图像显示方法、图像显示装置 以及对比度调整电路 【技术领域】
本发明涉及图像显示技术，该技术执行模拟视频信号的A/D转换(模拟至数字的转换)，以显示图像。
背景技术
现在，使用例如PDP(等离子体显示面板)及液晶面板的固定像素装置的图像显示装置，相对于使用阴极射线管的图像显示装置，一般具有较低的对比度。传统上，在PDP领域中的对比度改善方法，包括增加荧光体的发光效率的技术、改善驱动方法或结构的技术等等。例如，它们被详细描述于日本特开平10-208637及特开平8-138558专利申请中。另外，一种用于电视接收机的调整视频对比度的技术例，包含描述于日本特开平4-10784号专利申请中的技术。该日本专利特开平4-10784号申请描述了以下技术：由视频信号转换的数字信号的最大值、最小值及平均值储存在储存单元之前，先被检测和计算，并基于检测和计算结果，控制该视频信号的放大增益以改善对比度。
【发明内容】
对于使用固定像素装置的例如PDP及液晶面板的图像显示装置，需要取得较高的对比度。在考虑了现有技术的情况地基础上得到本发明，用来即使在高亮度区域中，仍可以稳定地取得高对比度。
本发明的目的在于提供可解决此问题的技术。
为了解决此问题，本发明基本上提供以下用于显示图像的技术：基于有关数字辉度信号的平均亮度级的信息，对模拟辉度信号或数字辉度信号进行所谓黑校正处理，该处理根据预定校正量，响应于该平均亮度级，通过将亮度级偏移至负侧而降低该亮度级；并进行在动态范围的边缘范围内，增加对比度增益的处理，由此可以在平均亮度级较高一侧改善视频对比度。
本发明的这些及其他特点、目的及优点在以下结合附图的说明中会更加明显。
【附图说明】
图1为根据本发明的第一实施例的基本结构图；
图2为图1所示的结构中的对比度调整操作的说明图；
图3为例示在对比度调整中，平均亮度级与黑校正级间的关系的说明图；
图4为例示在对比度调整中，黑校正级与对比度增益间的关系的说明图；
图5为图1所示的结构的特定例的示意图；
图6为根据本发明的另一实施例的基本结构图；
图7为示于图6的特定例的示意图；
图8为示于图7的结构中的色彩校正的说明图。
【具体实施方式】
虽然已经根据本发明展示说明了几个实施例，应了解的是，所公开的实施例可以在不脱离本发明的范围的前提下加以变化和修改。因此，并不为所示的细节所限制，而是涵盖所有落在后附权利要求书的范围内的变化与修改。
下面，参考附图描述本发明的实施例。
图1至5是例示本发明的第一实施例的说明图。图1为例示图像显示装置的基本结构图，其主要包含对比度调整电路。图2为例示在动态范围内的对比度调整操作的说明图。图3为例示在平均亮度级与黑校正级间的关系的说明图。图4为例示在黑校正级与对比度增益间的关系的说明图。图5为例示图1的结构的实施例的图。
此实施例为电路结构的一例，其中，在动态范围内数字辉度信号被偏移以降低亮度(亮度级)，即，在增加对比度增益前，执行黑校正处理，以改善对比度。
在图1中，标号1为对比度调整电路单元；标号2为用来用信号显示图像的显示单元，其对比度已经加以调整；标号3为A/D转换器，用于将输入模拟辉度信号转换为数字信号；标号5为信号级检测电路，用于检测在给定时间段所取得的数字辉度信号的平均亮度级；标号6为可变亮度电路，其偏移数字辉度信号以改变亮度级；标号7为可变对比度增益电路，用于改变数字辉度信号的对比度增益，该辉度信号的亮度级已经被改变；标号8为微电脑，作为控制电路，其基于在检测平均亮度级上的信息，控制信号级检测电路5、可变亮度电路6及可变对比度增益电路7。
微电脑8找出与被检测的平均亮度级对应的亮度区域，由此产生及输出对应于其结果的控制信号。输入的模拟辉度信号被A/D转换器3转换为数字辉度信号。然后该数字辉度信号被输入信号级检测电路5。该信号级检测电路5检测在时间视频周期所取得的数字辉度信号的平均亮度级，该时间视频周期为例如一图域(field)或一帧(frame)。有关所检测的平均亮度级的信息(信号)被输入微电脑8中。基于有关输入平均亮度级的信息，微电脑8找出与该平均亮度级对应的亮度区域，由此基于此结果产生及输出控制信号。该控制信号被输入至信号级检测电路5、可变亮度电路6及可变对比度增益电路7中。对于信号级检测电路5，该控制信号用于控制检测的范围。在可变亮度电路6中，在此结构例的情况下，控制信号被用来控制在大于或等于给定值的平均亮度级的范围内的用于数字辉度信号的黑校正。更明确地说，该控制信号用于控制数字辉度信号，其平均亮度级大于或等于给定值，从而使得数字辉度信号偏移至负侧。另外，对于可变对比度增益电路7，该控制信号与可变亮度电路6中的黑校正的级相关，并用于在大于或等于给定值的平均亮度级范围内控制数字辉度信号的对比度增益，使得对比度增益在动态范围内增加。
对可变亮度电路6的控制和可变对比度增益电路7的控制，用前馈法加以控制。如上所述，根据黑校正的级，在大于或等于给定值的平均亮度级范围内执行数字辉度信号的黑校正处理，且在动态范围内增加对比度增益，造成视频对比度尤其是亮视频侧的对比度增加。具有增加的对比度的视频信号被传送至显示单元2，在其中显示有增加的对比度的图像。在此实施例中应注意，控制信号被分离地从微电脑8输出至彩色矩阵电路，其将数字辉度信号及数字彩色(色差)信号转换成红(R)、绿(G)及蓝(B)的数字视频信号。彩色矩阵电路执行色彩校正(色彩深度控制)。
图2为例示在图1的结构中，在动态范围内对比度调整操作的说明图。
在图2中，a为对数字辉度信号执行黑校正处理时取得的波形；b为执行黑校正处理和对比度控制处理(对比度增益增加处理)时取得的波形。在此例子中，图1中的A/D转换器3具有动态范围，其中，例如以8位数据表示时，最高灰度级255为最大亮度级的上限，最低灰度级0为最小亮度级。此时，动态范围的上限”255”为白级，下限”0”为黑级。在大于或等于给定值的平均亮度级的范围内，黑校正处理偏移数字辉度信号至负级侧，以降低亮度(亮度级)，其允许在动态范围内的白级具有一定边缘(波形a)。在第一实施例的情况下，偏移量对应于平均亮度级值的量。在对比度控制处理(对比度增益增加处理)中，其与由黑校正处理降低的亮度级的量，即，黑校正级相关。换句话说，在第一实施例的情况下，对比度增益在动态范围内增加，以消除该边缘(波形b)。
图3为表示与平均亮度级值(APL值)相对应的辉度信号的偏移至负级侧的量的示意图。换句话说，图3例示了黑校正级与APL值之间的关系。
在图3中，在大于或等于给定值APL0的平均亮度级值(APL值)范围内执行黑校正(偏移至负侧)。若平均亮度级值(APL值)为APL0，则执行黑校正级(偏移至负侧的量)B0的黑校正。然后，当平均亮度级值(APL值)增加时，黑校正级以以下方式增加：若平均亮度级值(APL值)为APL1，则黑校正级增加至B1；若平均亮度级值(APL值)增加至APL2，则黑校正级被增加至B2；若平均亮度级值(APL值)为APL3，则黑校正级增加至B3；若平均亮度级值(APL值)为APL4，该值平均亮度级值变成白级，则黑校正级增加至B4，其为最高黑校正级。在图1中，微电脑8通过基于有关平均亮度级的信息，控制可变亮度电路6，来执行黑校正处理。
因此，微电脑根据平均亮度级值(APL值)来控制黑色校正级，即，亮度的可变量。结果，可以执行更稳定并提供优良外观(appearance)的黑校正。
图4为例示在黑校正处理中的黑校正级与对比度增益控制中的对比度增益间的关系的说明图。
在图4中，①为在以下控制中观察到的特性例：在黑校正级时，即，偏移至辉度信号负侧的偏移量未到达给定级(对比度控制的开始级)时，对比度增益被保持为零；一旦黑校正级到达给定级(对比度控制的开始级)，就产生给定值的对比度增益；在大于或等于给定级的黑校正级的范围内，该对比度随黑校正级增加而增加。微电脑8根据此特性例控制对比度增益。至于图3中的特性，例如当平均亮度级值(APL值)变成APL2，黑校正级到达B2时，对比度增益的增加从黑校正级B2开始，B2为该对比度控制的开始级。另外，②为在以下控制中看到的特性例：与黑校正级值无关地，更明确地说，即使辉度信号偏移至负侧的量足够低并未到达给定级，仍产生给定值的对比度增益，且当黑校正级增加时，对比度增益增加。至于图3的特性，例如当平均亮度级值(APL值)变成APL0时，且随后进入黑校正级，对比度增益的增加开始。在①及②的例子中，当黑校正级为最大级时，对比度增益也是最大。虽然在①及②例子中，对比度增益相对于黑校正级作直线变化，但本发明并不限定于此。
图5为例示出图1的结构的实施例的图。在图5中，标号1为对比度调整电路单元；标号2为显示单元，其包含PDP及液晶面板，可显示图像；T1为输入端，用于输入模拟辉度信号Ya；标号12为A/D转换器，用于将输入模拟辉度信号Ya转换为数字辉度信号Yd；标号13为扫描转换器，用于将输入信号的计时转换为显示单元2可以显示该信号的计时；标号31为可变亮度电路，其将数字辉度信号Yd偏移，以改变其亮度级(等效于图1的标号6)；标号32为彩色矩阵电路，其将数字辉度信号Yd及数字色彩(色差)信号Cbd、Crd转换为红(R)、绿(G)及蓝(B)的数字视频信号Rd、Gd、Bd。彩色矩阵电路32包含如图1所示的可变对比度-增益电路7。T2及T3为模拟色彩(色差)信号Cb、Cr的输入端。标号14为A/D转换器，用于将输入模拟色彩(色差)信号Cb、Cr转换为数字色彩(色差)信号Cbd、Crd。标号15为噪声去除低通滤波器(LPF)，用于去除为该A/D转换器12所取得的数字辉度信号Yd的噪声。标号16为平均亮度检测电路，用于检测在例如一图域或一帧中的给定时间段，由噪声去除LPF15所输出的输出信号(数字辉度信号)的平均亮度级。标号17为平均亮度判断单元，其输入与平均亮度检测电路16检测的平均亮度级有关的信息(信号)，以找出相当于该平均亮度级的亮度区域。标号18为增益控制器，其产生并输出控制信号，该控制信号用来基于与对应于该平均亮度级的亮度区域有关的信息，控制该可变亮度电路31及彩色矩阵电路32。增益控制器18执行以下的控制：可变亮度电路31被控制信号控制以执行可变亮度电路31中的黑校正控制，更明确地说，通过将数字辉度信号偏移至负侧而降低亮度级，使得一边缘被提供于被降低的亮度级与动态范围的上限之间，如图2所示；且与由黑校正处理降低的亮度级量即黑校正级相关地，该彩色矩阵电路32被控制成在动态范围内增加数字辉度信号的对比度增益，换句话说，使得边缘被消除，由此增加对比度。在上述诸单元中，平均亮度判断单元17和增益控制器18被构造成如图1的微电脑8；而A/D转换器12、14、扫描转换器13、噪声去除LPF15、平均亮度检测电路16、平均亮度电路31和彩色矩阵电路32被构造成例如LSI(大规模集成电路)。应注意的是，可以不提供噪声去除LPF15。
在图5所示的结构中，在数字辉度信号Yd被输入至扫描转换器12和噪声去除LPF15之前，由输入端T1输入的模拟辉度信号Ya被A/D转换器12转换为数字辉度信号Yd。噪声去除LPF15去除数字辉度信号Yd的噪声。然后，数字辉度信号Yd被输入至平均亮度检测电路16，其中给定时间段中的平均亮度级被检测。被检测的平均亮度级的信号被输入至平均亮度判断单元17，其中，与被检测的平均亮度级对应的亮度区域被找出。此亮度区域为例如高平均亮度区域(高APL区域)、中间平均亮度区域(中间APL区域)、低平均亮度区域(低APL区域)、和极低平均亮度区域(极低APL区域)中的一个。关于被找出的亮度区域的信息被输入至增益控制器18。
另外，有关用来找出亮度区域的平均亮度级的信息也和有关亮度区域的信息一起，从平均亮度判断单元17输入至增益控制器18。基于亮度区域的信息和平均亮度级的信息，增益控制器18产生控制可变亮度电路31和彩色矩阵电路32的控制信号。另一方面，由输入端T2、T3输入的模拟色彩(色差)信号Cb、Cr被A/D转换器14转换成数字(色差)信号Cbd、Crd。随后，数字信号Cbd、Crd被输入扫描转换器13，其中，诸信号进行像素转换。在彩色矩阵电路32中，在数字视频信号Rg、Gd、Bd输出前，从扫描转换器13输出的数字辉度信号Yd和数字色彩(色差)信号Cbd、Crd被转换成红(R)、绿(G)和蓝(B)的数字视频信号Rd、Gd、Bd。然后，已经被输出的数字视频信号Rd、Gd、Bd被输入到显示单元2，其中，数字视频信号Rd、Gd、Bd被显示为图像。
在第一实施例的结构中，在大于或等于给定值的平均亮度级的范围中执行用于数字辉度信号的黑校正处理。然而，本发明并不限定于此。可以在A/D转换之前对模拟辉度信号执行黑校正，或者，也可以执行黑校正处理而不限制平均亮度级的范围。
根据上述，有效利用数字辉度信号的动态范围可以实现对比度的稳定改善。
图6至8为例示本发明的其他实施例的说明图。图6例示了图像显示装置的基本结构，主要包含本发明另一实施例的对比度调整电路。图7为例示此实施例的结构的图。
此实施例具有这样的结构，其中对比度调整电路期待一亮度级，由于数字辉度信号的黑校正处理而将其偏移至负侧，将该亮度级降低，由此与其相关地增加对比度增益。因此，与第一实施例相反，可变对比度增益电路被放置在可变亮度电路前的一级。
在图6中，如同图1中，标号1为对比度调整电路单元；标号2为显示单元；标号3为A/D转换器；标号5为信号级检测电路，用于检测在给定时间段中所取得的数字辉度信号的平均亮度级；标号6为可变亮度电路，其偏移数字辉度信号，以改变其亮度级；标号7为可变对比度增益电路，其通过期待予以改变的亮度级的量，而改变数字辉度信号的对比度增益；标号8为微电脑，作为控制电路，基于有关检测平均亮度级的信息控制信号级检测电路5、可变亮度电路6、和可变对比度增益电路7。如同在图1中，输入的模拟辉度信号被A/D转换器3转换为数字辉度信号，然后，被输入信号级检测电路5。信号级检测电路5检测在例如一图域或一帧的一视频时间段中取得的数字辉度信号的平均亮度级。有关被检测的平均亮度级的信息(信号)被输入至微电脑8。微电脑8基于有关被输入的平均亮度级的信息，找出与平均亮度级对应的亮度区域，由此基于此结果产生并输出控制信号。控制信号被输入至信号级检测电路5、可变亮度电路6和可变对比度增益电路7。对于信号级检测电路5，该控制信号被用来控制检测的范围。
对于可变对比度增益电路7，期待可变亮度电路6中的黑校正级，更明确地说，数字辉度信号向负侧偏移的量。根据此期待，该可变对比度增益电路7被控制成，在动态范围内数字辉度信号的对比度增益增加。
此时，为了防止数字辉度信号由于对比度增益的增加而超出可变对比度增益电路7和可变亮度电路6的动态范围，数字辉度信号的灰度位数可以高于位于这些电路前一级的A/D转换器3的位数等等。对于可变亮度电路6，执行数字辉度信号的黑校正控制。更明确地说，控制可变亮度电路6，使得数字辉度信号偏移至负侧。用于可变亮度电路6的控制和用于可变对比度增益电路7的控制被执行为用前馈法加以控制，并在大于等于给定值的平均亮度级的范围内执行。这造成视频对比度尤其是亮视频侧上的对比度增加。视频信号被传送至显示单元2上，该视频信号的对比度增益在对比度调整电路单元1中已经增加，在该显示单元2中显示有增加的对比度的图像。应注意的是，控制信号由微电脑8分离地输出至彩色矩阵电路，其将数字辉度信号和数字色彩(色差)信号转换为红(R)、绿(G)、蓝(B)的数字视频信号。彩色矩阵电路执行色彩校正(色彩深度控制)。
图7为例示图6中的结构的实施例的图。
在图7中，标号30为可变对比度增益电路，用于改变数字辉度信号Yd的对比度增益(等效于图6中的标号7)；标号31为可变亮度电路，其将数字辉度信号Yd偏移，以改变其亮度级(等效于图6中的标号6)；标号18’为增益控制器，用来基于与平均亮度级对应的的亮度区域的信息，控制并输出控制信号，该信号用于控制该可变对比度增益电路30和可变亮度电路31。该增益控制器18’通过控制信号控制可变对比度增益电路30；更明确地说，增益控制器18’期待通过进行黑校正处理将之偏移至负侧而予以降低的亮度级，并根据该期待，在动态范围内增加对比度增益。如同图6所述，例如为了防止数字辉度信号由于对比度增益的增加，而超出可变对比度增益电路30及可变亮度电路31的动态范围，使得数字辉度信号的灰度位的数量高于位于这些电路前的级的A/D转换器的位数等等。另外，增益控制器18’控制可变亮度电路31，以执行可变亮度电路31中的黑校正控制，更明确地说，以把数字辉度信号偏移至负侧，使得亮度级降低。视频对比度通过数字辉度信号的对比度增益中的增加与数字辉度信号的向负侧的偏移的组合而增加。在此，色彩控制电路33、噪声去除LPF151、最大亮度检测电路161、和最大亮度判断单元171作为额外元件，也可以省略。因此，它们将如后述。其他元件类似于图5所示的第1实施例。
在图7所示的结构中，平均亮度判断单元17和增益控制器18’被构造成如同图6中的微电脑8；A/D转换器12、14、扫描转换器13、噪声去除LPF15、平均亮度检测电路16、可变对比度增益电路30、可变亮度电路31、和彩色矩阵电路32被构造成例如LSI(大规模集成电路)。
在上述实施例中，对于数字辉度信号，在大于或等于给定值的平均亮度级的范围内执行黑校正处理及对比度增益增加处理。然而，本发明并不限定于上述。也可以在A/D转换前对模拟辉度信号执行黑校正，或，也可以执行而不必限制平均亮度级的范围。
用上述结构有效利用数字辉度信号的动态范围，可以稳定地改善视频对比度。
在此，将说明执行额外色彩校正的元件33。标号33为色彩控制电路，其执行从扫描转换器13输出的数字(色差)信号Cbd、Crd的色彩校正。更明确地说，基于与在平均亮度检测电路中所检测的平均亮度级有关的信息与与对应于平均亮度级的亮度区域有关的信息，增益控制器18’控制可变对比度增益电路30和可变亮度电路31以增加对比度，同时也控制色彩控制电路33以执行色彩校正。色彩控制电路33同时也构成为例如LSI(大规模集成电路)。
调整对比度时，只对辉度信号有增益增加。因此，当与黑校正级相关的对比度增益增加时，视频色彩的深度降低。在此实施例中，为了防止这一点，执行色彩校正。更明确地说，根据与黑校正级有关的对比度增益的增加，视频色彩的深度增加。色彩校正由微电脑8根据例如图8中的特性①或②加以控制。特性①用于以下控制中：直到黑校正级到达给定色彩校正开始级色彩校正才被执行；在黑校正级到达色彩校正开始级后的允许范围内，色彩校正的增益(色彩增益)与黑校正级值基本上成比例地增加；且在最高黑校正级提供最高色彩增益。特性②用于以下控制中：给定色彩校正开始级并不作为黑校正级提供；色彩校正的增益(色彩增益)与黑校正级值基本上成比例地增加；最高色彩增益提供在最高黑校正级。这可以防止调整对比度时，色彩的深度降低。虽然色彩校正的增益相对于特性①及②中的例子的黑校正级作线性改变，但本发明并不限定于此。
根据实施例中的结构，视频对比度可以通过有效利用数字辉度信号的动态范围加以改善，且可以在改善对比度时防止色彩深度降低。
接着，说明额外的元件151、161、171。在图7中，标号151为噪声去除LPF，其为一种低通滤波器，用于去除由A/D转换器12所取得的数字辉度信号Yd的噪声；标号161为最大亮度检测电路，用于检测于在给定时间段，例如一图域或一帧中的噪声去除LPF151的输出信号(数字辉度信号)的最大亮度级；标号171为最大亮度判断单元，其输入与最大亮度检测电路161所检测的最大亮度级有关的信息(信号)，以找出与最大亮度级对应的亮度区域。在此，标号18’为增益控制器，用来产生和输出控制信号，其基于有关与最大亮度级对应的亮度区域的信息、有关与平均亮度级对应的亮度区域的信息、和有关平均亮度级的信息，控制可变对比度增益电路30、可变亮度电路31和色彩控制电路33。
在上述结构中，来自输入端T1的模拟辉度信号Ya被A/D转换器12转换为数字辉度信号Yd。该数字辉度信号Yd被输入至扫描转换器13，同时也被输入至噪声去除LPF15、151。在噪声去除LPF15、151去除噪声后，数字辉度信号Yd被输入至平均亮度检测电路16及最大亮度检测电路161。在平均亮度检测电路16中，给定时间段中的平均亮度级被检测。在最大亮度检测电路161中，检测最大亮度级。已经检测的有关平均亮度级的信息与最大亮度级的信息的片段(piece)分别被输入至平均亮度判断单元17和最大亮度判断单元171。平均亮度判断单元17找出相当于被检测的平均亮度级的亮度区域。最大亮度判断单元171找出相当于被检测的最大亮度级的亮度区域。更明确地说，找出相当于被检测的平均亮度级的平均亮度区域。此平均亮度区域例如为四平均亮度区域：高平均亮度区域(高APL区域)、中平均亮度区域(中APL区域)、低平均亮度区域(低APL区域)、和极低平均亮度区域(极低APL区域)中的一个。另外，同时也找出相当于被检测的最大亮度级的区域。此区域例如为三最大亮度区域：饱和亮度区域(饱和MAX区域)、高亮度区域(高MAX区域)、及低亮度区域(低MAX区域)中的一个。有关与被找出的平均亮度级对应的亮度区域的信息及有关最大亮度级的亮度区域的信息被输入至增益控制器18’。另外，用于找出该区域的平均亮度级也是一起由平均亮度判断单元17输入。基于有关亮度区域的信息和有关平均亮度级的信息，增益控制器18’产生控制可变对比度增益电路30、可变亮度电路31和色彩控制电路33的控制信号。
根据此实施例中的结构，可以稳定地取得高对比度。同时，也可以防止色彩深度的降低。
在实施例中的每一结构中，均在大于或等于给定值的平均亮度级范围中，在A/D转换后对数字辉度信号执行黑校正处理和对比度增益增加处理。然而，本发明并不限定于此。黑校正处理或对比度增益增加处理或两者均可以在A/D转换前对模拟辉度信号执行。再者，它们也可以执行而不必限定平均亮度级的范围。
根据本发明，可以通过检测平均亮度级，稳定地取得高对比度，以控制辉度信号的对比度增益，并根据平均亮度级以预定的校正量进行黑校正。还可以改善视频色彩的深度。