JP5508679B2 - 低電力駆動装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は低電力駆動に関するものであって、外部照度によりディスプレイ画面の輝度を調節して電力を節減するようにする低電力駆動装置および方法に関するものである。

携帯電話、ＰＤＡなどのような個人用携帯端末機は「携帯性」、「移動性」のような特徴によってユーザに便利さを提供している。しかし、このような特徴によって個人用携帯端末機では消費される電力を最小化する必要がある。

例えば、個人用携帯端末機を構成する要素中でバックライトユニット（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）とのような映像を表示するための光源を提供する要素は個人用携帯端末機で消費される電力中、最も多い部分を占めている。したがって、このような場合にバックライトユニットで消費される電力を低くし、消費電力の減少にともなう輝度の減少は映像情報をデジタル処理し補償することによって全体的にはユーザによって認識される映像の輝度を維持しつつ、個人用携帯端末機の低電力効果を得ることができるようになるものである。

一方、個人用携帯端末機は前記のような特性によって多様な環境に露出されているが、これによってバックライトユニットから一定のサイズの光源が継続して提供されていても、すなわちディスプレイ画面の輝度が一定であってもユーザは外部照度によりディスプレイ画面を通して表れる映像の明るさを異に認知するようになり、これは結局映像の視認性を低下させ必要以上の輝度によって電力を浪費するという問題がある。

したがって、外部照度が変わってもユーザが認知する映像の明るさを最小限に維持させながら、個人用携帯端末機の低電力効果を得ることができる方法が必要となった。
韓国公開特許第２００６−０２５７４１号公報

本発明はモバイル機器の制限された電源環境においてディスプレイ画面での明るさを周辺環境によって能動的に制御し、低電力駆動を遂行するようにすることを目的とする。

また、本発明はモバイル機器の制限された電源環境においてディスプレイ画面での明るさを周辺環境だけでなく映像コンテンツによって能動的に制御し、低電力駆動を遂行するようにするのを目的とする。

本発明の目的は以上で言及した目的に制限されず、言及されていないまた他の目的は次の記載から当業者に明確に理解できるであろう。

前記目的を達成するために、本発明の実施形態による低電力駆動装置は照度を感知する照度感知モジュールと、前記感知された照度に対応して非線形特性を有する最小認知明るさを演算する最小認知明るさ演算モジュールと、前記演算された最小認知明るさを基礎として電力レベルを決定する駆動電力レベル決定モジュール、および前記決定された駆動電力レベルに応じて入力された映像を表示するための光源を提供する駆動モジュールを含む。

また、前記目的を達成するために、本発明の実施形態による低電力駆動方法は照度を感知する（ａ）段階と、前記感知された照度に対応して非線形特性を有する最小認知明るさを演算する（ｂ）段階と、前記演算された最小認知明るさを基礎として電力レベルを決定する（ｃ）段階および前記決定された駆動電力レベルに応じて入力された映像を表示するための光源を提供する（ｄ）段階を含む。

本発明によればモバイル機器の制限された電源環境でディスプレイ画面での明るさを周辺環境および映像コンテンツにより能動的に制御し、モバイル機器を低電力で駆動することができる効果がある。

本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になるだろう。しかし本発明は以下で開示される実施形態に限定されるものではなく互いに異なる多様な形態で具現されることができ、単に本実施形態は本発明の開示が完全なようにして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範囲によってのみ定義される。

以下、本発明の実施形態による低電力駆動装置および方法を説明するためのブロック図または処理フローチャートに対する図を参考にして、本発明に対して説明する。この時、処理フローチャート図の各ブロックとフローチャート図の組合せはコンピュータプログラムインストラクションによって、遂行され得る可能性があることを理解するはずである。これらコンピュータプログラムインストラクションは汎用コンピュータ、特殊用コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備のプロセッサに搭載され得るため、コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備のプロセッサを通して、遂行されるそのインストラクションがフローチャートブロックで説明された機能を遂行する手段を生成するようになる。これらコンピュータプログラムインストラクションは特定方式で機能を具現するためにコンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備を指向できるコンピュータ利用可能またはコンピュータ判読可能メモリに保存することも可能であるため、そのコンピュータ利用可能またはコンピュータ判読可能メモリに保存されたインストラクションはフローチャートブロックで説明された機能を遂行するインストラクション手段を内包する製造品目を生産することも可能である。コンピュータプログラムインストラクションはコンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備上に搭載されることも可能であるため、コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備上で一連の動作段階が遂行され、コンピュータで実行されるプロセスを生成し、コンピュータまたはその他プログラム可能なデータプロセシング装備を遂行するインストラクションはフローチャートブロックで説明された機能を実行するための段階を提供することも可能である。

また、各ブロックは特定された論理的機能を実行するための一つ以上の実行可能なインストラクションを含むモジュール、セグメントまたはコードの一部を示し得る。また、いくつかの代替実行形態ではブロックで言及された機能が順序を外れ発生するのも可能であることに注目しなければならない。例えば、相次いで図示されている二つのブロックは事実実質的に同時に遂行されることも可能でまたはそのブロックが時々該当する機能により逆順で遂行されるのも可能である。

図１は本発明の一実施形態による低電力駆動装置を示すブロック図である。図１を参照すれば、携帯用モバイル機器のような本発明による低電力駆動装置１００は照度感知モジュール１１０、駆動電力レベル決定モジュール１２０、最小認知明るさ演算モジュール１３０、駆動モジュール１４０そして表示モジュール１５０を含む。

照度感知モジュール１１０は低電力駆動装置１００が位置した場所の照度を感知するが、照度感知のために照度感知モジュール１１０はフォトダイオード、フォトトランジスタまたは光導電素子などの光センサでなされ得る。

駆動電力レベル決定モジュール１２０は前記感知された照度によって決定される最小認知明るさを基礎として駆動電力のレベルを決定する。ここでの駆動電力は映像を表示するための光源の強さとして理解し得る。

最小認知明るさ演算モジュール１３０は前記感知された照度を基礎として現在低電力駆動装置１００が置かれている環境下でユーザに許容可能な最小認知明るさを演算する。その後、演算された許容可能な最小認知明るさを駆動電力レベル決定モジュール１２０に提供し、駆動電力を制御するようにする。

駆動モジュール１４０は駆動電力レベル決定モジュール１２０によって決定された駆動電力レベルに応じて映像を表示するための光源を提供する。駆動モジュール１４０はバックライトユニット（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｕｎｉｔ）のように映像を表示するための光源を提供する要素として理解することができる。
表示モジュール１５０は駆動モジュール１４０によって提供される光源を利用して映像を表示する。

以下、図１に図示された各モジュール間の動作を図２に図示されたフローチャートを参照して、具体的に説明する。
まず、照度感知モジュール１１０が現在低電力駆動装置１００が位置した場所の照度を感知し（Ｓ２１０）、感知された照度情報を駆動電力レベル決定モジュール１２０で提供する。

駆動電力レベル決定モジュール１２０は前記照度情報を最小認知明るさ演算モジュール１３０に提供し、最小認知明るさ演算モジュール１３０は前記提供された照度情報を利用してユーザに許容可能な最小認知明るさを演算する（Ｓ２２０）。この時、図１では最小認知明るさ演算モジュール１３０が駆動電力レベル決定モジュール１２０から照度情報の提供を受けるものと図示されているが、本発明はこれに限定されるものではなく照度感知モジュール１１０から直接照度情報の提供を受けることもできる。
最小認知明るさ演算モジュール１３０による最小認知明るさ演算過程は次の通りである。

本発明は周辺照度によって感じる明るさ（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ）が変わる人間の視覚の特性に基づいて、ディスプレイ画面の明るさを周辺照度に適応して制御する方法から出発する。

論文Ｈ．Ｗ．Ｂｏｄｍａｎｎ、Ｐ．Ｈａｕｂｎｅｒ、ａｎｄ Ａ．Ｍ．Ｍａｒｓｄｅｎ、“Ａ ｕｎｉｆｉｅｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂｒｉｇｈｔｅｎｅｓｓ ａｎｄ ｌｕｍｉｎａｎｃｅ” ＣＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、ｐｐ．９９−１０２、１９８０．でのように人間の視覚の明るさ認識研究によれば人間が感じる映像の明るさ、すなわち認知明るさは大部分映像輝度の指数関数（ｐｏｗｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形態で表すことができ、特に式（１）のように認知明るさは映像の輝度だけでなく周辺照度と連動された関数でモデリングできるということを発見した。

上の数式で、

は視野角（ｖｉｓｕａｌ ａｎｇｌｅ）であり

は視野角（ｖｉｓｕａｌ ａｎｇｌｅ）により決定される常数値である。ここで認知明るさの値は

である時の明るさを１００として、任意に設定された値である。

式（１）を利用すればユーザが感じる映像の明るさ指数を固定させた場合に周辺照度にともなう映像の明るさ関数を求めることができる。式（１）で外部照度が与えられた時、定められた映像の輝度で同じ程度の明るさを感じると仮定することができるものである。

式（１）で輝度

を駆動モジュール１４０によって提供される光源の輝度、

を周辺輝度とすれば、同一に認知される明るさスケール（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｓｃａｌｅ）を維持するための

関係は式（１）で明るさスケール（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｓｃａｌｅ）を定数として設定し式（２）のように求めることができる。

しかし、式（２）の場合、映像の明るさスケールはディスプレイ画面の特性およびユーザの許容度すなわち、ユーザが認知可能な明るさの程度を考慮せず、実際にＬＣＤ、ＯＬＥＤなどのようなディスプレイ画面で使用者に最大で許容可能な最小明るさを選択するようにした時、前記のモデリング結果と異なる結果を発見することができる。これは照度にともなう人間の視覚の適応特性と合せてディスプレイ画面に及ぼす他の光の影響が複合して発生した結果を見ることができる。

すなわち、暗い暗室環境では前記のモデルで提示された程度よりさらに暗い画面でもユーザは満足するほどの結果を見せ、その許容最小明るさは照度が高まるほど増加する形態を見せる。このようなユーザの特性を利用して本発明では式（３）のように許容可能な最小明るさを維持するためのモデルを提示する。

ここで

は許容最小認知明るさを満足させるディスプレイ画面での輝度、すなわち駆動モジュール１４０によって提供される輝度を表す。

また、式（３）で

は暗室と明るい環境でのユーザ実験を通して決定され得る。例えば暗室条件と明るい事務室環境（例えば、１，０００ ｌｕｘ程度）でユーザにディスプレイ画面の輝度を調節するようにして二つの値を決定することができる。

図３は式（３）に基づいて暗室条件と事務室環境での許容最小明るさを利用して作成されたグラフの例である。

図３でｘ軸は照度感知モジュール１１０によって感知された外部照度の値を、ｙ軸は外部照度に対応するディスプレイ画面の輝度を表す。

ＬＣＤの場合、ディスプレイ画面の輝度と駆動電力との関係は一般的に線形的な関係を有するためｙ軸の輝度値を利用して最大輝度との比率を求めれば、各々の外部照度に符合するバックライトユニットの駆動電力を求めることができる。ディスプレイ画面の輝度と駆動電力が線形的でないとしても電力節減率は各ディスプレイ画面の電力対輝度モデリングによって簡単に求めることができる。

このようなモデルをＬＣＤに適用する場合、前記モデリングはＬＣＤのバックライトユニットを制御するためのモデルとなり、代表的な自発光ディスプレイのＯＬＥＤに適用する場合、照度にともなう各画素の明るさをディミング（ｄｉｍｍｉｎｇ）という基準を提示しモバイル使用環境での外部照度に対応する低電力駆動が可能になるものである。

一方、最小認知明るさ演算モジュール１３０は式（３）を利用してディスプレイ画面での輝度、すなわち、ユーザが許容する最小認知明るさを演算し得るが、周辺照度にともなう輝度情報をルックアップテーブル（Ｌｏｏｋｕｐ Ｔａｂｌｅ；ＬＵＴ）形態で保存して演算量を減らし、アルゴリズムの効率を高めることができる。

ＬＵＴを構成する方法は色々なものがあり得るが本発明では外部照度の間隔を非線形的に分割して精密な調整が要求される低照度環境と明るさの変化を大きく感じることができない高照度環境での照度間隔を差別的に適用するようにするが、これを図４で表しており、その結果は表（１）のような形態で保存され得る。

前記のような方式によって最小認知明るさが決定されれば、駆動電力レベル決定モジュール１２０は前記決定された最小認知明るさに対応する駆動電力レベルを決定する（Ｓ２３０）。このために例えば表（２）のように最小認知明るさに該当するバックライトユニットの輝度とこれに対応する駆動電力レベル（％）をルックアップテーブルの形態であらかじめ保存した後、駆動電力レベル決定モジュール１２０が前記ルックアップテーブルを参照して決定し得る。

例えば、表（１）と表（２）を参照すれば、外部照度が４８ｌｕｘの場合、ディスプレイ画面での輝度は１１２ｃｄ／ｍ２であり、最大輝度を２００ｃｄ／ｍ^２であると仮定した時、駆動電力レベルが５６％であるため、４４％（＝１００−５６）の電力節減率を達成できるようになるものである。一方、図１で駆動電力レベル決定モジュール１２０と最小認知明るさ演算モジュール１３０は分離され図示されているが、一つのモジュールとして動作が可能であり、これに伴い表（１）と表（２）が一つのテーブル形態で保存され、外部照度に対応する駆動電力レベルが決定され得る。

前記のように決定された駆動電力レベルに応じて駆動モジュール１４０は映像を表示するための光源を提供し（Ｓ２４０）、表示モジュール１５０は前記提供されている光源を利用して映像を表示する（Ｓ２５０）。

一方、式（３）を基礎として駆動モジュール１４０の電力レベルをリアルタイムで制御する場合、ディスプレイ画面の明るさは入力される照度によってリアルタイムで変わるようになる。

ところでユーザが、照度センサが搭載された携帯用モバイル機器を使用する場合、感知される外部照度の値は携帯角度および微細な動きによって、随時に変わるようになり、これに伴いディスプレイ画面にはユーザに好ましくないチラツキなどの現象が発生するようになる。

したがって照度変化のおよび時間にともなう変化量を適切に遅延させディスプレイ画面で発生し得るチラツキ（ｆｌｉｃｋｅｒｉｎｇ）現象を制御する必要がある。

このために本発明では図５に図示されたように移動平均演算モジュール１１５を具備し、照度感知モジュール１１０によって感知され、適切な時間間隔でサンプリング（ｓａｍｐｌｉｎｇ）され、入ってくる照度値を移動平均（ＭＡ：Ｍｏｖｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ）した後、移動平均値を基礎として式（３）またはこれに対応するルックアップテーブルを利用してディスプレイ画面でユーザが許容する最小認知明るさを決定することができる。

図５に図示された他のモジュールは図１に図示されたモジュールに対応するものと理解し得る。
また最小認知明るさ演算モジュール１３０によって決定された最小認知明るさ値は移動平均演算によって追加的なチラツキ防止が可能で、このために最小認知明るさ演算モジュール１３０または駆動電力レベル決定モジュール１２０は移動平均演算を遂行することもできる。

一方、前記のようにユーザが許容する最小認知明るさを演算し、これを基礎として電力レベルを調整することによって電力消費を節減すると同時に、入力される映像の特性を利用して追加的な電力節減を達成することもできるが、このような機能を達成するための低電力駆動装置が図６に図示されている。

図６を参照すれば、本発明のまた他の実施形態による低電力駆動装置６００は外部照度によって駆動電力を調節する第１調節手段６０１と入力された映像の映像情報を基礎として映像信号の値を調節することによって駆動電力を調節する第２調節手段６１１を含む。また、低電力駆動装置６００は最終電力減少量決定モジュール６３０、駆動モジュール６４０そして表示モジュール６５０を含む。駆動モジュール６４０と表示モジュール６５０は図１に図示された駆動モジュール１４０と表示モジュール１５０に対応する。

また、第１調節手段６０１は照度感知モジュール６０３、駆動電力レベル決定モジュール６０５、最小認知明るさ演算モジュール６０７、そして第１電力減少量決定モジュール６０９を含む。ここで、照度感知モジュール６０３、駆動電力レベル決定モジュール６０５および最小認知明るさ演算モジュール６０７は、図１に図示された照度感知モジュール１１０、駆動電力レベル決定モジュール１２０および最小認知明るさ演算モジュール１３０に対応する。

第１電力減少量決定モジュール６０９は駆動電力レベル決定モジュール６０５によって決定された駆動電力レベルを基礎として最大電力に対する消費電力の比率に該当するα（０＜α＜１）値を決定する。

一方第２調節手段６１１は映像入力モジュール６１３、映像情報抽出モジュール６１５、映像変換モジュール６１７そして第２電力減少量決定モジュール６１０を含む。
映像入力モジュール６１３は映像の入力を受け映像情報抽出モジュール６１５に提供する。

映像情報抽出モジュール６１５は入力された映像に対する映像情報を抽出し、抽出した映像情報を基礎として入力された映像の特性を把握する。

映像変換モジュール６１７は前記把握された特性を基礎として入力された映像を変換し、表示モジュール６５０に出力する。
第２電力減少量決定モジュール６１０は映像情報抽出モジュール６１５によって把握された映像特性によって最大電力に対する消費電力の比率に該当するβ（０＜β＜１）値を決定する。

最終電力減少量決定モジュール６３０は第１電力減少量決定モジュール６０９によって決定されたα値と第２電力減少量決定モジュール６１０によって決定されたβ値を基礎として最大電力に対して最終的に消費される駆動電力比率αβを求め、これにともなう最終電力節減率（１−αβ）を得ることができる。したがって、駆動モジュール６４０は（１−αβ）ほど駆動電力が節減され表示モジュール６５０に光源を提供するようになる。

以下、映像情報を利用して低電力駆動を遂行する方法を具体的に説明する。
まず映像情報抽出モジュール６１５は入力映像の輝度分布にしたがい入力映像を所定の映像範疇に分類する。より具体的には、互いに異なる特徴を有する複数の映像範疇のうちで入力映像の輝度ヒストグラムが有する特徴と最も類似した特徴を有する映像範疇から入力映像を分類することができる。

ここで、映像範疇は多様な映像の輝度分布特性を代表できるモデルを意味し、映像範疇の種類および個数は事前に設定され得る。

入力映像の輝度分布を表す輝度ヒストグラムを生成するためには入力映像の各ピクセルが有する輝度値を算出しなければならない。輝度値を算出するための一実施形態として、映像情報抽出モジュール６１５は式（４）に示したようなＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）標準の計算式を使用することができる。
Ｙ＝０．２８８Ｒ＋０．５８７Ｇ＋０．１１４Ｂ （４）
式（４）でＲ、Ｇ、Ｂは各々輝度値を算出しようとする対象ピクセルの赤、緑、および青の成分値を表し、Ｙは対象ピクセルの輝度値を表す。

式（４）は入力映像を表現する色相がＲＧＢ色空間に基づく場合に使用され得る。もちろん、入力映像を表現する色相が異なる類型の色空間に基づいているならば、輝度値を算出するために他の方式が使用され得るものである。また、本発明は輝度値算出方式に限定されないため、入力映像がＲＧＢ色空間がしようされたとしてもＮＴＳＣ標準の計算式以外に他の輝度値算出方式が使用されても差し支えない。もし入力映像が輝度値を含む色空間に基づいているならば、輝度値を算出する作業は省略され得る。

図７は任意の入力映像に対して作成された輝度ヒストグラムの一例を示す図である。図示された輝度ヒストグラムの横軸は輝度値を表す。例えば入力映像が８ビット映像ならば、輝度価格は０〜２５５の間の値を有し得る。一方、輝度ヒストグラムの縦軸は各輝度値に対応するピクセル頻度を表す。ここでピクセル頻度は入力映像で各輝度値を有するピクセルの個数に対応する。

入力された映像に対する輝度ヒストグラムが生成されれば、映像情報抽出モジュール６１５は生成された輝度ヒストグラムの特徴を抽出する。

輝度ヒストグラムの特徴は入力映像が属する映像範疇を決定するために使用され得るパラメータであり、一つの輝度ヒストグラムから複数の特徴が抽出され得る。どのようなパラメータを輝度ヒストグラムの特徴として使用するのかは低電力駆動装置６００を設計する時、決定されることができる。

本発明の一実施形態による、輝度ヒストグラムの特徴を表すパラメータに対して図７を参照し説明する。
図７に図示した通り、輝度範囲は下位帯域（ｌｏｗ ｂａｎｄ）、中間帯域（ｍｉｄｄｌｅ ｂａｎｄ）、および上位帯域（ｈｉｇｈ ｂａｎｄ）に分けることができる。ここで輝度範囲は一つのピクセルが表せる階調の数を意味する。例えば８ビット映像を構成する各ピクセルは０〜２５５の間の輝度値を有し得るため、８ビット映像での輝度範囲は０〜２５５となるものである。

各帯域間の境界は事前実験によって輝度ヒストグラムの特徴を最もよく表し得る位置に設定され得る。例えば、下位帯域と中間帯域の境界（Ｌ）は輝度範囲のうち下位２５％（８ビット映像の場合輝度値６３）であり、中間帯域と上位帯域の境界（Ｈ）は輝度範囲のうち上位２５％（８ビット映像の場合輝度値１９１）であり得る。

輝度ヒストグラムの特徴を表すパラメータの例として、ＨｉｇｈＳＵＭ、ＬｏｗＳＵＭ、ＭｉｄｄｌｅＳＵＭ、Ｍｅａｎ、ＺｅｒｏＢｉｎ、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ（以下「ＤＲ」という）を挙げることができる。

ＨｉｇｈＳＵＭは上位帯域に含まれるピクセル数を意味し、ＬｏｗＳＵＭは下位帯域に含まれるピクセル数を意味し、ＭｉｄｄｌｅＳＵＭは中間帯域に含まれるピクセル数を意味する。Ｍｅａｎは入力映像を構成するすべてのピクセルの輝度値の平均（以下「平均輝度値」という）を意味する。

ＤＲは輝度ヒストグラムで輝度値の有効範囲を表すが、Ｍａｘ−Ｍｉｎで定義され得る。ここでＭａｘは輝度ヒストグラムで輝度値が低い順に各輝度値の頻度を合算する場合、その和が輝度ヒストグラムの面積の１％になる時の輝度値を意味する。また、Ｍｉｎは輝度値が高い順に各輝度値の頻度を合算する場合、その和が輝度ヒストグラムの面積の１％になる時の輝度値を意味する。

例えば図７の輝度ヒストグラムで、第１領域７１０の広さが輝度ヒストグラム全体面積の１％ならばＭａｘはＹ１となり、第２領域７２０の広さが輝度ヒストグラム全体面積の１％ならばＭｉｎはＹ２となる。この場合、輝度ヒストグラムのＤＲは（Ｙ１−Ｙ２）で表し得る。

ＺｅｒｏＢｉｎは中間帯域に属する各輝度値の頻度の平均の１０％を基準値とする時、輝度範囲のうちで頻度が基準値より小さい輝度値を有するピクセル数を意味する。

このように輝度ヒストグラムの特徴を分析して入力映像と最も近い特徴を有する映像範疇を選択する。本発明の一実施形態による映像範疇の特徴を代表できる輝度ヒストグラム（以下、「代表ヒストグラム」という）を図８に図示した。

図８に図示された代表ヒストグラムによって、各映像範疇が有する輝度特性を察し見ると、映像範疇Ａは中間帯域に属するピクセルが多く上位帯域および下位帯域に属するピクセルが少ない映像を代表する。映像範疇Ｂは上位帯域に属するピクセルが多い映像を代表し、映像範疇Ｃは下位帯域に属するピクセルが多い映像を代表する。映像範疇Ｄは高いコントラストを表す映像であって、上位帯域と下位帯域に大部分のピクセルが分布する映像を代表する。映像範疇Ｅは前帯域にかけて平均したピクセル分布を有する映像を代表する。最後に、映像範疇Ｆはグラフィック作業によって生成された映像のように輝度値が離散的に分布する映像を代表する。

図８に図示された各映像範疇の代表ヒストグラムは一実施形態だけであるため、他の輝度特性を有する映像範疇が使用されることもあり得る。

入力映像を分類するために使用される輝度ヒストグラムの特徴が先に説明したようなＨｉｇｈＳＵＭ、ＬｏｗＳＵＭ、ＭｉｄｄｌｅＳＵＭ、Ｍｅａｎ、ＺｅｒｏＢｉｎ、およびＤＲであり、映像範疇が図８に図示したような輝度特性を有する場合、映像情報抽出モジュール６１５が映像範疇を選択するために各輝度ヒストグラムの特徴値と特定定数との比較過程を通して映像の範疇を分類する。

前記のような方式によって入力映像に対する映像範疇が選択されれば、電力モードおよび入力映像が属する映像範疇に応じて入力映像の輝度を調節する。ここで電力モードは駆動モジュール６４０の電力消耗の程度を示す。

例えば頂上電力モードはディスプレイ装置が最大電力を使用していることを示し、低電力モードはディスプレイ装置が一定水準に消費電力を減少したことを示し得る。もちろん電力減少率に応じて低電力モードも多段階の電力モードに区分される。例えば、電力減少率が３０％である場合を第１低電力モードとして、電力減少率が６０％である場合を第２低電力モードとすることができる。

映像変換モジュール６１７は低電力モードでの効果的な映像再現のために、入力映像が属する映像範疇に対応する階調写像関数（Ｔｏｎｅ Ｍａｐｐｉｎｇ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ＴＭＦ）を使用することができる。本願の明細書及び特許請求の範囲においては、ＴＭＦは低電力モードで各映像範疇に属する映像の輝度を調節するための最適化されたパターンを示す関数であって、入力輝度値に対応する出力輝度値を提供する。ＴＭＦは事前実験によって映像変換モジュール６１７に予め設定され得もする。

図９は本発明の一実施形態によるＴＭＦを利用した輝度変化率をグラフで示す図である。図示された輝度変化率グラフは各々図８に図示された６個の映像範疇に対応する。図９のグラフで横軸は入力輝度値を表すが、本実施形態では６ビット映像を仮定して、０〜６３の輝度範囲で表現されている。また図９のグラフで縦軸は各入力輝度値に対応する輝度変化率を表す。

図９のグラフを利用して入力映像の輝度を変化させる一形態を説明すれば、入力映像が映像範疇Ｅに属する場合、入力映像のうち輝度値が４３であるピクセルに対する輝度増加率が０．１４であるため、該当ピクセルの輝度価格は４３＋（４３＊０．１４）と計算され約４９となる。

輝度調節方法として、固定利益による方法と可変利益による方法があるが、以下各々に対して具体的に説明する。

固定利益による方法は電力減少率に応じて決定される固定利得値と入力映像が属する映像範疇に対応するＴＭＦを利用して入力映像の輝度値を調節するものであって、固定利益によって調節される輝度価格は式（５）のように示し得る。

式（５）で

は低電力映像具現のための出力輝度値であり、

は入力映像が属する映像範疇に対応するＴＭＦによる輝度増加率であって、図９のグラフの縦軸に対応する値である。また、

は電力減少率に対応する利得値であって、一つの入力映像を構成するすべてのピクセルに対して同一な値として適用される。もちろん、電力減少率にしたがって

が変わり得る。例えば電力減少率が高まるほどディスプレイ装置の光源（例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）のバックライト）の明るさが低くなるものであるため、

は電力減少率が高まるほどどんどん大きい値で設定され、映像の輝度を増加させるようにすることができる。電力減少率に対応する適切な固定利得値は事前実験によって設定されることができ、このような固定利得値は第２電力減少量決定モジュール６１９によって決定され得る。

可変利益による方法は各ピクセルの映像内の位置に応じて決定される可変利得値と入力映像が属する映像範疇に対応するＴＭＦを利用して入力映像の輝度値を調節する。可変利益によって調節される輝度値は式（６）のように示し得る。

式（６）で

は式（５）で説明したような意味を有する。式（６）でｘとｙは映像内で現在処理中であるピクセル（以下「対象ピクセル」という）の座標を表し、

は可変利得値であって映像内で対象ピクセルが有する空間的位置によって可変される。このような可変利得値は第２電力減少量決定モジュール６１９によって決定される。

好ましくは映像の中心での可変利得値は０とし、出力輝度値を入力輝度値と同一に維持して、映像の外郭領域では可変利得値を最大とし、輝度増加率を高めることができる。その他、映像の中心部で外郭部にいたるあいだ領域では外郭部に行くにしたがい可変利得値を徐々に増加させることによって、映像内で急激な明るさ値の差異による映像歪曲を防止することができる。

このような特性を満足する可変利得値を計算するために本発明の一実施形態によれば逆ガウス関数を使用することができる。まず本発明の一実施形態によるガウス関数を式（７）に示した。

式（７）で「ｗｉｄｔｈ」と「ｈｅｉｇｈｔ」は入力映像の横および縦のサイズで、ＡとＢは入力映像の縦横比に応じてガウス関数を楕円形に変形するための定数値である。式（７）のガウス関数から定規化された逆ガウス関数は式（８）に示したとおりである。

式（８）の逆ガウス関数を使用すれば、可変利得値は式（９）のように示し得る。

式（９）で

は入力映像が属する映像範疇に対応する最大利得値であって、事前実験によって入力映像の輝度調節に適合した値で設定され得る。最大利得値

が４であり、入力映像のサイズが１５＊２０である場合、入力映像を構成する各ピクセルに割当られる可変利得値の一実施形態を図１０に図示した。

図１０で各ブロックは入力映像１０００を構成するピクセルを表し、各ブロック内の数字は該当ピクセルに割当られる可変利得値を表す。図示されたように、入力映像１０００の中心領域では可変利得値が０と割当られ、入力映像１０００の外郭領域では可変利得値が最大利得値である４と割当られる。また、中心領域から外郭領域に行くほど各ピクセルに割当られる可変利得値は０から４と順次に増加するようになる。

映像情報抽出モジュール６１５は電力モードと入力映像が属する映像範疇に応じて固定利益または可変利益での制御が可能だが、このうち電力モードに対する情報は図示されていない外部モジュールから獲得することができる。例えば駆動モジュール６４０の電力を制御する制御部（図示されていない）から電力モードに対する情報を獲得することが可能である。

図１１は本発明の一実施形態による映像処理過程を示すフローチャートである。
入力映像が提供されれば、映像情報抽出モジュール６１５は入力映像の輝度特性に基づいて入力映像の映像範疇を分類する（Ｓ１１１０）。

それから、映像情報抽出モジュール６１５は入力映像が属する映像範疇が特定映像範疇に該当するのか判断する（Ｓ１１２０）。ここで特定映像範疇は図８を参照して説明した映像範疇Ｄや映像範疇Ｆのように非正常的な輝度情報を含む映像範疇であって、事前に決定され得る。

過程Ｓ１１２０での判断結果、入力映像が属する映像範疇が特定映像範疇に該当すれば、映像変換モジュール６１７は第２電力減少量決定モジュール６１９によって決定された固定利得値を使用して入力映像の輝度を調節する（Ｓ１１３０）。

しかし過程Ｓ１１２０での判断結果、入力映像が属する映像範疇が特定映像範疇に該当しないならば、映像変換モジュール６１７は第２電力減少量決定モジュール６１９によって決定された可変利得値を使用して入力映像の輝度を調節する（Ｓ１１４０）。

固定利得値または可変利得値によって輝度が調節された入力映像は表示モジュール６５０を通して出力される。また固定利得値または可変利得値は最終電力減少量決定モジュール６３０に伝達され最終電力減少量決定に利用される。

一方、本明細書で言及される「モジュール」という用語はソフトウェアまたはＦＰＧＡまたはＡＳＩＣのようなハードウェア構成要素を意味し、モジュールはある役割を遂行する。しかし、モジュールはソフトウェアまたはハードウェアに限定される意味ではない。モジュールはアドレッシングできる保存媒体に存在するよう構成され得るが、またはそれ以上のプロセッサを再生させるように構成され得る。したがって、一例としてモジュールはソフトウェア構成要素、オブジェクト指向ソフトウェア構成要素、クラス構成要素およびタスク構成要素のような構成要素と、プロセス、関数、属性、プロシーザ、サブルーチン、プログラムコードのセグメント、ドライバ、ファームウェア、マイクロコード、回路、データ、データベース、データ構造、テーブル、アレイ、および変数を含む。構成要素とモジュールのうちで提供されている機能はさらに小さい数の構成要素およびモジュールに結合したり追加的な構成要素とモジュールにさらに分離することができる。

以上添付された図面を参照し本発明の実施形態を説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施され得るということを理解するはずである。したがって以上で記述した実施形態はすべての面で例示的なものであり、限定的ではないものと理解しなければならない。

本発明の一実施形態による低電力駆動装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による低電力駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による外部照度に対するディスプレイ画面の輝度を表すグラフである。 本発明の一実施形態によるルックアップテーブル（Ｌｏｏｋｕｐ Ｔａｂｌｅ）の構成方法を示す図である 本発明の他の実施形態による低電力駆動装置を表すブロック図である。 本発明のまた他の実施形態による低電力駆動装置を表すブロック図である。 本発明の一実施例により任意の入力映像に対して作成された輝度ヒストグラムの一例を示す図である。 本発明の一実施例により映像範疇の特徴を代表できる輝度ヒストグラムを示す図である。 本発明の一実施形態によるＴＭＦを利用した輝度変化率をグラフで示す図である。 本発明の一実施例により入力映像を構成する各ピクセルに割当られる可変利得値の一実施例を示す図である。 本発明の一実施形態による映像処理過程を現わすフローチャートである。

符号の説明

１００ 低電力駆動装置
１１０ 照度感知モジュール
１１５ 移動平均演算モジュール
１２０ 駆動電力レベル決定モジュール
１３０ 最小認知明るさ演算モジュール
１４０ 駆動モジュール
１５０ 表示モジュール

Claims (10)

1. 照度を感知する照度感知モジュール、
   前記感知された照度に対応して非線形特性を有する最小認知明るさを演算する最小認知明るさ演算モジュール、
   前記演算された最小認知明るさを基礎として駆動電力レベルを決定する駆動電力レベル決定モジュール、
   入力された映像の輝度ヒストグラムの特徴に応じて前記入力された映像を所定の映像範疇に分類する映像情報抽出モジュール、
   光源を駆動する電力の減少率に対応する利得情報を提供する電力減少量決定モジュールであって、前記入力された映像が、前記映像範疇のうち、事前に選択された特定の映像範疇に分類されるか否かに応じて、前記入力された映像を構成するピクセルの位置に依存しない同一の固定利得値または前記入力された映像を構成するピクセルの位置に対応する可変利得値の何れか一方を選択的に前記利得情報として提供する電力減少量決定モジュール、および
   前記分類された映像範疇に対応する階調写像関数および／または前記電力減少量決定モジュールから提供される前記利得情報に応じて前記入力された映像の輝度を前記ピクセル毎に調節する映像変換モジュールと、
   前記決定された駆動電力レベルおよび／または前記電力減少量決定モジュールから提供される前記利得情報に応じて前記入力された映像を表示するための光源を駆動する駆動モジュール、
   を含むことを特徴とする低電力駆動装置。
2. 前記演算された最小認知明るさは、前記感知された照度に関する指数関数の形態で演算される、請求項１に記載の低電力駆動装置。
3. 前記演算された最小認知明るさは、互いに異なる二つの場所で実験的に決定された定数値と前記感知された照度をベースとする指数関数の形態で演算される、請求項１に記載の低電力駆動装置。
4. 最小認知明るさ演算モジュールは、照度フィールドと最小認知明るさフィールドを有するルックアップテーブルを参照して最小認知明るさを演算するが、
   前記照度フィールドの照度間隔は非線形的に分割される、請求項１に記載の低電力駆動装置。
5. 前記ルックアップテーブルは、低照度領域と高照度領域で分割間隔を互いに異にする、請求項４に記載の低電力駆動装置。
6. 照度を感知する（ａ）段階、
   前記感知された照度に対応して非線形特性を有する最小認知明るさを演算する（ｂ）段階、
   前記演算された最小認知明るさを基礎として駆動電力レベルを決定する（ｃ）段階、
   入力された映像の輝度ヒストグラムの特徴に応じて前記入力された映像を所定の映像範疇に分類する（ｅ）段階、
   光源を駆動する電力の減少率に対応する利得情報を決定する段階であって、前記入力された映像が、前記映像範疇のうち、事前に選択された特定の映像範疇に分類されるか否かに応じて、前記入力された映像を構成するピクセルの位置に依存しない同一の固定利得値または前記入力された映像を構成するピクセルの位置に対応する可変利得値の何れか一方を選択的に前記利得情報として決定する（ｆ）段階、
   前記分類された映像範疇に対応する階調写像関数および／または前記決定された前記利得情報に応じて前記入力された映像のピクセル毎の輝度を調節する（ｇ）段階、
   前記決定された駆動電力レベルおよび／または電力減少量決定モジュールから提供される前記利得情報に応じて前記入力された映像を表示するための光源を駆動する（ｄ）段階、
   を含むことを特徴とする低電力駆動方法。
7. 前記演算された最小認知明るさは、前記感知された照度に関する指数関数の形態で演算される、請求項６に記載の低電力駆動方法。
8. 前記演算された最小認知明るさは、互いに異なる二つの場所で実験的に決定された定数値と前記感知された照度をベースとする指数関数の形態で演算される、請求項６に記載の低電力駆動方法。
9. 前記（ｂ）段階は照度フィールドと最小認知明るさフィールドを有するルックアップテーブルを参照し最小認知明るさを演算する段階を含み、
   前記照度フィールドの照度間隔は非線形的に分割される、請求項６に記載の低電力駆動方法。
10. 前記ルックアップテーブルは、低照度領域と高照度領域で分割間隔を互いに異にする、請求項９に記載の低電力駆動方法。