图像信号处理装置、图像信号处理方法和图像显示设备的制作方法

专利名称：图像信号处理装置、图像信号处理方法和图像显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像信号处理装置、图像信号处理方法和图像显示设备，尤其涉及 当执行放大显示时能够实现宽灰度级表达的图像信号处理装置、图像信号处理方法和图 像显示设备。
背景技术：
迄今，已经实现了图像显示设备的分辨率的增加。例如，图像显示设备的分辨 率从1920X1080像素的高清(HD)尺寸增加至3840X2160像素的4K2K尺寸。另一方 面，主要针对HD尺寸产生图像信号。当使用分辨率增加的图像显示设备时，通常使用 定标器等等(如日本未审专利申请公布No.2005-354187所述)。
进一步讲，已经实现了在产生图像信号或者进行图像处理的情况下的位数的增 加。在产生图像信号的情况下，例如，已经执行了十位或十二位图像信号的产生。此 外，在进行图像处理的情况下，例如，执行位深的转换从而八位图像信号转换成十位图 像信号。使用通过转换获得的图像信号，执行亮度校正、色彩校正、灰度级特性校正，发明内容
在这种图像显示设备中，不仅能够增加显示装置的分辨率，还能够增加灰度 级。然而，该图像显示设备并不需要满足适于位数已经增加的图像信号的灰度级特性。 因此，当图像显示设备的灰度级特性不适于图像信号时，从每个图像信号提取与预定数 目的较高位对应的、适于图像显示设备的灰度级特性的信号，以获得提取的图像信号。 基于提取的图像信号来驱动显示装置。例如，在图像信号是十位图像信号并且显示装置 具有适于八位图像信号的灰度级特性的情况下，从每个十位图像信号提取与较高的八位 对应的信号以获得八位图像信号。基于该八位图像信号驱动显示装置。因此，图像显示 设备很难实现宽灰度级表达。
基于这个原因，本发明提供了当执行放大显示时能够实现宽灰度级表达的图像 信号处理装置、图像信号处理方法和图像显示设备。
根据本发明的第一实施例，提供了一种图像信号处理装置，包括如下部件图 像放大处理单元，被构造为产生表示已经通过重复像素被放大的图像的图像信号；模式 数据输出单元，被构造为针对通过重复像素获得的每个重复区域，根据通过从各图像信 号中的对应图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来输出模式数 据项，该模式数据项用于在包括在重复区域中的像素中，基于通过从图像信号去除与预 定数目的较高位对应的信号而获得的信号来再现灰度级；以及加法单元，被构造为针对 每个重复区域将模式数据项加到与包括在各图像信号中的对应图像信号中的预定数目的 较高位对应的信号中以获得信号，并且被构造为输出获得的信号。
在本发明的这个实施例中，例如重复像素，从而将输入图像放大为显示图像的尺寸。另外，从表示输入图像的每个图像信号产生与预定数目的较高位对应的信号， 从而将图像信号转换成预定位数的图像信号，该预定位数适于图像显示设备的灰度级特 性。此外，根据从图像信号去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号，例如用 于抖动的用于基于通过从表示输入图像的每个图像信号去除与预定数目的较高位对应的 信号而获得的信号来再现灰度级的模式数据项被输出到加法单元。模式数据项加到与包 括在重复像素的每个重复区域中的每个像素的预定数目的较高位对应的信号中。另外， 模式数据输出单元针对包括在重复区域中的每个像素具有表。根据从图像信号提取的、 通过去除与预定数目的较高位对应的信号获得的信号从表中选择模式数据项并且进行输 出。此外，预先存储多个模式数据项。在空间方向或时间方向上执行模式数据项之间的 切换。另外，当与通过从图像信号去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号对 应的位数是m时，包括在重复区域中的像素的数目设置为2"^或更大。此外，当包括在重 复区域中的像素的数目是2n时，根据在通过从图像信号去除与预定数目的较高位对应的 信号而获得的信号中包括的较高η位对应的信号输出模式数据。
根据本发明的第二实施例，提供了一种图像信号处理方法，包括如下步骤由 图像放大处理单元产生表示已经通过重复像素被放大的图像的图像信号；由模式数据输 出单元，针对通过重复像素获得的每个重复区域，根据通过从各图像信号中的对应图像 信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来输出模式数据项，该模式数 据项用于在包括在重复区域中的像素中，基于通过从图像信号去除与预定数目的较高位 对应的信号而获得的信号来再现灰度级；以及由加法单元针对每个重复区域将模式数据 项加到与包括在各图像信号中的对应图像信号中的预定数目的较高位对应的信号中以获 得信号，并且被构造为输出获得的信号。
另外，根据本发明的第三实施例，提供了一种图像显示设备，包括如下部件 显示单元，被构造为使用图像信号执行图像显示，该图像信号是预定位数的图像信号； 图像放大处理单元，被构造为通过重复像素产生适于显示单元的显示分辨率的图像信 号；模式数据输出单元，被构造为针对通过重复像素获得的每个重复区域输出用于在包 括在重复区域中的像素中，基于通过从各图像信号中的对应图像信号中去除与预定数目 的较高位对应的信号而获得的信号来再现灰度级的模式数据项；以及加法单元，被构造 为针对每个重复区域将模式数据项加到与包括在各图像信号中的对应图像信号中的预定 数目的较高位对应的信号中以获得信号，并且被构造为将获得的信号输出到显示单元。
在本发明的这些实施例中，重复像素，从而将输入图像放大为基于显示单元的 显示像素的数目的尺寸。另外，从表示输入图像的每个图像信号产生与预定数目的较高 位对应的信号，从而将图像信号转换成预定位数的图像信号，该预定位数适于显示单元 的灰度级特性。此外，根据通过从图像信号去除与预定数目的较高位对应的信号获得的 信号，例如用于抖动的用于基于通过从表示输入图像的每个图像信号去除与预定数目的 较高位对应的信号获得的信号再现灰度级的模式数据项被输出到加法单元。模式数据项 加到与包括在重复像素的每个重复区域中的每个像素的预定数目的较高位对应的信号， 从而获得预定位数的图像信号。由显示单元基于预定位数的图像信号执行图像显示。
根据本发明的这些实施例，由图像放大处理单元产生表示通过重复像素获得的 放大图像的图像信号。另外，针对重复像素的每个重复区域，根据通过从表示放大图像的各图像信号的对应图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号，从 模式数据输出单元输出模式数据项。模式数据项用于在包括在重复区域中的像素中基于 通过从图像信号去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号再现灰度级。此外， 由加法单元将输出的模式数据项加到与包括在表示放大图像的各图像信号的对应图像信 号中的预定数目的较高位对应的信号。因此，即使当图像信号的位深减小时，仍能够执 行宽灰度级表达的放大显示。


图1是包括图像信号处理装置的图像显示设备的结构图2是输入图像的图3是图像信号处理装置的结构图4是多灰度级化处理部分的结构图5包括用于解释多灰度级化处理的图6是解释模式数据输出单元的图7是图像信号处理装置的操作的流程图的第一部分；
图8是图像信号处理装置的操作的流程图的第二部分；
图9包括解释多灰度级化处理部分的操作的图；以及
图10包括解释图像信号处理装置的操作的图。
具体实施方式
将在下文中描述本发明的实施例。注意描述中的段落标题的顺序如下
1.包括图像信号处理装置的图像显示设备的结构
2.图像信号处理装置的操作
1.包括图像信号处理装置的图像显示设备的结构
图1示出了根据本发明的实施例的包括图像信号处理装置的图像显示设备的 结构的例子。图像显示设备包括图像信号处理装置20和显示部分30。注意在下 文的描述中，假设输入到图像信号处理装置20的图像信号DVa是位深为十位并且 针对1920X1080像素的HD尺寸产生的图像信号。进一步讲，显示部分30具有适 于位深为八位的图像信号的灰度级特性，并且包括在显示部分30中的像素的数目是 3840X216(K4K2K尺寸)，这是HD尺寸的四倍。
图像信号处理装置20将表示输入图像的图像信号DVa转换成位深适于显示部分 30的灰度级特性的图像信号。进一步讲，图像信号处理装置20根据显示部分30的分辨 率放大输入图像。此外，图像信号处理装置20执行多灰度级化处理，从而使得即使当执 行位深的转换时仍能够在放大图像中实现宽灰度级表达。
这里，在具有HD尺寸的输入图像被放大并以4Κ2Κ尺寸进行显示的情况下， 图像信号处理装置20需要具有高处理能力。因此，输入图像划分成多个图像，并且每 个划分图像由多个图像信号处理装置中对应的图像信号处理装置进行处理，由此在不使 用具有高性能的图像信号处理装置的情况下实现4Κ2Κ尺寸的图像显示。图1示出了在 输入图像划分成四个图像并且对这些图像进行处理以及四个图像信号处理装置20-LU、20-RU、20-LL和20-RL用作图像信号处理装置20的情况下的图像显示设备的结构。
对表示具有HD尺寸的输入图像的四分之一区域之一的图像信号，图像信号处理 装置20-LU分别在垂直方向和水平方向上执行使像素数目增加一倍的处理以产生表示通 过将输入图像的四分之一区域的图像放大成HD尺寸获得的图像的图像信号。类似地， 各个图像信号处理装置20-RU、20-LL和20-RL产生通过将输入图像的其它不同的四分 之一区域的图像放大成HD尺寸获得的图像的图像信号。例如，图2所示的输入图像GA 具有HD尺寸(水平方向像素的数目PH是1920，垂直方向像素的数目PV是1080)。图 像信号处理装置20-LU产生表示通过将图像GA_LU(即，输入图像GA的左上四分之一 区域)放大成HD尺寸获得的放大图像的图像信号。进一步讲，图像信号处理装置20-RU 产生表示通过将图像GA-RU(即，输入图像GA的右上四分之一区域)放大成HD尺寸获 得的放大图像的图像信号。图像信号处理装置20-LL产生表示通过将图像GA-LL(即， 输入图像GA的左下四分之一区域)放大成HD尺寸获得的放大图像的图像信号。此外， 图像信号处理装置20-RL产生表示通过将图像GA_RL(即，输入图像GA的右下四分之 一区域)放大成HD尺寸获得的放大图像的图像信号。
另外，图像信号处理装置20-LU提取与表示放大图像并且位深为十位的每个图 像信号的较高八位对应的部分，以将图像信号转换成位深为八位的图像信号。类似地， 图像信号处理装置20-RU、20-LL和20-RL中的每一个提取与表示放大图像中对应的放 大图像并且位深为十位的每个图像信号的较高八位对应的部分，以将图像信号转换成位 深为八位的图像信号。
此外，图像信号处理装置20-LU对位深为八位的图像信号执行多灰度级化处 理，由此能够补偿由于位深从十位下降到八位所导致的灰度级退化。图像信号处理装置 20-LU输出已经补偿图像放大和灰度级退化的图像信号DVd-LU。类似地，图像信号 处理装置20-RU、20-LL和20-RL分别输出已经补偿图像放大和灰度级退化的图像信号 DVd-RU、DVd-LL 和 DVd-RL。
图3示出了图像信号处理装置的构造。每个图像信号处理装置20-LU、20-RU、 20-LL和20-RL都具有图像放大处理部分21和多灰度级化处理部分22。
图像放大处理部分21具有帧存储器21a和行存储器(line memory) 21b。帧存储 器21a存储表示输入图像GA的各四分之一区域之一的图像信号。行存储器21b存储从 帧存储器21a读取的一行的图像信号。使用从控制部分40提供的控制信号CT控制帧存 储器21a和行存储器21b的操作，这将在下文进行描述。
图像放大处理部分21根据从控制部分40提供的控制信号CT对图像信号进行写 /读。图像放大处理部分21产生表示通过在水平方向和垂直方向中每一个上使图像(输 入图像的四分之一区域)增加一倍而获得的图像的图像信号DVb，然后将图像信号DVb 输出到多灰度级化处理部分22。
多灰度级化处理部分22将从图像放大处理部分21提供的图像信号DVb转换成 位深适于显示部分30的灰度级特性的图像信号。例如，假设图像信号DVb的位深是 十位而显示部分30的灰度级特性适于位深为八位的图像信号。在这种情况下，多灰度级 化处理部分22提取与每个图像信号DVb的较高八位对应的部分，以获得位深为八位的图像信号DVc。7
另外，多灰度级化处理部分22执行多灰度级化处理，从而即使当执行位深的转 换时仍能够在放大图像中实现宽灰度级表达。这里，当在水平方向和垂直方向中每一个 上对作为输入图像的四分之一区域的图像增加一倍时，在水平方向和垂直方向中的每一 个上对作为输入图像的四分之一区域的图像的每个像素重复两次。该像素对应于放大图 像的重复区域，其中包括通过重复该像素获得的四个像素。因此，对于通过重复输入图 像的每个像素而以四个像素为单位获得的每个重复区域，多灰度级化处理部分22调整包 括在重复区域中的像素的信号电平，从而补偿由于将位深从十位下降到八位所导致的灰 度级退化。
图4示出了多灰度级化处理部分22的结构。多灰度级化处理部分22包括模式 数据输出单元2 和加法单元22b。
为了使用抖动而基于由于位深转换不再用于图像信号DVc中的位信号再现灰度 级，模式数据输出单元2 根据不再用于图像信号DVc中的位信号输出模式数据项。
模式数据输出单元2 预先存储多个表，其中列出用于进行抖动的模式数据项并 且每一个模式数据项被提供以用于包括在重复区域中的各像素中的对应像素。模式数据 输出单元2 根据由于位深转换而不再用于图像信号DVc中的位信号以及根据当前进行 处理的像素是包括在重复区域中的第一像素、第二像素、第三像素或第四像素选择在这 些表中列出的模式数据项之一。模式数据输出单元2 将选择的模式数据项输出到加法 单元22b。换言之，模式数据输出单元2 根据当前处理的像素是包括在重复区域中的第 一像素、第二像素、第三像素或第四像素选择这些表之一。模式数据输出单元2 根据 与对应的十位图像信号DVb的较低两位对应的信号(即，较低两位信号SP[1:0])从选择 的表选择模式数据项之一，然后输出选择的模式数据项。加法单元2 将从模式数据输 出单元2 输出的模式数据项加到与十位图像信号DVb的较高八位对应的信号(即，较 高八位信号SP[9:2])，以获得图像信号DVd，然后输出图像信号DVd。
以这种方式，多灰度级化处理部分22将不用于图像信号DVc中的较低两位信号 SP[1:0]的信号电平看作误差。进一步讲，多灰度级化处理部分22执行误差分布到包括 在重复区域中的四个像素的误差分布，并且产生补偿由于位深从十位下降到八位导致的 灰度级退化的图像信号DVd。
图5示出了抖动的例子。注意，假设由较高八位信号SP[9:2]表示的灰度级水平 例如是“L”，以及假设在“1”加到由较高八位信号SP[9:2]表示的灰度级水平的情况 下获得的灰度级水平例如是“L+1”。
如图5的部分(A)所示，在十位图像信号DVb之一的较低两位信号SP[1:0]是 “0”的情况下，即使当通过从十位图像信号DVb提取较高八位信号SP[9:2]将十位图像信号DVb转换成八位图像信号时，灰度级水平仍不会变化。因此，当包括在重复区域中 的四个像素是具有为“0”的较低两位信号SP[1:0]的像素时，四个像素的每个的灰度级 水平被设置为“L”。
如图5的部分(B)所示，当位信号SP[1]是“0”并且位信号SP
是“1”时，基于通过从十位图像信号DVb提取较高八位信号SP[9:2]获得的图像信号的灰度级水平比 基于十位图像信号DVb的灰度级水平低“0.25”。因此，当包括在重复区域中的四个像 素是具有为“0”的位信号SP[1]和为“1”的位信号SP
的像素时，这四个像素之一的灰度级水平被设置为“L+1”，由此包括在重复区域中的四个像素的灰度级水平的均 值变成“L+0.25”。因此，能够补偿灰度级水平的下降。
如图5的部分(C)所示，当位信号SP[1]是“1”并且位信号SP
是“0”时， 基于通过从十位图像信号DVb提取较高八位信号SP[9:2]获得的图像信号的灰度级水平比 基于十位图像信号DVb的灰度级水平低“0.5”。因此，当包括在重复区域中的四个像 素是具有为“1”的位信号SP[1]和为“0”的位信号SP
的像素时，这四个像素中的 两个像素的灰度级水平被设置为“L+1”，由此包括在重复区域中的四个像素的灰度级 水平的均值变成“L+0.5”。因此，能够补偿灰度级水平的下降。
如图5的部分(D)所示，当位信号SP[1]是“1”并且位信号SP
是“1”时， 基于通过从十位图像信号DVb提取较高八位信号SP[9:2]获得的图像信号的灰度级水平比 基于十位图像信号DVb的灰度级水平低“0.75”。因此，当包括在重复区域中的四个像 素是具有为“1”的位信号SP[1]和为“1”的位信号SP
的像素时，这四个像素中的 三个像素的灰度级水平被设置为“L+1”，由此包括在重复区域中的四个像素的灰度级 水平变成“L+0.75”。因此，能够补偿灰度级水平的下降。
如图5的部分(A)到(D)和图6所示，预先设置存储在模式数据输出单元2 中 的表，从而，当十位图像信号DVb转换成八位图像信号DVc时，能够补偿由于位深转换 导致的灰度级下降。
这里，在表TBl中列出的数据项是针对包括在重复区域中的第一像素的模式数 据项。另外，在表TB2中列出的数据项是针对包括在重复区域中的第二像素的模式数据 项。在表TB3中列出的数据项是针对包括在重复区域中的第三像素的模式数据项。此 外，在表TB4中列出的数据项是针对包括在重复区域中的第四像素的模式数据项。
当位信号SP[1]是0并且位信号SP
是 时，“0”、“0”、“0”和“0” 顺序提供给加法单元22b，作为针对包括在重复区域中的四个像素的信号的模式数据项 PD。因此，关于基于从加法单元2 输出的图像信号DVd的图像，如图5的部分㈧所 示，包括在重复区域中的第一到第四像素的灰度级水平变成“L”。注意假设基于较 高八位信号SP[9:2]的灰度级水平是“L”。
当位信号SP[1]是0并且位信号SP
是1时，“1”、“O”、“O”和“O” 顺序提供给加法单元22b，作为针对包括在重复区域中的四个像素的信号的模式数据项 PD。因此，关于基于从加法单元22b输出的图像信号DVd的图像，如图5的部分(B)所 示，包括在重复区域中的第一像素的灰度级水平变成“L+1”，并且第二到第四像素的 灰度级水平变成“L”。
当位信号SP[1]是1并且位信号SP
是0时，“1”、“0”、“0”和“1” 顺序提供给加法单元22b，作为针对包括在重复区域中的四个像素的信号的模式数据项 PD。因此，关于基于从加法单元22b输出的图像信号DVd的图像，如图5的部分(C)所 示，包括在重复区域中的第一和第四像素的灰度级水平变成“L+1”，第二和第三像素 的灰度级水平变成“L”。
当位信号SP[1]是1并且位信号SP
是1时，“1”、“1”、“1”和“0” 顺序提供给加法单元22b，作为针对包括在重复区域中的四个像素的信号的模式数据项 PD。因此，关于基于从加法单元22b输出的图像信号DVd的图像，如图5的部分(D)所示，包括在重复区域中的第一到第三像素的灰度级水平变成“L+1”，第四像素的灰度 级水平变成“L”。
注意模式数据项不限于图6所示的模式数据项。例如，当位信号SP[1]是0 并且位信号SP
是1时，仅仅需要在表TBl到TB4中列出的模式数据项之一是“1”。 另外，当位信号SP[1]是1并且位信号SP
是0时，仅仅需要在表TBl到TB4中列出的 模式数据项中的两个是“1”。当位信号SP[1]是1并且位信号SP
是1时，仅仅需要 在表TBl到TB4中列出的模式数据项中的三个是“1”。
图1所示的图像信号处理装置20-LU、20-RU、20-LL和20-RL单独执行多灰度 级化处理(基于此能够补偿上述的图像放大、位深转换以及灰度级退化)，然后分别输出 已经处理后的图像信号DVd-LU、DVd-RU、DVd-LL和DVd-RL。
从图像信号处理装置20输出的图像信号提供给显示部分30。显示部分30包括显 示装置31、源极驱动器32-LU、32-RU、32-LL和32-RL、栅极驱动器33-LU、33-RU、 33-LL和33-RL、以及灰度级电压产生单元34。
从图像信号处理装置20-LU输出的图像信号DVd-LU被提供给源极驱动器 32-LU。另外，从图像信号处理装置20-RU输出的图像信号DVd-RU和从图像信号处 理装置20-LL输出的图像信号DVd-LL分别被提供给源极驱动器32-RU和源极驱动器 32-LL。此外，从图像信号处理装置20-RL输出的图像信号DVd-RL被提供给源极驱动-^^r 32—RL ο
例如，液晶显示元件用于显示装置31。液晶显示元件包括其上设置有透明像 素电极和薄膜晶体管(TFT)的衬底和其上方形成有一个透明电极的相对衬底(counter substrate).液晶显示元件具有一种结构，其中，液晶封装在这些衬底之间。对具有开关 功能的TFT进行控制，从而对各个像素电极施加用于在各像素中实现灰度级的灰度级电 压。因此，在各个像素电极与在相对衬底上形成的对应电极之间产生电压差，由此改变 液晶的透射率以显示图像。
显示装置31的像素电极以矩阵形式设置在水平和垂直方向上，并且连接到 TFT0另外，用于施加灰度级电压的数据线和用于施加控制信号以使得TFT执行开关操 作的扫描线连接到TFT。显示装置31根据控制信号使得TFT执行开关操作，由此对像 素电极施加灰度级电压。因此，在各个像素电极与在相对衬底上形成的对应电极之间产 生电压差。
源极驱动器32-LU对从图像信号处理装置20-LU提供的图像信号DVd_LU执行 串并转换以获得布置在显示装置31的区域AR-LU中的每行中的像素的显示信号。此外， 对显示信号执行数模(D/A)转换和放大以获得模拟灰度级电压。这里，在对显示信号执 行的D/A转换中，选择由灰度级电压产生单元34产生的灰度级基准电压。然后，通过 除以选择的灰度级基准电压产生根据图像信号确定的灰度级电压。以这种方式，源极驱 动器32-LU为每个水平行产生灰度级电压，并且经由显示装置31的数据线将产生的灰度 级电压作为驱动信号输出到TFT，从而使得为每个水平行顺序选择灰度级电压。
源极驱动器32-RU、32-LL和32-RL执行的处理中的每一个都与由源极驱动器 32-LU执行的处理类似。源极驱动器32-RU、32-LL和32-RL分别基于从图像信号处理 装置20-RU、20-LL和20-RL提供的图像信号为布置在区域AR-RU、AR-LL和AR-RL中的每行中的像素产生驱动信号。注意根据从控制部分40提供的控制信号CT执行源 极驱动器32-LU、32-RU、32-LL和32-RL的操作。
栅极驱动器33-LU为显示装置31的区域AR-LU中的每个水平行产生用于使得 TFT执行开关操作的控制信号，并且经由显示装置31的扫描线将控制信号输出到TFT。 栅极驱动器33-RU、33-LL和33-RL执行的处理中的每一个都与由栅极驱动器33-LU执 行的处理类似。栅极驱动器33-RU、33-LL和33-RL分别为区域AR-RU、AR-LL和 AR-RL中的每个水平行产生用于使得TFT执行开关操作的控制信号，并且经由扫描线将 控制信号输出到TFT。注意根据从控制部分40提供的控制信号CT执行栅极驱动器 33-LU、33-RU、33-LL 和 33-RL 的操作。
灰度级电压产生单元34产生灰度级基准电压，并且将灰度级基准电压输出到源 极驱动器 32-LU、32-RU、32-LL 和 32-RL。
控制部分40与表示输入图像的图像信号DVa同步产生控制信号CT，并且将控制 信号CT输出到图像信号处理装置20和显示部分30。控制部分40产生图像信号的定时 信号(例如，时钟信号和同步信号)以及用于控制由帧存储器21a和行存储器21b执行的 写和读的信号作为控制信号CT。另外，控制部分40产生用于驱动源极驱动器的水平启 动信号和水平时钟信号、用于驱动栅极驱动器的垂直启动信号和垂直时钟信号等等作为 控制信号CT。
2.图像信号处理装置的操作
接下来，将描述图像信号处理装置的操作。图7和图8是示出包括在图像信号 处理装置中的多灰度级化处理部分22的操作的流程图。注意下文描述是与包括在图像 信号处理装置20-LU中的多灰度级化处理部分的操作有关的描述。
在步骤STl中，多灰度级化处理部分22初始化与子像素的位置有关的位置信 息。多灰度级化处理部分22对位置信息进行初始化以将水平方向中的子像素的位置X和 垂直方向中的子像素的位置Y设置为“0”。另外，多灰度级化处理部分22将指示行的 重复的行信息LSEL设置为“0”。注意关于子像素，当使用红、绿和蓝像素构建一 个像素时，红、绿和蓝像素的每个对应于子像素。另外，行信息LSEL是能够用于确定 在执行图像放大的情况下的行的重复的数目的信息。例如，当在垂直方向上使图像增加 一倍时，每行被重复两次。在这种情况下，当第一次重复一行时，行信息LSEL设置为“0”，当第二次重复该行时，行信息LSEL设置为“1”。
在步骤ST2中，多灰度级化处理部分22获得与位于位置OC，Y)的子像素有关 的子像素数据项。从行存储器21b输出与位于位置OC，Y)的子像素有关的子像素数据 项(与十位对应的十位信号SP[9:0])，并且多灰度级化处理部分22获得子像素数据项。 多灰度级化处理部分22进入步骤ST3。
在步骤ST3中，多灰度级化处理部分22确定行信息LSEL是否是“0”。当行 信息LSEL是“0”时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST4。当如下所述执行行的重 复并且然后行信息LSEL不再是“0”时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST5。
在步骤ST4中，多灰度级化处理部分22使用包括在子像素数据项中的较低两位 信号SP[1:0]作为地址信号从表TBl获得模式数据项PD。多灰度级化处理部分22进入 步骤ST6。
在步骤ST5中，多灰度级化处理部分22使用包括在子像素数据项中的较低两位 信号SP[1:0]作为地址信号从表TB3获得模式数据项PD。多灰度级化处理部分22进入 步骤ST6。
在步骤ST6中，多灰度级化处理部分22将模式数据项PD加到通过从子像素数 据项中去除较低两位信号SP[1:0]获得的较高八位信号SP[9:2]，以产生新信号SP[7:0]，从 而使得位深为八位。多灰度级化处理部分22进入步骤ST7。
在步骤ST7中，多灰度级化处理部分22确定行信息LSEL是否是“0”。当行 信息LSEL是“0”时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST8。当如下所述执行行的重 复并且然后行信息LSEL不再是“0”时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST9。
在步骤ST8中，多灰度级化处理部分22使用包括在子像素数据项中的较低两位 信号SP[1:0]作为地址信号从表TB2获得模式数据项PD。多灰度级化处理部分22进入 步骤STlO。
在步骤ST9中，多灰度级化处理部分22使用包括在子像素数据项中的较低两位 信号SP[1:0]作为地址信号从表TB4获得模式数据项PD。多灰度级化处理部分22进入 步骤ST10。
在步骤STlO中，多灰度级化处理部分22将模式数据项PD加到通过从子像素数 据项中去除较低两位信号SP[1:0]获得的较高八位信号SP[9:2]，以产生新信号SP[7:0]，从 而使得位深为八位。多灰度级化处理部分22进入步骤ST11。
在步骤STll中，多灰度级化处理部分22将“1”加到水平方向中子像素的位置 X，以获得新位置X。多灰度级化处理部分22进入步骤ST12。
在步骤ST12中，多灰度级化处理部分22确定完成重复处理的次数是否等于 QH(即，水平方向上包括在四分之一区域中的像素的数目)。当位置X不位于四分之一 区域之外时，多灰度级化处理部分22返回到步骤ST2。当位置X在四分之一区域之外 时，多灰度级化处理部分22进入图8所示的步骤ST13。
在步骤ST13中，多灰度级化处理部分22为要对通过重复行获得的第二行执行 的处理执行初始化。为了开始对第二行执行处理，多灰度级化处理部分22对位置X进 行初始化，以将位置X设置为“0”。另外，为了多灰度级化处理部分22能够识别出正 对第二行进行处理，多灰度级化处理部分22将“1”加到行信息LSEL以获得新行信息 LSEL。多灰度级化处理部分22进入步骤ST14。
在步骤ST14中，多灰度级化处理部分22确定完成重复处理的次数是否等于 QV(即，垂直方向上包括在四分之一区域中的像素的数目)。当位置Y不在四分之一区 域之外时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST15。当位置Y位于四分之一区域之外时， 多灰度级化处理部分22终止对具有四分之一区域的一帧图像执行的处理。
在步骤ST15中，多灰度级化处理部分22确定行信息LSEL是否是“2”。当行 信息LSEL是“2”时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST16。当行信息LSEL还没有 变成“2”时，多灰度级化处理部分22返回图7所示的步骤ST2。这里，当完成对第一 行的处理时，通过步骤ST13中的处理，行信息LSEL被设置为“1”。另外，在完成对 通过重复行获得的第二行的处理以后，通过步骤ST13中的处理，行信息LSEL被设置为“2”。因此，当行信息LSEL是“1”时，多灰度级化处理部分22返回到步骤ST2，并且对通过重复行获得的第二行执行该处理。此外，当对通过重复行获得的第二行执行的 处理完成并且行信息LSEL被设置为“2”时，多灰度级化处理部分22进入步骤ST16。
在步骤ST16中，多灰度级化处理部分22将“1”加到垂直方向中的子像素的位 置Y，以获得新位置Y。另外，多灰度级化处理部分22对行信息LSEL进行初始化以将 行信息LSEL设置为“0”。多灰度级化处理部分22返回步骤ST2。
以这种方式，对于包括在通过重复输入图像的一个像素获得的重复区域中的每 个像素，根据对应图像信号的较低两位信号SP[1:0]确定的模式数据项加到较高八位信号 SP[9:2],由此能够产生位深为八位的图像信号DVd-LU。
注意包括在图像信号处理装置20-RU、20-LL和20-RL的每个中的多灰度级 化处理部分利用各四分之一区域的对应四分之一区域中的第一像素的位置作为初始位置 执行处理，该处理与由包括在图像信号处理装置20-LU中的多灰度级化处理部分执行的 处理类似。因此，图像信号处理装置20-RU、20-LL和20-RL能够分别产生图像信号 DVd-RU、DVd-LL 和 DVd-RL。
图9示出了图像信号处理装置的操作。图9的部分(A)示出了时钟信号4CLK。 图9的部分(B)示出了从行存储器向多灰度级化处理部分提供的图像信号DVb。图9的 部分(C)示出了从多灰度级化处理部分输出的图像信号DVd。
表示输入图像的图像信号DVa基于逐行存储在行存储器2Ib中，并且从行存储器 21b读取图像信号从而水平方向上像素的数目增加一倍。时钟信号4CLK的频率例如是 指示输入表示输入图像的图像信号DVa的定时的时钟信号CLK的频率的四倍。对于每个 像素，多灰度级化处理部分22与时钟信号4CLK同步地从行存储器21b两次读取各图像 信号中对应的图像信号，由此产生图像信号从而像素的数目在水平方向上增加一倍。或 者，多灰度级化处理部分22可以以时钟信号4CLK的频率的一半的频率从行存储器21b 顺序读取图像信号，可以与时钟信号4CLK同步输出模式数据项，并且可以产生图像信 号DVd从而水平方向中像素的数目增加一倍。注意图9的部分(B)示出了一种情况， 其中，多灰度级化处理部分22以时钟信号4CLK的频率的一半的频率基于逐像素从行存 储器21b顺序读取图像信号。
另外，如图9的部分(B)所示，当从行存储器21b输出一行的图像信号完成时， 重复输出一行的相同图像信号，由此产生图像信号，使得像素的数目在垂直方向上增加一倍。
以这种方式，图像放大处理部分21从行存储器21b读取图像信号。图像放大处 理部分21执行映射以从输入图像的每个像素获得在放大的图像中彼此相邻的2像素X2 像素。图像放大处理部分21产生表示像素的数目在水平方向和垂直方向上均增加一倍的 放大图像的图像信号。
多灰度级化处理部分22与时钟信号4CLK同步执行多灰度级化处理。例如，当 第一次从行存储器21b读取一行的图像信号时，模式数据输出单元2 使用像素A的已 经进行读取的较低两位信号SP[1:0]作为地址信号。另外，与时钟信号4CLK同步，模式 数据输出单元2 根据地址信号从表TBl和TB2选择模式数据项PD，然后将模式数据项 PD顺序输出到加法单元22b。加法单元2 将模式数据项PD加到像素A的较高八位信 号SP[9:2]以获得新信号，然后输出新信号作为包括在重复区域中的像素Al和A2的图像信号。此外，多灰度级化处理部分22还对像素B和像素B之后的像素执行类似处理以 产生图像信号，使得在水平方向上的像素的数目增加一倍。
接下来，当第二次从行存储器21b读取一行的图像信号时，模式数据输出单元 2 使用像素A的已经读取的较低两位信号SP[1:0]作为地址信号。另外，与时钟信号 4CLK同步，模式数据输出单元2 根据地址信号从表TB3和TB4选择模式数据项PD， 然后将模式数据项PD输出到加法单元22b。加法单元2 将模式数据项PD加到像素A 的较高八位信号SP[9:2]以获得新信号，并且输出新信号作为包括在重复区域中的像素A3 和A4的图像信号。此外，多灰度级化处理部分22还对像素B和像素B之后的像素执行 类似处理以产生图像信号DVd，从而水平方向和垂直方向的每一个方向中像素的数目均 增加一倍。
当对图10的部分(A)所示的图像执行上述的处理时，如图10的部分(B)所示 获得水平方向和垂直方向的每个方向中像素的数目均增加一倍的图像。另外，在水平方 向和垂直方向的每个方向上均使输入图像的一个像素增加一倍，以获得显示图像的四个 像素。包括四个像素的区域被认作是重复区域，并且对包括在重复区域中的四个像素的 每个执行抖动。能够产生补偿了由于位深从十位下降到八位所导致的灰度级退化的图像 信号DVd。因此，能够使用分辨率高于基于表示输入图像的图像信号的分辨率的显示装 置执行图像显示。即使当这个显示装置不满足适于表示输入图像的图像信号的灰度级特 性时，仍能够实现宽灰度级表达。
注意在上述的实施例中，当使用表示具有HD尺寸的输入图像的图像信号在 4K2K尺寸的显示器中执行图像显示时，描述了一种情况，其中，输入图像划分成四个图 像并且执行并行处理。然而，输入图像可划分成两个图像，并且可执行并行处理。另 外，当能够执行高速处理时，不用划分输入图像就可以执行处理。此外，当执行输入图 像的划分时，输入图像的划分不限于图2所示的分别在水平方向和垂直方向的每一个中 划分输入图像。例如，可以仅仅在水平方向上或者仅仅在垂直方向上划分输入图像。
另外，在多灰度级化处理部分22的模式数据输出单元2 中，不同的模式数据 项可以存储为根据较低两位信号SP[1:0]进行确定的模式数据项，并且可以输出模式数据 项从而执行模式数据项之间的切换。可以在空间方向或在时间方向上执行模式数据项之 间的切换。此外，关于模式数据项之间的切换，模式数据项之间随机切换是优选的。
例如，在图9的部分(A)到⑶中，当像素A的信号电平与像素B的信号电平 彼此相等时，可以在空间方向上执行模式数据项之间的切换。在这种情况下，在与像素 A对应的重复区域中，“1”仅仅加到像素Al的较高八位信号SP[9:2]。另外，在与像 素B对应的重复区域中，“1”仅仅加到与像素Bl不同的像素B2到B4之一的较高八位 信号SP[9:2]。以这种方式，能够防止在放大的图像中出现由于“1”加到较高八位信号 SP[9:2]的像素的规则性导致的波纹、差拍噪声等等。
另外，例如，在图9的部分(A)到(B)中，当某帧内的像素A的信号电平与下一 帧内的像素A的信号电平彼此相等时，可以在时间方向上执行模式数据项之间的切换。 在这种情况下，在与某帧内的像素A对应的重复区域中，“1”仅仅加到像素Al的较高 八位信号SP[9:2]。另外，在与下一帧内的像素A对应的重复区域中，“1”仅仅加到与 像素Al不同的像素A2到A4之一的较高八位信号SP[9:2]。以这种方式，当放大并显示运动图像时，能够防止在放大的图像中出现由于“1”加到较高八位信号SP[9:2]的像素 的规则性导致的波纹、差拍噪声等等。
此外，用于转换位深的方案和用于放大图像的方案不限于上述实施例中的方 案。例如，当图像信号转换成预定位数的图像信号时，在与通过从每个图像信号中去除 与预定数目的较高位对应的信号获得的信号对应的位数是m的情况下，包括在放大图像 的各重复区域的对应重复区域中的像素的数目被设置为2"^或更大。当以这种方式放大图 像时，根据与m位对应的信号对包括在重复区域中的像素执行误差分布。因此，能够补 偿由于将图像信号转换成预定位数的图像信号导致的灰度级退化。
此外，当包括在重复区域中的像素的数目是2n时，根据与通过从各图像信号的 对应图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号获得的信号中的较高η位对应的信 号确定模式数据项。从模式数据输出单元输出模式数据项。当以这种方式输出模式数据 项时，能够根据包括在重复区域中的像素的数目执行误差分布。因此，能够补偿由于将 图像信号转换成预定位数的图像信号导致的灰度级退化。
能够通过硬件或软件或者使用硬件和软件的组合的结构执行在说明书中描述的 这一系列处理。在通过软件执行这些处理的情况下，记录有处理过程序列的程序能够安 装在设置在并入专用硬件中的计算机中的存储器中并且能够被执行。或者，程序能够安 装到能够执行各种处理的通用计算机并且能够被执行。
例如，程序能够预先记录在用作记录介质的硬盘或只读存储器(ROM)上。或 者，程序能够暂时或永久存储(记录)在可移动记录介质上(例如，软盘、压缩盘只读存 储器(CD-ROM)、磁光(MO)盘、数字多功能盘(DVD)、磁盘、或半导体存储器)。可 以提供这种可移动记录介质作为所谓的套装软件。
注意程序能够从上述的可移动记录介质安装到计算机。此外，程序能够从 下载网址无线地传递到计算机或者经由网络(例如，局域网(LAN)或互联网)有线地传 递到计算机，并且计算机能够接收以这种方式传递的程序并且将它安装到内置记录介质 (例如，硬盘)中。
本申请包含与在于2009年9月10日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009-209039中公开的主题有关的主题，该日本优先权专利申请的全部内容以引用方式并 入本文。
本领域技术人员应该明白，可以根据设计要求和其它因素构思出各种变型、组 合、子组合和替代，只要它们位于权利要求及其等同物的范围内即可。
权利要求
1.一种图像信号处理装置，包括图像放大处理单元，被构造为产生表示已经通过重复像素被放大的图像的图像信号；模式数据输出单元，被构造为针对通过重复像素获得的每个重复区域，根据通过从 各图像信号中的对应图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来输 出模式数据项，所述模式数据项用于在包括在重复区域中的像素中，基于通过从图像信 号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来再现灰度级；以及加法单元，被构造为针对每个重复区域将模式数据项加到与包括在各图像信号中的 对应图像信号中的预定数目的较高位对应的信号。
2.根据权利要求1的图像信号处理装置，其中，模式数据输出单元存储彼此不同的各 模式数据项作为要根据通过从图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的 信号来输出的模式数据项，在彼此不同的模式数据项之间进行切换，以及输出模式数据 项。
3.根据权利要求2的图像信号处理装置，其中，模式数据输出单元在空间方向上在模 式数据项之间执行切换。
4.根据权利要求2的图像信号处理装置，其中，模式数据输出单元在时间方向上在模 式数据项之间执行切换。
5.根据权利要求1的图像信号处理装置，其中，模式数据输出单元针对包括在重复区 域中的每个像素具有表，根据通过从图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而 获得的信号，从表中选择模式数据项，并且输出该模式数据项。
6.根据权利要求1的图像信号处理装置，其中，当与通过从图像信号中去除与预定数 目的较高位对应的信号而获得的信号对应的位数被设置为m时，包括在重复区域中的像 素的数目是2"^或更大。
7.根据权利要求1的图像信号处理装置，其中，当包括在重复区域中的像素的数目是 2n时，根据与通过从图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号中包 括的较高η位对应的信号来输出模式数据项。
8.—种图像信号处理方法，包括如下步骤由图像放大处理单元产生表示已经通过重复像素被放大的图像的图像信号；由模式数据输出单元针对通过重复像素获得的每个重复区域，根据通过从各图像信 号中的对应图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来输出模式数 据项，所述模式数据项用于在包括在重复区域中的像素中，基于通过从图像信号中去除 与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来再现灰度级；以及由加法单元针对每个重复区域将模式数据项加到与包括在各图像信号中的对应图像 信号中的预定数目的较高位对应的信号中。
9.一种图像显示设备，包括显示单元，被构造为使用图像信号执行图像显示，所述图像信号是预定位数的图像 信号；图像放大处理单元，被构造为通过重复像素产生适于显示单元的显示分辨率的图像 信号；模式数据输出单元，被构造为针对通过重复像素获得的每个重复区域，输出用于在 包括在重复区域中的像素中，基于通过从各图像信号中的对应图像信号中去除与预定数 目的较高位对应的信号而获得的信号来再现灰度级的模式数据项；以及加法单元，被构造为针对每个重复区域将模式数据项加到与包括在各图像信号中的 对应图像信号中的预定数目的较高位对应的信号以获得信号，并且被构造为将获得的信 号输出到显示单元。
全文摘要
本发明涉及图像信号处理装置、图像信号处理方法和图像显示设备。本发明提供了一种图像信号处理装置，包括图像放大处理单元，产生表示已经通过重复像素被放大的图像的图像信号；模式数据输出单元，针对通过重复像素获得的每个重复区域，根据通过从各图像信号中的对应图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来输出模式数据项，该模式数据项用于在包括在重复区域中的像素中，基于通过从图像信号中去除与预定数目的较高位对应的信号而获得的信号来再现灰度级；以及加法单元，针对每个重复区域将模式数据项加到与包括在各图像信号中的对应图像信号中的预定数目的较高位对应的信号中。
文档编号G09G3/36GK102024406SQ201010273250
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月2日 优先权日2009年9月10日
发明者井ノ川裕幸 申请人:索尼公司