JP4910645B2 - 画像信号処理方法、画像信号処理装置、表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、動画擬似輪郭を低減するための技術に関する。
動画擬似輪郭を低減する従来技術としては、画素の動きベクトルを参照して、画素の移動方向にサブフィールドを構成して補正する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００―１６３００４号公報
従来の動きベクトルを用いた補正方法では、補正後のサブフィールドにおける点灯情報に欠落が生じるため、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立できず、高画質な画像表示が困難であるという課題がある。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、高画質な画像表示を実現することにある。
上記目的を達成するために、本発明の一実施の態様は、複数のサブフィールド期間の各期間の点灯の有無を制御する信号を生成する画像信号処理方法において、入力画像における画素の画素値に応じて該画素での複数のサブフィールド期間における点灯の有無を制御するサブフィールド点灯パタン信号を生成するステップと、入力画像おける第１フレームと該第１フレームより時間的に前の第２フレームとに対して行う動きベクトル探索により得られた動きベクトルを用いて、該サブフィールド点灯パタン信号を補正する信号補正ステップとを備え、該サブフィールド点灯パタン信号は、第２フレームと第１フレームとの間の各サブフィールド期間における各画素の点灯パタン情報を有し、前記信号補正ステップは、前記動きベクトルのうち、一のサブフィールド期間に一の画素を通過する動きベクトルを用いて、該一の画素の該一のサブフィールド期間における点灯パタン情報を決定し、該一の画素を通過する動きベクトルが無い場合は、該一のサブフィールド期間に他の画素を通過する動きベクトルを用いて該一の画素の該一のサブフィールド期間における点灯パタン情報を決定し、該新たに決定した点灯パタン情報を有する新たなサブフィールド点灯パタン信号を生成する。
上記構成によれば、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立でき、高画質な画像表示を実現することが可能となる。
本発明によれば、高画質な画像表示を実現することが可能となる。
以下、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。尚、以下の説明では、複数のサブフィールドにより所定の階調を表現する表示装置としてプラズマディスプレイ装置等を例にして説明する。
また、各図面において、同一の符号が付されている構成要素は同一の機能を有することとする。
また、本明細書の各記載及び各図面において「ＳＦ」と表記したときは「サブフィールド」の略記である。また、「ＳＦ」または「サブフィールド」と表記したときは、「サブフィールド期間」の意味を含む。
また、本明細書の各記載及び各図面における「情報を配置する」という表現は、例えば情報をデータの一部に格納すること、およびその情報の格納を決定するという意味を含む。
また、本明細書の各記載及び各図面における「画像」という表現は、１枚の画像、画像データまたは画像情報のみならず、複数のフレームからなる画像、画像データ、または画像情報などのいわゆる映像、映像データ、映像情報、動画、動画データ、動画情報等をも含む意味である。
図１は、本発明の画像信号処理装置100の構成の一例を示す図である。図１の画像信号処理装置100は、例えば、以下の動作を行う各構成要素から構成される。
画像信号処理装置100において、まず、入力部101で入力した画像を、画像信号処理部102、動きベクトル検出部104、中間サブフィールドフレーム作成部105（以下、中間SFフレーム作成部105と記す。）に送る。画像信号処理部102は、表示装置109に画像を投影した時に色表現や輝度階調等が適切な状態となるように、入力画像の画素値に応じてゲイン調整および逆ガンマ補正等の信号処理を行う。サブフィールド点灯パタン信号生成部103(以下、SF点灯パタン信号生成部103と記す。)は、画像信号処理後の画素値を、点灯パタン信号として表示装置109の点灯制御部へ伝達するために、画素値からSF点灯パタン信号への変換を行う。動きベクトル検出部104は、例えば時間的に連続する2つの入力画像を参照して、画素毎の動きベクトル(動き量および動き方向)を検出する。中間SFフレーム作成部105は、SF点灯パタン信号生成部103が出力したSF点灯パタン信号と、動きベクトル検出部104が検出した動きベクトルを参照して、各SF点灯時間位置に、各SF点灯時間位置に対応する仮想的なN個の中間フレームを作成する。サブフィールド点灯パタン信号補正部106（以下、SF点灯パタン信号補正部106と記す。）は、N個の中間SFフレームを参照して画素値を再構成し、擬似輪郭補正用の画像を作成する。フォーマット変換部107は再構成された画像を画像同期信号等と多重化し、出力部108が、表示装置109へ出力する。ここで、表示装置109 は例えば、プラズマパネルディスプレイ（以下「PDP」と記す。）等である。
すなわち画像信号処理装置100では、例えば、１フィールド期間を複数のサブフィールド期間に分割し、該複数のサブフィールド期間の各期間の点灯の有無を制御する。これにより、１フィールド期間での画素の輝度を制御する信号を生成する画像信号処理を行うことができる。
以下、本願の説明において「サブフィールドにおける点灯パタン信号の補正」とは、SF点灯パタン信号生成部103が生成したサブフィールド点灯パタン信号に含まれる各サブフィールドにおける点灯パタン情報の配置を変更する処理を意味するものとする。
尚、本実施例に係る画像信号処理装置100の各構成要素の動作は、各構成要素の自律的な動作でもよく、また図１に示される制御部110がメモリ111などに保持されるソフトウェアと協働して実現しても良い。また、各構成要素の動作の制御を制御部110が行ってもよい。また、各構成要素が算出、検出等するデータは、各構成要素が有するデータ記録部で記録しても良いが、図１に示されるメモリ111などに記録してもよい。
また、本実施例の画像信号処理装置100における中間SFフレーム作成部105とSF点灯パタン信号補正部106は説明上別の構成要素として記載しているが、両者を合わせて、一つのSF点灯パタン信号補正部としても良い。
図２は、PDP等の画素発光原理を示す図である。例えばPDP等では、紫外線をパルス状にパネル表面の蛍光体に当てることで点灯させている。ここで、１フィールド毎にその発光時間長を調整することで画素の輝度階調を表現している。一般的には、所定の発光時間に配分したN個のサブフィールドにおける点灯または消灯を組合せることで輝度階調変化に対応させている。図２では、画素200につき、一例としてSF1〜SF8(201〜208)の8個の重みを持つSFで階調表現する例を示す。人の目には、SF1〜SF8(201〜208)の発光の合計量が１フィールドあたりの輝度階調として認識される。
ここで、以下の説明も図２のサブフィールドの構成と同じく、8種類の重み（期間の長さ）を持つSFで階調表現する例を用いて説明する。しかし、これはあくまで一例であり、サブフィールドの構成は従来のどのようなSF点灯パタンを用いても良い。例えば、サブフィールドの個数が8個より、多くても少なくてもよい。また、当該サブフィールドの構成例のように必ずしもすべてのサブフィールドが異なる重みである必要も無い。同じ重みのサブフィールドを複数備えていても構わない。例えば、特開２００６−１６３２８３の図４や特開２００２−０２３６９２の図５に開示されるようなサブフィールドの構成でも本発明が適用できる。
また、通常PDP等では、R(赤)、G(緑)、B(青)の3色の発光デバイスで構成されることから、１画素あたり3個のSFグループが使用される。しかし、本発明の実施例の説明では、構成説明を分かり易くするため、１画素あたり１個のSFグループを使用するものと仮定して説明を行う。以下の実施例をR(赤)、G(緑)、B(青)の3色などの複数色の発光に適用するときは、以下の実施例における画素おいて各書色のデータを個々に有するようにすれば良い。
図３は、PDP等における動画擬似輪郭発生メカニズムの一例を示す図である。
通常、静止画では擬似輪郭は発生しない。しかし、動画再生時では、図２で説明したPDP等の発光構造に起因して、ある特定の画像パタンで本来の表示画素値とは異なる輝度階調に人の目が錯覚する場合がある。例えば、図３に示すように画素値が「127」の画素A(300)と、画素値が「128」の画素B(301)が隣り合う画像領域があると仮定する。画素A(300)では、SF1〜SF7が消灯SF(302)、SF8が点灯SF(303)となる。画素B(301)では、SF1〜SF7が点灯SF(304)、SF8が消灯SF(305)となる。この画像領域が、図に示す画像移動方向306に移動した場合、人の視線もその移動方向に追従する性質があるため、実際に人の目に見えるSF点灯パタンは画素本来の輝度階調からずれて、視線307上の輝度階調になる。同図の例の場合、画素A(300)または画素B(301)の本来の輝度階調から大きくずれて、ほぼ全部のSFが点灯した時の「255」に近い輝度階調と誤って認識されると考えられる。
図４は、従来の擬似輪郭補正方法の一例を示す図である。従来の擬似輪郭補正方法として、画像の動き方向と動き量を表す動きベクトルMV(401)を検出して、画素を構成するSFを動きベクトル方向に配置して再構成し、SFの配置を視線方向に近づけて擬似輪郭を低減する補正を行う方法が公開されている。以下に、一例を説明する。図４の左側に示されるのは、画素Aの各サブフィールドにおける点灯パタン情報である。また図４右に示されるのは、画素Aの各サブフィールドにおける点灯パタン情報を各画素に配置した例を示した図である縦軸はサブフィールド（時間）、横軸は動きベクトル方向の画素である。例えば、動きベクトルMV(401)が、画素A(400)が画素H(410)に向かって水平方向に移動する動きベクトルの場合、当初の画素A(401)を構成する8個の重みのSFを、画素A(400)から画素H(402)にかけて再配置する。具体的には、SF1は画素AのSF1(402)、SF2は画素BのSF2(403)、SF8は画素HのSF8(409)にという手順でSFの配置を行い、補正する。
図５は、従来の擬似輪郭補正方法の課題の一例を示す図であり、従来の動きベクトルを用いた補正前後の一つのサブフィールドにおける点灯パタン情報を比較したものである。図５において、500と501は、それぞれ補正前のSF5と補正後（補正画像）のSF5のサブフィールド点灯パタン情報(以下、SF点灯パタン情報と記す。)を2次元の画素平面で示したものである。本図では、説明のため、SF5としたが、これは一例であり他のサブフィールドでも同様である。
ここで、図に示す矢印は、補正前後でのSF点灯パタン情報の移動を示している。これらの移動は、図４で説明したように、動きベクトルを用いて配置するために発生する。このとき、画像が動く方向の状況や、動きベクトルの検出精度によって、図５のようなSF点灯パタン情報の移動が発生する場合がある。すなわち図５の例においては、画素G、H のSF点灯パタン情報の移動は無く、画素I、J、K、LのSF点灯パタン情報は右方向に１画素移動している。このとき、補正後のSF5のSF点灯パタン情報においては、画素Iに配置されるSF点灯パタン情報が存在せず、SF点灯パタン情報の欠落が発生する。このような、SF点灯パタン情報の欠落は図５以外の場合においても発生する。例えば、動きベクトルの検出精度が不完全な場合、配置位置を計算する際の量子化誤差等がある場合、または複数の動きベクトルが所定のSFで同一の画素の位置を通過する場合などがある。
このようなSF点灯パタン情報の欠落が発生すると、SF点灯パタン情報が不完全な画素が存在し、一部の画素のみ不自然な輝度表示となり、画質が低下する。
図６は、SF点灯パタン信号生成部103の構成の一例を示す図である。SF点灯パタン信号生成部103は、画像信号処理後の画素値をサブフィールド点灯パタン信号604（以下、SF点灯パタン信号604と記す。）として図１の表示装置109有する点灯制御部へ伝達するために、画素値からSF点灯パタン信号への変換を行う。SF点灯パタン信号生成部103では、画素値に対応するすべてのSF点灯パタンを示した情報を、SF点灯パタンテーブル情報としてサブフィールド点灯パタンテーブル保持部601(以下、SF点灯パタンテーブル保持部601と示す。)に予め用意しておく。次にこのSF点灯パタンテーブル情報を参照する信号変換・生成部600が入力画素値603からSF点灯パタンを決定し、これにもとづいてSF点灯パタン信号604として生成し出力する。
このように構成することにより、画像信号の画素値を、SF点灯パタン信号生成部103以降の処理で用いるSF点灯パタン信号へ好適に変換して生成することができる。
ここで、図２での説明と同様に、SF点灯パタンテーブル保持部601が保持するSF点灯パタンテーブルは、採用するサブフィールドの構成によりそれぞれ異なる。本発明の各実施例では、図２のサブフィールドの構成以外にも図２の説明で例示した様々なサブフィールドの構成を採用しても構わない。尚、SF点灯パタンテーブル情報は、SF点灯パタンテーブル保持部601に保持しなくとも、図１のメモリ111に保持しても構わない。
図７は、動きベクトル検出部104が出力する動きベクトル情報の定義の一例を示す図である。ここで、動きベクトル検出部104は、現在フレーム701と現在フレーム701より時間的に１フィールド前の過去フレーム700との2つのフレームを参照して画素毎の動きベクトル検出を行う。例えば、過去フレーム700の画素A(702)が現在フレーム701の画素A’(703)の位置に移動したと仮定する。この時の動きベクトル検出部104が出力する動きベクトルMV(704)の定義は、現在フレーム701の画素A’(703)は過去フレーム700の画素A(702)の画素位置から移動したことを表現する数値情報(動き量、動き方向)として出力する。
尚、動きベクトル検出部104が検出した動きベクトルは、動きベクトル検出部104が記録部を有するように構成して記録してもよい。また例えば、動きベクトル検出部104は図１に示されるメモリ111に検出した動きベクトルを記録してもよい。
尚、入力部101に入力される画像信号に、上記に説明したような動きベクトル情報が含まれる場合には、動きベクトル検出部104で新たに検出しなくとも良い。この場合は、画像信号に含まれる動きベクトル情報から必要な動きベクトルを選んで用いればよい。
図８は、動きベクトル検出部104の検出方法の一例を示す図である。図８(a)は、現在フレームと１フィールド前の過去フレームにおいて、単体の画素同士を比較することによる検出方法である。参照画素801は、過去フレーム上の画素である。例えば、動きベクトル検出部104は、現在フレーム上の所定の探索範囲802において、参照画素801の画素値に等しい、または最も近い画素値を持つ比較画素を探索する。このとき、所定の探索範囲802は、参照画素801のフレーム上の画素位置を基点にした一定距離や、一定形状の範囲などとすればよい。最後に、動きベクトル検出部104は、参照画素801のフレーム上の位置と検出した比較画素のフレーム上の位置との距離と方向を動きベクトルとして出力する。
図８(b)は、現在フレームと１フィールド前の過去フレームにおいて、複数個の画素で構成する画素ブロック同士を比較することによる検出方法の一例である。参照画素ブロック804は、過去フレーム上の参照画素ブロックである。ここで、例えば、動きベクトル検出部104は、現在フレーム上の所定の探索範囲805において、参照画素ブロック804の平均画素値に等しいまたは最も近い平均画素値を持つ比較画素ブロックを探索する。このとき、所定の探索範囲805は、参照画素ブロック804のフレーム上の位置を基点にした一定距離や、一定形状の範囲などとすればよい。また、比較画素ブロックの探索は、平均画素値を比較に限らず、参照画素ブロック804と比較画素ブロックの各画素値の差分を用いた統計情報や、当該差分を変数とする評価関数値などを用いればよい。最後に、参照画素ブロック804の代表点（例えば中心等）のフレーム上の位置と、検出した比較画素ブロックの代表点（例えば中心等）のフレーム上の位置との距離と方向を動きベクトルとして出力する。また、ここで画素ブロックのサイズ(形状)は任意に決めてよい。例えば、n画素×n画素等の正方形の画素ブロック、またはn画素×m画素等の長方形の画素ブロックでも良いし、円形、楕円形、多角形等の画素ブロック形状としても良い。
図９は、中間SFフレーム作成部105の動作の一例を示す図である。図９(a)において、中間SFフレーム作成部105は、現在フレーム901と１フィールド前の過去フレーム900の間に、仮想的な中間SFフレーム921〜928を作成する。中間SFフレーム作成部105は、この中間SFフレーム921〜928それぞれの画素に対応する過去フレーム900上の画素を求める。また、中間SFフレーム作成部105は、その対応する画素のサブフィールドにおける点灯パタン情報を各中間SFフレーム921〜928の各画素に配置する。ここで、中間SFフレームは具体的には、例えば、フレームの画素数の２値データを１フレームとしたデータであって、この１フレームのデータが対応するサブフィールドの数だけある２値データの集合を、中間SFフレーム作成部105は保持する。
中間SFフレーム作成部105は、動きベクトル検出部104が検出した過去フレームの画素が現在フレームの画素へ移動した時の動きベクトルを用いて、過去フレームの画素から各中間SFフレームの画素への動きベクトルを算出する。この動きベクトルの算出を、各中間SFフレームの各画素について行う。これにより、各中間SFフレームの各画素ごとに動きベクトルを求めることができる。この動きベクトルの始点となる過去フレーム上の画素の対応するサブフィールドにおける点灯パタン情報を、当該中間SFフレームの画素の対応するサブフィールドにおける点灯パタン情報として配置する。また、中間SFフレームの画素のうち、動きベクトル検出部104が検出した動きベクトルが通過しない画素に関しては、このままでは当該画素に対応する動きベクトルを求めることができない。ここで、動きベクトルが通過しない画素とは、いずれの動きベクトルも当該中間SFフレームとの交点を当該画素上にもたないことをいう。そこで中間SFフレーム作成部105は、例えば代用動きベクトルを選択または生成して用いることで、当該画素に対応する動きベクトルを求める。この動きベクトルを用いて、上記と同様に当該中間SFフレームの画素の点灯パタン情報を配置する。
以上を各中間SFフレームの各画素に行う。これにより、求めた動きベクトルと、当該動きベクトルの始点となる過去フレームの画素のSF点灯パタン情報とを用いて、各中間SFフレームの各画素のSFの点灯パタン情報を配置することができる。
以下に中間SFフレーム921〜928の詳細な生成方法を示す。まず、中間SFフレーム作成部105は、過去フレーム900と現在フレーム901の間に各SFに対応した仮想のフレームを作成する。例えば、この仮想フレームの時間軸上の配置は、各SF期間の中心などに配置する。また、この時間軸上の配置は、各SF期間内であれば、各SF期間の中心でなくともよい。
次に、動きベクトル検出部104が検出した過去フレーム900の画素A(902)が現在フレーム901の画素A’(903)に移動した時の動きベクトルを、動きベクトルMV(904)とする。ここで、中間SFフレーム作成部105は、動きベクトルMV(904)を用いて、各中間SFフレーム921〜928に対する動きベクトルを生成する。
図９(b)に、上述のとおり作成した各中間SFフレームに対する動きベクトルの生成方法の一例を示す。図９(b)では説明のため、始点となる過去フレーム900の画素A(902)を各ベクトル毎にずらして記載した。各動きベクトルMV1〜MV８は、動きベクトルMV(904)と同方向で、長さの異なるものである。すなわち、各動きベクトルMV1〜MV８は画素Aを始点として、終点を動きベクトルMV(904)と各中間SFフレーム921〜928との交点を終点として算出される。すなわち、各動きベクトルMV1〜MV８の終点は、各中間SFフレーム921〜928を動きベクトルMV(904)が通過、または交差する画素である。この動きベクトルは各仮想フレームの時間軸上の配置によって異なる。
中間SFフレーム作成部105は、各中間SFフレーム921〜928の各動きベクトルMV1〜MV８が指す画素位置の点灯パタン情報に、過去フレーム900の画素A(902)の対応するSFの点灯パタン情報を与える。例えば、動きベクトルMV3が指すSF３用中間SFフレーム923の画素に、過去フレーム900の画素A(902)のSF３の点灯パタン情報を与える。
図９(a)(b)では、１画素あたりSF1〜SF8の8個の重みを持つSFで階調表現する例で示しているので、中間SFフレームは、SF1〜SF8に対応した8個を作成する。例えば、SF1用の中間SFフレーム913には画素A(902)のSF1を配置、SF2用の中間SFフレーム922には画素A(902)のSF2を配置する。以後同様に、SF3用中間SFフレーム923からSF8用中間SFフレーム928まで同様にSFを配置する。
また、図９(b)における中間SFフレーム上を指し示す動きベクトルは、図７に示した動きベクトル情報の定義に準じて、中間SFフレーム上のすべての画素について各々対応する動きベクトルを検出し、作成するようにする。
次に、図１０(a)(b)(c)(d)を用いてより具体的なSF点灯パタン情報の配置方法を説明する。
図１０(a)は、過去のフレーム900と、図９(a)におけるi番目の中間フレームであるSFi用の中間フレーム1000の一例を示している。中間SFフレーム作成部105は、まずSFi用の中間フレーム1000上の画素X(j,k)について、図１０(a)に示すような過去フレーム900を始点として画素X(j,k)を終点とする動きベクトルがあるか否かを判定する。ここで、j,kはそれぞれ、中間フレームにおける画素Xの横方向の位置(フレームにおける画素Xが含まれる列番号を示す)、縦方向の位置（フレームにおける画素Xが含まれる行番号を示す）を示す座標の値とする。
ここで、過去フレーム900を始点として画素X(j,k)を終点とする動きベクトルがある場合は、この動きベクトルを画素X(j,k) が、点灯パタン情報の配置に用いるベクトルMVi(j,k)とする。すなわち、ここでMVi(j,k)の表記のうち、iはI番目の中間フレームを終点とするベクトルであることを示し、j、kはフレームにおける位置(j,k)にある画素を終点としていることを示している。図１０(a)の例では、過去フレーム900を始点として、それぞれ画素X(j,k)とその左右の各2画素を終点とする動きベクトルが示してある。ここで、1011がベクトルMVi(j,k)となる。このとき、中間SFフレーム作成部105は、ベクトルMVi(j,k)から、当該ベクトルの始点である過去フレーム900上の画素X’を求めることができる。次に、画素X’の過去フレーム900での点灯パタン情報のうち、i番目のサブフィールドにおける点灯パタン情報を、SFi用の中間フレーム上の画素X(j,k)における点灯パタン情報として配置する。ここで、画素X’の過去フレーム900での点灯パタン情報は、図６の処理により、SF点灯パタン信号生成部103が生成したSF点灯パタン信号に含まれている。
図１０(a)のような点灯パタン情報の配置を行えば、過去フレームの各SFの点灯パタン情報を、ユーザの視線動作に準ずる動きベクトルに近づけることができる。これにより、画像信号処理装置100から出力される画像信号に係る画像表示における擬似輪郭が低減する効果がある。
次に、過去フレーム900を始点として画素X(j,k)を終点とする動きベクトルが無い場合の一例を図１０(b)に示す。図１０(b)の例でも、過去フレーム900を始点として、それぞれ画素X(j,k)とその左右にの各2画素を終点とする動きベクトルが示してある。しかし、ベクトル1021とベクトル1022の終点画素が、それぞれ図示するXL(j-1,k)、XR(j+1,k)となり、画素X(j,k)を終点とする動きベクトルが存在していない。
このような場合、図５にて説明したとおり従来の方法ではサブフィールドにおける点灯パタン情報の欠落が発生する。そこで、本実施例においてはこの欠落を防止するために、例えば、図１０(c)に示す方法で画素X(j,k)に点灯パタン情報を配置する。
図１０(c)では、中間SFフレーム作成部105は、隣接する画素を終点とする動きベクトルを流用して新たな動きベクトルを生成し、点灯パタン情報の配置に用いる。図１０(c)の例では、例えば、画素X(j,k)に左方向に隣接する画素XL(j-1,k)を終点とする動きベクトルを流用して、ベクトルMVi(j,k)を生成する。すなわちこの場合、中間SFフレーム作成部105は、当該流用した動きベクトルの終点を画素X(j,k)に重ねて、当該ベクトルの始点である過去フレーム900上の画素を求める。すなわち、画素XL(j-1,k)を終点とする動きベクトルと等しく、かつその終点を画素X(j,k)とする新たな動きベクトルを生成して、過去フレーム900上始点となる画素を求める。本図では、当該ベクトルの始点は過去フレーム900上の画素Yとなる。隣接する画素の画像の動きは、比較的近いベクトルで動くことが多い。よって、隣接する画素が用いるベクトルを流用し、新たな動きベクトルを生成することで、サブフィールドにおける点灯情報の穴あきを防止しながら擬似輪郭を低減した自然な動きの画像を実現することが可能であるという効果がある。
このとき、動きベクトルを流用する候補画素は上記に限らない。例えば、右方向に隣接する画素XR(j+1,k)や上下の画素XU(j,k-1),画素XD(j,k+1)などの画素や斜め方向に隣接する画素などを終点とする動きベクトルを用いて、新たな動きベクトルを生成してもよい。
動きベクトルを流用する画素の選択は、例えば、候補画素を終点とする動きベクトルの有無を判別して、当該動きベクトルを有する画素のうちから選択してもよい。また、候補画素のうち、当該動きベクトルを有する画素が複数ある場合は、例えば、これらの画素または動きベクトルに優先順位をつけて選択すればよい。優先順位の例としては、現在の画素よりも先に、動きベクトルの作成が完了している画素から選択してもよい。このように選択すれば、例えば、既に動きベクトルを作成済みであるので、処理を早めることができる。
また例えば、動きベクトルの検出処理やSFの点灯パタン情報の配置処理が、画素XL、画素X、画素XRの順で行われる場合、画素Xの処理の直前に画素XLの処理が行われる。ここで、特に直前に動きベクトルを作成した画素XLを最も優先順位を高くすれば、以下のような効果がある。すなわち、例えば、中間SFフレーム作成部105が備えるメモリもしくは、図１のメモリ111などに当該動きベクトルを一時的に保持しておく。このようにすれば、画素Xの処理で用いる当該動きベクトルのデータは直前に使用したデータである為、メモリに長期に保持する必要がなく、効率的な処理を行うことが可能である。
また、隣接する画素すべてが当該動きベクトルを持たない場合は、例えば、１画素間隔離れた画素まで候補画素を広げてもよい。
以上示した方法によれば、画素X(j,k)において、過去フレーム900を始点として画素X(j,k)を終点とする動きベクトルがあっても、無くても、SFの点灯パタン情報の配置に用いる動きベクトルを検出または作成することが可能となる。
また、上記の検出動きベクトルまたは作成した動きベクトルを用いれば、SFi用の中間フレーム1000上のいずれの画素X(j,k)についても、過去のフレーム900上の画素のi番目のサブフィールドにおける点灯パタン情報を、SFi用の中間フレーム上の画素X(j,k)における点灯パタン情報として配置することができる。
よって、図１０(c)のような点灯パタン情報の配置を行えば、過去フレームの各SFの点灯パタン情報を、ユーザの視線動作に準ずる動きベクトルに近づけながら、かつサブフィールドにおける点灯情報の欠落を防止できる。これにより、画像信号処理装置100から出力される画像信号に係る画像表示において、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立でき、高画質な画像表示を可能とする効果がある。
次に、上記に説明した動きベクトルの作成を、SFi用の中間フレーム上のすべての画素について行う。この一例を図１０(d)に示す。図１０(d)の矢印1041は動きベクトルの作成及びサブフィールドにおける点灯パタン情報の配置処理を行う画素の順番の一例を示している。図１０(d)の例では、フレームの左上端の画素から右方向に各画素の処理を実行する。次に、右端の画素まで処理を実行した場合に、一つ下の行の左端の画素の処理を行い、右方向に各画素の処理を実行し、以下これを繰り返し実行している。これにより、すべての画素についてSFの点灯パタン情報の配置を行うことができる。よってSFi用の中間フレーム上において、SF点灯パタン情報の欠落を防止し、SF点灯パタン情報の穴あきをなくすことができる。
このような順番で処理を行う場合、図１０(c)における動きベクトルを流用する画素の選択の優先順位を、例えば、X(j,k)の左の画素XL(j-1,k)を最も高くする。このようにすれば、直前に処理を行った画素となり、動きベクトルデータの一時的保持期間が短くなる効果がある。
また、このとき図１０(c)におけるX(j,k)の左の画素XL(j-1,k)は直前に処理されており、上の画素XU(j,k-1)及びXU(j,k-1)の左右の画素は、既に処理が終わっている一つ上の行となる。よって、左の画素XL(j-1,k)、XU(j,k-1)及びXU(j,k-1)の左右の画素はいずれも、動きベクトル作成及び流用処理が完了している。よって、これらの画素を動きベクトルを流用する画素の候補画素とすれば、より近い画素の動きベクトルを流用しながら、一時的に保持するデータを少なくすることができ、より効率的な処理を行うことができる。尚、上記のように候補画素を設定する場合は、既に動きベクトルを流用して処理を行った画素を、候補画素から排除しても良い。
尚、処理の経路は、矢印1041の流れに限られず、いかなる経路でも良い。
次に、SF1用の中間フレーム921〜SF8用の中間フレーム928までそれぞれ上記のように、すべての画素についてSFの点灯パタン情報の配置を行う。これにより、すべての中間フレームにおけるすべての画素において、SF点灯パタン情報の欠落を防止し、SFの点灯パタン情報の穴あきをなくすことができる。
よって以上説明した本実施例の中間SFフレーム作成部及びその処理方法によれば、入力される画像情報から、動きベクトルを用いて配置し、かつ欠落の無い各サブフィールド毎の点灯情報を生成することができる。
また、以上の説明においては、説明の簡易化のため、SFの点灯パタン情報の配置は、各中間SFフレームにおける「すべての画素」について行うと説明した。しかし、ここでいう「すべての画素」とは、必ずしも画面全体を指すわけではない。例えば、動きベクトルを用いた擬似輪郭低減処理を行う所定の範囲、動画信号のフレームデータ単位の解像度全体、または所定のサイズの画素範囲、などの所定の範囲におけるすべての画素を指すものとする。ここで、所定のサイズの画素範囲の決定の例としては、例えば図１の構成の例では、入力された画像の解像度やサイズを入力部101や制御部110が認識して、制御部110が中間SFフレーム作成部105に指示を送ってもよい。また、予めメモリ111に保持されている範囲、解像度やサイズなどの情報を用いて制御部110が中間SFフレーム作成部105に指示を送ってもよい。
図１１は、SF点灯パタン情報の配置処理を行った中間SFフレームの一例を示す図である。図１１は、図１０のSF点灯パタン情報の配置処理を行って生成した中間SFフレームの一例を示している。本図では、例としてSFi用の中間SFフレーム1100について示している。i番目のSF用の中間SFフレームの各画素位置には、過去フレームの画素のi番目のSFにおける点灯パタン情報が、図１０(a)(b)(c)(d)の処理を行った上で、配置されている。各データは例えば、点灯することを示すデータと点灯しないことを示すデータの値データで構成される。図１１では斜線部が点灯することを示し、空白部が点灯しないことを示している。
ここで、動きベクトル1101は、SFi用の中間SFフレーム1100の画素Nを終点とし、過去フレーム900のi番目のSFの画素Mを始点とする動きベクトルである。このとき、過去フレーム900の画素MのSF点灯パタン情報1102のSFiの点灯パタン情報1103を、SFi用の中間SFフレーム1100の画素Nの点灯パタン情報として、矢印1104のように配置している。
以上のようにして、図１１に示されるSFi用の中間SFフレーム1100は、例えば、点灯パタン情報を示す2値データとして生成される。
次に、図１２を用いて、中間SFフレームから補正後の現在フレームを構成する手順の一例を説明する。図１２に示す処理はSF点灯パタン信号補正部106において行われる。SF点灯パタン信号補正部106は、図１０に示される処理によって生成された中間SFフレームの点灯パタン情報を用いて、現在フレームの各画素のSFにおける点灯パタン情報を再構成する。
図１２では、SF1からSF８用の中間SFフレームが、それぞれ1201〜1208まで示されている。ここで、SF点灯パタン信号補正部106は、現在フレームの位置(j,k)にある画素Z(j,k)のサブフィールド点灯パタン情報1210の各サブフィールドにおける点灯パタン情報を、中間SFフレーム1201〜1208の情報を用いて再構成する。すなわち、SF点灯パタン信号補正部106は、i番目の中間SFフレームの位置(j,k)にある画素Zi(j,k)に記録される点灯パタン情報を、現在フレームの位置(j,k)にある画素Z(j,k)のi番目のサブフィールドにおける点灯パタン情報とする。これを各中間SFフレーム全てに行い、現在フレームの位置(j,k)にある画素Z(j,k)の全てのSF点灯パタン情報を再構成する。
以上のような画素Z(j,k)のSF点灯パタン情報の再構成を、例えば、現在フレームのすべての画素について行う、これにより、補正後の現在フレームのSF点灯パタン情報が再構成される。
尚、上記のような画素Z(j,k)のSF点灯パタン情報の生成処理は、例えば生成処理、対象画素を矢印1220のように現在フレーム内を移動させながら行えばよい。
このようにすれば、入力される画像情報から動きベクトルを用いて配置し、かつ欠落の無い点灯情報を有する複数の中間SFフレームから再構成した、新たなSF点灯パタン信号を生成することができる。これにより、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯パタン情報の欠落防止を両立した画像を表示するための、SF点灯パタン信号を生成することができる。
上記の「すべての画素」との表現や、「すべての画素」の対象となる画素の決定または指示の方法は、図１０で説明したものと同様の意味である。
以上説明した図１０に示される中間SFフレーム作成部105の処理と、図１２のSF点灯パタン信号補正部106の処理により、SF点灯パタン信号生成部103で生成されたSF点灯パタン信号は再構成され、補正されたことになる。
次に、図１３を用いて、本実施例の画像信号処理装置100による動作フローの一例を説明する。図１３は、本実施例の画像信号処理装置100の動作フローの一例を示す図である。図１３では、1フレーム分の補正画像を出力する場合の動作フローとして説明する。
まず、入力部101が、補正前画像を入力 (ステップ1300)する。このとき必要であれば、画像信号処理部102が入力画像の画素値に応じてゲイン調整および逆ガンマ補正等の信号処理を行う。次に、SF点灯パタン信号生成部103は、ステップ1300で得られた画像の現在フレームの位置(x,y)における画素の値D(x,y)を取得し(ステップ1301)、これをSF点灯パタン信号へ変換する(ステップ1302)。SF点灯パタン信号生成部103は全画素についてステップ1302のSF点灯パタンへ変換処理が終了したか判定し(ステップ1303)、終了していなければ、処理する画素の位置(x,y)を変更して再度ステップ1302から、処理を行う。SF点灯パタン信号生成部103は現在フレームの全画素の処理が終了するまでこれを繰り返す。次に、全画素の画素値をSF点灯パタン信号へ変換した場合に、ステップ1301〜1303の繰り返しを終了する。次に、ステップ1304へ移行する。このとき、ステップ1304への移行の条件は、完全に全画素の画素値をSF点灯パタン信号へ変換したことを条件としても良い。しかし、このステップ1304への移行は、完全に全画素の画素値をSF点灯パタン信号へ変換していなくとも、一部の画素の画素値をSF点灯パタン信号へ変換した時点で、ステップ1304を開始しても良い。このとき、ステップ1301〜1303の繰り返し処理と、ステップ1304以降の処理を並列で処理することとなる。この場合も、ステップ1301〜1303の繰り返し処理は、全画素の画素値をSF点灯パタン信号へ変換した場合に、繰り返しを終了することに変わりは無い。
次に、ステップ1304以降の処理を説明する。中間SFフレーム作成部105は、SF点灯パタン信号生成部103が生成したSF点灯パタン信号の各SFに対応した中間SFフレームを作成する。また、このとき、中間SFフレーム作成部105は、ステップ1300で入力された画像において、現在フレームと過去フレームを参照して検出された動きベクトルを用いて、各中間フレームの各画素を終点とする動きベクトルMVを検出する。このとき、動きベクトルが検出されない画素については、他の画素の動きベクトルMVを流用するなどにより、動きベクトルを生成する(ステップ1304)。次に中間SFフレーム作成部105は、動きベクトルMVから、中間SFフレームの画素を終点とする動きベクトルのMVの始点となる過去フレーム上の画素位置を求める(ステップ1305)。次に、中間SFフレーム作成部105は、当該過去フレーム上の画素のSFの点灯パタン情報を、動きベクトルのMVの終点である現在フレームの当該中間SFフレーム上の画素へ配置する（ステップ1306）。次に中間SFフレーム作成部105は、全中間SFフレームの全画素へのSFの点灯パタン情報の配置が完了したか判定する(ステップ1307)。完了していなければ、中間SFフレームや画素の位置を変更してステップ1304から再度処理を行う。全中間SFフレームの全画素へのSFの点灯パタン情報の配置が完了するまで、ステップ1304〜1307を繰り返す。次に、ステップ1308へ移行する。このとき、ステップ1308への移行の条件は、全中間SFフレームの全画素へのSFの点灯パタン情報の配置が完了したことを条件としても良い。しかし、このステップ1304への移行は、全中間SFフレームの全画素へのSFの点灯パタン情報の配置が完全に終了していなくとも、一部の中間SFフレームの一部の画素のみSFの点灯パタン情報の配置をした時点で、ステップ1308を開始しても良い。このとき、ステップ1304〜1307の繰り返し処理と、ステップ1308以降の処理を並列で処理することとなる。この場合も、ステップ1304〜1307の繰り返し処理は、全画素におけるSFの点灯パタン情報の配置が完了した場合に、繰り返しを終了することに変わりは無い。
次に、ステップ1308以降の処理を説明する。SF点灯パタン信号補正部106は、ステップ1307で生成された各中間SFフレームの各画素のサブフィールド点灯パタン情報を、補正後の現在フレームが画像の各サブフィールドに配置して、補正後の現在フレームの点灯パタン信号を生成する(ステップ1308)。次に、必要があれば、フォーマット変換部107が、再構成された画像を同期信号等と多重する処理などを行い、出力部108が補正後の現在フレームの画像信号を出力する(ステップ1309)。
以上の動作フローは、入力画像信号の1フレーム分の補正画像を出力するものであり、複数のフレームの画像出力を行う場合は、例えば、ステップ1300からステップ1308またはステップ1309までを繰り返せばよい。この繰り返し行うときは、必ずしもステップ1300からステップ1308またはステップ1309まで連続的に行う必要は無い。例えば、複数のフレームについて一部のステップを繰り返し行い、次の一部のステップを同様に複数のフレームについて行ってもよい。これらのステップは並列的に行ってもよい。
ここで、ステップ1301からステップ1303までの動作フローは、入力画像信号からSF点灯パタン信号へ変換（SF点灯パタン信号を生成）するステップであるといえる。また、ステップ1304からステップ1309までの動作フローは、ステップ1303で生成されたSF点灯パタン信号を補正する信号補正処理のフローであるといえる。
以上の動作フローは、各構成要素の自立的な動作として説明したが、制御部110がメモリ111に記録されるソフトウェアと協働して、行ってもよい。
また、ステップ1303及びステップ1307での判定処理は、上記の説明では、フレームの全画素が終了したか否かで判定を行った。ここでいう「全画素」との表現は図１０で説明した「すべての画素」の表現と同様の意味である。
また、以上説明した本発明の一実施例に係る画像信号処理装置または本発明の一実施例に係る動作フローの一例によれば、入力される画像情報から、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立した、より高画質な画像表示を実現できる。
図１４に、第２の実施例として、上述の実施例係る画像信号処理装置または画像信号処理方法を用いた表示装置の一例を示す。図１４の例では、表示装置1400は、例えば、サブフィールド点灯パタン情報を用いて、画素の輝度の階調表現を行うプラズマテレビなどの表示装置である。
本実施例において、表示装置1400は、例えば、テレビ放送受信、ネットワーク上に存在する画像コンテンツのダウンロードなどにより画像コンテンツを入力するする動作、或いはプラズマテレビが録画した画像コンテンツを外部出力する等の動作を制御する入出力部1401と、録画した画像コンテンツを保存しておくための画像コンテンツ蓄積部1404と、録画および再生動作を制御する録画再生部1403と、ユーザの操作を受付けるユーザインタフェース部1402と、画像再生時に、再生される画像を所定の手順で加工する画像信号処理部1405と、再生される音声を所定の手順で加工する音声信号処理部1407、画像を表示する表示部1406と、音声を出力するスピーカなどの音声出力部1408とから構成する。本実施例の画像信号処理部1405は、例えば、実施例１に係る画像信号処理装置100を表示装置1400に実装したものである。
ここで、表示装置1400がプラズマテレビであれば、表示部1406は、例えばプラズマパネルなどである。
また、以上説明した本発明の一実施例によれば、入力される画像情報から、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立した、より高画質な画像表示を行う表示装置を実現できる。
図１５に、第３の実施例として、本実施例に係る画像信号処理装置または画像信号処理方法を用いたパネルユニットの一例を示す。ここで、本実施例のパネルユニット1500の一例としては、プラズマテレビおけるプラズマパネルにおいて画像信号処理機能を備えたものなどがある。
パネルユニット1500は、例えば、パネルモジュール1502と共に画像信号処理部1501として画像信号処理デバイスを搭載している。ここで、本実施例の画像信号処理部1501は、例えば、実施例１に係る画像信号処理装置100を表示装置1400に実装したものである。また、パネルモジュール1502とは、例えば、複数の発光素子と、当該発光素子の点灯制御を行う点灯制御部もしくは点灯駆動部とを備えたものである。
また、以上説明した本発明の一実施例によれば、入力される画像情報から、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立した、より高画質な画像表示を行うパネルユニットを実現できる。
また、以上説明した実施例はいずれを組合せて用いても、本発明の１つの実施の形
態となりえる。
また、本発明の一実施の形態は、例えば、プラズマパネルを搭載したテレビや、その他サブフィールド点灯パタン情報を用いる表示装置、またはサブフィールド点灯パタン情報を用いるパネルユニット等に適用できる。
以上説明した本発明の各実施例によれば、擬似輪郭の低減とサブフィールドにおける点灯情報の欠落の防止を両立した、より高画質な画像表示を実現できる。
本発明の一実施例に係る画像信号処理装置の構成の一例を示す図。 PDP等の画素発光原理の一例を示す図。 動画擬似輪郭発生メカニズムの一例を示す図。 従来の擬似輪郭補正方法を示す図。 従来の擬似輪郭補正方法の課題を示す図。 本発明の一実施例に係るサブフィールド変換部の構成の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る動きベクトル情報の定義の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る動きベクトルの検出方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る動きベクトルの検出方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る中間サブフィールドフレーム作成部の動作の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る中間サブフィールドフレーム作成部の動作の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る点灯パタン情報の配置方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る点灯パタン情報の配置方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る点灯パタン情報の配置方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る点灯パタン情報の配置方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る中間サブフィールドフレームの形態の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る補正後の現在フレームの生成方法の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る画像信号処理方法のフローの一例を示す図。 本発明の一実施例に係る画像信号処理装置の一例を示す図。 本発明の一実施例に係る画像信号処理装置の一例を示す図。
符号の説明
100…画像信号処理装置、101…入力部、102…画像信号処理部、103…サブフィールド点灯パタン信号補正部、104…動きベクトル検出部、105…中間サブフィールドフレーム作成部、106…サブフィールド点灯パタン信号補正部、107…フォーマット変換部、108…出力部、109…表示装置、110…制御部、111…メモリ、1400…表示装置、1401…入出力部、1402…ユーザインタフェース部、1403…録画再生部、1404…画像コンテンツ蓄積部、1405…画像信号処理部、1406…表示部、1407…音声信号処理部、1408…音声出力部、1500…パネルユニット、1501…画像信号処理部、1502…パネルモジュール

Claims (6)

  1. 入力画像における現在フレームと過去フレームとの間の１フィールド期間を複数のサブフィールド期間に分割し、前記複数のサブフィールド期間の各期間における点灯の有無を制御する信号を生成する画像信号処理装置において、
    前記入力画像における画素の画素値に応じて前記画素での前記複数のサブフィールド期間における点灯の有無を制御するサブフィールド点灯パタン信号を生成するサブフィールド点灯パタン信号生成部と、
    前記入力画像における現在フレームと過去フレームとに対して行う動きベクトル探索により得られた前記過去フレームを始点とする動きベクトルを用いて、前記サブフィールド点灯パタン信号を補正する信号補正部とを備え、
    前記信号補正部は、前記複数のサブフィールド期間のそれぞれのサブフィールド期間について、前記動きベクトルから算出した前記サブフィールド期間の動きベクトルが一の画素を通過する場合、前記一の画素を通過する動きベクトルを用いて前記一の画素の点灯パタンを決定し、前記動きベクトルから算出した前記サブフィールド期間の動きベクトルが一の画素を通過しない場合、前記サブフィールド期間の他の画素を通過する動きベクトルを用いて前記一の画素の点灯パタンを決定し、前記新たに決定した点灯パタンを有する新たなサブフィールド点灯パタン信号を生成することを特徴とする画像信号処理装置。
  2. 前記他の画素は、前記一の画素に隣接する画素であることを特徴とする請求項１の画像信号処理装置。
  3. 前記入力画像のフレームは、左右方向に配置された画素からなる行を複数有し、
    前記信号補正部における前記点灯パタンを決定する処理は、前記行において左の画素から右の画素に移行しながら処理し、かつ前記入力画像のフレームにおいて上の行から下の行へと処理を移行する手順で行い、
    前記他の画素は、前記一の画素の左方向に隣接する画素、前記一の画素の上方向に隣接する画素、前記上方向に隣接する画素の左方向または右方向に隣接する画素のいずれかの一であることを特徴とする請求項１の画像信号処理装置。
  4. 入力画像における現在フレームと過去フレームとの間の1フィールド期間を複数のサブフィールド期間に分割し、前記複数のサブフィールド期間の各期間における点灯の有無を制御する信号を生成し、表示部に出力する表示装置において、
    前記入力画像における画素の画素値に応じて前記画素での前記複数のサブフィールド期間における点灯の有無を制御するサブフィールド点灯パタン信号を生成するサブフィールド点灯パタン信号生成部と、
    前記入力画像における現在フレームと過去フレームとに対して行う動きベクトル探索により得られた前記過去フレームを始点とする動きベクトルを用いて、前記サブフィールド点灯パタン信号を補正する信号補正部と、
    前記信号補正部の出力を表示部に出力する出力部とを備え、
    前記信号補正部は、前記複数のサブフィールド期間のそれぞれのサブフィールド期間について、前記動きベクトルから算出した前記サブフィールド期間の動きベクトルが一の画素を通過する場合、前記一の画素を通過する動きベクトルを用いて前記一の画素の点灯パタンを決定し、前記動きベクトルから算出した前記サブフィールド期間の動きベクトルが一の画素を通過しない場合、前記サブフィールド期間の他の画素を通過する動きベクトルを用いて前記一の画素の点灯パタンを決定し、前記新たに決定した点灯パタンを有する新たなサブフィールド点灯パタン信号を生成し、中間フレームの点灯パタンを決定することを特徴とする表示装置。
  5. 前記他の画素は、前記一の画素に隣接する画素であることを特徴とする請求項４の表示装置。
  6. 前記入力画像のフレームは、左右方向に配置された画素からなる行を複数有し、
    前記信号補正部における前記点灯パタンを決定する処理は、前記行において左の画素から右の画素に移行しながら処理し、かつ前記入力画像のフレームにおいて上の行から下の行へと処理を移行する手順で行い、
    前記他の画素は、前記一の画素の左方向に隣接する画素、前記一の画素の上方向に隣接する画素、前記上方向に隣接する画素の左方向または右方向に隣接する画素のいずれかの一であることを特徴とする請求項４の表示装置。
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