JP4683343B2 - 色信号生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラー画像を表示する表示装置の色信号生成装置に関する。

画像再現を目的とした表示装置が数多く提案され利用されている。これらの表示装置の特性は、解像度，輝度，コントラスト，色再現、などの特徴量として測定され、比較されている。これらの特徴量は、表示装置が利用される環境により、判断の重み付けが異なる場合がある。

例えば、携帯端末のように持ち運びされて、様々な環境で利用される場合には、周囲の明るさ（環境照度）が大幅に変化する。明るい場所においても画面の視認性を維持するには、画面の輝度が高いことが望まれる。このような輝度向上を目的とした、表示装置の構成方法として、Ｗ画素を追加する方法がある。一般に表示装置の画素は、ＲＧＢ（赤緑青）３色の組み合わせで構成されている。

波長分布で比較するならば、ＲＧＢは部分的な波長範囲しか持たないのに対して、ＷはＲＧＢを含む広い波長範囲を持つ。別の言い方としては、Ｗは有意な波長分布を持たない無彩色である。これよりＷは、ＲＧＢよりも高い輝度を実現するに適している。そこで、表示装置の画素としてＷを取り込むことで、前記した輝度向上の目的を実現するものである。

ところで表示装置を用いた画像再現のために、画像をアナログあるいはデジタル信号で表現する多くの信号形式が提案されている。人間の視覚特性に基づく色の信号表現として、例えばＲＧＢ，ＣＭＹ，ＹＵＶ，ＸＹＺ、などがある。人間の視覚特性としては、輝度に関する分解能が、色に関する分解能よりも高いことが知られている。これらの特性に基づく信号形式の一例としてテレビジョン放送信号があり、色信号として輝度Ｙと色差信号Ｃを用いて、前者の周波数特性を後者に比べて高く設定する技術が用いられている。

ところで入力する色信号の画素構成は、前記したテレビジョン信号の例のように、これらの表示装置の画素構成に依存して作られているものではない。したがって一般的な色信号を入力して、前記のようなＲＧＢＷを使う表示装置の駆動信号を生成するには、画素構成の信号変換が不可欠となる。

この信号変換に関することが特許文献１に記載されている。

特表２００４−５３８５２３号公報

しかし、従来の色変換方法では、画面内の全ての画素を、順次に注目画素としてスキャンしながら実行するため、積分の範囲の参照画素の信号値を蓄積するメモリ（あるいはレジスタ）や、その参照画素のそれぞれに重み係数を掛けて足し合わせるための積和演算回路、上記信号処理を画面内部の全ての画素について順次に実行させていくための制御回路、等があり、演算回路の大規模化，信号処理の複雑化、また、それに伴う消費電力の増大という課題が生じる。

本発明の目的は、演算回路の規模を小さくし、且つ信号処理の高速化が可能な色信号生成装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、入力された複数の画素を構成する第一の色信号から出力する複数の画素を構成する第二の色信号への信号変換を行う色信号生成装置及びそれを用いた表示装置において、入力された複数の画素内の注目画素における色信号の勾配を検出する信号勾配検出手段と、勾配が検出された場合、その勾配が検出された注目画素の第一の色信号と、注目画素に対応する予め記憶された出力する複数の画素の注目画素の第二の色信号と、を比較し、第二の色信号には無い色信号が第一の色信号にはある場合、第二の色信号を有する注目画素に近接する周辺画素へ色信号を分配する信号分配手段と、分配された色信号に基づいて、入力された複数の画素を構成する第一の色信号から第二の色信号に変換する信号修正手段と、を有する構成とする。

演算回路の規模を小さくし、且つ信号処理の高速化を実現可能な色信号生成装置を提供できる。

本発明は、入力された複数の画素を構成する第一の色信号から出力する複数の画素を構成する第二の色信号への信号変換を行う色信号生成装置及びそれを用いた表示装置において、入力された複数の画素内の注目画素における色信号の勾配を検出する信号勾配検出手段と、勾配が検出された場合、その勾配が検出された注目画素の第一の色信号と、注目画素に対応する予め記憶された出力する複数の画素の注目画素の第二の色信号と、を比較し、第二の色信号には無い色信号が第一の色信号にはある場合、第二の色信号を有する注目画素に近接する周辺画素へ色信号を分配する信号分配手段と、分配された色信号に基づいて、入力された複数の画素を構成する第一の色信号から第二の色信号に変換する信号修正手段と、を有することを特徴とする。

このような本発明の基本的な演算は、信号勾配に基づく信号分配であり、微分的な考え方に基づいている。これより本発明は、演算において参照する画素数が少なく、演算の負荷が軽くでき、高速な信号処理を可能とする特徴がある。また回路構成上、高い演算精度が要求されないため、簡易な回路構成に出来、演算回路の小規模化が実現できる。

具体的には、本発明は、入力信号の画素構成が単一画素でＲＧＢ３種の原色の組み合わせであり、表示装置の画素構成が単一画素ではＲＧＢ３種のサブセットであり、複数画素の組み合わせでＲＧＢ３種の原色の組み合わせを実現する場合において、入力信号から表示装置の駆動信号への変換を行う。

さらに、入力信号の画素構成が単一画素でＲＧＢＷ４種の原色の組み合わせであり、表示装置の画素構成が単一画素ではＲＧＢＷ４種の原色のサブセットであり、複数画素の組み合わせでＲＧＢＷ４種の原色の組み合わせを実現する場合において、入力信号から表示装置の駆動信号への変換を行う。

以下の説明では、入力信号は、全ての画素は全ての色種類の信号の組み合わせで作られているとする。

この画素位置に相当する表示装置の色信号の組み合わせも同様に画素と呼ぶことにする。ただし表示装置の画素は、入力信号とは異なる色信号の組み合わせであって良いとする。画素において、色を表示する最小単位をサブ画素（サブピクセル）と呼ぶ。本発明は、画面を構成する画素数は、入力信号と表示装置で同じとする。これは実現が容易な条件であり、仮に入力信号の画素数が表示装置と異なる場合には、いわゆる拡大縮小の信号処理を用いることで、あらかじめ入力信号の画素数を表示装置に一致させておけば良い。

以下の説明では、画面を構成する画素がライン上に並ぶ場合について説明を行うが、これを２次元の画素配置の場合に展開することもできる。

図１（１）は、入力信号がＲＧＢＷ４種であり、表示装置は、ＲＧとＢＷの２種の画素が交互に並ぶ場合を示す。表示装置の画素位置と、表示可能な色種類との対応関係が画素ごとに変化する状態を示している。画素１はＲＧは表示可能であるがＢＷは表示不可（図中の×印）、画素２はＲＧは表示不可（図中の×印）であるがＢＷは表示可能、となっている。残る画素も同様であり、隣接する２画素を組み合わせることでＲＧＢＷ４種を表示可能となる。

図１（２）は、入力信号がＲＧＢＷ４種であり表示装置は、ＲＧＷとＧＢＷの２種の画素が交互に並ぶ場合を示す。画素１はＲＧＷは表示可能であるがＢは表示不可（図中の×印）、画素２はＲは表示不可（図中の×印）であるがＧＢＷは表示可能、となっている。残る画素も同様であり、隣接する２画素を組み合わせることでＲＧＢＷ４種が表示可能となる。

図２に、本発明の入力信号と表示出力のラインあたりの信号変化を示す。入力信号は、画素ごとにＲＧＢ３色の信号の組み合わせであるとする。表示装置は、１画素あたり、ＲＧＢ３色あるいはＲＧＢＷ４色の部分集合で構成するとして、例えば、赤緑（ＲＧ）と青白（ＢＷ）の２種、あるいは、赤緑白（ＲＧＷ）と青緑白（ＢＧＷ）の２種で画素を構成する。

画面上では、これらの複数種類の画素を混在して配置する。ラインあたりの入力信号波形として下記３種を例示している。
（１）滑らかな変化をする信号
（２）段差のある信号
（３）振動のある信号
図中右端の表示信号波形として、表示装置の画素構成に依存して、表示できない画素位置の信号を斜線で塗りつぶしている。つまり表示信号波形の白抜き部分のみが表示されるとする。

滑らかな入力信号波形では、表示可能な画素のみで波形の概観を出力することができる。段差のある入力信号波形では、段差を除く領域は、上記の滑らかな信号波形と同様であり、波形の概観を維持できる。しかし段差領域では、段差のある画素位置において、大きな誤差が生じていることが分かる。振動のある入力信号波形は、上記の段差のある波形の段差領域が繰り返すのと同等であり、大きな誤差が生じる。このように、入力信号と、表示装置の画素構成が異なる場合には、表示出力において大きな誤差が生じる場合がある。これは、入力信号が表す情報を捨てることに相当する。別の言い方をすれば、入力信号が持つエネルギを捨てることになる。さらに情報端末においては、表示装置の都合で入力信号が持つ情報を捨てることは、情報伝達の役割を果たさない場合が生じることになる。

本発明は、入力信号と、表示装置の画素構成が異なる場合（入力信号と出力信号の画素構成が異なる場合）に、パネルの画素構成に基づく信号変換を行うことを特徴とする。

図３（１）に、本発明のパネル画素構成記憶手段１０８の構成を示す。そのパネル画素構成記憶手段１０８は、メモリあるいはレジスタ等の記憶手段を備えて、また、外部から画素構成に関わるパネル画素構成設定信号１０７を入力する手段と、記憶したパネル画素構成信号１０９を出力する手段、を備える。パネル画素構成は任意であるが、例えば図３（２）に示すような構成がある。こうして、回路の初期化時にレジスタに画素構成に関わるデータの書き込みをする。一方設定した画素構成に関わるデータの読み出しは、多種な方法がある。一般に画像処理は、画面内の画素をスキャンラインの順序で処理していくことが多い。そうした順序を管理する手段がある場合には、該手段が設定する画素位置に関わる信号に基づいて上記データを読み出せば良い。

そこで、パネル画素構成記憶手段１０８には、画素位置に関わる信号を読み出し信号１１０として入力する手段を備えることができる。こうして、後段の信号処理における画素位置に基づいて、実際の信号変換の動作時に読み出した画素構成に関わるデータを参照することができる。

以下の装置構成の説明では、パネル画素構成信号１０９との接続関係を明示していない場合があるが、これは、電源線，クロック、等と同様の基本信号の認識であることを背景にしている。

図４は、本発明の色信号生成装置の一構成例を示す。

前記したように、入力信号と表示装置の画素構成の対応関係において、表示可能な色信号については信号変換が不要である。しかし入力信号と表示装置の画素構成の対応関係において、表示不可な色信号については信号変換が必要である。つまり、入力信号を構成する複数の画素の第一の色信号から、表示装置に出力する出力信号の複数の画素の第二の色信号への信号変換が必要になる。

本発明は、上記の信号変換の手段を提供する。

入力信号１０１は、ＲＧＢＷ４種の色信号の組み合わせであるとする。

以下の手順の説明では、簡単のため、ＲＧＢＷのいずれかの色に限定して説明する。またパネル画素構成記憶手段１０８との接続関係は明示していないが、適宜に接続しているとする。例えば１ライン上に隣接する画素Ｉ，Ｊ，Ｋの、ある色の信号値（色信号）をＸｉ，Ｘｊ，Ｘｋであるとする。上記の色は、表示装置の画素位置Ｊにおいて表示不可であり、画素位置ＩＫにおいて表示可能であるとする。本発明は、該色信号Ｘｊを、隣接画素ＩＫを用いて代替するための信号変換を行う。つまり、ある画素において、第一の色信号を表示するとき表示装置の画素構成である第二の色信号では、そのまま表示できない場合、つまり表示不可の場合に信号変換する必要がある。

記憶手段であるメモリ１０３は、上記の入力信号１０１を、後段の信号処理を行うために一時的に信号蓄積する。メモリ１０３は少なくとも３ラインメモリあればよい。信号勾配検出手段１０５は、メモリ１０３に蓄積した複数の画素の信号を参照することで、注目画素内の信号勾配を検出する。ここで信号勾配は、画面上の画素位置と信号値の関係から算出する、信号変化の方向と大きさを示す値であり、注目画素Ｊの信号勾配をΔＸｊ＝（Ｘｉ−Ｘｋ）とすることができる。

これらの信号処理は、表示装置の画素単位の表示タイミングに同期して動作することができる。このために、図示していないが、表示装置側から動作タイミングに関わる信号を受信する手段を設けることができる。あるいは、表示装置に向けて、画素単位の表示のタイミング信号を出力しても良い。

参照画素数を増やすこと、２次元に拡張すること、あるいはデータ形式としてベクトル表現すること、等は容易である。

信号分配手段１０６は、信号勾配が検出された場合、上記で算出した信号勾配に基づいて、画素Ｊの色信号Ｘｊを画素Ｉ，Ｋに分配するための分配係数Ｄ（０≦Ｄ≦１）を設定する。信号修正手段１０４は、上記の分配係数に基づいて、画素Ｉ，Ｋの色信号Ｘｉ，Ｘｋの修正を行う。例えば分配係数をＤｉ，Ｄｋとして、
Ｘｉ*＝Ｘｉ＋Ｘｊ・Ｄｉ
Ｘｋ*＝Ｘｋ＋Ｘｊ・Ｄｋ
として修正を行う。（式中の＊は、修正後の数値を示す）分配係数の設定方法は、勾配の高い方向（元々の信号値が高い画素の方向）に、分配の比率を高くすることができる。適宜な表を用いて分配係数を設定することもできて、あるいは適宜な関数を用いて分配係数を算出することもできて、あるいは外部から設置するための設定手段を用意することもできる。

関数を用いて算出する例として、信号値ＸｉとＸｋから直接に分配比率を設定する例として、
Ｄｉ＝(Ｘｉ−ＭＩＮ(Ｘｉ，Ｘｋ))／(ＭＡＸ(Ｘｉ，Ｘｋ)−ＭＩＮ(Ｘｉ，Ｘｋ))
Ｄｋ＝(Ｘｋ−ＭＩＮ(Ｘｉ，Ｘｋ))／(ＭＡＸ(Ｘｉ，Ｘｋ)−ＭＩＮ(Ｘｉ，Ｘｋ))
ここで、関数ＭＡＸ（）は最大値を、関数ＭＩＮ（）は最小値を取り出す。上式の分母は分配係数Ｄを正規化する。また、信号分配の有無の判定基準Ｔ１（＞０），Ｔ２（＜０）と、設定値Ｄ１，Ｄ２を設けて、
ＩＦ（ΔＸｊ＞Ｔ１）
Ｄｉ＝Ｄ１，Ｄｋ＝０
ＥＬＳＥ ＩＦ（ΔＸｊ＜Ｔ２）
Ｄｋ＝０，Ｄｋ＝Ｄ２
ＥＬＳＥ
Ｄｉ＝０，Ｄｋ＝０
という手順を利用することもできる。上記例では注目画素の信号値Ｘｊを利用していないが、利用するような設定方法を用いても良い。上記のＤｉとＤｋの設定方法を、より一般的な表現で書くならば、何らかの関数Ｆを用いて、
Ｄｉ＝Ｆｉ（Ｄｉ，Ｄｊ，Ｄｋ）
Ｄｋ＝Ｆｋ（Ｄｉ，Ｄｊ，Ｄｋ）
となる。

ここで、信号波形が均一であり、Ｘｉ＝Ｘｋであるならば、Ｄｉ＝０，Ｄｋ＝０となり、
Ｘｉ*＝Ｘｉ，Ｘｋ*＝Ｘｋ、
となる。

これより信号波形が滑らかであれば、ほとんど信号修正は掛からず、元の信号値を維持するように動作する。一方で信号波形に変化があるならば、その変化を強調するように動作する。このような変化を強調する動作は、いわゆるエッジ強調と呼ばれる信号処理に相当する。またエッジ強調の信号処理は、一般に微分演算と呼ばれる信号処理に相当する。信号波形が滑らかな場合、信号修正は掛からないということは、演算精度の影響を受けないことを意味する。つまり上記手順を実行する演算回路、あるいは演算プログラムの作り方に依存せず、元の信号値を維持する。

一方で、エッジ強調に相当する信号処理は、いわゆる画像処理の分野で多用されているが、これは視覚特性として輪郭形状が重要な意味を持つためであり、信号値の演算精度が要求されることは少ない。

ここで上記の性質を踏まえて、本発明の別の特徴を説明する。

一般に映像信号には、撮像装置，表示装置の入力力特性に基づくガンマ特性がかかっている場合があり、信号のリニアリティを要求するには、ガンマ特性に関わる信号変換（ガンマ変換，ガンマ逆変換）が必要になる。しかしこの信号変換は非線形であることから演算が難しい。変換表（テーブル）を利用することもできるが、精度を高めるには表の規模が大きくなる。これに対して本発明は、エッジ強調に相当する信号処理と捉えるならば、対象信号の高いリニアリティを要求せず、したがって、ガンマ特性に関わる信号変換が不要とすることができて、回路の小型化を実現する効果がある。

図５は、上記の本発明の基本構成を、別形式で図示している。入力信号は、ＲＧＢＷのいずれかであるとして、その区別は書いていない。またパネル画素構成記憶手段１０８との接続関係は明示していないが、適宜に接続しているとする。

１ライン上にある隣接する３画素Ｉ，Ｊ，Ｋの信号値をＸｉ，Ｘｊ，Ｘｋとして、それらを蓄積しているレジスタを２０１（Ｉ，Ｊ，Ｋ）とする。

信号勾配検出手段１０５は、上記の注目画素Ｊに隣接する画素Ｉ，Ｋの信号Ｘｉ，Ｘｋを入力して、勾配ΔＸｊ＝（Ｘｉ−Ｘｋ）を算出する信号分配手段１０６は、上記の勾配ΔＸｊに基づき、注目画素Ｊの信号Ｘｊを、画素ＩとＫへ分配するための分配比率を設定して、注目画素Ｊの信号Ｘｊを上記比率で分配する。分配した信号はそれぞれ、加算手段２０４を用いて、信号Ｘｉと信号Ｘｋに加算することで、修正値Ｘｉ*，Ｘｋ*を得る。これらの修正値は、一時的な信号蓄積を行うためのレジスタ２０５に蓄積する。図中では、注目画素Ｘｊについても入出力の対応関係を示すためにレジスタに蓄積するように描いているが、前記したように該画素の信号を表示不可であるとしているので、省いて良い。

図６に信号修正結果を例示する。前記したように、滑らかな信号変化をする信号領域においては、波形修正を行うことの効果は少ない。一方、信号変化が大きな信号領域において、波形修正の効果が求められる。本発明は、信号変化の方向と大きさを検出して、表示不可な画素位置にある色信号を、表示可能な画素位置にある色信号に分配する。図中（１）は、分配比率Ｄｉ，Ｄｋを均等に固定設定した場合の修正結果である。

Ｘｉ*＝Ｘｉ＋Ｘｊ・（１／２）
Ｘｋ*＝Ｘｋ＋Ｘｊ・（１／２）
つまり、表示不可な画素の色信号（斜線部分）を、隣接する表示可能な画素の色信号（白抜き部分）に均等に分配している。これより段差部分の信号変化が鈍る性質を持つ。図中（２）は、分配比率を信号勾配に基づいて可変設定した場合の修正結果である。具体的には信号勾配が高い方向に注目画素の信号値を分配し、それ以外は分配は０としている。この例では、段差部分の信号変化を強調する性質を持つ。

上記のような分配比率の設定は、人間の視覚特性に依存する画質への影響があることから、必ずしも最適な設定方法が定まらない場合がある。これは表示装置の特性にも依存する場合がある。そこで、任意に設定できるような可変設定できる手段を用意することができる。

また複数の分配比率を決める手段を用意しておき、それらの中から一つを選択する手段を備えることもできる。

前記までは、色の種類に依存しない信号処理手順を示した。つまり、入力信号がＲＧＢＷである場合には、色種類による画素構成の違いはあるが、基本的な信号処理手順は同一であるとしていた。

本発明の別の構成例として、色種類のあいだで信号のやり取りをする信号処理手順を示す。図７（１）は、表示不可な画素位置の信号を、近接する表示可能な画素位置の信号に均等分配した例を示す。

この方法では、入力信号のエネルギは保存されることになるが、入力信号波形と比較するならば信号振幅の位置がサブ画素単位でずれている。

これは信号の位相ズレと言うことができる。

別の分配方法としては、注目画素に近接する表示可能な画素の信号勾配に基づいて分配係数を設定することができるが、この方法を適用すると、入力信号のエネルギが大きく損なわれることになる。このように、文字図形のような細かな輪郭形状で作られる画像データにおいては、解像度低下など画質劣化の要因となる。

このような位相ズレによる画質劣化が発生する条件としては、例えば、表示不可な注目画素の信号が比較的に高くて、かつ、表示可能な隣接画素の信号が比較的に均等である場合に、上記表示不可な信号を隣接画素に信号分配することにより、上記表示可能な隣接画素の信号の振幅が高まる場合がある。これを条件式で書けば、注目画素をＪ、隣接する参照画素をＩ，Ｋ、これらの信号値をＸｊ，Ｘｉ，Ｘｋとして、新たな判定基準をＴ０，Ｔ１，Ｔ２とすれば、
ＩＦ（（Ｘｊ＞Ｔ０）ＡＮＤ（ΔＸｊ＜Ｔ１）ＡＮＤ（ΔＸｊ＜Ｔ２））
あるいは、別の新たな判定基準をＴ０，Ｔ１，Ｔ２として、
ＩＦ（（Ｘｊ＞Ｔ０）ＡＮＤ（Ｘｉ＜Ｔ１）ＡＮＤ（Ｘｋ＜Ｔ２））
となる。

このようにして、位相ズレによる画質劣化の発生の有無を、例えば上記条件の成立を判定することにより判断することが出来る。本発明は、上記条件の成立を判定する手段を備えることを特徴とする。そして、次に示すような劣化防止のための信号処理を行う。

本発明は、図７（２）に示すように、信号振幅の位相を維持するために、色種類が異なる信号間で、信号の分配を行うことを特徴とする。図中で、斜線領域は、白抜き領域とは異なる色種類で表示することを示す。例えば表示パネルの画素構成が、前記した図１（２）である場合には、全ての画素においてＷサブ画素を備える。Ｗは無彩色であり、人間の視覚の感度が高い。そこで、表示不可な色信号を、同一画素位置にあるＷサブ画素の信号に置き換える。これにより、輝度に関する表示信号波形は、入力信号波形と同じ位相を維持することができる。

置き換え先の色信号としては、同一画素における他の色信号とすることもできる。しかし、置き換え先をＷとするならば、無彩色であることから、置き換えによる色の変化を抑えることができる。あるいは輝度成分の置き換えを目的として、若干の色の変化を許容することで、本発明は、表示不可な色信号を、同一画素位置にあるＧサブ画素の信号に置き換えることもできる。あるいは、表示不可な色信号を、同一画素位置にある複数の色種類の色信号の組み合わせに置き換えることも出来る。以下の説明は、Ｗサブ画素への置き換えの例を示す。

図８に、本発明の色間で信号分配する装置構成を示す。２２３は、入力信号と表示装置の画素構成の違いに基づく信号変換を行う装置であり、ここではサブピクセルレンダリング手段と呼ぶ。入力信号２２１は画素あたりＲＧＢＷ信号の組み合わせであるとして、それぞれの色信号は、それぞれ対応するサブピクセルレンダリング手段へ伝達する。個々のサブピクセルレンダリング手段の内部の動作は前記した通りである。そして信号変換後の信号は、画素配列手段２２５を用いて、表示装置の動作タイミングに同期した、表示に必要な信号系列に変換してから、出力信号２２２として出力する。

ここで、サブピクセルレンダリング手段２２３Ｒ，２２３Ｇ，２２３Ｂにおいて、色置換信号線２２４（２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂ）を用意して、信号分配による信号修正結果において位相ズレによる画質劣化が発生する条件を満たすと判定した場合において、表示不可な色信号の信号分配の置き換え先をＷ信号とする。

そして、これらのサブピクセルレンダリング手段２２３により生成された信号を、画素配列手段２２５を用いて、適宜なフォーマットの出力信号２２２にまとめて出力する。この信号分配は、表示パネルの画素構成に依存することは言うまでも無く、したがって、図示していないが表示パネルの画素構成に関するデータを参照できる手段を用意しておく。このために、パネル画素構成記憶手段１０８との接続関係があることを図示している。具体的な動作を実現するためには、さらに詳細な接続関係が必要であるがここでは図示を省略している。

図９にＷ信号のサブピクセルレンダリング手段２２３Ｗの内部構成を示す。

入力信号１０１と２２１は同じ動作である。前記した色置換信号線２２４（２２４Ｒ，２２４Ｇ，２２４Ｂ）の入力手段を用意して、自らの信号分配手段１０５が出力する信号と同等に扱い、加算手段２２６でこれらを足し合わせた信号値を、信号分配手段１０６に渡す。そして信号修正手段１０４でＷ信号の修正を行い表示を行う。

このようにして、表示の画素位置が重要な意味を持つ文字図形の細線などを、その画素位置に表示可能なサブ画素が無いとしても、その画素位置を維持したＷ成分に置き換えることで表示を行うことが出来る。多くの場合、上記のような細線によるサブ画素単位の表示は、視覚的な解像度の影響から、色種類の識別能力よりも輝度（Ｗ成分）の識別能力の方が高い。本発明は、このような視覚特性を利用して、解像度の高い表示を実現する効果がある。

これまでに説明したように本発明は、画素位置の変換と、色種類の変換の２種の信号変換を備える。図１０は、このような２種の信号変換の方法を別の観点から整理した構成を示している。画素位置変換手段３１０は、表示装置の画素位置に依存して表示できない色信号を、該画素位置とは異なる画素位置の信号に変換を行う手段である。色種類変換手段３１１は、表示装置の画素位置に依存して表示できない色信号を該画素位置の異なる色種類の色信号に変換を行う手段である。それぞれの具体的な装置構成は、前記した回路構成を組み合わせて実現できる。図中では両者は独立した手段３１０と３１１としているが、あるいは、設定パラメータに依存して動作内容が変化する単一の回路構成であっても良い。

本発明は、これらの２種の信号変換を、２者択一して利用することができる。あるいは、変換比率設定手段３１２を用意して、上記２種の動作を制御することで、変換方法を適宜な比率を持った組み合わせ動作とすることができる。両者が独立回路である場合には、信号組み合わせ手段３１３を用いて、一つの出力信号を出力する。

ここで変換比率信号３１４は、入力信号に細線等の細かな模様がある場合には色種類よりも輝度成分の識別能力が高いことから色種類変換手段３１１の比率を高めて、一方、色の再現性を重視する場合には画素位置変換手段３１０の比率を高めるように設定する。例えば、表示画面をＨＴＭＬ言語等に基づいて作成する場合には、該画面に形成する文字図形の細かさは、ＨＴＭＬ言語のコードを解釈すれば分かることがある。このような表示画面の内容に基づいて上記の変換比率を決めることができる。あるいは何らかの方法による表示画面の輝度と色再現の設定に基づいて、変換比率を可変設定することができる。

図１１は、注目画素Ｘ２２を中心とする、２次元の画素の配列の例を示している。本発明は、前記した１次元の信号変化の方向と勾配に基づく信号処理を、容易に２次元に拡張することができる。例えば、前記した１次元の信号変化の検出式を縦横に利用して、注目画素の信号勾配ΔＸ２２を求めることができる。

ΔＸ２２Ｖ＝（Ｘ１２−Ｘ３２）
ΔＸ２２Ｈ＝（Ｘ２１−Ｘ２３）
ここでＨは水平方向、Ｖは垂直方向を示す。

これらの大きさに基づいて、水平垂直方向の分配係数Ｄを設定すれば良い。さらに斜め方向に拡張することは容易である。いずれにしても、表示可能な画素位置に基づいて、分配係数を算出していく。

例えば、該配置の画素の信号値を、いわゆるパタンマッチングの手法を用いて、信号変化を検出することができる。例えば、信号勾配の方向が異なる幾つかのパタン（ここでは３×３画素）を用意して、入力信号の３×３画素の信号値との相関値を計算する。これより相関の高いパタンの種別から信号勾配の方向が分かる。また、その相関値から信号勾配の大きさが分かる。これより、注目画素の信号値を周囲画素へ分配する係数Ｄを算出することができる。あるいは、信号変化の方向と勾配というパラメータを介さずに、直接的に、分配係数Ｄを算出すような装置構成を実現しても良い。

図１２に、本発明の表示信号生成装置を利用した、表示装置の構成例を示す。

ここで入力信号５００はＲＧＢ３色、液晶表示パネルはＲＧＢＷ４色の画素構成とする。画面メモリ５０１は、該表示装置内部での静止画保持，タイミング制御，信号処理、等を目的として、少なくとも１画面分の画像データをＲＧＢ３色のデータ形式で蓄積する。Ｗ生成手段５０２は、画面メモリ５０１に蓄積したＲＧＢデータから、表示パネルを構成するＲＧＢＷ４種の色信号を生成する。ＲＧＢ信号からＷ信号を生成する方法は任意であるが、例えば、Ｗ＝ＭＩＮ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）とする。

サブピクセルレンダリング手段５０３は、前記した装置構成例を利用する。このサブピクセルレンダリング手段５０３の出力を、表示のためのＲＧＢＷ信号として利用する。この表示のためのＲＧＢＷ信号を、液晶パネル５０６とバックライト５０７の組み合わせで表示出力する。

このために、例えば、サブピクセルレンダリング手段５０３の出力の１画面内の最大値を、ＢＬ（バックライト）駆動信号算出手段５０５を用いて検出して、バックライト５０７を駆動するための信号とする。パネル駆動信号算出手段５０４を用いて、こうして設定したバックライト駆動信号によるバックライト点灯の条件に基づいて、サブピクセルレンダリング手段５０３の出力を表示するための、液晶パネル５０６の駆動信号を算出する。なお上記構成においては、表示画面の内容が変化する場合において、ＢＬ駆動信号を算出する対象である画面内容と、該ＢＬ駆動信号に基づいて算出する液晶パネル駆動信号は、画面単位の時間ズレが生じる場合がある。しかし一般に表示画面の更新速度（あるいはフレームレート）は１秒あたり数十枚であり、上記の時間ズレは、画質として感知できないことを前提に、上記構成としている。時間ズレを無くすためには、画面単位の同期を取るためのメモリを用意すればよい。

図示していないが、サブピクセルレンダリング手段５０３には、液晶パネル５０６の画素構成に関わるデータを、初期設定する手段を用意する。画面メモリ５０１は、書き換え動作，消去動作、あるいは電源ＯＦＦしない限り、データ保存が可能であるとするならば、画面内で更新する画像領域のみを入力信号５００として入力して書き換えれば良い。これより、少ないデータ転送量で、ＲＧＢＷ画素で構成される表示画面を形成することができる。

図１３は、構成要素は前記とおなじであるが、画面メモリ５０１を、サブピクセルレンダリング手段５０３の後段に配置した構成を示す。液晶パネルの画素構成がＲＧＢあるいはＲＧＢＷのサブセットである場合には、画面メモリ５０１に蓄積する画素あたりの色信号も、液晶パネルの画素構成に対応したサブセットで良い。例えば、表示パネルがＲＧ画素とＢＷ画素の２種で構成される場合には、画面メモリ５０１に蓄積する信号も画素あたり２種の色信号で構成すれば良い。これは、データ容量を削減する効果である。ここで液晶パネル５０６の画素位置と、画面メモリ５０１の画素位置が一致するように、信号転送と信号処理を行うことが必要であるが、これは前記したパネル画素構成記憶手段１０８を利用すれば良い。また、この位置に画面メモリを配置するならば、サブピクセルレンダリング手段５０３が算出した表示のための信号を対象にしてＢＬ信号算出を行い、その算出結果を用いて、パネル駆動信号算出手段５０４がパネル駆動信号を算出することができる。これは、測定対象とする画面と、表示出力する画面との同期を、画面メモリ５０１を用いて取れることになる。

表示装置の画素位置と表示可能な色種類との対応関係を示す図である。 入力信号と表示出力のラインあたりの信号変化を示す図である。 本発明に係るパネル画素構成記憶手段の一構成例を示す図である。 本発明に係る色信号生成装置の一実施例を示す図である。 本発明に係る色信号生成装置を詳細を説明する図である。 本発明の信号修正結果を例示する図である。 本発明の信号修正結果を例示する図である。 本発明の色信号生成装置を含む全体装置構成を示す図である。 本発明のサブピクセルレンダリング手段の内部構成例を示す図である。 本発明の変換比率設定手段の動作を説明する図である。 本発明の２次元の信号勾配を説明する図である。 本発明に係る表示装置の一構成例を示す図である。 本発明に係る表示装置の他の構成例を示す図である。

符号の説明

１０７ パネル画素構成設定信号
１０８ パネル画素構成記憶手段
１０９ パネル画素構成信号
１０１，２２１，５００ 入力信号
１０２，２２２ 出力信号
１０３ メモリ
１０４ 信号修正手段
１０５ 信号勾配検出手段
１０６ 信号分配手段
１１０ 読み出し信号
２０１ レジスタＸｉ，Ｘｊ，Ｘｋ
２０４ 加算手段
２０５ レジスタＸｉ*，Ｘｊ*，Ｘｋ*
２２３ サブピクセルレンダリング手段（Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ）
２２４ 色置換信号線（Ｒ，Ｇ，Ｂ）
２２５ 画素配列手段
３１０ 画素位置変換手段
３１１ 色種類変換手段
３１２ 変換比率設定手段
３１３ 信号組み合わせ手段
３１４ 変換比率信号
５０１ 画面メモリ
５０２ Ｗ生成手段
５０３ サブピクセルレンダリング手段
５０４ パネル駆動信号算出手段
５０５ ＢＬ駆動信号算出手段
５０６ 液晶パネル
５０７ バックライト

Claims (6)

1. 表示装置の各画素の位置に表示すべき色の組み合わせを表す第一の色信号を、前記表示装置を駆動する第二の色信号に変換する色信号生成装置であって、
   前記表示装置の各画素に含まれるサブ画素の色の組み合わせの情報を記憶する記憶手段と、
   前記第一の色信号のうち、注目画素を挟んで隣接する２つの隣接画素に表示される色の信号値の差分を検出する検出手段と、
   前記注目画素において、前記サブ画素の色の組み合わせに存在しない色が、前記第一の色信号が表す色の組み合わせに存在する場合、前記第二の色信号のうち、前記２つの隣接画素に表示される前記存在しない色の信号値に対し、前記存在しない色の信号値が低い方に加算する値よりも前記存在しない色の信号値が高い方に加算する値が大きくなるように、前記第一の色信号の前記注目画素の前記存在しない色の信号値を分配する分配手段と、
   を有する色信号生成装置。
2. 請求項１記載の色信号生成装置において、
   前記第一の色信号を記憶する記憶手段を有する色信号生成装置。
3. 請求項１記載の色信号生成装置において、
   前記第一の色信号が表す色の組み合わせは、赤色、緑色及び青色を含み、
   前記各画素に含まれるサブ画素の色の組み合わせは、赤色、緑色及び青色から選ばれる１又は２種を含む色信号生成装置。
4. 請求項１記載の色信号生成装置において、
   前記注目画素において、前記サブ画素の色の組み合わせに存在しない色が、前記第一の色信号が表す色の組み合わせに存在する場合、かつ、前記注目画素の前記存在しない色の信号値が、前記２つの隣接画素の前記存在しない色の信号値より高く、前記２つの隣接画素の前記存在しない色の信号値が均等である場合、前記第二の色信号のうち、前記注目画素に表示される、前記存在しない色とは異なる色の信号値に、前記第一の色信号の前記注目画素の前記存在しない色の信号値を加算する手段、
   を更に有する色信号生成装置。
5. 請求項４記載の色信号生成装置において、
   前記注目画素に表示される、前記存在しない色とは異なる色が、無彩色である色信号生成装置。
6. 請求項１に記載の色信号生成装置と、液晶パネルと、バックライトと、を備える表示装置。

Images