WO2010134600A1 - 輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラム - Google Patents

輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラム Download PDF

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video
light source
brightness
variability
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雄輔 小山
修 萬羽
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シャープ株式会社
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    • G09G2360/00—Aspects of the architecture of display systems
    • G09G2360/16—Calculation or use of calculated indices related to luminance levels in display data

Definitions

  • the present invention relates to a luminance control device capable of reducing power consumption by controlling the light source luminance of a backlight such as a liquid crystal panel, a display device using the same, a luminance control method, and a luminance control program.
  • a type of display in which the display panel for displaying an image does not emit light
  • a light source is disposed on the back of the display panel in order to provide brightness.
  • the light source occupies most of the power consumption. Therefore, monitoring the luminance fluctuation of the input video, detecting the timing when the luminance change is difficult to perceive due to human visual characteristics, and reducing the luminance of the light source according to the timing, it is considered to reduce the power consumption. It has been.
  • Patent Document 1 discloses a display device that can reduce power consumption by reducing brightness within a range that does not cause a sense of incongruity when the image is visually not significantly changed even when the brightness is reduced. Is described.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of four display images having different average luminance levels and peak luminance levels.
  • the display image 101 has a high average luminance level and a low peak luminance level
  • the display image 102 has a high average luminance level and a high peak luminance level
  • the display image 103 has a low average luminance level and a high peak luminance level.
  • the low display image and the display image 104 are display images having a low average luminance level and a high peak luminance level.
  • a display image having a low average luminance level and a high peak luminance level such as the display image 104, is low so that there is no significant visual change on the display screen even when the luminance is reduced. Considering this as a change image, this display image is detected to reduce the luminance.
  • Patent Document 1 has extremely limited opportunities for luminance reduction, and can be applied only to the display image 104 having a low average luminance level and a high peak luminance level. In this case, the effect of reducing power consumption is also limited.
  • the present invention provides a luminance control device that reduces power consumption by reducing the light source luminance of a backlight in accordance with the variability of the luminance of an image displayed on a display panel.
  • Display device, luminance control method, and luminance control program are included in the present invention.
  • the present invention relates to a luminance control device that controls the luminance of a light source that is a backlight of a display panel, and detects a luminance of an input video signal, and is detected by the video luminance detection unit.
  • Variability indicating the intensity of fluctuation of the video brightness using the video brightness storage unit that stores the video brightness for a certain period, the video brightness, and the video brightness history stored in the video brightness storage unit
  • a calculation unit that outputs a light source luminance control signal that determines the luminance of the light source determined from the video luminance and the variability.
  • the arithmetic unit is characterized in that when the variability is higher than a preset first predetermined value, the light source luminance is reduced regardless of the video luminance.
  • the calculation unit reduces the light source luminance when the variability is lower than a second predetermined value set in advance and the video luminance is higher than a first threshold.
  • the present invention includes an image processing unit that obtains a compensated video signal in which the video luminance is increased so as to compensate for the reduction in the light source luminance with respect to the video in which the light source luminance is reduced, and the arithmetic unit adjusts the luminance of the compensated video signal. Accordingly, the light source luminance is further reduced.
  • the present invention is characterized by including a synchronization processing unit that delays an input video signal in accordance with a delay caused by a light source luminance control process and synchronizes with the light source luminance control signal.
  • the calculation unit calculates the directionality of the fluctuation of the video luminance, and if the directionality of the fluctuation tends to decrease, the calculation unit increases the reduction amount of the light source luminance, and if the directionality of the fluctuation tends to increase, the light source It is characterized by refraining from a reduction in luminance.
  • the calculation unit calculates the directionality of the change in the video luminance, and when the change in the directionality of the change sequentially changes from an upward trend to a downward trend, the light source luminance reduction amount is increased. To do.
  • the calculation unit calculates the directionality of the change in the video luminance, and if the change directionality changes from a downward trend to no directionality and then an upward trend in order, refrain from reducing the light source luminance.
  • the present invention also includes the brightness control device, a display panel, a light source disposed in the vicinity of the display panel, and a light source control unit that controls the light source according to a light source brightness control signal from the brightness control device. And a display unit.
  • the present invention also relates to a brightness control method for controlling the brightness of a light source that is a backlight of a display panel, the brightness detecting method for detecting the brightness of an input video signal, and detection in the video brightness detecting step.
  • the intensity of fluctuation of the video brightness is stored using the video brightness storage step for storing the received video brightness for a certain period, the video brightness, and the video brightness history stored in the video brightness storage step.
  • the present invention is a brightness control program that causes a control device to execute the brightness control method.
  • the present invention by analyzing the variability of the video brightness, it is possible to reduce the light source brightness without giving a large visual change, and it is possible to increase the opportunity to reduce the light source brightness than before, It becomes possible to further reduce power consumption.
  • the luminance of the light source can be reduced and the power consumption can be reduced.
  • the luminance in addition to the light source luminance control, the luminance can be further reduced by taking the direction of the fluctuation into consideration, and the power consumption can be reduced.
  • the reduction of the light source luminance in accordance with the transition of the direction of variation it is possible to secure a contrast and realize an easy-to-view display without degrading the video quality.
  • the present invention reduces the luminance of a backlight light source arranged in the vicinity of a display panel that does not emit light in order to reduce power consumption.
  • the luminance of the image is analyzed to obtain the variability of the luminance, and the variability of the backlight is used to reduce the light source luminance of the backlight within a range where it is difficult to visually perceive.
  • FIG. 1 shows the relationship between the sensitivity of perceiving luminance change and the frequency of luminance change. Sensitivity for perceiving a luminance change indicates the minimum amount of luminance change that can be perceived by humans.
  • FIG. 1A shows a case where the display average luminance is low, and a high frequency (very rapid) variation in luminance is hardly perceived (range 5 in which it is difficult to perceive).
  • FIG. 1B shows a case where the display average luminance is high, and when the display average luminance is high, a high frequency (very rapid) variation and a low frequency (very gentle) variation are not easily perceived (range where it is difficult to perceive). 5).
  • the display image that can reduce the display brightness is detected and the light source brightness is reduced.
  • embodiments will be described.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the display device according to the first embodiment.
  • the display device 10 includes a display unit 20 and a luminance control unit 30.
  • the display unit 20 includes a display panel 21, a light source 22, and a light source control unit 23.
  • the luminance control unit 30 includes a video luminance detection unit 31, a video luminance storage unit 32, and a calculation unit 33.
  • the display panel 21 of the display unit 20 is a non-self-luminous display such as a liquid crystal and modulates the light from the light source 22 to display an image.
  • the light source 22 disposed on the back surface of the display panel 21 is generally called a backlight, and may be any type as long as it can adjust the luminance of a cold cathode tube, an LED, etc., and the type is not particularly selected.
  • the light source control unit 23 controls the luminance of the light source 22 based on the light source luminance control signal.
  • the light source luminance control signal is, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) signal.
  • the video luminance detection unit 31 of the luminance control unit 30 acquires information such as an average luminance level (APL; Average ⁇ ⁇ Picture ⁇ Level) and a luminance frequency distribution from the video signal, and represents the luminance of the video every time (luminance information). Is calculated.
  • the video signal is a video signal having luminance components (Y component and L component) such as YUV, YCbCr, YPbPr, L * u * v *, and L * a * b *.
  • a signal having no luminance component such as RGB
  • the video luminance storage unit 32 of the luminance control unit 30 is a memory that can accumulate a history of luminance information for a fixed period (several seconds to several tens of seconds).
  • a FIFO First In First Out having a structure in which the oldest value is erased when a new value is written is applied.
  • the predetermined period is derived from the adaptation time of the eye that can perceive a change in luminance.
  • the calculation unit 33 of the luminance control unit 30 has a calculation capability capable of realizing an algorithm described in detail later.
  • the outline of the processing is the range in which the luminance information detected by the video luminance detection unit 31 and the history of luminance information stored in the video luminance storage unit 32 are analyzed for video luminance variability and the light source luminance is difficult to perceive.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the calculation unit 33.
  • the calculation unit 33 includes a fluctuation detection unit 34 and a light source luminance determination unit 35.
  • the fluctuation detection unit 34 detects video luminance variability based on the current video luminance information detected by the video luminance detection unit 31 and the history of video luminance information stored in the video luminance storage unit 32. Output as fluctuation information.
  • the light source luminance determining unit 35 determines the light source luminance based on the luminance information of the current video detected by the video luminance detecting unit 31 and the fluctuation information output by the fluctuation detecting unit 34, and outputs it as a light source information control signal. .
  • the fluctuation detection unit 34 detects the “variability” of the video luminance such as how the current video luminance changes from the history of video luminance information stored in the video luminance storage unit 32, Is output as fluctuation information. That is, the variation information is information indicating whether the variability is low, medium, or high.
  • variable means the intensity of change in brightness and the ease of change, and includes the concept of the rate of change in brightness and the frequency of change in brightness. Therefore, “low variability” means that the change in video luminance is poor and the frequency of fluctuation is low. “High variability” means that the change in video luminance is abrupt and that the frequency of fluctuation is high. And, “medium variability” means the middle.
  • a variation accumulated value is used as an index indicating variability based on the current video luminance level (detected by APL or luminance frequency distribution) and the past video luminance level history.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of this variability derivation method.
  • ⁇ Define the time based on the number of frames and use this as the horizontal axis.
  • the vertical axis is the video brightness.
  • the current time detected by the video brightness detection unit 31 is the Nth frame, and the video brightness information for the M frames before that is stored in the video brightness storage unit 32 in the order detected by the video brightness detection unit 31. Stored as history.
  • a frame that is i frames before the Nth frame is defined as an Nith frame, and the video luminance of the frame is L [i].
  • the fluctuation accumulated value of M frames before the Nth frame is obtained.
  • a cumulative value of luminance lower than the luminance L [0] of the Nth frame is obtained. This is a negative difference sum, to be added if there is a change in the direction of brightness is increased occurs, if the increment accumulation value V i, the following equation.
  • the fluctuation detecting unit 34 determines the variability, an example of which will be described below.
  • the fluctuation reference unit is obtained in advance.
  • the fluctuation reference unit can be obtained by the following formula. For example, if the frame rate is 30 FPS, the accumulation time is 10 seconds, and the number of gradations is 256 gradations, the variation reference unit is 76800.
  • low variability means that the fluctuation accumulation value V is less than about 1 to 3% of the reference unit. In this case, for example, 76800 (variation reference unit) ⁇ 2% ⁇ 1500. Accordingly, assuming that the threshold value V1 for determining that “variability is low” is 1500, it is determined that “variability is low” when the accumulated cumulative value V is less than the threshold value V1.
  • FIG. 5A shows fluctuations in video luminance when “variability is small”.
  • “large variability” means that the accumulated fluctuation value V is about 10 to 15% or more of the reference unit. In this case, for example, 76800 (variation reference unit) ⁇ 13% ⁇ 10000. Accordingly, if the threshold value V2 for determining that “variability is large” is 10000, it is determined that “variability is large” when the accumulated variation value V is equal to or greater than the threshold value V2.
  • FIG. 5B shows a change in video luminance when “variability is large”.
  • FIG. 5C shows the fluctuation of the image brightness when “variability is medium”.
  • the variability is obtained from the video luminance history, but the present invention is not limited to this.
  • (1) dispersion of video luminance history values, (2) standard deviation of video luminance history values, (3) change rate by taking differentiation (difference) of video luminance history values, (4) Variability may be determined by obtaining a frequency component obtained by converting a history value of video luminance into a frequency domain representation by a method such as DFT or DCT.
  • the light source luminance determination unit 35 determines a reduction amount of the light source luminance based on the variation information output by the variation detection unit 34, and outputs a light source luminance control signal.
  • Table 1 shows the relationship between the variability of the image brightness and the reduction amount of the light source brightness. This is based on the aforementioned research by De Lange.
  • the magnification ⁇ of the light source luminance is a number of 1 or less.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a function for determining the light source luminance magnification ⁇ from the current video luminance L and the fluctuation accumulation value V.
  • this function if the video brightness L is constant, there is a relationship that the magnification ⁇ of the light source brightness decreases as the variability V increases from the middle level. Further, when the variability V is constant, there is a relationship that the magnification ⁇ of the light source luminance decreases as the video luminance L increases.
  • the light source luminance magnification ⁇ may be obtained from a matrix (lookup table) of the current video luminance L and the fluctuation accumulated value V.
  • control is performed by dividing the variability and the video brightness into three stages, but the control is not limited to this, and the control may be performed by further subdividing the variability and the video brightness.
  • the light source luminance magnification ⁇ is not limited to the values shown in FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a control processing procedure of the luminance control unit 30 according to the first embodiment.
  • the video luminance detection unit 31 detects the video luminance from the input video signal, and outputs luminance information to the fluctuation detection unit 34, the light source luminance determination unit 35, and the video luminance storage unit 32 of the calculation unit 33 (step S1).
  • the video brightness storage unit 32 stores brightness information and holds brightness information for a certain period as a video brightness history.
  • the fluctuation detection unit 34 of the calculation unit 33 acquires the video brightness history of a predetermined period stored in the video brightness storage unit 32 (step S2).
  • the fluctuation detection unit 34 of the calculation unit 33 detects variability based on the luminance information output from the video luminance detection unit 31 and the video luminance history before a certain period stored in the video luminance storage unit 32 (Ste S3).
  • the method for deriving variability is as described above.
  • the light source luminance determination unit 35 of the calculation unit 33 uses the fluctuation information (variability) output from the fluctuation detection unit 34 and the current video luminance information (video luminance) detected by the video luminance detection unit 31 to calculate the light source luminance. Reduce (step S4).
  • the reduction condition and the reduction amount based on the variability and the current video luminance are as described above.
  • the light source luminance determination unit 35 determines the light source luminance and outputs a light source luminance control signal to the light source control unit 23 of the display unit 20 (step S5).
  • FIG. 8 is a diagram comparing the light source luminance control of the display device of the first embodiment and the light source luminance control of the conventional display device.
  • a conventional display device does not have the luminance control unit 30 and does not perform light source luminance control.
  • the video brightness has high variability between times t1 and t2 (violently fluctuates and the frequency is high), and low variability between times t3 and t4 (less fluctuates and the frequency is low). Low), the variability is moderate between times t0-t1 and t2-t3.
  • the display device 10 controls the light source luminance according to, for example, the look-up table in Table 2 according to the video luminance variability. Therefore, since the variability is moderate between the times t0 to t1 and t2 to t3, the light source luminance is reduced within a range where it cannot be perceived when the video luminance is high.
  • the variability is high between the times t1 and t2, it is difficult to perceive regardless of the video luminance, so the light source luminance is reduced within a range where it cannot be perceived. Since the variability is low between times t3 and t4, the light source luminance is gradually reduced when the video luminance is high or medium.
  • the light source luminance is reduced based on the variability of the video luminance, and the opportunity for reducing the light source luminance is increased as compared with the conventional technology. Therefore, the power consumption is greatly reduced as compared with the conventional technology. There is an effect that can be done.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a display device according to the second embodiment.
  • the display device 40 includes a display unit 20 and a luminance control unit 50.
  • the display unit 20 includes a display panel 21, a light source 22, and a light source control unit 23 as in the first embodiment.
  • the luminance control unit 50 includes a coefficient determination unit 51 and an image processing unit 52 in addition to the video luminance detection unit 31, the video luminance storage unit 32, and the calculation unit 33 of the first embodiment.
  • the luminance of the light source is lowered and image processing for compensating for the reduction of the light source luminance is added to the video signal so that the change in luminance is less noticeable. That is, by performing image processing for increasing the video brightness on the video whose light source brightness is to be reduced, the images are canceled out to make it difficult to perceive the brightness reduction. Therefore, the light source luminance can be further reduced.
  • the coefficient determination unit 51 calculates a coefficient of image processing that compensates for a decrease in light source luminance from the video luminance (current value).
  • the image processing coefficient is ⁇
  • the original light source luminance is L normal
  • the reduced light source luminance is L reduce
  • the gamma value of the liquid crystal panel is ⁇
  • the image processing unit 52 Based on the image processing coefficient ⁇ determined by the coefficient determining unit 51, the image processing unit 52 performs image processing for compensating for the decrease in light source luminance, and outputs a compensated video signal.
  • the video signal input to the image processing unit 52 is Y in and the compensated video signal output from the image processing unit 52 is Y out , the following equation is established.
  • Y out ⁇ Y in
  • the image processing coefficient ⁇ is a number of 1 or more.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a control processing procedure of the luminance control unit 50 according to the second embodiment.
  • the processing from steps S11 to S15 is the same as steps S1 to S5 in FIG.
  • the coefficient determination unit 51 determines the image processing coefficient ⁇ as described above based on the luminance information output from the video luminance detection unit 31 (step S16).
  • the image processing unit 52 performs compensation processing on the video signal according to the determined image processing coefficient ⁇ , and outputs it to the display panel 21 of the display unit 20 (step S17).
  • FIG. 11 is a diagram comparing light source luminance control (without light source control) of a conventional display device, light source luminance control of a display device that performs conventional luminance compensation, and light source luminance control of the display device of the second embodiment.
  • a display device that performs conventional brightness compensation is a display device that does not have the video brightness storage unit 32 in the second embodiment, and the calculation unit does not perform light source brightness control according to variability.
  • the video luminance has high variability between times t1 and t2 (violently fluctuates and the frequency is high), and low variability between times t3 and t4 (there is little fluctuation and the frequency is low). ), The variability is moderate between times t0-t1 and t2-t3.
  • the light source luminance of a conventional display device (without luminance control) is a dotted line
  • the light source luminance of a conventional display device for image luminance compensation image processing is a dashed line
  • the light source luminance of the display device of the second embodiment is a solid line. It is represented by The light source luminance of a display device that only performs image luminance compensation image processing controls the light source luminance in proportion to the video luminance. In the second embodiment, however, image processing for compensating for light source luminance reduction is performed. Therefore, even if it is further reduced, it is difficult to perceive. Accordingly, it is possible to further reduce power consumption.
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a display device according to the third embodiment.
  • the display device 60 includes a display unit 20 and a luminance control unit 70.
  • the display unit 20 includes a display panel 21, a light source 22, and a light source control unit 23 as in the first embodiment.
  • the luminance control unit 70 includes a synchronization processing unit 71 in addition to the video luminance detection unit 31, the video luminance storage unit 32, and the calculation unit 33 of the first embodiment.
  • the luminance control of the light source includes a slight delay with respect to video input. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 13B, in order to reduce the influence, a synchronization processing unit (frame buffer) 71 for adjusting the output timing with the light source luminance by delaying the video signal is added. This is the configuration.
  • FIG. 14 is a flowchart illustrating a control processing procedure of the luminance control unit 70 according to the third embodiment.
  • the processing from step S21 to S25 is the same as that from step S1 to S5 in FIG.
  • the synchronization processing unit 71 delays the video signal so as to be synchronized with the light source luminance control signal in step S25 (step S26).
  • the synchronization processing unit 71 is added to the luminance control unit 30 of the first embodiment, but even if the synchronization processing unit 71 is added to the luminance control unit 50 of the second embodiment. I do not care.
  • the synchronization processing unit 71 is disposed after the image processing unit 52, and the synchronization processing is performed on the video that has been subjected to the video luminance signal compensation processing.
  • the display device of the fourth embodiment is the same as the configuration of FIG. 2, but the light source luminance control method of the calculation unit 33 is different.
  • the fluctuation detecting unit 34 calculates the directionality of the video luminance change in addition to the video luminance variability
  • the light source luminance determining unit 35 uses the light source luminance control.
  • a difference value D between an older value (for example, the oldest history value) in the luminance history and a new value (for example, the current value) in the luminance history is calculated, and directionality is determined.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating the directionality of the change in video luminance depending on the oldest history value and the current value.
  • FIG. 15A shows that the direction of change in the past luminance history tends to increase toward the current frame
  • FIG. 15B shows the direction of change in the past luminance history toward the current frame. Indicates a downward trend.
  • Difference value D current value ⁇ oldest history value, as shown in FIG. 15 (a)
  • Difference value D current value ⁇ oldest history value, as shown in FIG. 15 (a)
  • the difference value is positive, it tends to increase
  • the difference value D is negative
  • FIG. 15 (b) It is a trend.
  • the direction of change is calculated very easily, but in the case of more strict determination, it is performed as follows.
  • the determination condition for the image brightness as shown in FIG. 15A is that the incremental cumulative value V i >>> the decrement cumulative value V d , and the luminance value L [0] >> luminance value L [M ]. That is, the increment cumulative value (total negative difference) V i is much larger than the decrement cumulative value (positive difference total) Vd, and the luminance value L [M] of the NMth frame is the luminance of the current Nth frame. It is much lower than the value L [0].
  • the incremental cumulative value Vi ⁇ decrease cumulative value Vd and the luminance value L [0] ⁇ luminance value L [M]. is there. That is, the increment cumulative value (total negative difference) V i is extremely smaller than the decrement cumulative value (positive difference total) Vd, and the luminance value L [M] of the NMth frame is the luminance of the current Nth frame. It is much higher than the value L [0].
  • the direction of change determines “upward trend” and “downward trend” according to the above conditions. In all other cases, “no directionality” is assumed.
  • the light source luminance determination unit 35 performs light source luminance control as follows based on the directionality of the video luminance fluctuation. According to the Weber-Fefner rule described above, the change in luminance is less noticeable when the original image luminance is higher. Therefore, in the case of a downward trend, since the luminance value L [M] of the NM frame is high, the luminance change is not conspicuous, and the amount of reduction is increased compared to the cases of the first and second embodiments. On the other hand, in the case of an upward trend, the luminance value L [M] of the NM frame is low, so that the luminance change is conspicuous and the reduction amount is suppressed.
  • An example of the light source luminance control is shown in Table 3.
  • FIG. 16 is a flowchart illustrating a control processing procedure of the luminance control unit 30 in the fourth embodiment.
  • the video luminance detection unit 31 detects the video luminance from the input video signal and outputs luminance information to the fluctuation detection unit 34 and the light source luminance determination unit 35 of the calculation unit 33 and the video luminance storage unit 32 (step S31).
  • the video brightness storage unit 32 stores brightness information and holds brightness information for a certain period as a video brightness history.
  • the fluctuation detection unit 34 of the calculation unit 33 acquires the video luminance history of a predetermined period stored in the video luminance storage unit 32 (step S32).
  • the variation detection unit 34 of the calculation unit 33 variability and variation directionality based on the luminance information output from the video luminance detection unit 31 and the video luminance history before a certain period stored in the video luminance storage unit 32. Is detected (step S33).
  • the derivation method for variability is as described in the first embodiment, and the derivation method for variability is as described above.
  • the light source luminance determination unit 35 of the calculation unit 33 uses the fluctuation information (variability) output from the fluctuation detection unit 34 and the current video luminance information (video luminance) detected by the video luminance detection unit 31 to calculate the light source luminance. To reduce. Further, as described in Table 3, the light source luminance is further reduced based on the variability and the directionality (step S34).
  • the light source luminance determination unit 35 determines the light source luminance and outputs a light source luminance control signal to the light source control unit 23 of the display unit 20 (step S35).
  • the power consumption can be reduced by further reducing the light source luminance based on the changing directionality.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the control of the light source luminance by the transition of the change direction of the video luminance.
  • the light source luminance determining unit 35 changes the control according to the change in directionality. That is, in the case of a transition of “upward trend ⁇ no direction ⁇ downward trend” (81 in FIG. 17), it can be estimated that the peak is a high-intensity peak (the mountain portion in FIG. 17), so the reduction amount is refrained in order to ensure contrast 83 of FIG.
  • FIG. 18 is a flowchart illustrating a control processing procedure of the luminance control unit 30 according to the fifth embodiment.
  • the video luminance detection unit 31 detects the video luminance from the input video signal and outputs luminance information to the fluctuation detection unit 34 and the light source luminance determination unit 35 of the calculation unit 33 and the video luminance storage unit 32 (step S41).
  • the video brightness storage unit 32 stores brightness information and holds brightness information for a certain period as a video brightness history.
  • the fluctuation detection unit 34 of the calculation unit 33 acquires the video luminance history before a certain period stored in the video luminance storage unit 32 (step S42).
  • the variation detection unit 34 of the calculation unit 33 variability and variation directionality based on the luminance information output from the video luminance detection unit 31 and the video luminance history before a certain period stored in the video luminance storage unit 32. Is detected (step S43).
  • the method for deriving the variability is as described in the first embodiment, and the method for deriving the transition of the variation direction is as described above.
  • the light source luminance determination unit 35 of the calculation unit 33 uses the fluctuation information (variability) output from the fluctuation detection unit 34 and the current video luminance information (video luminance) detected by the video luminance detection unit 31 to calculate the light source luminance. To reduce. Further, the light source luminance is adjusted to ensure the contrast based on the transition of the variability and the variation directionality (step S44).
  • the light source luminance determining unit 35 determines the light source luminance and outputs a light source luminance control signal to the light source control unit 23 of the display unit 20 (step S45).
  • the light source luminance is adjusted based on the transition of the variation directionality, it is possible to provide a high-quality image that is easy to view while ensuring contrast.
  • each unit of the luminance control unit 30 may be configured by a processor, a logic circuit, or the like and processed in hardware, or the processor may execute processing of each unit by reading a program.

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Abstract

表示パネルに表示される映像の輝度変化の激しさや変わりやすさを意味する変動性に応じて、バックライトの光源輝度を低減することにより、消費電力の低減を図る。 本発明に係る輝度制御装置では、変動性が中程度であるときは（時刻ｔ０～ｔ１及びｔ２～ｔ３）、映像輝度が高い場合に光源輝度を低減し、変動性が高いときは（時刻ｔ１～ｔ２）、映像輝度に関わらず、光源輝度を低減し、また、変動性が低いときは（時刻ｔ３～ｔ４）、映像輝度が高い場合や中程度の場合に、徐々に光源輝度を低減する。

Description

輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラム
　本発明は、液晶パネル等のバックライトの光源輝度を制御することにより消費電力を低減できる輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラムに関する。
　近年、映像を表示する表示パネル自体が発光しないタイプのディスプレイ（液晶パネル等）が普及しており、このタイプのディスプレイにおいては輝度を付与するため、表示パネルの背面に光源を配している。このようなディスプレイでは、消費電力の大部分は光源が占める。そこで、入力映像の輝度変動をモニタし、人間の視覚特性上、輝度の変化が知覚されにくいタイミングを検出し、そのタイミングに合わせて光源の輝度を下げることにより、消費電力を低く抑えることが考えられている。
　特許文献１には、輝度を低下させても視覚的に大きな変化がない画像である場合には、視覚的に違和感のない範囲で輝度を減少させて、消費電力を低減することができる表示装置が記載されている。
　図１９は、平均輝度レベルおよびピーク輝度レベルが異なる４つの表示画像の例を示す図である。表示画像１０１は平均輝度レベルが高くかつピーク輝度レベルが低い表示画像、表示画像１０２は平均輝度レベルが高くかつピーク輝度レベルが高い表示画像、表示画像１０３は平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが低い表示画像、表示画像１０４は平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが高い表示画像である。特許文献１の技術では、これらの画像のうち表示画像１０４のように平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが高い表示画像を、輝度を下げても表示画面上において視覚的に大きな変化がない低変化画像と見なし、この表示画像を検出して輝度を低減する。
特開２００１－７５５２９号公報
　しかしながら、特許文献１の制御では、輝度低減の機会が極めて限定的であり、平均輝度レベルが低くかつピーク輝度レベルが高い表示画像１０４にしか適用できない。これでは、消費電力の低減の効果も限定的である。
　本発明は、斯かる実情に鑑み、表示パネルに表示される映像の輝度の変動性に応じて、バックライトの光源輝度を低減することにより、消費電力の低減を図る輝度制御装置、これを用いた表示装置、輝度制御方法及び輝度制御プログラムを提供しようとするものである。
　本発明は、表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御装置であって、入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出部と、前記映像輝度検出部にて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶部と、前記映像輝度と、前記映像輝度記憶部に記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算部と、を備えることを特徴とするものである。
　また前記演算部は、前記変動性が予め設定した第１の所定値より高い場合、前記映像輝度にかかわらず光源輝度を低減することを特徴とする。
　また前記演算部は、前記変動性が予め設定した第２の所定値より低い場合で、且つ前記映像輝度が第１の閾値より高い場合には、光源輝度を低減することを特徴とする。
　また、本発明は、光源輝度を低減する映像に対し光源輝度低下を補償するよう映像輝度を増加させた補償映像信号を得る画像処理部を備え、前記演算部は、前記補償映像信号の輝度に応じて光源輝度をさらに低減させることを特徴とする。
　また、本発明は、光源輝度の制御処理による遅延に応じて入力映像信号を遅延して光源輝度制御信号と同期させる同期処理部を備えたことを特徴とする。
　また、前記演算部は、前記映像輝度の変動の方向性を算出し、変動の方向性が下降傾向の場合は、光源輝度の低減量を増やし、変動の方向性が上昇傾向の場合は、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする。
　また、前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性の推移が、上昇傾向から下降傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を増加させることを特徴とする。
　また、前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性が、下降傾向から方向性なし、上昇傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする。
　また、本発明は、前記輝度制御装置と、表示パネルと該表示パネルの近傍に配置された光源と該光源を前記輝度制御装置からの光源輝度制御信号に応じて制御する光源制御部とを備えた表示部と、を備える表示装置である。
　また、本発明は、表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御方法であって、入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出ステップと、前記映像輝度検出ステップにて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶ステップと、前記映像輝度と、前記映像輝度記憶ステップにて記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算ステップと、を備えることを特徴とするものである。
　また、本発明は、前記輝度制御方法を制御装置に実行させる輝度制御プログラムである。
　本発明によれば、映像輝度の変動性を解析することで、視覚的に大きな変化を与えず光源輝度を低減することができ、従来よりも光源輝度を低減する機会を増やすことができるので、消費電力をさらに削減することが可能となる。
　特に、先行技術に比べ、全体的に明るいシーンの続く映像に対しても、変動性が高ければ、光源輝度を低減し、消費電力を削減できる。
　また、本発明によれば、この光源輝度制御に加え、変動の方向性を加味してさらなる輝度の低減を図って、消費電力の削減ができる。また、変動の方向性の推移に応じて、光源輝度の低減を調整することにより、コントラストを確保して、映像品質を落とさずに見やすい表示を実現できる。
Ｄｅ　Ｌａｎｇｅの研究における輝度変化を知覚する感度と輝度変化の周波数の関係を示す図である。 第１の実施形態における表示装置を示すブロック図である。 演算部の構成を示すブロック図である。 変動性導出法の説明図である。 各映像輝度の変動における変動性の判定結果を示す図である。 現在の映像輝度Ｌと変動累積値Ｖから光源輝度倍率αを決定する関数の一例を示す図である。 第１の実施形態における輝度制御部の制御処理手順を示すフローチャートである。 第１の実施形態の表示装置の光源輝度制御と従来の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。 第２の実施形態における表示装置を示すブロック図である。 第２の実施形態における輝度制御部５０の制御処理手順を示すフローチャートである。 従来の表示装置の光源輝度制御（光源制御なし）、従来の輝度補償を行う表示装置の光源輝度制御、第２の実施形態の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。 第３の実施形態における表示装置を示すブロック図である。 入力画像に対する光源輝度制御処理の遅延処理を説明する図である。 第３の実施形態における輝度制御部の制御処理手順を示すフローチャートである。 最も古い履歴値と現在値による映像輝度の変化の方向性を示す図である。 第４の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。 映像輝度の変動方向性の推移による光源輝度の制御を説明する図である。 第５の実施形態における輝度制御部の制御処理手順を示すフローチャートである。 従来の輝度制御における平均輝度レベルおよびピーク輝度レベルが異なる４つの表示画像の例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
　本発明は、消費電力を抑えるために、自発光を行わない表示パネルの近傍に配置されたバックライト用光源の輝度を低減するものである。この際、映像輝度を解析して輝度の変動性を求めて、この変動性を用いてバックライトの光源輝度を視覚的に知覚されにくい範囲で低減するものである。
　一般に、輝度と人間の輝度変化に対する知覚に関しては、以下の法則や研究が知られている。
（１）ウェーバー・フェフナーの法則
　人間が知覚できる刺激の最小の変化量ΔＳは元の刺激の大きさＳに比例する。従って、全体の輝度が高いほど微小な輝度低下は知覚されにくい。
　ΔＳ＝ｋＳ
（２）Ｄｅ　Ｌａｎｇｅの研究
　図１には、輝度変化を知覚する感度と輝度変化の周波数の関係を示す。輝度変化を知覚する感度とは、人間が知覚できる輝度変化の最小量を示す。図１（ａ）は、表示平均輝度が低い場合を示し、輝度の高周波（極めて急速な）の変動は知覚されにくい（知覚されにくい範囲５）。図１（ｂ）は、表示平均輝度が高い場合を示し、表示平均輝度が高い場合、高周波数(極めて急速な)の変動と低周波数（極めてゆるやかな）変動は知覚されにくい（知覚されにくい範囲５）。
　以上の原理を利用して、表示輝度を低減できる表示映像を検出して光源輝度の低減を行う。以下に、実施形態について説明を行う。
＜第１の実施形態＞
　図２は、第１の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
　表示装置１０は、表示部２０と、輝度制御部３０とを備える。表示部２０は、表示パネル２１、光源２２、光源制御部２３から構成される。輝度制御部３０は、映像輝度検出部３１、映像輝度記憶部３２、演算部３３から構成される。
　表示部２０の表示パネル２１は、液晶などの非自発光のディスプレイであり、光源２２からの光を変調して映像を表示する。表示パネル２１の背面に配置される光源２２は、一般的にバックライトと呼ばれているものであり、冷陰極管，ＬＥＤ等の輝度を調節可能なものであればよく、特に種類は選ばない。光源制御部２３は、光源２２の輝度を光源輝度制御信号に基づいて制御する。光源輝度制御信号は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号などである。
　輝度制御部３０の映像輝度検出部３１は、映像信号から平均輝度レベル（ＡＰＬ；Average Picture Level）や輝度の度数分布等の情報を取得し、時間毎に映像の輝度を表す情報（輝度情報）を算出する。ここで、映像信号とは、ＹＵＶ、ＹＣｂＣｒ、ＹＰｂＰｒ、Ｌ＊ｕ＊ｖ＊、Ｌ＊ａ＊ｂ＊等の輝度成分（Ｙ成分やＬ成分）を持つ映像信号である。ＲＧＢ等の輝度成分を持たない信号の場合は、上記映像信号に変換を行った上で処理を行う。
　輝度制御部３０の映像輝度記憶部３２は、一定（数秒～数十秒程度）期間の輝度情報の履歴を蓄積できるメモリである。新しい値が書き込まれると最も古い値が消去される構造のＦＩＦＯ（First In First Out）を適用する。前記一定期間は、輝度変化を知覚できる目の順応時間から導いたものである。
　輝度制御部３０の演算部３３は、詳しくは後述するアルゴリズムを実現することができる演算能力を持つものである。その処理概略は、映像輝度検出部３１により検出された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶された輝度情報の履歴とにより、映像輝度の変動性を解析し、光源輝度を知覚されにくい範囲で低減する光源輝度制御信号を出力することである。
　図３は、演算部３３の構成を示すブロック図である。
　演算部３３は、変動検出部３４と、光源輝度決定部３５とから構成される。変動検出部３４は、映像輝度検出部３１が検出した現在の映像の輝度情報と、映像輝度記憶部３２が記憶している映像の輝度情報の履歴に基づいて映像輝度の変動性検出を行い、変動情報として出力する。光源輝度決定部３５は、映像輝度検出部３１が検出した現在の映像の輝度情報と、変動検出部３４が出力した変動情報とに基づいて、光源輝度を決定し、光源情報制御信号として出力する。
　演算部３３における光源輝度の決定処理について説明する。
　変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２が記憶している映像の輝度情報の履歴から現在の映像輝度がどうのように変動しているか、という映像輝度の「変動性」を検出し、それを変動情報として出力する。すなわち、変動情報とは、変動性が低いのか、中程度なのか、高いのかを示す情報である。
　ここで、「変動性」とは、輝度変化の激しさ、変わりやすさを意味し、輝度の変化の割合や輝度変化の周波数の概念を含むものである。従って、「変動性が低い」とは、映像輝度の変化が乏しいということであり、また変動の周波数が低いことを意味する。「変動性が高い」とは、映像輝度の変化が急激であるということであり、また変動の周波数が高いことを意味する。そして、「変動性が中程度」とは、その中間を意味する。
　変動検出部３４における変動性の導出方法としては、例えば、現在の映像輝度レベル（ＡＰＬや輝度の度数分布で検出）と過去の映像輝度レベルの履歴を元に変動性を表す指標として変動累積値を計算する。図４は、この変動性導出法の説明図である。
　フレーム数を基に時刻を定義し、これを横軸とする。縦軸を映像輝度とする。映像輝度検出部３１にて検出した現在時刻を第Ｎフレームとし、それより以前のＭ個のフレームに対する映像輝度の情報が、映像輝度検出部３１にて検出された順に、映像輝度記憶部３２に履歴として格納されている。ここで、第Ｎフレームからｉフレームだけ以前のフレームを第Ｎ－ｉフレームとし、そのフレームの映像輝度をＬ［ｉ］とする。
　第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］を基準に、第Ｎフレーム以前のＭ個のフレームの変動累積値を求める。
　まず、第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］よりも低い輝度の累積値を求める。これは負の差分合計であり、輝度が増加する方向の変動が生じた場合に加算されるため、増分累積値Ｖｉとすると、以下の式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　次に、第Ｎフレームの輝度Ｌ［０］よりも高い輝度の累積値を求める。これは正の差分合計であり、輝度が減少する方向の変動が生じた場合に加算されるため、減分累積値Ｖｄとすると、以下の式となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　これらを足したものが変動累積値Ｖとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　こうして求めた変動累積値Ｖに基づいて、変動検出部３４が変動性について判断を行うのであるが、その一例を以下に説明する。
　まず、変動基準単位を予め求めておく。変動基準単位は以下の式により求めることができる。
　　変動基準単位＝フレームレート×蓄積時間×階調数
　例えば、フレームレートが３０ＦＰＳ、蓄積時間が１０秒、階調数が２５６階調の場合、変動基準単位は７６８００となる。
　ここで、「変動性が小」とは、変動累積値Ｖが基準単位の１～３％程度未満であるとする。その場合、例えば、７６８００（変動基準単位）×２％≒１５００となる。従って、「変動性が小」と判断する閾値Ｖ１を１５００とすると、変動累積値Ｖが閾値Ｖ１未満の場合に「変動性が小」と判断する。図５（ａ）に「変動性が小」の場合の映像輝度の変動を示す。
　また、「変動性が大」とは、変動累積値Ｖが基準単位の１０～１５％程度以上であるとする。その場合、例えば、７６８００（変動基準単位）×１３％≒１００００となる。従って、「変動性が大」と判断する閾値Ｖ２を１００００とすると、変動累積値Ｖが閾値Ｖ２以上の場合に「変動性が大」と判断する。図５（ｂ）に「変動性が大」の場合の映像輝度の変動を示す。
　そして、「変動性が小」と、「変動性が大」との間を「変動性が中程度」とする。従って、「変動性が中程度」は、変動累積値Ｖが上記閾値Ｖ１，Ｖ２の間の範囲である。図５（ｃ）に「変動性が中程度」の場合の映像輝度の変動を示す。
　なお、本実施形態では映像輝度の履歴からその変動性を求めたが、これに限定されるわけではない。例えば、（１）映像輝度の履歴値についての分散、（２）映像輝度の履歴値についての標準偏差、（３）映像輝度の履歴値を微分（差分）を取ることによる変化速度、（４）映像輝度の履歴値をＤＦＴ、ＤＣＴ等の方法で周波数領域表現に変換することによる周波数成分、等を求めて変動性を判定してもよい。
　光源輝度決定部３５は、変動検出部３４が出力した変動情報に基づいて、光源輝度の削減量を決定して、光源輝度制御信号を出力する。この映像輝度の変動性と光源輝度の削減量の関係を表１に示す。これは前述のＤｅ　Ｌａｎｇｅの研究に基づくものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　ここで、表１における光源輝度決定部３５が現在の輝度情報に基づいて行う輝度の高低判定の一例について述べる。
　まず、低輝度は、例えば、輝度値の表現可能範囲の２０％程度未満とする。従って、８ｂｉｔ＝２５６階調の場合、２５６×０．２≒５０となり、閾値Ｌ１＝５０未満の場合、低輝度とする。
　また、高輝度は、例えば、輝度値の表現可能範囲の６０％程度以上とする。従って、８ｂｉｔ＝２５６階調の場合、２５６×０．６≒１５０となり、閾値Ｌ２＝１５０以上の場合、高輝度とする。
　こうして、光源輝度決定部３５は、現在の映像輝度と変動性に基づいて下記の光源輝度を決定する。
　光源輝度の倍率αを、現在の映像輝度Ｌと、変動累積値Ｖの関数として定義すると、
　α＝ｆ（Ｌ，Ｖ）
となる。ここで、光源輝度の倍率αは１以下の数字である。
　図６は、現在の映像輝度Ｌと変動累積値Ｖから光源輝度倍率αを決定する関数の一例を示す図である。この関数においては、映像輝度Ｌが一定ならば、変動性Ｖが中程度から離れるほど、光源輝度の倍率αが小さくなるという関係がある。また、変動性Ｖが一定ならば、映像輝度Ｌが大きいほど、光源輝度の倍率αが小さくなるという関係がある。
　また、次の表２に示すような、光源輝度の倍率αを現在の映像輝度Ｌと変動累積値Ｖのマトリックス（ルックアップテーブル）により、光源輝度の倍率αを求めてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　なお、ここでは変動性及び映像輝度を３段階に分けて、制御を行っているが、これに限定されるわけではなく、変動性及び映像輝度をより細分化して制御を行ってよい。また、光源輝度の倍率αも図や表２の値に限定されるわけではない。
　図７は、第１の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
　映像輝度検出部３１は入力映像信号から映像輝度を検出して輝度情報を、演算部３３の変動検出部３４及び光源輝度決定部３５と、映像輝度記憶部３２とに出力する（ステップＳ１）。映像輝度記憶部３２は、輝度情報を格納し、一定期間分の輝度情報を映像輝度履歴として保持する。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴を取得する（ステップＳ２）。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴とに基づいて変動性を検出する（ステップＳ３）。変動性の導出方法は、上述した通りである。演算部３３の光源輝度決定部３５は、変動検出部３４から出力された変動情報（変動性）と、映像輝度検出部３１が検出した現映像輝度情報（映像輝度）を用いて、光源輝度を低減する（ステップＳ４）。ここで、変動性と現映像輝度に基づく低減条件と低減量は、上述の通りである。光源輝度決定部３５は、光源輝度を決定して、光源輝度制御信号を表示部２０の光源制御部２３に出力する（ステップＳ５）。
　図８は、第１の実施形態の表示装置の光源輝度制御と従来の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。従来の表示装置は、輝度制御部３０を持たず、光源輝度制御を行わない装置である。
　図８に示すように、映像輝度は、時刻ｔ１～ｔ２の間で変動性が高く（激しく変動し、周波数が高い）、時刻ｔ３～ｔ４の間では変動性が低く（変動が少なく、周波数が低い）、時刻ｔ０～ｔ１及びｔ２～ｔ３の間では、変動性は中程度である。
　従来の表示装置では、光源輝度を制御しないので映像輝度の変動性に関わらず、光源は常に一定の輝度である。図８では、従来の表示装置の光源輝度を一点鎖線で示し、この輝度を１００としている。これに対し、第１の実施形態である表示装置１０は、映像輝度の変動性に応じて、例えば表２のルックアップテーブルに従って光源輝度を制御する。従って、時刻ｔ０～ｔ１及びｔ２～ｔ３の間では、変動性は中程度であるので、映像輝度が高い場合に光源輝度を知覚できない範囲で低減する。また、時刻ｔ１～ｔ２の間では、変動性が高いので、映像輝度に関わらず知覚されにくいため、光源輝度を知覚できない範囲で低減する。時刻ｔ３～ｔ４の間では変動性が低いので、映像輝度が高い場合や中程度の場合に、徐々に光源輝度を低減する。
　こうして、本実施形態においては、映像輝度の変動性に基づいて光源輝度の低減を行い、従来技術に比較して光源輝度の低減機会が増加するので、従来に比較して消費電力を大幅に低減できるという効果を奏する。
＜第２の実施形態＞
　図９は、第２の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
　表示装置４０は、表示部２０と、輝度制御部５０とを備える。表示部２０は、第１の実施形態と同様に表示パネル２１、光源２２、光源制御部２３から構成される。輝度制御部５０は、第１の実施形態の映像輝度検出部３１、映像輝度記憶部３２、演算部３３に加えて、係数決定部５１と、画像処理部５２とから構成される。
　本実施形態においては、光源輝度を下げると共に、映像信号に対して、光源輝度の低下を補償するような画像処理を加え、輝度の変化をより目立たないようにする。すなわち、光源輝度を低減させる映像に対して、映像輝度を高くする画像処理を行うことにより、互いに相殺されて輝度低減を知覚しにくくする。従って、さらなる光源輝度の低減も可能となる。
　まず、係数決定部５１は、映像輝度（現在値）から光源輝度の低下を補償する画像処理の係数を算出する。画像処理係数をβ、本来の光源輝度をＬｎｏｒｍａｌ、低減した光源輝度をＬｒｅｄｕｃｅ、液晶パネルのガンマ値をγとすると、次式が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　係数決定部５１にて決定された画像処理係数βに基づいて、画像処理部５２が光源輝度の低下を補償する画像処理を行い、補償映像信号を出力する。画像処理部５２に入力される映像信号をＹｉｎ、画像処理部５２から出力される補償映像信号をＹｏｕｔとすると、以下の式が成り立つ。
　Ｙｏｕｔ＝βＹｉｎ
　なお、画像処理係数βは１以上の数字である。
　図１０は、第２の実施形態における輝度制御部５０の制御処理手順を示すフローチャートである。
　ステップＳ１１～Ｓ１５までの処理は、図７のステップＳ１～Ｓ５と同じなので説明は省略する。係数決定部５１は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報に基づいて、上述のように画像処理係数βを決定する（ステップＳ１６）。画像処理部５２は、決定された画像処理係数βに従って映像信号に補償処理を行ない、表示部２０の表示パネル２１に出力する（ステップＳ１７）。
　図１１は、従来の表示装置の光源輝度制御（光源制御なし）、従来の輝度補償を行う表示装置の光源輝度制御、第２の実施形態の表示装置の光源輝度制御を比較した図である。ここで、従来の輝度補償を行う表示装置は、第２の実施形態における映像輝度記憶部３２を持たない表示装置であり、演算部では変動性に応じた光源輝度制御を行わないものである。図８と同様に、映像輝度は、時刻ｔ１～ｔ２の間で変動性が高く（激しく変動し、周波数が高い）、時刻ｔ３～ｔ４の間では変動性が低く（変動が少なく、周波数が低い）、時刻ｔ０～ｔ１及びｔ２～ｔ３の間では、変動性は中程度である。
　図１１においては、従来の表示装置（輝度制御無し）の光源輝度を点線、映像輝度補償の画像処理の従来表示装置の光源輝度を一点鎖線、第２の実施形態の表示装置の光源輝度を実線で表している。映像輝度補償の画像処理のみの表示装置の光源輝度は、映像輝度に単純比例して光源輝度を制御しているが、第２の実施形態では、光源輝度低減を補償する画像処理を行っているので、それからさらに低減しても知覚しにくい。従って、さらなる消費電力低減を図ることができる。
＜第３の実施形態＞
　図１２は、第３の実施形態における表示装置を示すブロック図である。
　表示装置６０は、表示部２０と、輝度制御部７０とを備える。表示部２０は、第１の実施形態と同様に表示パネル２１、光源２２、光源制御部２３から構成される。輝度制御部７０は、第１の実施形態の映像輝度検出部３１、映像輝度記憶部３２、演算部３３に加えて、同期処理部７１から構成される。
　図１３（ａ）に示すように、過去の履歴情報を蓄積して使用するアルゴリズムの性質上、光源の輝度制御は映像の入力に対して若干の遅延を含む。そこで本実施形態は、図１３（ｂ）に示すように、その影響を軽減するため、映像信号にも遅延を与えて光源輝度との出力タイミングを調節する同期処理部（フレームバッファ）７１を追加した構成である。
　図１４は、第３の実施形態における輝度制御部７０の制御処理手順を示すフローチャートである。
　ステップＳ２１～Ｓ２５までの処理は、図７のステップＳ１～Ｓ５と同じなので説明は省略する。同期処理部７１は、ステップＳ２５における光源輝度制御信号に同期するように映像信号を遅延させる（ステップＳ２６）。
　こうして、光源輝度制御と入力映像信号にずれが生じて光源輝度の低減が知覚されることを防ぐことができる。
　第３の実施形態は、第１の実施形態の輝度制御部３０に同期処理部７１を加えたものであったが、第２の実施形態の輝度制御部５０に同期処理部７１を加えても構わない。この場合は、画像処理部５２の後に同期処理部７１を配置し、映像輝度信号の補償処理を行なった映像に対して、同期処理を行なう。
＜第４の実施形態＞
　第４の実施形態の表示装置は、図２の構成と同じであるが、演算部３３の光源輝度制御の方法が異なる。第４の実施形態においては、変動検出部３４が、映像輝度の変動性に加え映像輝度の変化の方向性を算出し、光源輝度決定部３５が光源輝度制御に利用する。輝度履歴の中で古い方の値（例えば最も古い履歴値）と輝度履歴の中で新しい方の値（例えば現在の値）との差分値Ｄを算出し、方向性を判断する。
　図１５は、最も古い履歴値と現在値による映像輝度の変化の方向性を示す図である。図１５（ａ）は過去の輝度履歴の変化の方向が現在のフレームに向けて上昇傾向にあることを示し、図１５（ｂ）は過去の輝度履歴の変化の方向が現在のフレームに向けて下降傾向にあることを示す。これは、図中の差分値Ｄの正負により、方向性を判断している。すなわち、
　差分値Ｄ＝現在値－最も古い履歴値
として、図１５（ａ）のように、差分値が正であれば上昇傾向、図１５（ｂ）のように、差分値Ｄが負であれば下降傾向である。これは極めて簡単に変動方向を算出しているが、より厳密に判定する場合は、次のように行う。
　図１５（ａ）のような映像輝度が上昇傾向にあるのを判断条件は、増分累積値Ｖｉ＞＞減分累積値Ｖｄ、かつ、輝度値Ｌ［０］＞＞輝度値Ｌ［Ｍ］である。すなわち、増分累積値（負の差分合計）Ｖｉが減分累積値（正の差分合計）Ｖｄより極めて多く、さらに第Ｎ－Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が現在の第Ｎフレームの輝度値Ｌ［０］より極めて低い。
　また、図１５（ｂ）のような映像輝度が下降傾向にあっては、増分累積値Ｖｉ＜＜減分累積値Ｖｄであり、かつ輝度値Ｌ［０］＜＜輝度値Ｌ［Ｍ］である。すなわち、増分累積値（負の差分合計）Ｖｉが減分累積値（正の差分合計）Ｖｄより極めて少なく、さらに第Ｎ－Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が現在の第Ｎフレームの輝度値Ｌ［０］より極めて高い。
　このように、変動方向性は、上記の条件により、「上昇傾向」と「下降傾向」を判定する。そして、これ以外は、すべて「方向性無し」とする。
　光源輝度決定部３５は、上記映像輝度変動の方向性に基づいて光源輝度制御を以下のように行う。
　前述したウェーバー・フェフナー則によれば、元の映像輝度が高い方が輝度の変化は目立ちにくい。そこで、下降傾向の場合は、Ｎ－Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が高いので、輝度変化が目立ちにくく、第１及び第２の実施形態の場合より削減量を増やす。一方、上昇傾向の場合は、Ｎ－Ｍフレームの輝度値Ｌ［Ｍ］が低いので、輝度変化が目立ちやすく、削減量を抑える。この光源輝度制御の一例を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　図１６は、第４の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
　映像輝度検出部３１は入力映像信号から映像輝度を検出して輝度情報を、演算部３３の変動検出部３４及び光源輝度決定部３５と、映像輝度記憶部３２とに出力する（ステップＳ３１）。映像輝度記憶部３２は、輝度情報を格納し、一定期間分の輝度情報を映像輝度履歴として保持する。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴を取得する（ステップＳ３２）。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴とに基づいて変動性と変動方向性を検出する（ステップＳ３３）。変動性の導出方法は、第１の実施形態に記載した通りであり、変動方向性の導出方法は上述した通りである。演算部３３の光源輝度決定部３５は、変動検出部３４から出力された変動情報（変動性）と、映像輝度検出部３１が検出した現映像輝度情報（映像輝度）を用いて、光源輝度を低減する。さらに、表３に記載したように変動性と変動方向性に基づいてさらに光源輝度を低減する（ステップＳ３４）。光源輝度決定部３５は、光源輝度を決定して、光源輝度制御信号を表示部２０の光源制御部２３に出力する（ステップＳ３５）。
　こうして、変動方向性に基づいてさらに光源輝度を低減することにより、消費電力を低減できる。
＜第５の実施形態＞
　また、光源輝度決定部３５の上記輝度変動の方向性に基づく輝度制御として別の例として第５の実施形態を説明する。
　図１７は、映像輝度の変動方向性の推移による光源輝度の制御を説明する図である。
　光源輝度決定部３５は、方向性の推移により制御を変更する。すなわち、「上昇傾向→方向なし→下降傾向」と推移する場合（図１７の８１）は、高輝度のピーク（図１７の山の部分）と推定できるので、コントラスト確保のため削減量を控える（図１７の８３）。一方、「下降傾向→方向なし→上昇傾向」と推移する場合は（図１７の８２）、低輝度のピーク（図１７の谷の部分）と推定できるので、コントラスト確保のため削減量を増やす（図１７の８４）。
　　図１８は、第５の実施形態における輝度制御部３０の制御処理手順を示すフローチャートである。
　映像輝度検出部３１は入力映像信号から映像輝度を検出して輝度情報を、演算部３３の変動検出部３４及び光源輝度決定部３５と、映像輝度記憶部３２に出力する（ステップＳ４１）。映像輝度記憶部３２は、輝度情報を格納し、一定期間分の輝度情報を映像輝度履歴として保持する。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴を取得する（ステップＳ４２）。演算部３３の変動検出部３４は、映像輝度検出部３１から出力された輝度情報と、映像輝度記憶部３２に記憶されている一定期間前の映像輝度履歴とに基づいて変動性と変動方向性の推移を検出する（ステップＳ４３）。変動性の導出方法は、第１の実施形態に記載した通りであり、変動方向性の推移の導出方法は上述した通りである。演算部３３の光源輝度決定部３５は、変動検出部３４から出力された変動情報（変動性）と、映像輝度検出部３１が検出した現映像輝度情報（映像輝度）を用いて、光源輝度を低減する。さらに、変動性と変動方向性の推移に基づいて光源輝度をコントラスト確保のため調整する（ステップＳ４４）。光源輝度決定部３５は、光源輝度を決定して、光源輝度制御信号を表示部２０の光源制御部２３に出力する（ステップＳ４５）。
　こうして、変動方向性の推移に基づいて光源輝度を調整するので、コントラストを確保して見やすく質の高い画像を提供することができる。
　ここで、輝度制御部３０の各部は、プロセッサ、論理回路等で構成してハード的に処理してもよいし、プログラムを読み込むことでプロセッサが各部の処理を実行してもよい。
１０　表示装置
２０　表示部
２１　表示パネル
２２　光源
２３　光源制御部
３０　輝度制御部
３１　映像輝度検出部
３２　映像輝度記憶部
３３　演算部
３４　変動検出部
３５　光源輝度決定部
４０　表示装置
５０　輝度制御部
５１　係数決定部
５２　画像処理部
６０　表示装置
７０　輝度制御部
７１　同期処理部

Claims (11)

  1. 　表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御装置であって、
    　入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出部と、
    　前記映像輝度検出部にて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶部と、
    　前記映像輝度と、前記映像輝度記憶部に記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算部と、
    を備えることを特徴とする輝度制御装置。
  2. 　前記演算部は、前記変動性が予め設定した第１の所定値より高い場合、前記映像輝度にかかわらず光源輝度を低減することを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
  3. 　前記演算部は、前記変動性が予め設定した第２の所定値より低い場合で、且つ前記映像輝度が第１の閾値より高い場合には、光源輝度を低減することを特徴とする請求項１に記載の輝度制御装置。
  4. 　光源輝度を低減する映像に対し光源輝度低下を補償するよう映像輝度を増加させた補償映像信号を得る画像処理部を備え、
    　前記演算部は、前記補償映像信号の輝度に応じて光源輝度をさらに低減させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の輝度制御装置。
  5. 　光源輝度の制御処理による遅延に応じて入力映像信号を遅延して光源輝度制御信号と同期させる同期処理部を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の輝度制御装置。
  6. 　前記演算部は、前記映像輝度の変動の方向性を算出し、変動の方向性が下降傾向の場合は、光源輝度の低減量を増やし、変動の方向性が上昇傾向の場合は、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の輝度制御装置。
  7. 　前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性の推移が、上昇傾向から下降傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を増加させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の輝度制御装置。
  8. 　前記演算部は、前記映像輝度の変化の方向性を算出し、変化の方向性が、下降傾向から方向性なし、上昇傾向と順に推移した場合、光源輝度の低減量を控えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の輝度制御装置。
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載の輝度制御装置と、
    　表示パネルと、該表示パネルの近傍に配置された光源と、該光源を前記輝度制御装置からの光源輝度制御信号に応じて制御する光源制御部とを備えた表示部と、
    を備える表示装置。
  10. 　表示パネルのバックライトである光源の輝度を制御する輝度制御方法であって、
    　入力された映像信号の輝度を検出する映像輝度検出ステップと、
    　前記映像輝度検出ステップにて検出された映像輝度を一定期間分だけ記憶する映像輝度記憶ステップと、
    　前記映像輝度と、前記映像輝度記憶ステップにて記憶された前記映像輝度の履歴とを用いて前記映像輝度の変動の激しさを示す変動性を検出し、前記映像輝度と前記変動性とから定めた前記光源の輝度を定める光源輝度制御信号を出力する演算ステップと、
    を備えることを特徴とする輝度制御方法。
  11. 　請求項１０の輝度制御方法を制御装置に実行させる輝度制御プログラム。
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