように等価的に記載することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施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よい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１はこの発明の実施の形態で説明するテレビジョン放送受信装置の正面側の外観を示す図である。 図２は上記テレビジョン放送受信装置の信号処理系を示す図である。 図３はこの発明に係る特徴部の基本的要素を取り出して示す図である。 図４はヒストグラム分布データの例を示す説明図である。 図５は輝度カーブ変換器３４ａにおける変換特性の例を示す説明図である。 図６はこの発明の装置の動作例を示すフローチャートである。 図７はこの発明が適用されたテレビジョン放送受信装置の他の例を示す図である。

符号の説明

１１…テレビジョン放送受信装置、１２…キャビネット、１３…スタンド、１４…映像表示器、１５…スピーカ、１６…操作部、１７…リモートコントローラ、１８…受光部、１９…支持部材、２０…ＨＤＤユニット、２２…アンテナ、２３…入力端子、２４…チューナ部、２５…デコーダ部、２６…セレクタ、２７…アンテナ、２８…入力端子、２９…チューナ部、３０…Ａ／D変換部、３１…入力端子、３２…Ａ／Ｄ変換部、３３…入力端子、３４…信号処理部、３５…制御部、３６…メモリ部、３７…ライン、３８…接続部、３９…ライン、４０…ｉ．Link接続部。

Claims (10)

1. 映像信号を受信する受信部と、
   前記受信部で受信した映像信号に所定の信号処理を施す信号処理部と、
   前記信号処理部内にて、入力映像信号の輝度レベルの入出力特性を変換する輝度カーブ変換器と、
   前記輝度カーブ変換器の出力である映像信号を表示する映像表示器と、
   前記輝度カーブ変換器に入力する映像信号の輝度レベルについてヒストグラム分布データを生成するヒストグラム抽出部と、
   前記ヒストグラム分布データが、前記入力映像信号の画面の輝度レベルは低い領域であることを示すときは、前記低い領域が強調されるように前記輝度カーブ変換器の特性を設定する特性制御データ出力部と、
   前記映像信号の画面の前記強調された領域に属するデータの積分値を得る積分器と、
   この積分器の出力を用いて、前記映像表示器の光量を低下させる出力を得る乗算器と、
   を有することを特徴とする映像信号処理装置。
2. 前記輝度レベルの低い領域は、少なくとも、前記輝度レベルの最大値と最小値の中間値よりも小さい方の領域であることを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。
3. 前記輝度カーブ変化器は、
   入力映像信号の画面の輝度レベルが高い場合には、入力を抑圧して出力する特性に設定されることを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。
4. 前記積分器は、前記輝度カーブ変換器の入力側と出力側の輝度信号の差分値を得て、出力側の信号が大きいときに、その差分値を累積加算することを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。
5. 前記乗算器の出力により、前記表示器のバックライトの電源電圧を制御して、光量を低下することを特徴とする請求項１記載の映像信号処理装置。
6. 映像信号を受信する受信部と、前記受信部で受信した映像信号に所定の信号処理を施す信号処理部と、前記信号処理部内にて、入力映像信号の輝度レベルの入出力特性を変換する輝度カーブ変換器と、前記輝度カーブ変換器の出力である映像信号を表示する映像表示器と、動作を統括する制御部とを有した、バックライト制御方法において、
   前記輝度カーブ変換器に入力する映像信号の輝度レベルについてヒストグラム分布データを生成し、
   前記ヒストグラム分布データが、前記入力映像信号の画面の輝度レベルは低い領域であることを示すときは、前記低い領域が強調されるように前記輝度カーブ変換器の特性を設定し、
   前記映像信号の画面の前記強調された領域に属するデータの積分値を抽出し、
   前記積分値を用いて、前記映像表示器の光量を低下させる
   ことを特徴とするバックライト制御方法。
7. 前記輝度レベルの低い領域は、少なくとも、前記輝度レベルの最大値と最小値の中間値よりも小さい方の領域であることを特徴とする請求項６記載のバックライト制御方法。
8. 前記入力映像信号の画面の輝度レベルが高い場合には、入力を抑圧して出力する特性に前記前記輝度カーブ変換器の特性を設定することを特徴とする請求項６記載のバックライト制御方法。
9. 前記積分値は、前記輝度カーブ変換器の入力側と出力側の輝度信号の差分値を得て、出力側の信号が大きいときに、その差分値を累積加算することで生成されること特徴とする請求項６記載のバックライト制御方法。
10. 前記表示器の調光電圧を低下させるために、前記表示器のバックライトの電源電圧を制御することを特徴とする請求項６記載のバックライト制御方法。

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