JP4605654B2 - 映像信号処理装置及び同装置を備えた表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、映像信号を処理する技術に関する。

映像信号を処理する装置（例えばテレビジョン受信機）において、例えば、入力された映像の輝度信号の最大レベル、最小レベル、及び平均輝度レベルの値を検出して、これらの値に基づきコントラスト調整するものが知られている（例えば特許文献１）。

特許第３２１５４００号公報（図１、図３６）

特許文献１に開示された従来技術では、入力された映像信号の特徴を検出し、表示装置のダイナミックレンジに合わせて、コントラストを高めるように利得（「ゲイン」とも呼ばれる）を調整している。通常、コントラストを高めると、利得も高められる。しかしながら、利得が高くなると、映像の振幅が大きくなり、それと連動して、映像に含まれるノイズ（例えば、ホワイトノイズ、モスキートノイズ等、以下、ノイズ成分と言う）も増幅される。このため、入力時の映像信号と比べて、出力時の映像信号の方が乱れる可能性がある。

このように、従来技術では、コントラスト調整(特に、利得を高める調整)におけるノイズ成分の強調の問題については考慮されていない。

従って、本発明の目的は、利得（特に、コントラスト調整に関する利得）が調整された映像の画質を高めるための技術を提供することにある。

本発明の一つの側面に従う映像信号処理装置は、入力された映像信号のノイズ成分をノイズ抑圧量に基づいて軽減するノイズ軽減手段と、入力された映像信号を利得に従って調整する映像調整手段とを備える。この映像信号処理装置は、前記利得を高めるような調整が行われる映像信号に対してのノイズ抑圧量を他の映像信号に対してのノイズ抑圧量よりも多くする。この処理は、上記ノイズ軽減手段及び映像調整手段の少なくとも一方によって行われても良いし、ノイズ軽減手段及び映像調整手段を制御する制御手段によって行われても良い。また、ノイズ軽減手段による処理が施された映像信号に対して、映像調整手段が上記のような調整を行うことができる。

一つの実施態様では、映像信号処理装置は、複数の画素から成る一画面分の映像信号から各階調値毎の画素数を表した階調値分布を検出する検出手段を更に備えることができる。この場合、映像信号処理装置は、前記検出された階調値分布に基づいて、前記利得の調整を行うことができる。また、映像信号処理装置は、前記階調値分布から、或る閾値以上の画素数を有する特別階調値範囲を特定し、特定された特別階調値範囲に属する画素の映像信号に対して、利得を高める調整を行うことができる。また、映像信号処理装置は、前記特別階調値範囲において、基準階調値を境とした一方の範囲に属する画素の映像信号についてのみ利得を高める調整を行い、他方の範囲に属する画素の映像信号については利得を高める調整を行わないこともできる。それに代えて又は加えて、映像信号処理装置は、前記特別階調値範囲において、低い階調値側に属する画素の映像信号についてのみ利得を高める調整を行い、高い階調値側に属する画素の映像信号については利得を高める調整を行わないようにすることもできる。

一つの実施態様では、映像信号処理装置は、入力された映像信号に対して輪郭補正量に基づいて輪郭補正を行う輪郭補正手段を更に備えることができる。この場合、映像信号処理装置は、前記利得とノイズ抑圧量との調整と共に、前記輪郭補正量を調整することができる。具体的には、例えば、映像信号処理装置は、前記利得を高めるような調整が行われる映像信号に対しての輪郭補正量を他の映像信号に対しての輪郭補正量よりも少なくすることができる。

一つの実施態様では、前記映像調整手段は、前記調整された利得に従って、入力された映像信号のコントラストを調整することができる。この場合、例えば、映像信号処理装置は、複数の画素から成る一画面分の映像信号から各輝度毎の画素数を表した輝度分布を検出する検出手段を更に備えることができる。映像信号処理装置は、前記輝度分布から、或る閾値以上の画素数を有する特別輝度範囲を特定し、特定された特別輝度範囲に属する画素の映像信号に対して、利得を高める調整を行うことができる。

本発明の別の側面に従う表示装置は、入力された映像信号を処理して出力する映像信号処理装置と、前記映像信号処理装置から出力された映像信号が表す映像を表示する表示手段とを備える。前記映像信号処理装置は、入力された映像信号のノイズ成分をノイズ抑圧量に基づいて軽減するノイズ軽減手段と、入力された映像信号を利得に従って調整する映像調整手段とを備える。映像信号処理装置は、前記利得を高めるような調整が行われる映像信号に対してのノイズ抑圧量を他の映像信号に対してのノイズ抑圧量よりも多くする。

一つの実施態様では、表示装置は、前記利得と前記ノイズ抑圧量の調整に伴い、前記表示手段により表示される映像の明るさを調整することができる。具体的には、例えば、前記表示手段は、映像表示を行うための光源と、前記光源からの光によって前記映像を投影するためのスクリーンとを備えた投射型の表示手段であってもよい。表示装置は、複数の画素から成る一画面分の映像信号から各輝度毎の画素数を表した輝度分布を検出する検出手段を更に備えることができる。表示装置は、前記輝度分布から、前記一画面分の映像信号が暗い否かを判定し、暗いと判定された場合には前記光源の照度を低くし、且つ、前記輝度分布から低輝度領域であると判定された場所に対しては利得を高める調整を行うことができる。

本発明によれば、利得（特に、コントラスト調整に関する利得）を高めることにより増幅されるノイズ成分を抑えることができるので、利得が調整された映像の画質を高めることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る映像信号処理装置について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の第一実施例に係る映像信号処理装置の機能ブロック図である。

上述した映像信号処理装置には、デジタル形式の映像信号（以下、「映像信号」と称する）を入力するための映像入力端子１と、入力された映像信号の特徴（例えば、映像信号一画面分における階調毎のヒストグラム）を検出する特徴検出回路３と、入力された映像信号のノイズ成分を軽減するノイズ軽減回路５とが備えられている。また、この映像信号処理装置には、入力された映像信号のコントラストを補正するためのコントラスト補正回路６と、ノイズ軽減回路５とコントラスト補正回路６を制御する制御回路４と、コントラスト補正回路６から出力された映像信号を出力する（例えば、透過型表示装置や液晶パネルなどの表示部へ出力する）映像出力端子２とが備えられている。

次に、この図１を用いて、映像入力端子１に映像信号が入力されてから、映像出力端子２から映像信号が出力されるまでに行われる処理の流れを説明する。

まず、映像入力端子１に入力された映像信号は、特徴検出回路３とノイズ軽減回路５に出力される。

特徴検出回路３は、入力された映像信号の特徴、例えば、複数の画素から成る一画面分の映像信号から各階調値毎の画素数を表した階調値分布（例えば輝度分布）を検出し、その検出結果を制御回路４に出力する。

制御回路４は、上記検出結果に基づいて、ノイズ軽減やコントラスト補正を行うための制御信号を作成し、作成した制御信号を、ノイズ軽減回路５及びコントラスト補正回路６へ出力する。具体的には、例えば、制御回路４は、上記検出結果に基づき、コントラスト補正量と、コントラスト補正量に基づくノイズ抑圧量とを算出する。そして、制御回路４は、算出されたコントラスト補正量に基づいてコントラスト補正を行うようコントラスト補正回路６を制御し、且つ、算出されたノイズ抑圧量でノイズ軽減処理を行うようノイズ軽減回路５を制御する。

ノイズ軽減回路５は、入力された制御信号に従うノイズ抑圧量に基づき、ノイズ軽減処理を行う。具体的には、例えば、ノイズ軽減回路５は、映像のフレーム間演算により、ノイズ成分にはフレーム間の相関がないことを利用したノイズ軽減処理を施す。このノイズ軽減処理方法は様々な方式があり公知であるため、詳細な説明は省略する。なお、ノイズ軽減処理方法は、上記フレーム間演算によるものでなくてもよく、フィールド内演算や、水平の低域通過フィルタによるもの等でも構わない。

ノイズ軽減処理が施された映像信号は、ノイズ軽減回路５から出力され、コントラスト補正回路６に入力される。そして、コントラスト補正回路６が、制御回路４からの制御信号により定められるコントラスト補正量に基づいて、入力された映像信号に対し、コントラスト補正を行う。ノイズ軽減処理及びコントラスト補正が施された映像信号は、コントラスト補正回路６から出力され、映像出力端子２を介して、例えば透過型表示装置や液晶パネルなどの表示部へ供給される。

図２は、コントラスト補正の特性を示す図である。

図２に記してあるように、コントラスト補正は、映像信号レベルの入出力特性のグラフの傾き、換言すれば、コントラストの利得（以下、コントラスト利得）を変化させて行う。例えば、グラフの傾き（コントラスト利得）を１とすれば、入出力間でコントラストに変化は無く、グラフの傾きを１より小さく（コントラスト利得＜１）すれば、コントラストは小さくなり、傾きを１より大きく（コントラスト利得＞１）すれば、コントラストは大きくなる。

図３は、本実施例におけるコントラスト利得とノイズ抑圧量との関係を示している。

本実施例では、制御回路４は、コントラストを高める補正を行わない場合（コントラスト利得が１以下）は、ノイズ抑圧量を通常の量（例えば予め定められた量）とし、コントラストを高める補正を行う場合（コントラスト利得が１を超える場合）は、ノイズ抑圧量を通常の量よりも多くする。この処理により、コントラストを高める補正と連動して増幅されるノイズ成分をあらかじめ抑圧しておくことができる。

次に、実施例コントラスト補正量及びノイズ抑圧量の算出について、図４を用いて説明する。

図４（Ａ）は、特徴検出回路３で検出された輝度分布の一例を示している。

特徴検出回路３は、検出結果に基づいて、どの階調（例えば輝度レベル）の分布が高いのか、換言すれば、どの輝度の画素数が多いのかを判定する。具体的には、例えば、この判定処理には、図４（Ａ）に示すように、所定の閾値「ｈ１」が用いられる。すなわち、特徴検出回路３は、各輝度の画素数と閾値「ｈ１」とを比較し、この閾値「ｈ１」よりも多い画素数を有する輝度の範囲（以下、特別輝度範囲）を特定する。ここでは、閾値「ｈ１」よりも高い分布度数の（つまり閾値「ｈ１」よりもたくさんの画素数を持つ）輝度範囲として、輝度ＬＶ１〜ＬＶ２の範囲が特別輝度範囲として判定される。特徴検出回路３は、判定された特別輝度範囲を制御回路４に入力する。

制御回路４は、入力された特別輝度範囲に基づき、上記特別輝度範囲（ＬＶ１〜ＬＶ２）を表す第１制御信号と、ノイズ抑圧量を上記特別輝度範囲以外のものよりも大きくするための第２制御信号と、上記特別輝度範囲においてコントラストを他の輝度範囲と比べて高くするための第３制御信号とを作成し出力する。第２制御信号には、例えば、特別輝度範囲における各輝度レベル毎のノイズ抑圧量（例えば、図４（Ｃ）に例示のノイズ抑圧量）が含まれる。第３制御信号には、例えば、コントラスト補正量（例えば、図４（Ｂ）に例示のコントラスト補正量）が含まれる。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の輝度分布に基づくコントラスト補正量の一例を示している。

図中、横軸が、入力された映像信号の輝度（以下、入力輝度）、縦軸が、出力される映像信号の輝度（以下、出力輝度）である。また、通常時（制御回路４から制御信号が入力されない状態）において、入出力特性は、一点鎖線で示すようにリニアであるものとする。

コントラスト補正量は、例えば、この図４（Ｂ）に示す通り、コントラスト利得とそれが変更される座標とにより表すことができる。図４（Ｂ）に示すコントラスト補正量は、例えば、入力輝度０からのコントラスト利得と、入力輝度ＬＶ１からのコントラスト利得と、特別輝度範囲におけるＬＶ１側の第一の入力輝度からのコントラスト利得と、特別輝度範囲におけるＬＶ２側の第二の入力輝度からのコントラスト利得と、入力輝度ＬＶ２からのコントラスト利得とにより表すことができる。

コントラスト補正回路６は、制御回路４からの第３制御信号に含まれるコントラスト補正量に従うコントラスト補正を行う。すなわち、コントラスト補正回路６は、制御回路４から出力された第１制御信号が示す特別輝度範囲(ＬＶ１〜ＬＶ２の範囲)において、入出力特性の傾き（つまりコントラスト利得）を急峻にし、輝度分布の少ない他の輝度領域（ＬＶ１未満の輝度領域とＬＶ２よりも高い輝度領域）では、それよりも傾きを緩やかにするように制御される。本実施例では、このように制御することによって、１枚の映像において分布が多い輝度のコントラストを向上することができる。

なお、この実施例では、特別輝度範囲において、他の輝度範囲との境界付近の範囲では、他の輝度範囲よりもコントラスト利得は大きくされるものの、特別輝度範囲の中心範囲におけるコントラスト利得よりも小さくされる。それにより、コントラストの強弱の差を抑えた画質の良い映像を出力することが可能である。

図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）のコントラスト補正量に基づくノイズ抑圧量の一例を示している。

ノイズ軽減回路５にも、制御回路４から第１制御信号及び第２制御信号が入力される。そしてノイズ軽減回路５は、第１制御信号が示す特別輝度範囲（ＬＶ１〜ＬＶ２の範囲）におけるノイズ抑圧量を、図４（Ｃ）に示すように、それ以外の領域（ＬＶ１以下の輝度領域とＬＶ２以上の輝度領域）のノイズ抑圧量よりも多くなるように制御される。

このように制御することによって、コントラストを高める補正をした場合には、ノイズ抑圧量が大きくされるので、コントラストを高めることにより増幅するノイズ成分を軽減することでき、故に、品質の高い映像を得ることができる。

以上、この第一実施例によれば、コントラストを高める（例えば、コントラスト利得を１よりも高める）ことに連動して、ノイズ抑圧量が通常量よりも多くされる。これにより、コントラストを高めることに伴って増幅するノイズ成分を軽減することができる。

また、この第一実施例によれば、映像一画面分の輝度分布が検出され、輝度分布が多い輝度範囲である特別輝度範囲において、コントラストを高める補正とノイズ抑圧量を多くすることとが行われる。これにより、ノイズ成分を抑えてコントラストを高めることができる。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下、第一実施例との相違点を主に説明し、第一実施例との共通点については説明を省略或いは簡略する。

図５は、本発明の第二実施例に係る映像信号処理装置の機能ブロック図を示す。なお、図１と同一符号のものは同一機能を備えるものとする。

制御回路４に対し、抑圧輝度入力端子７から抑圧輝度が入力されるようになっている。抑圧輝度とは、特別輝度範囲におけるどの範囲においてノイズ抑圧量を多くするかの基準となる輝度である。

制御回路４では、抑圧輝度入力端子７により設定される抑圧輝度を基準に、それ以下の輝度においてノイズ軽減回路５におけるノイズ抑圧量を多くするように制御する。その動作例を図６に示す。

図６（Ａ）は、この第二実施例において特徴検出回路３によって検出された輝度分布の一例を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の輝度分布に基づくコントラスト補正量の一例を示す。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）に示すコントラスト補正量と入力された抑圧輝度とに基づくノイズ抑圧量の一例を示す。

制御回路４には、特徴検出回路３から、所定の閾値「ｈ２」よりも多い画素数を有する輝度の範囲が特別輝度範囲として入力される。また、制御回路４には、端子７を介して、抑圧輝度が入力される。

制御回路４は、第一実施例と同様に、図６（Ｂ）に示すように、特別輝度範囲では、入出力特性の傾き（コントラスト利得）を急峻にするように、コントラスト補正回路６を制御する。しかし、制御回路４は、ノイズ抑圧量については、図６（Ｃ）に示すように、特別輝度範囲であっても、抑圧輝度以下の範囲でのみ、ノイズ抑圧量を多くし、それ以外の領域では、ノイズ抑圧量をそれよりも少なくするよう、ノイズ軽減回路５を制御する。

以上、この第二実施例によれば、比較的ノイズが目立ちやすい低い輝度範囲では、ノイズ抑圧量が多くされ、比較的ノイズが目立ちにくい高い輝度範囲では、ノイズ抑圧量が少なくされる。このため、ノイズが目立ちやすくなる輝度範囲が予め判明されている場合に有利であると共に、高い輝度範囲におけるノイズ軽減処理による本来の映像への弊害を軽減することができる。

なお、この第二実施例では、例えば、制御回路４に入力される抑圧輝度は、予め定められた固定値であってもよいし、ユーザに選択された値であっても良いし、入力された映像信号の特徴に基づいて複数の抑圧輝度の中から制御回路４によって選択された値であっても良い。

図７は、本発明の第三実施例に係る映像信号処理装置の機能ブロック図を示す。

第三実施例では、コントラスト補正回路６と出力端子２との間に輪郭補正回路８が備えられる。コントラスト補正が施された映像は、輪郭補正回路８に入力され、その回路８において輪郭補正が施され、その後に、出力端子２を介して出力される。輪郭補正回路８は、制御回路４の制御の下で動作する。具体的には、例えば、輪郭補正回路８は、或る輝度の画素について、コントラスト利得が１より高められ且つノイズ抑圧量が多くされた場合、少なくともその画素についての輪郭補正量を他の画素のそれよりも少なくする。

この第三実施例によれば、コントラストを高くした場合に、ノイズ成分を減らすとともに、輪郭補正量を小さくすることにより残留し得るノイズ成分の強調を防止できるので、ノイズの少ない高品質な映像を得ることができる。

図８は、本発明の第四実施例に係るテレビジョン受信機のブロック図を示す。

このテレビジョン受信機には、例えば、第一実施例に係る映像信号処理装置と、投射型表示装置２０とが備えられる。投射型表示装置２０には、例えば、光源２１と、透過型表示素子２２と、スクリーン２３とが備えられている。コントラスト補正回路６から出力された映像信号は、透過型素子２２に入力され、光源２１からの照射によって、透過型素子２２に入力された映像信号が表す映像が、スクリーン２３に投影される。

制御回路４は、ノイズ軽減回路５及びコントラスト補正回路６の他に、投射型表示装置２０の光源２１も制御する。

例えば、制御回路４は、検出された輝度分布から、映像が全体的に暗いか否かを判定することができる。制御回路４は、全体的に暗い映像が入力されたと判定した場合には、映像全体が白っぽくならないように、光源２１の照度を下げるように制御する。また、全体的に暗い映像が入力されたと判定した場合、特徴検出回路３によって検出された輝度分布は、輝度が低い領域において高い分布を示すので、制御回路４は、低輝度領域においてコントラストを高めるようにコントラスト補正回路６を制御する。

すなわち、本実施例では、全体的に暗い映像が入力された場合には、光源２１の照度を下げるとともに、コントラスト補正回路６でコントラストを高める補正（１より大きいコントラスト利得に従う補正）を行う。このように制御することにより、暗い映像のコントラストを高めることができる。また、低輝度領域おいては、ノイズ抑圧量が多くなるように制御回路４によって制御される。

なお、この実施例では、例えば、光源２１の照度を制御することに代えて又は加えて、光源２１から照射された光を透過する透過型素子２２の透過率の制御が行われても良い。具体的には、例えば、透過型素子２２が、コントラスト補正回路６から、コントラスト補正が施された映像信号と共に、コントラスト補正量を受け、そのコントラスト補正量（特に特別輝度範囲におけるコントラスト利得）に基づいて、透過率を制御しても良い。

以上、本発明の幾つかの実施例を説明したが、これらの実施例は、本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。

例えば、本発明に係る映像信号処理装置は、テレビジョン受信機などの表示装置に用いられるが、ＶＴＲやＤＶＤ装置、またはセット・トップ・ボックス（ＳＴＢ）と呼ばれるデジタルテレビジョン放送信号を受信するデジタルチューナー等、表示部を有さない装置にも同様に用いることができる。

また、例えば、上述した各実施例では、ノイズ軽減処理が行われた後に（すなわち、予めノイズ成分が抑えられた後に）、コントラスト補正が行われるが、逆に、コントラスト補正が行われた後に、ノイズ軽減処理が行われても良い。

また、例えば、特徴検出回路３によって検出されるヒストグラムは、輝度に限らず、他種の階調値に基づくヒストグラムであっても良い。また、輝度等の階調値は、２５６階調に限らず、それよりも多くても少なくても良い。

本発明の第一実施例に係る映像信号処理装置の機能ブロック図である。 コントラスト補正の特性を示す図である。 本実施例におけるコントラスト利得とノイズ抑圧量との関係を示している。 図４（Ａ）は、特徴検出回路３で検出された輝度分布の一例を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の輝度分布に基づくコントラスト補正量の一例を示している。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）のコントラスト補正量に基づくノイズ抑圧量の一例を示している。 本発明の第二実施例に係る映像信号処理装置の機能ブロック図を示す。 図６（Ａ）は、第二実施例において特徴検出回路３によって検出された輝度分布の一例を示す。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の輝度分布に基づくコントラスト補正量の一例を示す。図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）に示すコントラスト補正量と入力された抑圧輝度とに基づくノイズ抑圧量の一例を示す。 本発明の第三実施例に係る映像信号処理装置の機能ブロック図を示す。 本発明の第四実施例に係るテレビジョン受信機のブロック図を示す。

符号の説明

１…映像入力端子、２…映像出力端子、３…特徴検出回路、４…制御回路、５…ノイズ軽減回路、６…コントラスト補正回路、７…抑圧輝度入力端子、８…輪郭補正回路、２０…投射型表示装置、２１…光源、２２…透過型素子、２３…スクリーン

Claims (4)

1. 光を照射する光源と、
   入力映像信号のノイズ成分をノイズ抑圧量に基づいて軽減するノイズ軽減手段と、
   前記ノイズ軽減手段からの映像信号を入出力特性によって定まる利得に従って調整する映像調整手段と、
   前記映像調整手段によって調整された映像信号に基づき前記光源から照射された光を用いて映像を形成する透過型表示素子と、
   複数の画素から成る一画面分の前記入力映像信号から各階調値毎の画素数を表した階調値分布を検出するとともに、該検出された階調値分布から或る閾値以上の画素数を有する特別階調値範囲を判定するための検出手段と、
   前記検出手段により判定された特別階調値範囲に基づいて前記光源、前記ノイズ軽減手段及び前記映像調整手段を制御する制御手段と、備え、
   前記制御手段は、
   前記特別階調値範囲における前記入出力特性の傾きを他の階調値範囲における入出力特性よりも急峻にするように前記映像調整手段を制御するとともに、前記特別階調値範囲における前記ノイズ抑圧量を前記特別階調値範囲以外の階調値範囲におけるノイズ抑圧量よりも大きくするように前記ノイズ軽減手段を制御し、かつ、
   前記階調値分布の低輝度領域が前記特別階調値範囲である場合は、前記入力映像信号が暗い映像であるとして前記光源の照度を下げるように制御する、
   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において、前記透過型表示素子の映像がスクリーン上に投射されることを特徴とする映像表示装置。
3. 請求項１に記載の映像表示装置において、前記制御手段は、前記特別階調値範囲であって、かつ所定の抑圧輝度以下の範囲におけるノイズ抑圧量を大きくするように前記ノイズ軽減手段を制御することを特徴とする映像表示装置。
4. 請求項１に記載の映像表示装置において、更に、前記入力映像信号の輪郭補正を行う輪郭補正手段を備え、前記制御手段は、前記特別階調値範囲における輪郭補正量を他の階調値範囲における輪郭補正量よりも小さくすることを特徴とする映像表示装置。

Images