專利名稱：圖像信號處理裝置以及圖像信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在對數(shù)字輸入圖像信號進(jìn)行多色調(diào)顯示的顯示裝置中，改善色調(diào)不足引起的圖像質(zhì)量惡化的圖像信號處理裝置以及圖像信號處理方法。
背景技術(shù)：
在可顯示的色調(diào)少的顯示裝置中進(jìn)行多色調(diào)顯示的情況下，無法顯示明暗的平滑的變化，其結(jié)果，亮度階梯狀變化而出現(xiàn)等高線狀的情況，圖像質(zhì)量惡化。
例如，已知在如等離子體顯示板(PDP)或數(shù)字鏡設(shè)備(DMD)等那樣，通過將一個場分割為亮度權(quán)重不同的多個子場而將各個子場中的發(fā)光·非發(fā)光組合來顯示多色調(diào)的顯示裝置中，在運(yùn)動圖像部分發(fā)生稱作運(yùn)動畫面?zhèn)屋喞奶赜械脑肼?。為了防止該噪聲，有不使用容易發(fā)生運(yùn)動畫面?zhèn)屋喞纳{(diào)，而僅使用難以發(fā)生偽輪廓的色調(diào)(以下簡寫作“可使用色調(diào)”)進(jìn)行圖像顯示的方法。這里，為了使用可使用色調(diào)模擬地表現(xiàn)所有的色調(diào)，可以使用誤差擴(kuò)散法。例如，(日本)特開2000-276100號公報中公開了一種方法，包括將要顯示的色調(diào)變換為可使用色調(diào)的色調(diào)變換部件，在要顯示的色調(diào)不是可使用色調(diào)的情況下，將要顯示的色調(diào)變換為與該色調(diào)最接近的可使用色調(diào)，并將此時發(fā)生的誤差分配給周圍的像素而相加，從而僅使用可使用的色調(diào)模擬地顯示要顯示的色調(diào)。
這里，考慮成本或安裝的方面，使用SRAM等存儲元件作為色調(diào)變換部件較為有利，但SRAM的存取時間比較慢，在存取時間超過1數(shù)據(jù)期間(例如，1幀為852×480像素時，1數(shù)據(jù)期間約為41ns)的情況下，誤差不能擴(kuò)散到右邊相鄰的像素，所以這樣不能使用SRAM作為色調(diào)變換部件。
對于該問題，特開2000-276100號公報中公開了將圖像信號的次要位作為臨時誤差擴(kuò)散到右邊相鄰的像素的方法。
但是，根據(jù)上述方法，由于對右邊相鄰的像素擴(kuò)散的誤差不是正確的值，所以與正確進(jìn)行了誤差擴(kuò)散處理的情況相比，存在圖像質(zhì)量惡化的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述課題而完成，其目的在于提供一種圖像信號處理裝置以及圖像信號處理方法，即使在變換色調(diào)的部件的存取時間超過1數(shù)據(jù)期間的情況下，也可以進(jìn)行對右邊相鄰的像素正確地擴(kuò)散誤差的誤差擴(kuò)散處理。
本發(fā)明的圖像信號處理裝置，將M色調(diào)的輸入圖像信號變換為N色調(diào)(N＜M)的輸出圖像信號，并將由于變換而發(fā)生的誤差擴(kuò)散到對應(yīng)的像素的周圍的像素，從而模擬地顯示M色調(diào)，其特征在于具有第一加法部件，將在對于某一像素要擴(kuò)散的誤差之內(nèi)，在向相對于該像素的所述輸入圖像信號進(jìn)行擴(kuò)散的定時中來得及誤差計算的誤差，向所述輸入圖像信號擴(kuò)散；色調(diào)候補(bǔ)變換部件，將通過第一加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)變換為成為輸出圖像信號的色調(diào)的候補(bǔ)的多個色調(diào)候補(bǔ)；延遲部件，將通過第一加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號延遲；第二加法部件，將在相對于某一像素要擴(kuò)散的誤差之內(nèi)，在向相對于該像素的所述輸入圖像信號進(jìn)行擴(kuò)散的定時中來不及誤差計算的誤差，向通過所述延遲部件延遲了的圖像信號擴(kuò)散；色調(diào)選擇部件，基于通過第二加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)，從通過色調(diào)候補(bǔ)變換部件變換的多個色調(diào)候補(bǔ)中選擇一個色調(diào)作為輸出圖像信號；以及誤差計算部件，計算通過第二加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)，和通過色調(diào)選擇部件作為輸出圖像信號選擇了的色調(diào)的差分，作為由于變換而發(fā)生的誤差。


圖1是表示在本發(fā)明的實(shí)施方式的圖像信號處理裝置中的可使用色調(diào)和輸入圖像信號的色調(diào)的對應(yīng)的一例圖。
圖2是用于說明誤差擴(kuò)散處理的基本思路的圖。
圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的可使用的色調(diào)和輸入圖像信號的色調(diào)的對應(yīng)圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的圖像信號處理裝置的結(jié)構(gòu)的電路方框圖。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式中的色調(diào)選擇部件的一例電路方框圖。
圖6是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式中的圖像信號處理裝置的動作的時序圖。
圖7是表示本發(fā)明的其它的實(shí)施方式中的可使用的色調(diào)和輸入圖像信號的色調(diào)的對應(yīng)圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的一實(shí)施方式的圖像信號處理裝置。圖1是表示本實(shí)施方式的可使用的色調(diào)和輸入圖像信號的色調(diào)的對應(yīng)的一例圖。這樣，在本實(shí)施方式中，說明了可使用的色調(diào)為0、1、3、6、12、23、41、71、115、175、255，使用這11個色調(diào)表示從0到255的256色調(diào)。此外，說明了1幀由852×480像素構(gòu)成，1數(shù)據(jù)期間大約為41ns。但是本發(fā)明不限于這些數(shù)值。
首先說明本發(fā)明的圖像信號處理方法的思路。圖2是用于說明誤差擴(kuò)散處理的基本的思路的圖。如圖2A所示，關(guān)注某一像素P0，輸入對應(yīng)的圖像信號。此時，對關(guān)注像素P0的前一行的像素P1、P2、P3以及前一個像素P4的顯示誤差分別乘以加權(quán)系數(shù)k1、k2、k3以及k4，并將它們的合計與關(guān)注像素P0的輸入圖像信號相加。然后，比較該相加后的圖像信號和色調(diào)變換部件的數(shù)值，將最接近相加后的圖像信號的數(shù)值作為像素P0的輸出圖像信號輸出。同時，如圖2B所示，求上述相加后的圖像信號和輸出圖像信號的差作為顯示誤差，其結(jié)果，對關(guān)注像素P0的下一個像素P5和后一行的像素P6、P7、P8分別乘以加權(quán)系數(shù)k5(＝k4)、k6(＝k3)、k7(＝k2)、k8(＝k1)而擴(kuò)散。這里，各加權(quán)系數(shù)設(shè)定為k1+k2+k3+k4＝1的值，圖2表示k1＝k8＝1/16、k2＝k7＝5/16、k3＝k6＝3/16、k4＝k5＝7/16。
這里，對于前一行的像素P1、P2、P3直到求各個像素的顯示誤差，并乘以加權(quán)系數(shù)之后與關(guān)注像素P0相加為止，大約有一行區(qū)間的時間余量。一行區(qū)間為41ns×852像素＝約3.5μs，即使作為色調(diào)變換部件使用SRAM也有余量，而可以存取。但是，對于前一個像素P4直到求顯示誤差，并在乘以加權(quán)系數(shù)之后與關(guān)注像素P0相加為止，也僅有1數(shù)據(jù)期間的時間余量。
因此，本發(fā)明的實(shí)施方式中的圖像信號處理方法中，首先求對時間上有余量的像素、即前一行的像素P1、P2、P3的顯示誤差本別乘以加權(quán)系數(shù)k1、k2、k3的值，并將它們的合計與關(guān)注像素P0的輸入圖像信號相加。然后，將該相加后的圖像信號的色調(diào)變換為可使用的色調(diào)，但由于在該時刻沒有求左邊相鄰的像素P4的顯示誤差，所以變換為在加上了像素P4的誤差時可以變換的多個可使用的色調(diào)候補(bǔ)。然后，對在左邊相鄰的像素P4發(fā)生的誤差乘以加權(quán)系數(shù)k4，并與包含像素P1～P3的誤差的關(guān)注像素P0的圖像信號相加。然后，從多個色調(diào)候補(bǔ)中選擇與該圖像信號的色調(diào)最接近的色調(diào)，并作為關(guān)注像素P0的圖像信號輸出，同時計算顯示誤差并擴(kuò)散到周圍的像素P5～P8。
圖3是表示本實(shí)施方式中的可使用的色調(diào)候補(bǔ)和輸入圖像信號的色調(diào)的對應(yīng)的圖，在本實(shí)施方式中，將輸入圖像信號的色調(diào)變換為三個色調(diào)候補(bǔ)。例如，在與關(guān)注像素P0對應(yīng)的輸入圖像信號和在一行上的三個像素P1～P3發(fā)生的誤差相加后的值為‘20’的情況下，作為色調(diào)候補(bǔ)而輸出‘12’、‘23’、‘41’的三個色調(diào)。然后，在左邊相鄰的像素P4發(fā)生的誤差例如為‘16’的情況下，對‘16’乘以‘7/16’，并將其結(jié)果‘7’與‘20’相加而成為‘27’，最后輸出與‘27’最接近的‘23’作為關(guān)注像素P0的輸出圖像信號而輸出。然后，將作為‘27’和‘23’的差分的‘4’作為誤差向周圍的像素P5～P8擴(kuò)散。
這樣，像SARM那樣，即使使用存取時間超過1數(shù)據(jù)期間的存儲元件作為色調(diào)候補(bǔ)變換部件，也可以進(jìn)行對右邊相鄰的像素正確地擴(kuò)散誤差的誤差擴(kuò)散處理。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式中的圖像信號處理裝置的結(jié)構(gòu)的電路方框圖。延遲電路110將圖像信號延遲從一行區(qū)間和1數(shù)據(jù)期間減去后述的SRAM的存取時間后的時間，乘法電路114對延遲電路110的輸出乘以加權(quán)系數(shù)k1。延遲電路109將圖像信號延遲從一行期間減去SRAM的存取時間之后的時間，乘法電路113對延遲電路109的輸出乘以加權(quán)系數(shù)k2。延遲電路108將圖像信號延遲從一行區(qū)間減去1數(shù)據(jù)期間和SRAM的存取時間后的時間，乘法電路112對延遲電路108的輸出乘以加權(quán)系數(shù)k3。延遲電路107將圖像信號延遲1數(shù)據(jù)期間的時間，乘法電路111對延遲電路107的輸出乘以加權(quán)系數(shù)k4。
作為第一加法部件的第一加法電路101將輸入的圖像信號、乘法電路114的輸出、乘法電路113的輸出以及乘法電路112的輸出相加。這里，輸入的圖像信號為對應(yīng)于關(guān)注像素P0的圖像信號時，乘法電路114、113、112的輸出是來自像素P1、P2、P3的誤差信號。
色調(diào)候補(bǔ)變換部件102對于第一加法電路101的輸出，如圖3所示，輸出三個色調(diào)候補(bǔ)。這里，對色調(diào)候補(bǔ)進(jìn)行變換，以便成為可使用的N色調(diào)內(nèi)、小于等于第一加法電路101的輸出的色調(diào)并且與第一加法電路101的輸出的色調(diào)最接近的色調(diào)，和該色調(diào)的下一個大的色調(diào)，和該色調(diào)的再下一個大的色調(diào)，顯示誤差不會成為負(fù)數(shù)，可以簡化第一加法電路101和第二加法電路104等的電路結(jié)構(gòu)。
色調(diào)候補(bǔ)變換部件102被構(gòu)成為使用存取時間慢的存儲元件、在本實(shí)施方式中使用存取時間是1數(shù)據(jù)區(qū)間的5倍的SRAM。作為延遲部件的延遲電路103將第一加法電路101的輸出延遲與色調(diào)候補(bǔ)變換部件102的存取時間相同的時間。從而，在本實(shí)施方式中，延遲電路103的延遲時間等于5數(shù)據(jù)期間。
作為第二加法部件的第二加法電路104將由延遲電路103延遲的圖像信號與乘法電路111的輸出相加。由于乘法電路111的輸出對應(yīng)于來自像素P4的誤差，所以四個相鄰像素P1、P2、P3、P4的誤差對第二加法電路104的輸出擴(kuò)散。
色調(diào)選擇部件105從由色調(diào)候補(bǔ)變換部件102輸出的三個色調(diào)候補(bǔ)中，選擇與第二加法電路104的輸出最接近的色調(diào)，并作為輸出圖像信號輸出。作為誤差計算部件的差分電路106求顯示誤差、即由第二加法電路104擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)和由色調(diào)選擇部件105作為輸出圖像信號選擇了的色調(diào)的差分，并作為對于像素P0的顯示誤差向延遲電路110、109、108、107輸出。
圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式中的色調(diào)選擇部件105的電路方框圖的一例。差分電路121、122、123分別求第二加法電路104的輸出與三個色調(diào)候補(bǔ)的差。最小值選擇電路124選擇差分電路121、122、123的輸出內(nèi)其絕對值最小的值。然后，加法電路125通過將最小值選擇電路124的輸出與第二加法電路104的輸出相加，從而輸出三個色調(diào)候補(bǔ)中與第二加法電路104的輸出最接近的色調(diào)。這樣，色調(diào)選擇部件105可以使用隨機(jī)邏輯構(gòu)成，所以可以進(jìn)行高速處理。
圖6是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式中的圖像信號處理裝置的動作的時序圖。為了簡化說明，假設(shè)第一加法電路101、第二加法電路104、乘法電路111～114、差分電路106以及色調(diào)選擇部件105的處理時間與1數(shù)據(jù)期間相比，充分快，可以忽略。此外，假設(shè)色調(diào)候補(bǔ)變換部件102的存取時間是5數(shù)據(jù)期間。
將輸入與關(guān)注像素P0對應(yīng)的輸入圖像信號S0的數(shù)據(jù)期間設(shè)為T0。如上所述，由于到求出從前一行的像素P1、P2、P3擴(kuò)散的誤差為止大約一行期間，所以通過調(diào)節(jié)延遲電路110、109、108的延遲量，可以使從乘法電路114、113、112向像素P0擴(kuò)散的誤差Δε1、Δε2、Δε3的輸出與期間T0一致。從而，在期間T1從第一加法電路101輸出將誤差Δε1、Δε2、Δε3相加的信號S’0。
由于色調(diào)候補(bǔ)變換部件102的存取時間是5數(shù)據(jù)區(qū)間，所以輸出三個色調(diào)候補(bǔ)∑0a、∑0b、∑0c的為期間T5。此時，通過延遲電路103，信號S’0也被延遲到期間T5。這里，在期間T5如果有從左邊相鄰的像素P4擴(kuò)散的誤差Δε4，則可以求對于關(guān)注像素P0的輸出信號∑0和顯示誤差ε0。由于左邊相鄰的像素P4的圖像信號在關(guān)注像素P0的前1時鐘期間被輸入，所以在期間T5的前1時鐘期間的期間T4中求對于像素P4的顯示誤差ε4。從而，通過由延遲電路107延遲1數(shù)據(jù)期間，并由乘法電路111乘以加權(quán)系數(shù)，在期間T5中得到要從像素P4對像素P0擴(kuò)散的誤差Δε4。
這樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，即使在色調(diào)候補(bǔ)變換部件102的存取時間超過1數(shù)據(jù)期間的情況下，也可以進(jìn)行正確的誤差擴(kuò)散處理，所以可以將與執(zhí)行圖像信號處理的邏輯部遠(yuǎn)離的、設(shè)在LSI內(nèi)的區(qū)域或LSI外的SRAM用作色調(diào)候補(bǔ)變換部件102。
在本實(shí)施方式中，如圖3所示，作為多個色調(diào)候補(bǔ)，將色調(diào)自身存儲在SRAM等存儲元件中。但是，也可以不存儲色調(diào)自身，而存儲色調(diào)候補(bǔ)的值和到下一個色調(diào)候補(bǔ)為止的差分值，并使用加法電路等再現(xiàn)色調(diào)。圖7是表示本發(fā)明的其它的實(shí)施方式中的可使用的色調(diào)候補(bǔ)和輸入圖像信號的色調(diào)的對應(yīng)圖。這樣，通過存儲差分值，可以削減存儲元件的存儲容量。實(shí)際上，比較圖7所示的值和圖3所示的值，可知存儲容量削減了2位。
此外，這里說明了具備三個色調(diào)候補(bǔ)的情況，但色調(diào)候補(bǔ)的數(shù)據(jù)也可以根據(jù)需要而設(shè)定為任意的數(shù)。
進(jìn)而，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，假設(shè)第一加法電路101、第二加法電路104、乘法電路111～114、差分電路106以及色調(diào)選擇部件105的處理時間可以忽略，但在這些電路的處理時間為某一程度大的情況下，可以通過調(diào)整延遲電路103、107、108、109、110的延遲時間得到上述效果。
根據(jù)本發(fā)明的圖像信號處理裝置以及圖像信號處理方法，可以提供一種圖像信號處理裝置以及圖像信號處理方法，即使在變換色調(diào)的部件的存取時間超過1數(shù)據(jù)期間的情況下，也可以對右邊鄰近的像素正確地擴(kuò)散誤差。
本發(fā)明的產(chǎn)業(yè)上的可利用性在于，本發(fā)明的圖像信號處理裝置以及圖像信號處理方法可用于，即使在色調(diào)候補(bǔ)變換部件的存取時間超過1數(shù)據(jù)區(qū)間的情況下，也可以進(jìn)行對右邊相鄰的像素正確地擴(kuò)散誤差的誤差擴(kuò)散處理，所以在對數(shù)字輸入圖像信號進(jìn)行多色調(diào)顯示的顯示裝置中，改善色調(diào)不足造成的圖像質(zhì)量惡化。
權(quán)利要求
1.一種圖像信號處理裝置，將M色調(diào)的輸入圖像信號變換為N色調(diào)(N＜M)的輸出圖像信號，并將由于所述變換而發(fā)生的誤差擴(kuò)散到對應(yīng)的像素的周圍的像素，從而模擬地顯示所述M色調(diào)，其特征在于，具有第一加法部件，將在相對于某一像素要擴(kuò)散的誤差之內(nèi)，在向相對于該像素的所述輸入圖像信號進(jìn)行擴(kuò)散的定時中來得及誤差計算的誤差，向所述輸入圖像信號擴(kuò)散；色調(diào)候補(bǔ)變換部件，將通過所述第一加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)變換為成為輸出圖像信號的色調(diào)的候補(bǔ)的多個色調(diào)候補(bǔ)；延遲部件，將通過所述第一加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號延遲；第二加法部件，將在相對于某一像素要擴(kuò)散的誤差之內(nèi)，在向相對于該像素的所述輸入圖像信號進(jìn)行擴(kuò)散的定時中來不及誤差計算的誤差，向通過所述延遲部件延遲了的圖像信號擴(kuò)散；色調(diào)選擇部件，基于通過所述第二加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)，從通過所述色調(diào)候補(bǔ)變換部件變換的多個色調(diào)候補(bǔ)中選擇一個色調(diào)作為所述輸出圖像信號；以及誤差計算部件，計算通過所述第二加法部件擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)，與通過所述色調(diào)選擇部件作為所述輸出圖像信號選擇了的色調(diào)的差分，作為由于所述變換而發(fā)生的誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像信號處理裝置，其特征在于，所述多個色調(diào)候補(bǔ)是所述N色調(diào)內(nèi)、小于等于所述第一加法部件的輸出的色調(diào)并且與所述第一加法部件的輸出的色調(diào)最接近的色調(diào)，和該色調(diào)的下一個大的色調(diào)，和該色調(diào)的再下一個大的色調(diào)。
3.一種圖像信號處理方法，將M色調(diào)的輸入圖像信號變換為N色調(diào)(N＜M)的輸出圖像信號，并將由于所述變換而發(fā)生的誤差擴(kuò)散到對應(yīng)的像素的周圍的像素，從而模擬地顯示所述M色調(diào)，其特征在于，具有步驟1，將在相對于某一像素要擴(kuò)散的誤差之內(nèi)，在向相對于該像素的所述輸入圖像信號進(jìn)行擴(kuò)散的定時中來得及誤差計算的誤差，向?qū)λ鲚斎雸D像信號擴(kuò)散；步驟2，將通過所述步驟1擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)變換為成為輸出圖像信號的色調(diào)的候補(bǔ)的多個色調(diào)候補(bǔ)；步驟3，將通過所述步驟1擴(kuò)散了誤差的圖像信號延遲；步驟4，將在相對于某一像素要擴(kuò)散的誤差之內(nèi)，在向相對于該像素的所述輸入圖像信號進(jìn)行擴(kuò)散的定時中來不及誤差計算的誤差，向通過所述步驟3延遲了的圖像信號擴(kuò)散；步驟5，基于通過所述步驟4擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)，從通過所述步驟2變換的多個色調(diào)候補(bǔ)中選擇一個色調(diào)作為所述輸出圖像信號；以及步驟6，計算通過所述步驟4擴(kuò)散了誤差的圖像信號的色調(diào)，和通過所述步驟5作為所述輸出圖像信號選擇了的色調(diào)的差分，作為由于所述變換而發(fā)生的誤差。
4.如權(quán)利要求3所述的圖像信號處理方法，其特征在于，所述多個色調(diào)候補(bǔ)是所述N色調(diào)內(nèi)、小于等于所述步驟1中的輸出的色調(diào)并且與所述步驟1中的輸出的色調(diào)最接近的色調(diào)，和該色調(diào)的下一個大的色調(diào)，和該色調(diào)的再下一個大的色調(diào)。
全文摘要
第一加法電路(101)，將對關(guān)注像素的前一行的三個像素的顯示誤差分別乘以了加權(quán)系數(shù)后的值和關(guān)注像素的輸入圖像信號相加。色調(diào)候補(bǔ)變換部件(102)將相加后的圖像信號的色調(diào)變換為在加上了左邊相鄰的像素的誤差時可變換的多個可使用的色調(diào)。延遲電路(103)將相加了的圖像信號延遲。第二加法電路(104)將對左邊鄰近的像素發(fā)生的誤差乘以了加權(quán)系數(shù)的值和延遲了的圖像信號相加。色調(diào)選擇部件(105)從多個色調(diào)候補(bǔ)中選擇與加上了誤差的圖像信號的色調(diào)最接近的色調(diào)并作為關(guān)注像素的圖像信號輸出。差分電路(106)計算注目像素的顯示誤差。
文檔編號H04N1/405GK1830011SQ20048000216
公開日2006年9月6日 申請日期2004年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者山田和弘 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社