JP6846307B2 - 輝度調整用信号生成装置およびそのプログラム、ならびに、映像表示装置 - Google Patents
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Description
HDRの映像方式の1つとして、国際電気通信連合無線通信部門(ITU−R)の勧告BT.2100において、ハイブリッド・ログ・ガンマ(HLG:Hybrid Log-Gamma)方式が定められている(非特許文献1参照)。
また、勧告BT.2100は、HLG方式の伝達関数として、従来のSDRの映像との互換性を考慮した光−電気伝達関数(OETF:Opto-Electronic Transfer Function)、電気−光伝達関数(EOTF:Electro-Optical Transfer Function)、光−光伝達関数(OOTF:Opto-Optical Transfer Function)を規定している。
HLG方式のOETFは、図7に示すように、HDR撮像装置(HDR映像方式の撮像装置)5においてシーン光LSを電気信号(HLG方式の映像信号)E′に変換する伝達関数である。
具体的には、OETFは、シーン光LSに対応するリニア信号E(被写体輝度のレベル範囲を[0:12]としたときの正規化値)を、以下の式(1)により、映像信号E′に変換する関数である。
具体的には、OETF−1は、映像信号E′(映像信号のレベル範囲を[0:1]としたときの正規化値、以下、特にレベルを示す場合、信号レベルE′という)を、以下の式(2)により、シーン光LSに対応するリニア信号Eに変換する関数である。
HLG方式のOOTFは、シーン光LSと表示光Lとの間の特性を表す伝達関数である。
具体的には、OOTFは、シーン光LSに対応したリニア信号Eの色信号{RS,GS,BS}を、以下の式(3)により、表示光Lに対応したディスプレイ輝度LDの色信号{RD,GD,BD}に変換する関数である。
また、γは、シーン光LSと表示光Lとの間の非線形性の程度を示す、以下の式(5)で規定されるシステムガンマである。
現行では、この調整のために、ITU−Rの勧告BT.814または電波産業会(ARIB)技術資料BTA S−1002に規定された黒レベル輝度設定用信号(PLUGE〔Picture Line Up Generation Equipment〕信号)が用いられている(非特許文献2,3参照)。
図8(a)は、PLUGE信号を、輝度調整対象の映像表示装置(例えば、図7のHDR表示装置6)の画面上に表示した画像である。図8(b)は、PLUGE信号の各領域を説明するための図である。図8(b)は、1080I方式の水平1920サンプル、垂直1080ラインのHDTV(High-definition television)に対応したPLUGE信号の輝度の異なる領域の配置を示す図である。なお、サンプル番号およびライン番号は、領域A,B,C(C1,C2),D(D1,D2)の内法を示している。また、ライン番号の括弧内は、第2フィールドのライン番号を示している。
領域Bは、映像信号E′=0に相当する黒レベル輝度LBを表示する領域である。
領域C(C1,C2)は、映像信号E′=+0.02に相当する輝度を表示する領域である。この領域C(C1,C2)は、領域Bの黒レベルよりもやや明るい。
ここで、ライン幅の異なる領域C1,C2が存在するのは、様々なディスプレイで輝度の弁別がしやすいパターンが異なるため、輝度調整時にどちらを用いても調整可能にするためである。
領域D(D1,D2)は、映像信号E′=−0.02に相当する輝度を表示する領域である。この領域D(D1,D2)は、領域Bの黒レベルよりもやや暗い。
ここで、ライン幅の異なる領域D1,D2が存在するのは、領域C1,C2と同じ理由である。
これによって、映像の画質の主観評価を行う際に、統一的な観視条件の下で主観評価を行うことができる。
SDR表示装置のピーク輝度および黒レベル輝度は、ITU−Rの勧告BT.2035において、ピーク輝度が100cd/m2、黒レベル輝度が0.01cd/m2未満と規定されている。
一方、HDR表示装置では、従来のPLUGE信号の映像信号E′=1に相当する領域Aは、1000cd/m2以上で表示され、SDR表示装置の10倍以上の高い輝度となる。
このように、従来のPLUGE信号を用いた場合、HDR表示装置では適切な黒レベル輝度を調整することが困難で、統一的な観視条件の下でHDR映像の主観評価を行うことができないという問題がある。
そして、輝度調整用信号生成装置は、信号レベル算出手段によって、HLG方式の伝達関数である光−光伝達関数(OOTF)と光−電気伝達関数(OETF)とにより、指定輝度に対応する映像信号の信号レベルを算出する。すなわち、信号レベル算出手段は、OOTFによって、指定輝度から当該指定輝度に対応する正規化されたリニア信号を算出し、OETFによって、リニア信号から映像信号の信号レベルを算出する。
これによって、輝度調整用信号生成装置は、指定された輝度を最も輝度の高い領域に設定した輝度調整用信号を生成することができる。
これによって、輝度調整用信号生成装置は、指定された輝度を最も輝度の高い領域に設定した輝度調整用信号を生成することができる。
なお、輝度調整用信号生成装置は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるための輝度調整用信号生成プログラムで動作させることができる。
そして、映像表示装置は、逆光電変換手段によって、外部から入力される映像信号または輝度調整用信号生成装置で生成された輝度調整用信号を、HLG方式の光−電気伝達関数(OETF)の逆関数により、シーン光に対応するリニア信号に変換する。
そして、映像表示装置は、色成分変換手段によって、逆光電変換手段で変換されたリニア信号を、HLG方式の光−光伝達関数(OOTF)により、表示光に対応するRGBの色信号に変換する。
そして、映像表示装置は、調整手段によって、色成分別変換手段における光−光伝達関数(OOTF)に用いるブライトネス調整およびコントラスト調整の各値を、外部からの指示により変更し、ブライトネスおよびコントラストを調整する。
これによって、映像表示装置は、表示手段に、輝度調整用信号を表示した状態で輝度調整を行うことができる。
本発明によれば、ピーク輝度が高いHDR映像であっても、黒レベル輝度に対して、輝度調整の基準となる領域の白領域の輝度を予め低く設定することが可能になる。
これによって、本発明は、輝度調整用信号を表示した画面上での明暗差を抑えることで、黒レベル輝度を高く設定することを防止することができ、観視条件を統一してHDRの映像を主観評価することが可能になる。
[映像表示装置の構成]
まず、図1を参照して、本発明の実施形態に係る映像表示装置1の構成について説明する。
ここでは、映像表示装置1は、記憶手段10と、切替手段11と、輝度調整用信号生成手段12と、逆光電変換手段13と、色成分変換手段14と、表示手段15と、調整手段16と、を備える。
この記憶手段10には、ピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγ、コントラスト調整の値αおよびブライトネス調整の値βを予め定めた初期値で記憶し、調整手段16で調整された場合、その更新値もあわせて記憶する。
黒レベル輝度LBは、映像信号のレベル範囲における最小レベル(E′=0)の映像信号が入力されたときのディスプレイ(表示手段15)の輝度である。
例えば、表示手段15を、ピーク輝度LW=1000(cd/m2)、黒レベル輝度LB=0(cd/m2)のディスプレイとした場合、記憶手段10には、予めピーク輝度LWとして1000cd/m2、黒レベル輝度LBとして0cd/m2を初期値として設定しておく。
ブライトネス調整の値βは、表示手段15が表示する映像のブライトネス(明るさ、輝度)を調整するための調整値である。
このαおよびβは、ピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγから前記式(4)により求められる値であって、ピーク輝度LW=1000(cd/m2)、黒レベル輝度LB=0(cd/m2)、システムガンマγ=1.2の場合、α=50.69702849、β=0を、予め初期値として設定しておく。
切替手段11は、表示対象となった映像信号またはPLUGE信号を逆光電変換手段13に出力する。なお、ここでは、切替手段11から出力される信号(映像信号またはPLUGE信号)をE′で示す。
例えば、指定輝度入力手段12aは、表示手段15を介して設定画面を表示し、指定輝度を入力することとしてもよいし、図示を省略したスライダ等の輝度のレベルを変更する手段を介して、指定輝度を入力することとしてもよい。
この指定輝度入力手段12aは、指定輝度LREFを信号レベル算出手段12bに出力する。
この信号レベル算出手段12bは、HLG方式の伝達関数であるOOTFおよびOETFにより、指定輝度LREFに対応する信号レベルを算出する。
具体的には、信号レベル算出手段12bは、以下の式(6)および式(7)により、指定輝度LREFに対応する信号レベルE′を算出する。
前記式(6)は、伝達関数OOTF(前記式(3)参照)において、対象となる色が白黒の濃淡色であり、前記式(3)の色信号{RS,GS,BS}がそれぞれ同一であることから得られる式である。
そして、信号レベル算出手段12bは、前記式(7)により、信号レベルE′=0.629620322≒0.63を算出する。
信号レベル算出手段12bは、算出した指定輝度の信号レベルを、信号生成手段12cに出力する。
ここで、図2を参照して、信号生成手段12cが生成するPLUGE信号のパターンについて説明する。図2(a)は、PLUGE信号を、表示手段15の画面上に表示した画像であって、輝度の異なる各領域の位置は、図8と同じである。図2(b)は、図2(a)に示したPLUGE信号の輝度の異なる各領域の信号レベルを示す。
領域Aは、信号レベル算出手段12bで算出した信号レベルE′(例えば、0.63)に相当する輝度を表示する領域である。ここで、信号レベルE′=1のピーク白レベルは、8ビットシステムで画素値“235”に相当し、信号レベルE′=0の黒レベル輝度は、8ビットシステムで画素値“16”に相当する。すなわち、8ビットシステムであれば、領域Aは、画素値“154”に相当する。
すなわち、領域Bは、信号レベルE′=0(第1黒信号レベル)に相当する黒レベル輝度LBを表示する領域である。例えば、8ビットシステムであれば、画素値“16”に相当する。
領域C(C1,C2)は、信号レベルE′=+0.02(第2黒信号レベル)に相当する輝度を表示する領域である。例えば、8ビットシステムであれば、画素値“20”に相当する。この領域C(C1,C2)は、領域Bの黒レベル輝度よりもやや明るい。
なお、図2に示した領域の配置は一例であって、各領域の大きさや位置は、これに限定されるものではない。
このように、輝度調整用信号生成手段12は、PLUGE信号における最も輝度の高い白領域の映像信号の信号レベル(映像信号レベル)を、外部からの指示により設定することができる。
信号生成手段12cは、生成したPLUGE信号を切替手段11に出力する。すなわち、PLUGE信号は、切替手段11を経由して、逆光電変換手段13に出力される。
なお、信号E′は画素ごとにRGBの色信号{RS′,GS′,BS′}で構成され(E′={RS′,GS′,BS′})、逆光電変換手段13は、それぞれの色信号ごとに前記式(2)を演算し、シーン光に対応する色信号{RS,GS,BS}で構成されるリニア信号Eを生成する。
逆光電変換手段13は、変換後のリニア信号E{RS,GS,BS}を、色成分変換手段14に出力する。
この色成分変換手段14は、記憶手段10に記憶されているコントラスト調整の値α、ブライトネス調整の値βおよびシステムガンマγを用いて、色信号{RD,GD,BD}を生成する。このとき、色成分変換手段14は、記憶手段10に初期値のみが記憶されている場合は、初期値を用い、更新値が記憶されている場合は、更新値を用いて、色信号{RD,GD,BD}を生成する。
これによって、色成分変換手段14は、調整されたブライトネスおよびコントラストを反映した色信号を生成することができる。
色成分変換手段14は、生成した色信号{RD,GD,BD}を表示手段15に出力する。
具体的には、ブライトネス調整手段16aは、図示を省略したロータリーエンコーダ、スライダ等のレベル変更手段を介して、調整者によって変更された調整値(ブライトネス調整の値β)を入力する。そして、ブライトネス調整手段16aは、調整されたブライトネス調整の値βと黒レベル輝度LBとを更新値として記憶手段10に書き込み記憶する。なお、前記式(4)に示すように、ブライトネス調整の値βと、黒レベル輝度LBとは同じ値である。
具体的には、コントラスト調整手段16bは、図示を省略したロータリーエンコーダ、スライダ等のレベル変更手段を介して、調整者によって変更された調整値(コントラスト調整の値α)を入力する。そして、コントラスト調整手段16bは、調整されたコントラスト調整の値αを更新値として記憶手段10に書き込み記憶する。
なお、映像表示装置1は、コンピュータを、前記した各手段として機能させるためのプログラム(映像表示プログラム)で動作させることができる。
次に、本発明の実施形態に係る映像表示装置1の動作について説明する。ここでは、映像表示装置1の動作として、PLUGE信号を生成し、表示する動作と、輝度を調整する動作とに分けて説明する。
まず、図3を参照(構成については適宜図1参照)して、映像表示装置1のPLUGE信号を生成し、表示する動作について説明する。なお、記憶手段10には、予めピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγ、コントラスト調整の値αおよびブライトネス調整の値βが記憶されているものとする。
また、切替手段11は、PLUGE信号を逆光電変換手段13に出力するように切り替えられているものとする。
すなわち、信号レベル算出手段12bは、記憶手段10に記憶されているシステムガンマγ、コントラスト調整の値αおよびブライトネス調整の値βを用いて、前記式(6)および式(7)の連立方程式を解くことで、指定輝度LREFに対応する信号レベルE′を求める。
このとき、信号生成手段12cは、図2に示すように、映像信号の黒レベル輝度の信号レベルを“0”、ピーク白の輝度の信号レベルを“1”としたときに、黒レベル輝度の画像(領域B)上に、黒レベル輝度よりやや明るい“+0.02”の信号レベルの領域(領域C1,C2)と、黒レベル輝度よりやや暗い“−0.02”の信号レベルの領域(領域D1,D2)とを配置し、さらに、画面中央にステップS2で算出された信号レベルの白領域(領域A)を配置したPLUGE信号を生成する。
以上の動作によって、映像表示装置1は、PLUGE信号の最も輝度の高い白領域を外部から指定された輝度で表示することができる。
次に、図4を参照(構成については適宜図1参照)して、映像表示装置1の輝度調整動作について説明する。ここでは、PLUGE信号が画像として表示された状態で、黒レベル輝度を設定する動作について説明する。
すなわち、調整者は、図2に示す領域Aの最も輝度の高い白領域を観察しながら、領域Bと領域C(C1,C2)とは輝度差を識別できるが、領域Bと領域D(D1,D2)とは輝度差を識別できないように、輝度を調整する。
ステップS10の動作によって、ピーク輝度LWが変化するため、PLUGE信号の最も高い輝度も変化する。そこで、ステップS11では、調整者は、画面中央の白領域の輝度が設定した輝度(ブライトネス調整前の輝度)とほぼ同じになるように、コントラストを調整する。
以上、本発明の実施形態に係る映像表示装置1の構成および動作について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
(変形例1)
ここでは、輝度調整用信号生成手段(輝度調整用信号生成装置)12を、映像表示装置1の内部に備える構成とした。しかし、この輝度調整用信号生成手段12は、映像表示装置1から分離して構成してもよい。
例えば、図5に示すように、映像表示装置1から分離した輝度調整用信号生成手段12を、輝度調整用信号生成装置12Bとして構成してもよい。
ただし、指定輝度入力手段12Baは、輝度調整用信号生成装置12Bを独立した装置としたことに伴い、指定輝度LREFに加え、ピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγを入力する、あるいは、予め記憶しておくこととする。
ただし、信号レベル算出手段12Bbは、信号レベルを算出するために必要なピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγを、指定輝度入力手段12Baを介して取得する。そして、信号レベル算出手段12Bbは、ピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγから、前記式(4)により、コントラスト調整の値αおよびブライトネス調整の値βを算出する。
なお、信号レベル算出手段12Bbは、映像表示装置1Bと連携して、ピーク輝度LW、黒レベル輝度LB、システムガンマγ、コントラスト調整の値αおよびブライトネス調整の値βを、映像表示装置1Bから取得することとしてもよい。
この場合、映像表示装置1Bは、輝度調整時には、輝度調整用信号生成装置12Bと信号線で接続し、映像表示時には、図示を省略した映像信号を送信する機器と信号線で接続すればよい。もちろん、切替手段11を映像表示装置1Bの内部または外部に備えることで、映像信号またはPLUGE信号の切り替えを行うこととしてもよい。
また、ここでは、輝度調整用信号生成手段12(図1参照)や輝度調整用信号生成装置12B(図5参照)に、信号レベル算出手段12b,12Bbを備える構成とした。
しかし、信号レベル算出手段12b,12Bbが行う指定輝度の信号レベルの算出は、予め外部で算出しておくことも可能である。
すなわち、輝度調整用信号生成装置(輝度調整用信号生成手段)12Cは、信号レベル入力手段12dと、信号生成手段12cと、を備える構成とすればよい。信号生成手段12cは、図1で説明した信号生成手段12cと同じであるため、説明を省略する。
また、ここでは、指定輝度LREFをSDR表示装置のピーク白(=ピーク輝度)である100cd/m2とする例で説明した。
しかし、これは、あくまで、PLUGE信号の領域A(図2参照)の高輝度に起因して、黒レベル輝度が高く設定されることを防止するためで、必ずしもSDR表示装置のピーク白と同じ100cd/m2である必要はない。例えば、200cd/m2程度であっても十分その目的を達成することができる。
10 記憶手段
11 切替手段
12,12B,12C 輝度調整用信号生成手段(輝度調整用信号生成装置)
12a,12Ba 指定輝度入力手段
12b,12Bb 信号レベル算出手段
12c 信号生成手段
12d 信号レベル入力手段
13 逆光電変換手段
14 色成分変換手段
15 表示手段(ディスプレイ)
16 調整手段
16a ブライトネス調整手段
16b コントラスト調整手段
Claims (4)
- HLG方式でHDRの映像を表示する映像表示装置の輝度を調整するための輝度調整用信号を生成する輝度調整用信号生成装置であって、
前記輝度調整用信号を表示手段に表示したときの輝度調整の基準となる最も輝度の高い領域の輝度を指定輝度として入力する指定輝度入力手段と、
前記HLG方式の伝達関数である光−光伝達関数と光−電気伝達関数とにより、前記指定輝度に対応する映像信号の信号レベルを算出する信号レベル算出手段と、
前記表示手段の黒レベル輝度に対応する第1黒信号レベルの画像領域内に、前記信号レベル算出手段で算出した信号レベルの領域と、前記第1黒信号レベルを中心として予め定めたレベル差を有する第2黒信号レベルおよび第3黒信号レベルの各領域とを予め定めた位置に配置した前記輝度調整用信号を生成する信号生成手段と、
を備えることを特徴とする輝度調整用信号生成装置。 - HLG方式でHDRの映像を表示する映像表示装置の輝度を調整するための輝度調整用信号を生成する輝度調整用信号生成装置であって、
前記輝度調整用信号を表示手段に表示したときの輝度調整の基準となる最も輝度の高い領域の輝度に対応する映像信号の信号レベルを入力する信号レベル入力手段と、
前記表示手段の黒レベル輝度に対応する第1黒信号レベルの画像領域内に、前記信号レベル入力手段で入力した信号レベルの領域と、前記第1黒信号レベルを中心として予め定めたレベル差を有する第2黒信号レベルおよび第3黒信号レベルの各領域とを予め定めた位置に配置した前記輝度調整用信号を生成する信号生成手段と、
を備えることを特徴とする輝度調整用信号生成装置。 - コンピュータを、請求項1または請求項2に記載の輝度調整用信号生成装置として機能させるための輝度調整用信号生成プログラム。
- HLG方式でHDRの映像を表示する映像表示装置であって、
請求項1または請求項2に記載の輝度調整用信号生成装置と、
外部から入力される映像信号または前記輝度調整用信号生成装置で生成された輝度調整用信号を、前記HLG方式の光−電気伝達関数の逆関数により、シーン光に対応するリニア信号に変換する逆光電変換手段と、
前記逆光電変換手段で変換されたリニア信号を、前記HLG方式の光−光伝達関数により、表示光に対応する色信号に変換する色成分変換手段と、
前記色成分変換手段で変換された色信号を表示する表示手段と、
前記色成分変換手段における前記光−光伝達関数に用いるブライトネス調整およびコントラスト調整の各値を変更する調整手段と、
を備えることを特徴とする映像表示装置。
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