JP5374773B2 - 映像表示装置および方法およびこれに組み込まれる信号処理回路および液晶バックライト駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、ランプ駆動制御装置および方法およびこれに組み込まれる信号処理回路および液晶バックライト駆動装置に関し、特に、画質の改善や消費電力の低減に有効な手法に関する。

液晶ＴＶに代表される液晶ディスプレイの動画性能を向上させる手法として、液晶バックライトの光源を複数のブロックに分割し、この分割したブロックごとに点灯タイミングを制御する手法が検討されている。この手法は、例えば、下記の文献に記載されている。
特開２００５−９９３６７号公報 この特許文献１には、同文献の図１に記載されたように、４つのブロックに分割されたバックライト３２〜３５が駆動回路２８〜３１によってそれぞれ独立に駆動される構成が示されている。

一方で、液晶ディスプレイの消費電力を低減させる手法として、映像の平均輝度に応じてバックライトの輝度を制御するＡＰＬ−ＡＧＣ（Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｌｅｖｅｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）という手法が知られている。この手法は、例えば、下記の文献に記載されている。
特開２００２−１５６９５１号公報 特開２００２−２５８４０１号公報 特開２００２−３５７８１０号公報 特開２００４−０８５９６１号公報 また、消費電力あたりの明るさを確保したり、明るさを調整する場合などで、映像信号に１以上のゲインをかける時、信号のオーバーフロー防止策として以下説明するような方法がある。

図１は、従来のオーバーフロー防止策の第１の例を示す概念図である。同図（ａ）に示すように、この例では、オーバーフロー検出回路６０１とマルチプレクサ６０２により、ＲＧＢそれぞれに対して独立に、最大出力値以上の入力値（同図（ｂ）の横軸１００％以上）を最大出力値（同図（ｂ）縦軸１００％）にクリップするオーバーフローリミッタが構成される。

図２は、従来のオーバーフロー防止策の第２の例を示す概念図である。同図（ａ）に示すように、この例では、変換テーブル６０４ａ、ｂ、ｃを利用して、ＲＧＢそれぞれにガンマ補正特性を付加し、同図（ｂ）に示すように、オーバーフロー手前から入力変化に対して出力変化を徐々に小さくして連続的に単調増加を保ったまま最大出力範囲内に収める非線形ガンマサプレサが構成される。

しかし、これらの方法では、ＲＧＢ各色独立に異なるゲインを制御したことになり、ＲＧＢ各レベルが元々等しい白以外ではＲＧＢどれかでも飽和に入ったり、ゲインが下がったりすると色化けを起こす。

ＲＧＢの最大レベル成分が最初に飽和すると、残りの成分方向に色がシフトし、２番目のレベル成分まで飽和すると、さらに白い色の方向につまり色が薄くなる方向にシフトする。

図３は、図２に示した非線形ガンマサプレサによる色バランスの破綻例を示す概念図である。同図に示すように、たとえば、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝４：３：２の肌色を例にとると、入力レベルが低いうちは、４：３：２の比率を維持したまま出力レベルが上がってゆくが（同図ａ点、ｂ点）、入力レベルが１００％に近づきサプレスが強くなってくると、最初にＲ成分が飽和して黄色方向にシフトし（同図ｃ点）、さらに明るくなるとG成分が飽和して白方向にシフトする（同図ｄ点）。肌色領域内でこのように白くシフトすると、肌色の補色方向にシフトしたことになるため、見た目には白でなく水色っぽいように感じ、非常に不自然な映像となる。

また、仮に元々白色の場合でも、ホワイトバランスや色温度調整によりＲＧＢの各値は若干異なり、この場合、飽和その他の非線形領域に入ると、明るいピーク部分のホワイト・バランスが崩れる。ホワイトバランスは全体的に一定方向に狂っていても目が順応するため、比較対象画面を同時に並べない限りなかなか判別されないが、雪景色の陰影や白いシャツの陰影など、本来同じ白の領域で明るさだけ異なる領域が存在する場合、ホワイトバランスがわずかでも異なる領域の不自然さが目立つ。

このように、オーバーフローを防止する手段により、画像に悪影響が生じるが、消費電力あたりの明るさをできるだけ確保して低消費電力化するには、大きくオーバーフローする場合でも画質劣化を防止し、より自然な映像表示に有効な手法が求められていた。

そこで、本発明は、画質劣化の防止に有効なオーバーフローのサプレス手法を提供する。

上記課題を解決すべく、請求項１記載の発明は、複数の原色信号により構成された映像信号に基づき表示素子を制御することにより映像の表示を行う映像表示装置において、前記映像信号を基本波形とディテール波形とに分離する手段と、前記基本波形に基づきサプレスゲインを生成する手段と、前記サプレスゲインを前記基本波形に付与する手段と、前記サプレスゲイン付与後の基本波形と前記ディテール波形とを混合する手段と、前記混合により得られた出力信号に基づき前記表示素子を制御する手段とを具備することを特徴とする。

この請求項１記載の発明によれば、基本波形とディテール波形を分離し、基本波形をサプレスした後、再び混合することで、ディテール情報が維持されるため、高レベル領域においてもコントラストを維持することができ、質感や立体感を保持したまま、ダイナミック・レンジの圧縮ができ、さらに、バックライトと液晶の協調制御を連動させることで、暗部のコントラスト改善が大幅に図られる。

尚、基本波形とディテール波形に分離する方法としては、ローパスフィルタを用いる方法が適用可能であり、このローパスフィルタは、リニアな算術的フィルタには限定されず、モード・フィルタやランク・オーダ・フィルタなどのロジカルフィルタでも良い。

また、サプレスゲインを生成するために各原色信号の最大値を検出する場合には、最大値を検出した後にローパスフィルタを通過させても、ローパスフィルタを通した後に最大値を検出しても、ローパスフィルタと最大値検出回路を一体で形成しても良い。

また、サプレス後の基本波形とディテール波形を形成した後に、オーバーフローリミッタを適宜付加する構成としても良い。このオーバーフローリミッタは、ＲＧＢ独立のリミッタでも良く、リミッタ特性を備えた本発明に係るバランスト・サプレサであっても良い。
尚、映像信号を構成する原色信号は、ＲＧＢ、即ち、赤、緑、青の基本３原色でも、赤、緑、青以外の３原色であっても、あるいは４原色、６原色であっても本発明の適用が可能である。また、本発明の対象となる表示素子としては、直視型液晶ＴＶ、プロジェクタ、リアプロジェクタなどの透過型または反射型の光源変調型ディスプレイや、ＣＲＴ、プラズマ・ディスプレイ、ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの自発光型ディスプレイにも適用できる。
さらに、本発明は、バックライトと液晶の協調制御やＡＰＬーＡＧＣと組み合わせることも可能である。バックライトと液晶の協調制御とは、映像の入力ピーク輝度または入力平均輝度レベルの減少に対応させてバックライトの輝度を減少させる処理を行うとともに、このバックライト輝度の減少に連動させて、液晶変調度を増加させる制御であり、見た目の映像を変化させることなく暗いシーンにおける省電力化を図ることができる。またこの場合、液晶変調ゲインを上げたことにより、暗部の階調数が増加し、それと連動してバックライト輝度を下げたことにより、黒がしっかり再現できるようになるため暗部コントラストも改善される。尚、バックライトと液晶の合成で表示される映像の表示輝度のゲインは、バックライトの輝度と液晶変調ゲインの積となり、この値は表示輝度の変化による違和感を与えないよう一定の値に保たれる。

また、請求項２記載の発明は、複数の原色信号により構成された映像信号に基づき表示素子を制御することにより映像の表示を行う映像表示装置において、前記映像信号から基本波形を分離する手段と、前記基本波形に基づきサプレスゲインを生成する手段と、前記サプレスゲインを分離前の前記映像信号に付与する手段と、前記サプレスゲイン付与後の出力信号に基づき前記表示素子を制御する手段とを具備することを特徴とする。

この請求項２記載の発明によれば、ディテール信号側を使わずに、ディテール情報が維持された出力を得ることができるため、簡易な構成で請求項１記載の発明と同等の効果を得ることができる。

また、請求項３記載の発明は、複数の原色信号により構成された映像信号に基づき表示素子を制御することにより映像の表示を行う映像表示装置において、前記映像信号を基本波形とディテール波形とに分離する手段と、前記基本波形に基づきサプレスゲインを生成する手段と、前記基本波形と前記ディテール波形とのそれぞれに前記サプレスゲインが付与された後に混合された信号、もしくは前記基本波形と前記ディテール波形との混合後の信号に前記サプレスゲインが付与された信号を出力する手段と、前記出力する手段の出力信号に基づき前記表示素子を制御する手段とを具備することを特徴とする。

この請求項３記載の発明によれば、基本波形とディテール波形の両方に同じサプレスゲインを与えることにより、高レベル領域においても平均ゲインと微分ゲインが等しくなるため、高レベル時のコントラスト変化を防止し、質感や立体感を保持したまま、ダイナミック・レンジの圧縮ができ、さらに、バックライトと液晶の協調制御を連動させることで、暗部のコントラスト改善が大幅に図られる。

基本波形とディテール波形の両方に同じサプレスゲインを与える方法としては、基本波形からサプレスゲインを求めた後、このゲインを基本波形とディテール波形にそれぞれ乗じる方法や、その等価処理として、入力された映像信号をローパスフィルタに通して得られた低周波成分基本波形からサプレスゲインを生成し、入力された映像信号そのものにそのサプレスゲインを乗じて出力を得る方法や、入力ＲＧＢからローパスフィルタでＲＧＢ独立の基本波形を抽出し、この基本波形より生成したサプレスゲインを入力ＲＧＢに乗算する方法が適用可能である。
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記基本波形もしくはディテール波形を分離する手段は、前記映像信号の水平方向および垂直方向の両成分を含む基本波形を抽出する２次元フィルタを具備することを特徴とする。
この請求項４記載の発明によれば、２次元ローパスフィルタを用いて基本波形を抽出し、これを元の入力から減算することにより、縦横全方向のディテール情報が抽出されるため、より正確なディテールを再現することができる。

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記２次元フィルタは、垂直方向成分を抽出する垂直フィルタを備え、該垂直フィルタは、ＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタとのカスケード接続または並列接続により構成されることを特徴とする。

また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記２次元フィルタは、垂直方向成分を抽出する垂直フィルタを備え、該垂直フィルタは、最大値選択手段を備えたロジカルフィルタで構成されることを特徴とする。

また、請求項７記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記２次元フィルタは、リニアローパスフィルタの出力と、最大値選択手段を備えたロジカルフィルタの出力とを混合する手段を具備することを特徴とする。

また、請求項８記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記２次元フィルタは、リニアローパスフィルタの出力と入力をスルーさせる遅延調整回路の出力を混合する手段を備えることを特徴とする。
また、請求項９記載の発明は、請求項１または３記載の発明において、前記ディテール波形または前記映像信号の小レベル時に、前記ディテール波形のゲインを低下させる手段を具備することを特徴とする。
この請求項９記載の発明によれば、小レベル時にディテール波形のゲインを下げることで、ノイズ特に量子化ノイズや映像圧縮ノイズがサプレスされるため、ダイナミック・レンジの圧縮やバックライトと液晶の協調制御を連動させることで暗部のコントラストが改善される場合であっても、暗部のノイズが強調されることを防止できる。
尚、ノイズ・サプレス特性付加用の入力レベルは、ディテール波形から抽出しても良く、映像信号にピークＡＧＣ等のゲイン可変手段を付加する前の元信号から抽出しても良い。
また、請求項１０記載の発明は、請求項１または３記載の発明において、前記ディテール波形の小レベル時に、前記ディテール波形に不感帯特性を付与する手段を具備することを特徴とする。
この請求項１０記載の発明によれば、ディテール波形に不感帯特性を持たせることで、微小ディテール信号がマスクされ、ノイズ特に量子化ノイズがサプレスされるため、ダイナミック・レンジの圧縮やバックライトと液晶の協調制御を連動させることで暗部のコントラストが改善される場合であっても、暗部のノイズが強調されることを防止できる。

また、請求項１１記載の発明は、入力された映像信号に基づいて光源から照射された光出力を複数の表示素子で制御することにより映像を表示する映像表示装置において、前記映像信号を基本波形とディテール波形とに分離する手段と、前記映像信号の輝度ピークを検出する手段と、前記輝度ピークの目標値に対する誤差を検出する手段と、前記誤差に基づき前記表示素子の変調ゲインを決定する手段と、前記誤差の逆補償により前記光源の光出力量を制御する手段と、前記変調ゲインと前記映像信号のレベルに基づきサプレスゲインを生成する手段と、前記サプレスゲインを前記映像信号に付与する手段と、前記サプレスゲイン付与後の映像信号に基づき前記表示素子を制御する手段とを具備することを特徴とする。

また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の発明において、前記サプレスゲインを生成する手段は、予め用意された複数のサプレスカーブを前記変調ゲインに応じて混合出力するものであることを特徴とする。

また、請求項１３記載の発明は、請求項１１記載の発明において、前記サプレスゲインを生成する手段は、予め用意されたサプレスカーブと前記変調ゲインとを比較し、該比較の結果小さな方を選択出力するものであることを特徴とする。

また、請求項１４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発明において、前記基本波形を分離する手段は、内部に具備されたローパスフィルタの入力信号と出力信号とを関数処理して出力するものであることを特徴とする。

また、請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の発明において、前記関数処理は、前記出力信号のオーバーフローマージンを推定して、前記オーバーフローマージンが無いときもしくは小さいとき、その度合いに応じて前記ローパスフィルタの入力がより優先的に出力され、前記オーバーフローマージンが大きいとき、前記ローパスフィルタの出力がより優先的に出力されるものであることを特徴とする。

また、請求項１６記載の発明は、請求項１４記載の発明において、前記関数処理は、前記出力信号のオーバーフローマージンを推定して、前記ローパスフィルタの入力から前記オーバーフローマージンを差し引いた値と、前記ローパスフィルタの出力の値とを比較して大きい方を出力するものであることを特徴とする。

以上説明したように、発明の観点では、各原色の比率を維持したまま表示素子へ出力する信号のレベルが抑えられるため、サプレスされた領域でも色化けが防止され、出力が飽和する領域においてもホワイトバランス崩れが防止される。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。尚、本発明は、以下説明する実施形態に限らず適宜変更可能である。

図４は、本発明の第１の実施形態に係るバランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。同図に示すように、本バランスト・サプレサ６２４は、例えば、映像信号に所定の処理を行う映像処理部７００と、液晶等の表示素子７０２の間に設けられ、表示素子７０２に入力される前段で映像信号の出力抑制を行う機能を備える。もっとも、バランスト・サプレサ６２４は、映像処理部７００と一体に構成しても良い。尚、同図中「／」が付された信号線は、ＲＧＢそれぞれ独立に設けられた信号線を示し、付されていない信号線はＲＧＢ独立に設けられた線以外か、ＲＧＢ独立でもそうでなくてもよい信号線を示し、以下同様の表記を用いる。

最大値検出回路６０６により入力ＲＧＢ（Ｉｎｐｕｔ［０−２００%］）の各信号のうちの最大値を求め、この最大値検出回路６０６と桁シフタ６０８と減算器６１０とで構成されたサプレスゲイン生成部６１４により、この最大値の関数として入力レベルが高くなるにつれて連続的に単調減少するサプレスゲイン（Ｇａｉｎ［１００％−５０％］）を生成し、乗算器６１２により、このサプレスゲインを入力ＲＧＢに乗算し、入力レベルに対して単調増加かつ、飽和しない範囲に収まるような非線形カーブの出力（Ｏｕｔｐｕｔ［０−１００％］）を生成する。即ち、従来例のようなＲＧＢ各色独立のゲインとなるような飽和制御をせずに、各色に同じゲインを与えて飽和防止制御することにより、従来生じていたような色化けが防止される。

図５は、図４に示したバランスト・サプレサのサプレスカーブ例を示す特性図である。同図点線に示すように、前図に示したサプレスゲイン生成部６１４では、入力値に基づき１００％〜５０％のゲインが生成され、乗算器６１２により同図実線で示すような逆放物線状のサプレス特性が付加される。

図６は、図４に示したバランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。本バランスト・サプレサでは、ＲＧＢに同じゲインが与えられるため、同図ａ点、ｂ点に示すように、ＲＧＢ最大入力が増加しても各色の比率が維持され、サプレスされた領域でも色化けせず、出力が飽和するような領域においてもホワイトバランス崩れを起こさない。よって、従来例のように、肌色の高輝度部分が白や水色に化けることも無く、雪景色の白の明るい部分のホワイトバランスが崩れてが水色やピンク色に化けることも無くなる。

図７は、第２の実施形態に係るバランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。このバランスト・サプレサは、入力レベルに応じて複数のサプレスゲインを切り換え可能な構成を備え、最大値検出回路６０６により抽出されたＲＧＢ各入力のうち、一つの信号の最大値がマルチプレクサ６０２、桁シフタ６０８ａおよび６０８ｂに入力され、桁シフタ６０８ａではＲＧＢ各入力の最大値が１／２で減衰された後、減算器６１０ａにより１３７．５％から減算され、その結果がマルチプレクサ６０２に入力される。

同様に、桁シフタ６０８ｂではＲＧＢ各入力の最大値が１／４で減衰された後、減算器６１０ｂにより１００％から減算され、その結果がマルチプレクサ６０２に入力される。レベル判定回路６１６は、ＲＧＢ各入力のうちの最大値のレベルを判定し、図中に示すように、７５％以下、７５〜１５０％、１５０％以上の３つの区分に従って、判定結果をマルチプレクサ６０２に出力する。マルチプレクサ６０２では、上述した３系統の入力とレベル判定回路６１６の出力とに基づいてサプレスゲインを生成し、乗算器６１２に入力する。

図８は、図７に示したバランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。同図に示すように、前図のサプレスゲイン生成部６１４により生成されたサプレスゲインは、入力レベルに応じた折線近似状となり、入力レベル０．７５フルスケールまではゲイン１でリニアに応答し、高レベル部のみ複数逆放物線近似状のサプレス特性となる。

しかし、これで色化けは防げるが、緩やかな飽和特性を持たせることは変わらないため、飽和に近い領域では入力変化に対する出力変化の比率、つまり微分ゲインはサプレスゲインより遥かに大幅に減少する。そのため、元々明るい部分の微小変化成分であるディテール信号が失われ、ディテール・コントラストが低下するため、質感や立体感を大幅に損なうことになる。

図９は、図４または図７のバランスト・サプレサで高レベル時のコントラストが低下することを説明した特性図である（画像ディテールのためのバランスト・サプレサの挙動）。同図（ａ）に示すように、飽和から遠い小レベル領域での入力変化ΔVi1に対する出力変化ΔVo1の比率が１であるのに対し、飽和に近い領域での入力変化ΔVi2に対する出力変化ΔVo2の比率が大幅に小さくなる。同図（ｂ）は、この関係を数式で示したものである。

また、上記各種バランスト・サプレサは各画素の原色比率を変えないため、画素単位で見れば上述のように色化けを一切起こさない。そのため、均一色の滑らかな濃淡で構成された絵柄の場合は全体的にも色化けを起こさない。しかしながら、画素毎乃至微小範囲毎に色が異なる部分が密集する場合、例えば複数の色の糸で編まれた布地などの細かいテクスチャが存在する場合、画素毎の色成分比率は変わらないが、画素毎や微小範囲毎に明るさは変えられるため、各微小範囲相互の明るさ比率が変わり、それを遠くから見た場合には、平均的には各色成分の混合比率が変わることになり、バランスト・サプレサであるにもかかわらず色化けが起こる場合がある。

図１０は、図７のバランスト・サプレサで、色違いのテクスチャが存在する場合の平均色の色化けが起こる場合の説明図である。この例では最も解り易いＧ成分のみの微小範囲とＲ成分のみの微小範囲が同面積比で交互に並んでいる場合で説明する。同図（ａ）はG成分レベルのみ１５０％でＲ、Ｂ各成分が０％の微小範囲と、Ｒ成分レベルのみ７５％で、Ｇ、Ｂ成分が０％の、つまり明るい緑単色と少し暗い赤単色が交互に並んでいるようなテクスチャの波形を示している。

同図（ｂ）は、それを図８で示したようなサプレス特性を持つバランスト・サプレサに通した場合の波形である、各単色微小範囲はそれぞれ色化けすることなく、G成分レベルのみ９３．７５％、R、B各成分が０％の微小範囲と、R成分レベルのみ７５％で、G、Ｂ成分が０％の微小エリアにサプレスされる。しかしながら、微小エリア相互では異なる信号レベルであったため、サプレス比は微小範囲毎に異なる。そのためこれらの微小範囲の並んだテクスチャを平均的に遠くから見ると、サプレス前の同図（ａ）の場合は、平均Ｇレベルが７５％、平均Ｒレベルが３７．５％で、Ｒ／Ｇ比は０．５であるのに対し、サプレス後の同図（ｂ）の場合は、平均Ｇレベルが４６．８７５％、平均Ｒレベルが３７．５％で、Ｒ／Ｇ比は０．８に上がっている。そのため、サプレス後の平均的な色はサプレス前より赤っぽい方に、つまり元の黄緑色から黄色の方向へシフトしてしまう。

図１１は、第１〜第３の実施形態に係るオリジナル比率にディテールを維持するためのバランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。これらのサプレサは、ディテール信号のレベルをキープしたままサプレスする構成を備える。

同図（ａ）は、第１の実施形態に係るディテール・キープ・バランスト・サプレサであり、入力ＲＧＢ信号をハイパスフィルタ６２０とローパスフィルタ６２２とで基本波形とディテール波形に分ける構成を備える。

ローパスフィルタ６２２により抽出された基本波形は、バランスト・サプレサ６２４を通過した後、遅延時間を合わせてハイパスフィルタ６２０により抽出されたディテール波形と混合される。尚、ローパスフィルタ６２２は、リニア・ローパスフィルタ（算術的ローパスフィルタ）に限定されず前後ワードを含めた値の中間値や最大値などをとるランク・オーダー・フィルタやモードフィルタなどのロジカルフィルタでも良い。

同図（ｂ）は、第２の実施形態に係るディテール・キープ・バランスト・サプレサであり、同図（ａ）のハイパスフィルタ６２０に替えて、減算器６１０により入力ＲＧＢ信号からローパスフィルタ６２２で抽出された基本波成分を減算することでディテール成分が抽出される。減算器６１０に入力される各信号の遅延時間は、遅延合わせ回路６２３により合わせられる。

同図（ｃ）は、第３の実施形態に係るディテール・キープ・バランスト・サプレサであり、同図（ｂ）の構成にオーバーフローリミッタ６２８を付加した構成を有する。オーバーフローリミッタ６２８は、ディテール信号と基本波信号との混合信号がオーバーフローすることを防止するために設けられる。

オーバーフローリミッタ６２８としては、基本波形とディテール波形を混合した後、ＲＧＢ独立にリミッタをかける構成やリミッタ特性またはそれに近い特性のバランスト・サプレサつまりバランスト・リミッタを通す構成が適用可能である。ディテール波形は高周波ＡＣ信号のみとなるため、連続的に大面積の飽和をしない。また振幅もそんなに大きいわけではない。そのため、必ずしもバランスト・リミッタの必要は無く、元のバランスト・サプレサ出力の飽和マージン設計しだいで、単純なＲＧＢ独立オーバーフローリミッタで充分に対処することも可能である。

図１２は、図１１に示したディテール・キープ・バランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。本ディテール・キープ・バランスト・サプレサでは、ディテールを残し基本波をサプレスすることで、同図（ａ）および（ｂ）に示すように、どの点においても微分ゲインが常時一定になるように構成される（ΔVo3／ΔVi3＝ΔVo2／ΔVi2＝ΔVo1／ΔVi1）。このように構成することで、高レベル時であってもディテール成分が残るため、コントラストを維持することができる。

尚、同図（ｃ）に示すように、飽和に遠い小レベル領域では、微分ゲインΔVo1/ΔVi1と平均ゲインVo1/Vi1の傾きが同じになるが、同図（ｄ）に示すように、飽和に近い大レベル領域では、微分ゲインΔVo3/ΔVi3と平均ゲインVo3/Vi3の傾きが異なる。

つまり、以上の処理だけでは高すぎるレベルの入力時にローパスフィルタを通った基本波形のサプレス平均ゲイン、つまり、図１２に点線で示した入出力＝０の原点から各瞬時入出力レベルへ引いた直線の傾きが１より下がっているため、逆に相対的にディテール波形ゲインつまり微分ゲインが上がりすぎることになり、高すぎる入力レベル時にシャープネスを上げ過ぎたようなぎらぎらした映像になってしまうという課題が生じる。この課題を解決するためには、次に説明するように、ディテール波形にも基本波形と同じゲインを与えて平均ゲインと微分ゲインを揃える構成が有効である。

図１３は、ディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。同図（ａ）は、第１の実施形態であり、入力ＲＧＢ信号から基本波形とディテールが抽出され、サプレスゲイン生成部６１４により、この抽出された基本波形からサプレスゲインが生成され、乗算器６１２ａ、６１２ｂにより、この生成したサプレスゲインが基本波形とディテールに乗じられ、加算器６２６により混合出力される。

または、等価処理として、同図（ｂ）に示すように、入力ＲＧＢ信号をローパスフィルタ６２２に通した低周波成分基本波形よりサプレスゲインを生成し、入力そのものにそのサプレスゲインを乗算して出力を得る。この場合、同図（ｃ）に示すように、ＲＧＢの最大値を取ってからローパスフィルタを通しても、ＲＧＢそれぞれローパスフィルタを通してからＲＧＢの最大値を検出しても良い。また、ローパスフィルタは前述のとおり算術的フィルタに限定されずロジカルフィルタでも良く、ＲＧＢ最大値検出回路と一体となったロジカルフィルタにしても良い。尚、ローパスフィルタ６２２の出力は、ピーク検出回路に入力され、鋭いピークを除いた映像信号のピーク検出に利用される。

図１４は、図１３に示したディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、図１３に示した構成によれば、飽和に近い高レベル時でも平均ゲインの傾きVo3/Vi3と微分ゲインの傾きΔVo3/ΔVi3とが等しくなるため、高レベル時のコントラスト変化を防止することができる。

これらの構成により、ディテール・コントラストの低下を防ぎ、質感や立体感を保持したまま、ダイナミック・レンジの圧縮ができ、さらに、バックライトと液晶の協調制御を連動させることで、暗部のコントラスト改善が大幅に図られる。

しかし、このメリットにより黒がしっかり沈むため、逆に暗部に元々ノイズが多い場合や、量子化ノイズ（特に圧縮による荒い量子化ノイズ）が目立つ場合、逆にそれをハイコントラストで強調してしまい、余計に目立たせる場合がある。そこで、さらに、ディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの機能を利用し、以下に説明するような特性を付加して改善する構成が有効である。

図１５は、小レベル時のノイズ・サプレス特性を備えたディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。同図（ａ）は、ノイズ・サプレス・カーブ生成回路６３６により、小レベル入力時にもディテール波形のゲインを下げることにより、入力信号に含まれているノイズ、特に量子化ノイズをサプレスする構成である。その他は、図１３に示したディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサと同様に構成される。

また、同図（ｂ）は、バランスト・サプレサに入る前段に設けられたピークＡＧＣゲインを可変する手段の前の元入力に応じて、小レベル時のゲインを下げることでノイズ・サプレスする構成であり、この構成でも同図（ａ）と同様の効果が期待できる。

図１６は、図１５に示したノイズ・サプレス・カーブ生成回路６３６が生成するノイズ・サプレス・カーブ例を示す特性図である。このノイズ・サプレス・カーブは、小レベル時のゲインを下げる特性を持たせ、同図（ａ）に示すような直線状の傾きで設定しても良く、同図（ｂ）に示すような逆放物線状の傾きで設定しても良い。

図１７は、小ディテール時のノイズ・サプレス特性を備えたディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。この構成では、非線形特性生成回路６３８により、ディテール波形に正負ゼロレベル付近の不感帯特性を持たせてから、加算器６２６により基本波形とディテール波形とを混合する。それにより微小ディテール信号をマスクし、入力ノイズ特に量子化ノイズや映像圧縮ノイズを目立たなくする。

図１８は、図１７の非線形特性生成回路６３８が生成するノイズ・サプレス非線形特性の例を示す特性図である。ディテール波形に付加する正負ゼロレベル付近の不感帯特性は、同図（ａ）に示したような直線状であっても良く、同図（ｂ）に示したような連続的に傾きの変わるカーブにしても良く、このような連続的に傾きの変わるカーブを持たせることで、暗部のノイズを比例的に抑圧することができる。

図１９は、２次元ディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。この構成は、図１３（ｃ）に示したディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサのローパスフィルタを２次元化したものであり、その他の構成は図１３と同様に構成される。即ち、この図１９に示すディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサでは、縦方向の垂直ローパスフィルタ６３４と、画面横方向の水平ローパスフィルタ６３２とで構成された二次元ローパスフィルタ６５１にＲＧＢ信号の最大値が入力され、この二次元ローパスフィルタ６５１に通した低周波成分基本波形よりサプレスゲインが生成され、このサプレスゲインが、入力映像信号そのものに乗算されて出力が得られる。入力映像信号は、遅延合わせ回路６３０により、二次元ＬＰＦを通過して生成されたサプレスゲインと縦横方向の位置合わせがなされている。また、遅延合わせ回路６３０からＲＧＢの最大値を垂直ローパスフィルタ６３４に入力することでラインメモリが共有できる。

この方法により全方向の変化のディテール成分を抽出することができ、より正確なディテール再現ができるとともに、飽和レベル近傍の微小範囲相互のゲイン差も縮小されるため、上述の複数の色の糸で編まれた布地などの細かいテクスチャが存在する場合でも平均的な色化けも抑制される。

この例ではラインメモリ削減のため、ＲＧＢ Ｍａｘ回路６０６ａおよびｂは垂直ＬＰＦの手前に入っているが、他の映像信号処理と共用するなどのためにＲＧＢ各成分のまま二次元ＬＰＦを構成して、その後ろのサプレスゲイン生成部にＲＧＢ Ｍａｘ回路を入れても良い。

図２０は、図１９に示した水平ローパスフィルタの構成を示すブロック図である。同図（ａ）は、図１９の水平ローパスフィルタを５タップＦＩＲローパスフィルタで構成した例であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）と等価な実際の構成を示す転置型の例である。これらの図に示すように、同図（ａ）のローパスフィルタは、１サンプル遅延フリップフロップ６４０ａ〜６４０ｄと、ＦＩＲ係数ゲイン乗算器６４２ａ〜６４２ｅと、合成器６４４とで構成され、同図（ｂ）のローパスフィルタは、１サンプル遅延フリップフロップ６４０ａ〜６４０ｄと、ＦＩＲ係数ゲイン乗算器６４２ａ〜６４２ｅと、加算器６４４ａ〜６４４ｄとで構成される。

図２１は、図１９に示した垂直ローパスフィルタの構成を示すブロック図である。同図に示すローパスフィルタは、垂直方向サンプリングのために、図２０（ａ）に示した１サンプル遅延フリップフロップ６４０ａ〜６４０ｄを１ライン遅延メモリ６４６ａ〜６４６ｄで置換して構成される。これらの水平ローパスフィルタ、垂直ローパスフィルタ共に通常は応答特性を前後対称な直線位相特性にするために、Ｃ１〜Ｃ５の係数は前後対称に選ばれる。

図２２は、図１９に示した垂直ローパスフィルタをＦＩＲローパスフィルタとＩＩＲローパスフィルタのカスケード接続構成とした場合の例を示すブロック図である。同図に示す構成は、ゲイン１のＦＩＲローパスフィルタを前段に、ゲイン１のＩＩＲローパスフィルタを後段にカスケード接続して垂直ローパスフィルタを構成した例であり、前段のＦＩＲローパスフィルタは、垂直方向サンプリングのために設けられた１ライン遅延メモリ６４６ａ〜６４６ｃと、ＦＩＲローパスフィルタの係数を決めるＦＩＲ係数ゲイン乗算器６４２ａ〜ｄと、該各係数を加算する加算器６４４ａと、ＦＩＲローパスフィルタの最終出力ゲインを調整する乗算器６４２ｅで構成される。また、後段のＩＩＲローパスフィルタは、加算器６４４ｂおよびｃ、ＩＩＲ係数ゲイン乗算器６４３ａおよびｂ、１ライン遅延メモリ６４６ｄとで１次のＩＩＲフィルタが構成される。

図２３は、図２２に示した垂直ローパスフィルタのインパルスレスポンス例を示すタイミングチャートである。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタは、ほぼ時間軸対称なインパルスレスポンスを有し、これらの合成特性として同図（ｃ）に示すような時間軸でほぼ前後対称なインパルスレスポンスを有するローパスフィルタを得る。

上述したようなＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタのカスケード接続構成を取る理由は、時間軸前後対称、即ち、リニアフェイズのローパスフィルタをＦＩＲのみで構成するには、そのインパルスレスポンス長に応じた長さの信号遅延手段が必要となり、多くのメモリを必要とする。図１９で示した垂直ＬＰＦを構成するためには、１サンプル相当遅延毎に１本のラインメモリが必要になるため、本例では、必要メモリが圧倒的に少なくて済むＩＩＲローパスフィルタを利用することにより、メモリの削減を図っている。

図２２に示したＦＩＲ部の係数ゲインＣ１〜C５は、ＩＩＲ部の係数Ｃ６（本例では１次のＩＩＲなので時定数が決定される）を調整した後に微調整することが望ましく、これによりインパルスレスポンスの重要な部分の前後対称度を自在に調整することができる。また、これらのローパスフィルタ出力をその入力遅延調整出力である中心出力から減算することによりリニアフェイズのハイパスフィルタを構成することもできる。また、ＦＩＲ部とＩＩＲ部のカスケード接続順序はどちらが先でも原理的には同特性となるが、メモリのビット長と精度の点からＦＩＲ部の後段にＩＩＲ部を接続する方がより少ないメモリ量で良好な特性が得られる。

図２４は、図１９に示した垂直ローパスフィルタをＦＩＲローパスフィルタとＩＩＲローパスフィルタの並列接続構成とした場合の例を示すブロック図である。同図に示す構成は、ＦＩＲローパスフィルタと、ＩＩＲローパスフィルタとを加算器６４４ａに対して並列接続することで垂直ローパスフィルタを構成した例であり、ＦＩＲローパスフィルタは、垂直方向サンプリングのために設けられた１ライン遅延メモリ６４６ａ〜６４６ｃと、ＦＩＲローパスフィルタの係数を決めるＦＩＲ係数ゲイン乗算器６４２ａ〜ｄと、該各係数を加算する加算器６４４ａとで構成される。また、ＩＩＲローパスフィルタは、加算器６４４ｂおよびｃ、ＩＩＲ係数ゲイン乗算器６４３ａ〜ｃ、１ライン遅延メモリ６４６ｄとで１次のＩＩＲフィルタが構成され、乗算器６４３ｃの出力が加算器６４４ａに入力され、ゲイン調整乗算器６４５により最終出力ゲインが調整されて本垂直ローパスフィルタの出力が生成される。

図２５は、図２４に示した垂直ローパスフィルタのインパルスレスポンス例を示すタイミングチャートである。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、ＦＩＲフィルタがインパルスレスポンスの前半部分を生成し、ＩＩＲフィルタが後半部を生成し、これらの合成特性として同図（ｃ）に示すような時間軸でほぼ前後対称なインパルスレスポンスを有するローパスフィルタを得る。ここで、実質係数値（０を除く）の左から１、２、３、４がＦＩＲのインパルスレスポンスであり、その右側の３、１．５、０．７５、０．３８・・・がＩＩＲによるインパルスレスポンスとなる。このようにインパルスレスポンスの左側は有限時間長、右側は無限時間長となるが、この例では、センターレスポンスの両隣のワードが共に同じ係数値３／１６となり、またセンターより左側の係数合計が６／１６、右側の無限総合計も６／１６となっており、近似度の高い時間軸対称特性が得られている。

このように、上述したＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタの並列接続構成によっても、ＦＩＲのみで構成する場合に比べて、メモリの削減を図ることができる。また、この場合も、これらのローパスフィルタ出力をその入力遅延調整出力である中心出力から減算することによりハイパスフィルタを構成することもできる。

図２６は、図１９に示した垂直ローパスフィルタや水平ローパスフィルタをリニア・ローパスフィルタ（算術的ローパスフィルタ）ではなく、ロジカルフィルタとして最大値フィルタを使用して構成した第１の例を示す構成図である。同図（ａ）に示すように、このロジカルフィルタは、１サンプル遅延フリップフロップ６４０ａ〜ｄが設けられ、加算器６４４ａ〜ｅにより、これらフリップフロップの出力にオフセット量Ｃ１〜Ｃ５がぞれぞれ加算され、最大値選択回路６４８によって、その入力５サンプル中の最大値が出力される。ここで、オフセット量Ｃ１〜Ｃ５は、同図（ｂ）に示すように、本ロジカルフィルタの窓関数として、中心から周辺に行くにつれて下がる負のオフセット係数が設定される。

図２７は、図１９に示した垂直ローパスフィルタをリニアローパスフィルタではなくロジカルフィルタとして最大値フィルタを使用して構成した第２の例を示す構成図である。同図（ａ）に示すように、このロジカルフィルタは、図２６の加算器６４４ａ〜ｅに替えて乗算器６４２ａ〜ｅが設けられ、これら乗算器によって重み付けされた結果の最大値が選択出力される。ここで、乗算器の係数Ｃ１〜Ｃ５は、同図（ｂ）に示すように、本ロジカルフィルタの窓関数として、中心から周辺に行くにつれて下がる係数が設定される。 リニアローパスフィルタを用いた場合は入力レベルが大きくかつディテールの振幅も大きい場合など、ディテールキープやディテール・レシオ・キープ機能などによりオーバーフローが起こる確率が上がるが、最大値フィルタなどを使用することにより、オーバーフロー・マージンが増加し、後段のオーバーフロー・リミッタによりディテールが失われたり色バランスが崩れたりすることを防止できる。尚、図２６および図２７に示した最大値を選択する構成としては、厳密に最大値を選択する他にメジアン・フィルタなどの種々のランク・オーダー・フィルタやその他のロジカルフィルタを用いても良い。

図２８は、図１９に示した水平および垂直ローパスフィルタを用いてディテールキープ用ローパスフィルタを構成する他の例を示す構成図である。同図（ａ）は、二次元リニアローパスフィルタ６５０と、図２６および図２７で示したような二次元最大値フィルタ６５２の出力を混合して基本波形を抽出する場合の構成例であり、二次元リニアローパスフィルタ６５０の出力には、乗算器６４５ａにより係数ｋＬが乗じられ、二次元最大値フィルタ６５２の出力には、乗算器６４５ｂにより係数ｋＭが乗じられ、これらが加算器６４４により混合されて基本波形が抽出される。このように構成することで、リニアローパスフィルタの自然な挙動の上に、ディテールが多い部分などで、最大値フィルタの混合によりオーバーフロー・マージンを増やすことができ、図１１（ｃ）の符号６２８に示したようなオーバーフロー・リミッタが後段に設けられた場合でもディテールが失われることを防止できる。

同図（ｂ）は、二次元リニアローパスフィルタ６５０と、入力信号をスルーで通過させる遅延調整回路６５４の出力を混合して高域減衰量を制限した基本波形を抽出する場合の構成例であり、二次元リニアローパスフィルタ６５０の出力には、乗算器６４５ａにより係数１−ｋが乗じられ、遅延調整回路６５４の出力には、乗算器６４５ｂにより係数ｋが乗じられ、これらが加算器６４４により混合されて基本波形が抽出される。同図（ｃ）は、同図（ｂ）の空間周波数特性を示す図であり、横軸は垂直または水平方向の空間周波数であり、縦軸は応答ゲインである。二次元リニアローパスフィルタ６５０の出力が同図中の「ＬＰＦ特性」で示した点線となり、遅延調整回路６５４の出力が同図中の「ストレート特性」で示した点線となり、これらが混合された結果として、同図中に「高域減衰制限」で示したような効果が得られる。このようにローパスフィルタの高域の減衰量を制限することにより、非常に細い明るい線が基本波形から無制限に猶予されてしまうことを防止し、その細線が後段に設けられたオーバーフロー・リミッタにかかって大幅に削られ色化けしてしまうのを抑止する効果がある。また、これら同図（ａ）、（ｂ）のローパスフィルタ出力が後述の図２９、図３０、図３２、図３４などのサブレサ付き液晶協調制御内のピーク検出回路に入る信号に適用されると、ディテール信号成分が多い場合、広域の減衰量が少ないためピークレベルが大きめに検出され、フィードバック制御されることにより、ディテール信号がサブレサやオーバーフロー・リミッタにかかる量を減らす効果が有る。

図２９は、サプレサ機能と液晶バックライト協調制御を組み合わせた場合の構成を示すブロック図である。同図中の点線枠で示した領域がサプレサ部であり、それ以外の部分が液晶バックライト協調制御部である。点線で示したサプレサ部は、基本波成分を抽出する二次元ローパスフィルタ６５１を備え、この二次元ローパスフィルタ６５１は、図１９に示した画面横方向の水平ローパスフィルタ６３２と、縦方向の垂直ローパスフィルタ６３４により構成される。この２次元ローパスフィルタにより抽出された基本波成分に対してサプレスゲイン生成回路６１４によりサプレスゲインが生成される。一方、遅延合わせ回路６３０は、縦横の位置合わせにより得られた２次元方向のディテールを出力し、乗算器６１２によりディテール・レシオ・キープ・サプレスが実行される。同図中点線で囲われた部分が図１９に示したディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサ６２５となる。このサプレスされた映像信号にディザが付加され、オーバーフロー・リミッタ６２８によって、ディテール信号と基本波信号との混合信号のオーバーフローが防止される。このオーバーフロー・リミットが施された映像信号は、液晶ドライバ２４に入力され、液晶パネル１０に表示される。

一方、液晶バックライト協調制御部では、２次元ローパスフィルタ６５１の出力からピーク検出部４１２による輝度ピーク検出が行われ、ループフィルタ４１４による積分を介して関数４０４ａによる光分布補償関数処理が施され、その結果をフィードバックする形で乗算器４０２によるゲイン調整が行われる。ここで、ピーク検出部４１２には、ＡＰＬの最大値を検出する最大ＡＰＬ検出部４１５により検出されたＡＰＬ連動信号も入力される。

一方、ループフィルタ４１４の出力は、液晶側の変調度を変えた影響の逆補償をバックライト側で行うべく、関数４０４ｂによりバックライト制御量が算出され、その結果に基づいて調光制御部４０６による調光制御信号が生成され、この調光制御信号に基づいてバックライトドライバ２６を介したバックライト１１の輝度制御が行われる。

上述したように構成することで、サプレス機能を備えた液晶バックライト協調制御が可能になる。ここで、液晶バックライト協調制御は、複雑なヒストグラム演算を避けることができるとともに、映像信号のピークにマージンが有る分だけ液晶変調度を上げ、その分バックライトの輝度を下げられるため、同一輝度映像のままバックライトの輝度低減による省エネ化およびコントラスト向上が期待できる。

このような液晶バックライト協調制御を利用したコントラストおよび暗部諧調再現性アップとバックライト消費電力の低減手段において、映像信号オーバーフローを防止するために併用される図４〜図７に記載されたような映像信号サブレサでは、ゲインを上げてもオーバーフローしない範囲の映像信号や、ゲインを上げていない映像信号に対してもサプレスがかかってしまう場合、例えばサプレス入力信号が１００％丁度の場合で放っておいてもオーバーフローしない場合などにもサプレスがかかってしまうことがある。これにより、不必要に本来より暗い映像になったり、明るい部分のコントラストが低下したりしてしまうなどの不具合が生じる。明るい部分のディテールつまり映像の水平または垂直方向の高周波成分に関しては、前述のディテール・レシオ・キープ・サブレサなどにより防止することができるが、低周波成分に関してはやはり不必要にレベル変化が圧縮されてしまう可能性がある。

そこで、映像ゲインを可変する手段の後に固定のサプレスカーブを入れるのではなく、要求された映像ゲインに応じた、複数のサプレスカーブを用意しておき、入力映像信号が直接サブレサに入力され、要求ゲインに応じてその出力を可変混合することにより、任意のゲインに応じてそれに適したサプレスカーブを与える可変サプレサの構成例を説明する。

図３０は、可変サプレサの第１の構成例を示すブロック図である。同図の点線で示したサプレサ部には、液晶バックライト協調制御部が要求するゲインＧｖの値に応じたサプレスカーブを生成するためのサプレス差分ゲインカーブ生成部６６０が設けられ、このサプレス差分サプレス差分ゲインカーブ生成部６６０が生成した差分ゲインカーブＧｓ−１が乗算器４０９ｂにより関数４０４ａが出力する映像ゲイン差分信号ΔＧｖと乗ぜられて総合差分ゲインΔＧTが生成され、さらにこの総合差分ゲインΔＧTが加算器６２６ａによりゲイン１と加算されて総合ゲインＧTが生成され、この総合ゲインＧＴが乗算器４０９ａにより遅延合わせ部６３０の出力と乗じられて液晶駆動用の映像信号が生成される。

図３１は、図３０に示した可変サプレサの特性を示すグラフである。同図（ａ）に示すように、要求映像ゲインＧｖ＝１用のサプレス無しのカーブ、即ちゲイン＝１固定のカーブと、要求映像ゲインＧｖ＝２用のサプレスカーブを用意し、図３０のサプレス差分ゲインカーブ生成ブロック６６０で、差としてのサプレス差分ゲインカーブＧｓ−１を生成し、この差分ゲインカーブＧｓ−１が乗算器４０９ｂにより関数４０４ａが出力する差分ゲインΔＧｖと乗じられて総合差分ゲインΔＧＴが生成され、総合差分ゲインΔＧＴが加算器６２６ａによりゲイン＝１の上に上乗せ混合されて図３１（ｂ）に示す総合ゲインカーブＧＴが得られる。即ち、この総合ゲインカーブＧＴは、同図（ａ）に示したＧｖ＝１のカーブとＧｖ＝２のカーブの混合比を変えることで生成される。そして、この総合ゲインカーブＧＴが乗算器４０９ａにより入力に直接乗算されて、同図（ｃ）に示す特性の総合出力Ｖ０が得られる。液晶バックライト協調制御部は図２９と同様に構成されるため説明を省略する。

尚、この例では２組の基準の要求ゲインに対応するサプレスゲイン・カーブを用いたが、３組以上の基準の要求ゲインを設けて、それぞれに対応したサプレスゲイン・カーブを設け、要求ゲインの値に応じて、その上下の基準要求ゲインに対応したサプレス出力を内分出力して総合ゲインを生成するようにしても良い。

図３２は、複数のサプレスゲイン・カーブ出力を混合する代わりに、用意された複数のサプレスゲイン・カーブのそれぞれに対応した映像出力を、要求映像ゲインに応じて可変混合して最終映像出力を生成する場合の例を示すブロック図である。同図に示すように、この例では、サプレス差分ゲインカーブ生成部６６０が生成したサプレス差分ゲインカーブＧｓ−１を乗算器４０９ｂにより要求映像ゲイン差分ΔＧｖと乗算してトータルゲイン差分ΔＧＴを生成し、これをさらに乗算器４０９ａにより入力映像信号と乗算して差分映像信号ＶＤを生成し、これを加算器６２６ａにより入力映像信号と加算して映像出力信号Ｖ０が生成される。その他は図３０と同様に構成される。

図３３は、図３２に示した可変サプレサの特性を示すグラフである。同図（ｂ）に示すように、乗算器４０９ａにより生成される差分映像信号ＶＤは、要求映像ゲインに応じたサプレス特性を備えた入出力特性となる。

図３４は、固定サプレスゲインと要求映像ゲインを小ゲイン優先合成して総合ゲインとする場合の構成例を示すブロック図である。同図に示す例は、前述したような複数のサプレスゲインの混合ではなく、任意の入力に対して出力がオーバーしないように設定した固定のサプレスゲイン・カーブの各映像入力に対するサプレスゲイン値Ｇｓをサプレスゲインカーブ６６２で生成し、このゲイン値Ｇｓと関数４０４ａから出力された要求映像ゲイン値Ｇｖとを小ゲイン優先合成部６６４で比較し、小さい方のゲイン値を採用して総合ゲインＧＴを生成し、入力映像にその総合ゲインＧＴを乗算することにより最終映像出力Ｖ０を生成する。

図３５は、図３４に示した可変サプレサの特性を示すグラフである。同図（ａ）に示すように、１本の固定サプレスゲイン・カーブＧｓが用意され、同図（ｂ）に示すように、総合ゲインカーブＧＴは、サプレスゲイン値Ｇｓと要求映像ゲイン値Ｇｖの小さい方の値を優先的に選択することにより得られる。その結果、同図（ｃ）に示すような総合映像入出力特性が得られる。

図３６は、図３４に示した小ゲイン優先合成部の構成を示すブロック図である。同図に示すように、小ゲイン優先合成部は、サプレスカーブＧｓと要求映像ゲインＧｖの差およびＧｖと「１」との差を利用して遷移カーブを生成する遷移カーブ生成部６７０と、この生成された遷移カーブとサプレスカーブＧｓと要求映像ゲインＧｖとを比較する比較器６７２と、この比較の結果最も小さいゲイン値を採用出力して総合ゲインＧＴを生成するセレクタ６７４で構成される。

ここで、セレクタ６７４により、そのまま入力のＧｓとＧｖの２つのカーブの小さい方を取って切り替えると、その切り替わり部分に角が付くため、出力映像の緩やかな輝度変化部分などに等高線のような偽輪郭が見えることがある。そこで、ＧｓとＧｖの２つのカーブの値の差が一定範囲以内の場合、セレクタ６７４が遷移カーブ生成部出力を選択するようにし、その差およびゲイン下限値「１」からのマージンに応じて、例えば２つのカーブに接する放物線などの遷移カーブを遷移カーブ生成部６７０により生成して、緩やかに移行させるようにすることが望ましい。 これら図３０や図３２や図３４の方法では、全て要求映像ゲインの乗算とサプレスの実行を同時に入力映像に対して行ってしまうため、図２９と同様の従来の方法で要求映像ゲイン乗算実行後の出力からピークレベルを検出すると、既にサプレスも同時にかかっているため正しいピークＡＧＣ用フィードバックがかけられない。そのため図３０や図３２や図３４の構成では、出力映像用とは別に、ピークＡＧＣ用フィードバック専用に乗算器４０２を設け、入力二次元フィルタ出力の映像基本波形に要求映像ゲインＧｖのみ乗算したものをピーク検出回路に供給している。

これらの手段により、必要充分な場合にのみバランスト・サプレスやディテール・キープ・バランスとサプレスをかけることができ、いかなる要求映像ゲインに対しても映像信号のフルスケールまで使用可能となり、最大限のリニアリティと最大限の映像レンジを確保できるようになる。そのため不必要に映像が暗くなることも避けられ、その分バックライト輝度をセーブでき、省エネ化できる。また、サプレスされる信号レベル領域の減少により、画質の劣化も最小限にとどめられる。

図３７は、ディテール上限制限を設けてサプレサ出力のオーバーフローを防止する場合の構成例を示すブロック図である。この例では、図１１、１３、１５、１７、１９などに示したローパスフィルタ６２２が同図（ａ）および（ｂ）に示した構成で置き換えられる。この制限機能付きローパスフィルタ６２２は、同図（ａ）に示すように、ローパスフィルタ６８０の入力側信号と出力側信号とをローパスフィルタ制限関数６８２で処理し、大入力選択回路６８４によってローパスフィルタ６８０本来の出力とローパスフィルタ制限関数６８２の処理結果とが比較され、値の大きい側が選択出力される。

この構成は、次のような課題を解決する手段として有効である。即ち、図１１、１３、１５、１７、１９などに示すような、ディテール信号を保持したサプレス回路において、大レベル入力で大きくサプレスされる状況、かつ大振幅のディテールを持つ場合などには、保持されたディテール信号の上限がフルスケールを突破してしまうことがある。その場合、後段のオーバーフロー・リミッタにより各色成分独立にフルスケールに制限されてしまい、色バランスが崩れ、本来のバランスト・サブレサの機能を損なってしまうことになる。そのため、後段のオーバーフロー・リミッタにかかる直前乃至若干オーバーフローした程度にとどまるように、ディテール・キープ機能やディテール・レシオ・キープ機能に制限を設けることが望ましく、その場合、各色成分は比率を保ったまま制限される。

その方法例としては、図１１、１３、１５、１７、１９内のローパスフィルタ６２２をオーバーフローしそうな場合に必要に応じてローパスフィルタの入力信号の一部が加味されるようにして、大きなオーバーフローを防止する。同図（ａ）は、制限機能付きローパスフィルタの構成例であり、同図（ｂ）はその具体例である。

同図（ｂ）に示すように、ローパスフィルタ６８０の出力がフルスケール近くの基準値（この例ではサプレス前の２００％のフルスケール値）から差し引かれ、それにサプレス特性カーブに応じた特定の係数（この例では１／８）が乗じられて、ディテール・マージン近似信号が生成される。このディテール・マージン近似信号は、ディテールを除いた基本波形に対するサプレス静特性カーブに応じて真のディテール・マージンと概略同じ値に生成される。

図３８は、図３７に示した制限機能付きローパスフィルタ６２２のディテール・マージン近似信号生成の説明図である。同図の上側斜線部に示した、基準出力（この例では２００％のフルスケール値）とローパスフィルタ出力の差の三角形状のエリアは、同図の下側斜線部に示した、サブレサの１００％フルスケール出力とサブレス静特性カーブとの差である真のディテール・マージンの概略三角形状のエリアとは、同一のローパスフィルタ出力レベルに対して縦軸を一定比率に縮めると、概略相似形となっている。そのためその相似比（この例では１／８）を基準値からローパスフィルタ出力を引いたものに乗ずることにより、ディテール・マージン近似信号が得られる。

そして真のディテール・マージンより、ディテールつまり図３７のローパスフィルタ６８０の入力側信号とローパスフィルタ６８０の出力信号の差が大きくなった場合に、オーバーフローが発生するので、ローパスフィルタ入力信号からディテール・マージン近似信号を差し引いた値がローパスフィルタ出力値より大きくなった場合は、図３７に示す大入力選択回路６８４により、この大きくなった信号をローパスフィルタ６８０の出力に換えて出力する。これにより、ディテール・マージンを超える入力が入った場合、それを超える入力信号に対してローパスフィルタ６８０が無効化され、それを超えるディテール信号の保持機能が停止する。

尚、ピークレベル検出回路に送られるローパスフィルタ出力信号は、従来のローパスフィルタの出力を用いても、本例により追加された最大レベル選択出力を用いても良い。最大レベル選択出力を用いた場合には、サプレスマージンが無くなった場合に通常時のローパスフィルタ出力より大きな出力が出ることになるため、ピークレベル検出回路からの映像ピーク・フィードバック機能が、映像ゲインＧｖを下げる方向に働くので、よりサプレスマージンが確保される方向となり、サブレサやオーバーフロー・リミッタにかかる量を減らす効果が有る。

これらのバランスト・サプレサは直視型液晶ＴＶやプロジェクタ、リアプロジェクタなどの光源変調型ディスプレイで、平均変調ゲインを高くとることにより、逆に光源輝度を落とすことができ、光源消費電力低減に有効である。同時に、その分暗部コントラストや諧調、暗部の色再現性、暗部の視野角なども改善される。

しかしながら、光源の輝度可変を伴わない場合でも、また光源変調型ディスプレイに限定することなく、ＣＲＴやプラズマディスプレイやＥＬやＦＥＤなど、他のディスプレイで映像信号のみに単独で用いても、映像のダイナミック・レンジを高コントラストを保ったまま圧縮し、周囲が明るい場合でも見やすい映像を、より少ない消費電力で提供するこができる。

尚、上記種々のサプレサ回路およびその応用回路例では、全て回路ブロック図の形式で説明したが、ハードウェア回路で処理する場合のみならず、ＣＰＵやＤＳＰなどを用いてソフトウェアで等価な処理をしても良いのは言うまでも無い。

本発明によれば、より高度な映像処理が可能になるため、高画質化や消費電力の低減が要求される大型液晶ディスプレイへの適用が期待される。

従来のオーバーフロー防止策の第１の例を示す概念図である。 従来のオーバーフロー防止策の第２の例を示す概念図である。 図２に示した非線形ガンマサプレサによる色バランスの破綻例を示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係るバランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図４に示したバランスト・サプレサのサプレス・カーブ例を示す特性図である。 図４に示したバランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。 第２の実施形態に係るバランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図７に示したバランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。 図４または図７のバランスト・サプレサで高レベル時のコントラストが低下することを説明した特性図である。 図７のバランスト・サプレサで、色違いのテクスチャが存在する場合の平均色の色化けが起こる場合の説明図である。 第１〜第３の実施形態に係るディテール・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図１１に示したディテール・キープ・バランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。 ディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図１３に示したディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの動作例を示す特性図である。 小レベル時のノイズ・サプレス特性を備えたディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図１５に示したノイズ・サプレス・カーブ生成回路が生成するノイズ・サプレス・カーブ例を示す特性図である。 小ディテール時のノイズ・サプレス特性を備えたディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図１７の非線形特性生成回路６３８が生成するノイズ・サプレス非線形特性の例を示す特性図である。 ２次元ディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサの構成を示す回路ブロック図である。 図１９に示した水平ローパスフィルタの構成を示すブロック図である。 図１９に示した垂直ローパスフィルタの構成を示すブロック図である。 図１９に示した垂直ローパスフィルタをＦＩＲローパスフィルタとＩＩＲローパスフィルタのカスケード接続構成とした場合の例を示すブロック図である。 図２２に示した垂直ローパスフィルタのインパルスレスポンス例を示すタイミングチャートである。 図１９に示した垂直ローパスフィルタをＦＩＲローパスフィルタとＩＩＲローパスフィルタの並列接続構成とした場合の例を示すブロック図である。 図２４に示した垂直ローパスフィルタのインパルスレスポンス例を示すタイミングチャートである。 図１９に示した垂直ローパスフィルタをリニアローパスフィルタではなくロジカルフィルタとして最大値フィルタを使用して構成した第１の例を示す構成図である。 図１９に示した垂直ローパスフィルタをリニアローパスフィルタではなくロジカルフィルタとして最大値フィルタを使用して構成した第２の例を示す構成図である。 図１９に示した水平および垂直ローパスフィルタをディテールキープ用ローパスフィルタで構成する場合の例を示す構成図である。 サプレサ機能と液晶バックライト協調制御を組み合わせた場合の構成を示すブロック図である。 可変サプレサの第１の構成例を示すブロック図である。 図３０に示した可変サプレサの特性を示すグラフである。 複数のサプレス出力を混合する代わりに、用意された複数のサプレスゲインカーブのそれぞれに対応した映像出力を、要求映像ゲインに応じて可変混合して最終映像出力を生成する場合の例を示すブロック図である。 図３２に示した可変サプレサの特性を示すグラフである。 固定サプレスゲインと映像ゲインを小ゲイン合成して総合ゲインとする場合の構成例を示すブロック図である。 図３４に示した可変サプレサの特性を示すグラフである。 図３４に示した小ゲイン優先合成部の構成を示すブロック図である。 ディテールの上限制限機能の構成例を示すブロック図である。 図３７に示した上限制限機能で、ディテール・マージン近似信号の生成を説明する図である。

符号の説明

１０…液晶パネル、１１…バックライト、２４…液晶ドライバ、２６…バックライトドライバ、４０２…ゲイン調整・ガンマ伸張部、４０４…関数部、４０６…調光制御部、４０９…乗算部、４１０…オーバーフローリミッタ、４１２…ピーク検出部、４１４…ループフィルタ、４１５…最大ＡＰＬ検出部、６０１…オーバーフロー検出回路、６０２…マルチプレクサ、６０４…変換テーブル、６０６…最大値検出回路、６０８…桁シフタ、６１０…減算器、６１２…乗算器、６１４…サプレスゲイン生成部、６１６…レベル判定回路、６２０…ハイパスフィルタ、６２２…ローパスフィルタ、６２３…遅延合わせ回路、６２４…バランスト・サプレサ、６２５…ディテール・レシオ・キープ・バランスト・サプレサ、６２６…加算器、６２７…ディザ付加回路、６２８…オーバーフローリミッタ、６３０…遅延合わせ回路、６３２…水平ローパスフィルタ、６３４…垂直ローパスフィルタ、６３６…ノイズ・サプレス・カーブ生成回路、６３８…非線形特性生成回路、６４０…１サンプル遅延フリップフロップ、６４２…ＦＩＲ係数ゲイン乗算器、６４３…ＩＩＲ係数ゲイン乗算器、６４４…加算器、６４５…ゲイン調整乗算器、６４６…１ライン遅延メモリ、６４８…最大値選択回路、６５０…２次元リニアローパスフィルタ、６５１…２次元ローパスフィルタ、６５２…二次元最大値フィルタ、６５４…遅延調整回路、６６０…サプレス差分ゲインカーブ生成部、６６２…サプレスゲインカーブ生成部、６６４…小ゲイン優先合成部、６７０…遷移カーブ生成部、６７２…比較器、６７４…セレクタ、６８０…ローパスフィルタ、６８２…ローパスフィルタ制限関数、６８４…大入力選択回路、７００…映像処理部、７０２…表示素子

Claims (16)

1. 複数の原色信号により構成された映像信号に基づき表示素子を制御することにより映像の表示を行う映像表示装置において、
   前記映像信号を基本波形とディテール波形とに分離する手段と、
   前記基本波形に基づきサプレスゲインを生成する手段と、
   前記サプレスゲインを前記基本波形に付与する手段と、
   前記サプレスゲイン付与後の基本波形と前記ディテール波形とを混合する手段と、
   前記混合により得られた出力信号に基づき前記表示素子を制御する手段と
   を具備することを特徴とする映像表示装置。
2. 複数の原色信号により構成された映像信号に基づき表示素子を制御することにより映像の表示を行う映像表示装置において、
   前記映像信号から基本波形を分離する手段と、
   前記基本波形に基づきサプレスゲインを生成する手段と、
   前記サプレスゲインを分離前の前記映像信号に付与する手段と、
   前記サプレスゲイン付与後の出力信号に基づき前記表示素子を制御する手段と
   を具備することを特徴とする映像表示装置。
3. 複数の原色信号により構成された映像信号に基づき表示素子を制御することにより映像の表示を行う映像表示装置において、
   前記映像信号を基本波形とディテール波形とに分離する手段と、
   前記基本波形に基づきサプレスゲインを生成する手段と、
   前記基本波形と前記ディテール波形とのそれぞれに前記サプレスゲインが付与された後に混合された信号、もしくは前記基本波形と前記ディテール波形との混合後の信号に前記サプレスゲインが付与された信号を出力する手段と、
   前記出力する手段の出力信号に基づき前記表示素子を制御する手段と
   を具備することを特徴とする映像表示装置。
4. 前記基本波形もしくはディテール波形を分離する手段は、
   前記映像信号の水平方向および垂直方向の両成分を含む基本波形を抽出する２次元フィルタを具備する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の映像表示装置。
5. 前記２次元フィルタは、垂直方向成分を抽出する垂直フィルタを備え、該垂直フィルタは、ＦＩＲフィルタとＩＩＲフィルタとのカスケード接続または並列接続により構成される
   ことを特徴とする請求項４記載の映像表示装置。
6. 前記２次元フィルタは、垂直方向成分を抽出する垂直フィルタを備え、該垂直フィルタは、最大値選択手段を備えたロジカルフィルタで構成される
   ことを特徴とする請求項４記載の映像表示装置。
7. 前記２次元フィルタは、リニアローパスフィルタの出力と、最大値選択手段を備えたロジカルフィルタの出力とを混合する手段を具備する
   ことを特徴とする請求項４記載の映像表示装置。
8. 前記２次元フィルタは、リニアローパスフィルタの出力と入力をスルーさせる遅延調整回路の出力を混合する手段を備える
   ことを特徴とする請求項４記載の映像表示装置。
9. 前記ディテール波形または前記映像信号の小レベル時に、前記ディテール波形のゲインを低下させる手段を具備する
   ことを特徴とする請求項１または３記載の映像表示装置。
10. 前記ディテール波形の小レベル時に、前記ディテール波形に不感帯特性を付与する手段を具備する
    ことを特徴とする請求項１または３記載の映像表示装置。
11. 入力された映像信号に基づいて光源から照射された光出力を複数の表示素子で制御することにより映像を表示する映像表示装置において、
    前記映像信号を基本波形とディテール波形とに分離する手段と、
    前記映像信号の輝度ピークを検出する手段と、
    前記輝度ピークの目標値に対する誤差を検出する手段と、
    前記誤差に基づき前記表示素子の変調ゲインを決定する手段と、
    前記誤差の逆補償により前記光源の光出力量を制御する手段と、
    前記変調ゲインと前記映像信号のレベルに基づきサプレスゲインを生成する手段と、
    前記サプレスゲインを前記映像信号に付与する手段と、
    前記サプレスゲイン付与後の映像信号に基づき前記表示素子を制御する手段と
    を具備することを特徴とする映像表示装置。
12. 前記サプレスゲインを生成する手段は、予め用意された複数のサプレスカーブを前記変調ゲインに応じて混合出力するものである
    ことを特徴とする請求項１１記載の映像表示装置。
13. 前記サプレスゲインを生成する手段は、予め用意されたサプレスカーブと前記変調ゲインとを比較し、該比較の結果小さな方を選択出力するものである
    ことを特徴とする請求項１１記載の映像表示装置。
14. 前記基本波形を分離する手段は、内部に具備されたローパスフィルタの入力信号と出力信号とを関数処理して出力するものである
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の映像表示装置。
15. 前記関数処理は、前記出力信号のオーバーフローマージンを推定して、前記オーバーフローマージンが無いときもしくは小さいとき、その度合いに応じて前記ローパスフィルタの入力がより優先的に出力され、前記オーバーフローマージンが大きいとき、前記ローパスフィルタの出力がより優先的に出力されるものである
    ことを特徴とする請求項１４記載の映像表示装置。
16. 前記関数処理は、前記出力信号のオーバーフローマージンを推定して、前記ローパスフィルタの入力から前記オーバーフローマージンを差し引いた値と、前記ローパスフィルタの出力の値とを比較して大きい方を出力するものである
    ことを特徴とする請求項１４記載の映像表示装置。

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