数字信号处理电路，采用数字信号 处理电路的显示装置和液晶投影仪 【发明背景】
本发明涉及一种数字信号处理电路以及采用该数字信号处理电路的显示装置和液晶投影仪。特别地是，本发明涉及一种对数字视频信号执行伽马校正以驱动具有非线性光学响应特性的显示设备的信号处理电路以及采用该数字信号处理电路的显示装置和液晶投影仪。
显示设备对输入电压表现出设备特有的非线性光学响应。这种显示装置的实例有采用液晶单元的液晶显示装置，所述液晶单元分布在象素中，以用作电光器件。显示装置的光学响应特性曲线的实例有如图5所示的透射率和外加电压之间的关系特性曲线。这样的特性曲线称之为V-T特性曲线。
另一方面，从人类的等级识别特征来看，图象显示装置显示亮度的理想特性例如透射率是输入电压的指数函数(如图6所示)。为了从具有图5所示的V-T特性曲线的图象显示装置获得如图6所示的理想特性曲线，则施加到液晶设备的电压必须从图7所示地非线性关系表明的输入信号级别适当地产生(。图7所示的非线性关系称之为输入数字视频信号的伽马校正曲线。
伽马校正的公知例子包括多断点校正和基于LUT(查找表)的校正。这些校正需要使用模拟或数字电路。在使用数字电路时，基于LUT的校正会出现电路规模大的问题。但是随着近年来取得了更高度的IC集成，采用大规模电路的极限减少了。另外，由于具有高精度的优点，使用数字电路的基于LUT的校正变得最受青睐。
根据实施基于LUT数字伽马校正的相关技术，数字伽马校正电路用于执行伽马校正和变换N≥n+2，其中符号n表示施加到数字伽马校正电路的输入数字视频信号的位数，符号N表示数字伽马校正电路输出的数字视频信号的位数。数字伽马电路的详情参见文献例如日本专利公开No.2000-20037。该相关技术用于防止灰色区等级降低。
详细地说，伽马校正曲线代表施加到液晶设备的电压和输入信号级别之间的关系，如图7所示，所述伽马校正曲线在黑侧区域具有大斜率，而在灰色区域具有较小的斜率。这些斜率表明：当输出位数的值设置得与输入位数相同时，灰色区的等级不能和输入等级保持同样的精度。上述相关技术既能执行伽马校正也能执行变换N≥n+2，从而避免灰色区等级降低，其中符号n表示输入到LUT的位数，符号N表示从LUT输出的位数。
然而根据上述相关技术，输出位数随着输入位数的增加而增加。因而产生了一个问题：用于执行伽马校正的信号处理IC的输出引线数也随之增加。另外，D/A转换器(设置在后一级上)的输入引线数也增加。结果，IC的电路规模和能耗也随之增加，从而带来不必要的辐射增加的问题。而且，上述相关技术仅仅是避免在具有小斜率的伽马校正曲线的灰色区等级降低的技术。
发明概要
因而，本发明的目的是提供数字信号处理电路以处理上述问题，所述数字信号处理电路能够在具有大斜率的校正曲线的信号级别高精度地执行校正，而不增加伽马校正LUT输出的位数，同时也提供了采用数字信号处理电路的显示装置和液晶投影仪。
为了达到上述目的，本发明提供了一种数字信号处理电路，其具有伽马校正装置，该伽马校正装置通过使用伽马校正表来执行输入数字视频信号的伽马校正，其中输入到伽马校正装置的位数设定值大于伽马校正装置的输出位数。数字信号处理电路用在显示装置的信号处理系统内，所述显示装置采用了电光器件，每一电光器件用作为一个显示设备。这些电光器件的例子有液晶单元、有机电致发光(EL)设备和阴极射线管。数字信号处理电路也用在投影仪的信号处理系统内。
在具有这些结构的数字信号处理电路以及采用该数字信号处理电路的显示装置和投影仪中，如果把输入到伽马校正装置(其采用了伽马校正表)的位数值设定得比伽马校正装置输出位数大，则在黑侧区域及信号级别高精度地执行校正是可能的，所述黑侧区域具有大斜率的伽马校正曲线。
附图简介
图1是在本发明的实施例实施的显示装置上应用的信号处理系统的典型构造的方框图；
图2是在信号处理系统的前级信号处理装置上应用的对比度调节装置的典型构造的方框图；
图3是LUT数据模式图；
图4是以平面形式简易表示的液晶投影仪的构造图；
图5是V-T特性曲线图，表示透射率和标准白色透射液晶设备的外加电压之间的关系；
图6是输入信号级别和理想透射率之间的关系的特性曲线图；
图7是伽马校正曲线的特性曲线图。
优选实施例详细说明
本发明的优选实施例将参照附图进行详细说明。图1是在本发明的实施例实施的显示装置上应用的信号处理系统的典型构造的方框图。
图1所示的系统的输入终端11接收一般为8比特宽度的数字视频信号。首先，视频信号施加到前级信号处理装置12上。前级信号处理装置12执行信号处理，例如视频信号的亮度调整和对比度调整。前级信号处理装置12还把视频信号转换成位数比输入位数大的视频信号。也就是说，位数从8比特转换成通常的11比特。接着11比特数字视频信号被施加到LUT(查找表)存储器13，该存储器13设置在接着前级信号处理装置12的一级上。
LUT存储器13一般为RAM，用于存储伽马校正数据，该校正数据作为LUT由例如图7所示的伽马校正曲线表示，LUT用于对数字视频信号执行伽马校正。关于LUT存储器13的输入/输出位数，通常，输入到LUT存储器13的位数为11，而从LUT存储器13输出的位数为10。接着，把使用LUT存储器13完成伽马校正的视频信号施加到后级信号处理装置14。后级信号处理装置14执行信号处理，例如校正的微调和对完成伽马校正的视频信号的颜色不匀度校正。
在后级信号处理装置14，把完成信号处理的视频信号施加到D/A转换器15，D/A转换器15把数字视频信号转换成模拟视频信号，并接着把模拟视频信号供给到驱动器16。驱动器16执行预定的信号处理，这对于D/A转换器15输出的模拟视频信号的图象显示来说是必须的，接着驱动器16把处理结果输出到显示设备17。显示设备17为液晶显示设备，其包括象素矩阵，每一象素作为一个由标准白色透射液晶单元(图中未示出)执行的电光器件。
图2是在信号处理系统的前级信号处理装置12上应用的对比度调节装置的典型构造的方框图。应该注意，在前级信号处理装置12内，对比度调节是作为信号处理的一部分而执行的乘法运算。同样，亮度处理也作为信号处理的一部分而执行。显然，如图2，在本实施例应用的对比度调节装置包括乘法器21、系数设定装置22和舍入装置23。
乘法器21接收数字视频信号，该数字视频信号由增益和系数设定装置22设定的系数加权。通过增益加权信号的方式，乘法器21将数字视频信号与用作增益的系数相乘。例如，数字视频信号为10比特宽，系数为8比特宽。在这种情况下，获得的作为乘法运算结果为18比特。
如果把得到的作为乘法运算结果的18比特数字视频信号施加到例如设置在接着乘法器21的一级的电路上，那么电路的规模则需要增加。为了解决这个问题，接着乘法器21的一级设置的舍入装置23通过把结果的小数部分大于1/2的记为1而小于等于1/2则舍弃的方式圆整乘法运算结果。因而舍入装置23输出具有预定位数的视频信号。通常，把18位数字视频信号圆整为位数与输入到LUT存储器13的位数相匹配的视频信号。与输入到LUT存储器13的位数相匹配的位数通常为11。接着，把11比特数字视频信号施加到LUT存储器13。
下一步，关于输入到存储在LUT存储器13内的LUT的位数和从LUT输出的位数，考虑利用如图3所示的数据间的关系。图3是LUT数据模式图。
考虑对10比特输出数字视频信号进行处理的情形。一个10比特输出数字视频信号有1024(＝210)个不同值。假设输入数字视频信号的宽度也为10比特。在这种情况下，输入到LUT存储器13的数据值和LUT存储器13输出的数据每一个都由图3中的格点代表。在图3中，每一个格点表示为空白圈，由符号O代表。作为大斜率的校正曲线的例子，考虑把格点a和b收入伽马校正表的例子。
假定由如图2所示的乘法器21产生的乘法运算结果由11比特表达式代表，则该表达式有2048(＝211)个不同值。另外，假设乘法运算结果有值为(2X+1)/2048。把输入到LUT存储器13的位数取为10。值(2X+1)/2048取决于把值的小数部分大于1/2的记为1而小于等于1/2则舍弃以产生值为(X+1)/1024的输入数据，所述输入数据是(2X+1)/2048已经圆整过的值。存储在LUT存储器13内的伽马校正表把输入到LUT存储器的数据(X+1)/1024转换成输出数据(Y+4)/1024。存储在LUT存储器13内的伽马校正表由图3所示的直线代表。输入数据(X+1)/1024和输出数据(Y+2)/1024为该直线上的点坐标。
现在，假设输入数字视频信号的宽度为11比特。在这种情况下，输入/输出数据值分别用黑实圈所示的格点表示，黑实圈用符号表示为●，而不是用图3中的空白圈○表示。每个用符号●表示的黑实圈代表格点c。更明确地说，把乘法运算的结果(2X+1)/2048原样输入到LUT存储器13，正如底部的符号●所示。LUT存储器13的输出为直线上的符号●，所述直线代表伽马校正表。在代表伽马校正表的直线上的符号●为输入数据(2X+1)/2048的输出数据值(Y+2)/1024。
从上述易知，关于输入到存储在LUT存储器13内的LUT的位数以及从LUT输出的位数，通过把输入到LUT的位数增加到11而把LUT输出的位数保持原来的10，则在具有如图7所示的大的伽马校正曲线斜率的黑侧区域内及信号级别进行高精度的校正是可能的。
另外，这种数字信号处理电路可以制造成IC。在这种情况下，通过上述的不增加输出位数的方式，防止信号处理IC的输出引脚数和D/A转换器15(其设置在接着LUT存储器13的一级上)的输入引脚数增加是可能的。而且，也能防止能耗和不必要的辐射量增加。
而且，从整体包括考虑数字处理装置12在内的数字处理电路(位于LUT存储器13之前的一级上)，对于8比特的输入数字视频信号，输出数字视频信号的位数为10，其位数在8的基础上增加了2。因而，维持数字视频信号的位数是可能的，所述数字视频信号位于具有小斜率的伽马校正曲线的灰色区。从而能避免灰色区的等级降低。
在上述实施例中，输入到系统的位数为8，输入到LUT的位数为11以及从LUT输出的位数，即从系统输出的位数为10。然而，应注意，本发明的范围并不限于本实施例。也就是说，本发明并不对上述的位数作规定。不过，本发明规定了位数之间的关系。
另外，在上述实施例中，把数字伽马校正施加到显示装置，其中标准白色透射液晶显示设备用作显示设备。然而，值得注意的是，按照本发明，数字伽马校正也能类似地应用到这样的显示装置，其中标准黑色液晶显示设备或者反射液晶显示设备用作显示设备。而且，按照本发明，数字伽马校正不仅能应用到这些液晶显示装置，而且也能够应用到通常显示装置，所述通常显示装置采用了具有非线性响应特性的的电光器件，该电光器件以同样的方式用作显示设备。这些电光器件的例子包括有机EL设备和阴极射线管。
而且，由本发明提供的数字信号处理电路也能够用作液晶投影仪的数字信号处理电路。图4是以平面形式简易地表示了液晶投影仪的构造图。
如图4所示的液晶投影仪，光源3 1发出的白光束投射到第一射束分裂器32。第一射束分裂器32仅让白光束的预定颜色成分通过。预定颜色成分的例子是B(蓝色)光成分，其具有最小波长。白光束的剩余颜色成分由第一射束分裂器32反射。通过第一射束分裂器32的B光成分的光路由反射镜33改变。通过透镜34，B光成分辐射到BLCD面板35B。
由第一射束分裂器32反射的光成分到达第二射束分裂器36，第二射束分裂器36通常反射G(绿色)光成分但是透射R(红色)光成分。通过透镜37，由第二射束分裂器36反射的G光成分辐射到G LCD面板35G。通过第二射束分裂器36的R光成分的光路由反射镜38与39改变。通过透镜40，R光成分辐射到RLCD面板35R。
每一个R LCD面板35R、G LCD面板35G和B LCD面板35B都包括第一衬底、第二衬底、液晶层和滤光层。第一衬底包括多个象素，这些象素布置成矩阵。第二衬底面向第一衬底设置，并与第一衬底隔开预定间隙。液晶层位于第一衬底和第二衬底之间。滤光层用于对通过LCD面板35的光束的颜色过滤，LCD面板包含有滤光层。通过RLCD面板35R、GLCD面板35G和B LCD面板35B的R、G和B光成分通过正交棱镜41光学地合成。正交棱镜41发射的合成光束通过投射棱镜42投射到屏幕43上。
在具有上述构造的投影仪中应用的R LCD面板35R、G LCD面板35G和B LCD面板35B设置有用于R、G和B颜色的R、G和B数字信号处理电路。每一个数字信号处理电路都有如图1所示的构造，在处理结果转换成R、G和B模拟视频信号之前，该数字信号处理电路执行数字信号处理。接着，转换后的R、G和B模拟视频信号分别施加到R LCD面板35R、G LCD面板35G和B LCD面板35B。用于把处理结果转换成模拟视频信号的D/A转换器与图1所示的D/A转换器15相同。如前面所述，这些数字信号处理电路每一个都能在黑侧区域的信号级别执行高精度校正，所述黑侧区域具有大斜率的伽马校正曲线，从而，图象显示的实现是可能的，所述图象显示强调在黑侧区域的等级。
顺便一提，液晶投影仪可以是后面型投影仪或前面型投影仪。总之，后面型液晶投影仪用作投影电视，其针对运动图象，而前面型液晶投影仪用作数据投影仪。近年来，在投影电视中，观察到一种在黑侧强调等级的趋势。因而，上述实施例实施的数字信号处理电路特别适合于投影电视的信号处理系统。
应该注意，本发明的应用并不限于后面型液晶投影仪(即投影电视)的信号处理系统。也就是说，本发明也同样能应用到前面型液晶投影仪(即数据投影仪)的信号处理系统。另外，尽管目前的描述解释了本发明在彩色液晶投影仪上的应用，但是本发明也能应用到单色液晶投影仪。
按照上述本发明，在数字信号处理电路中具有伽马校正装置，通过使用伽马校正表，所述伽马校正装置用于对输入数字视频信号执行伽马校正；显示装置和液晶投影仪都采用了这种数字处理电路，因而也能执行伽马校正。关于伽马校正装置的输入和输出位数，由于输入到伽马校正装置的位数的设定值大于伽马校正装置的输出位数，因而在黑侧区域内的信号级别执行高精度的校正是可能的，所述黑侧区域具有大斜率的伽马校正曲线。另外，数字信号处理电路可以制造成IC。在这种情况下，如上所述，通过不增加输出位数，防止信号处理IC的输出位数和D/A转换器15(其设置在接着LUT存储器13的级上)的输入位数增加是可能的；而且也能防止能耗和不必要的辐射增加。
尽管本发明的优选实施例是采用特殊的术语描述的，但是这些描述仅用于说明性目的，应该理解，在不脱离所附权利要求的构思或范围的情况下，可以作出各种变化和改变。