KR0132874B1 - 영상 증폭 회로 및 화질 보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상증폭회로 및 화질보상방법에 관한 것으로, 특히 검파된 영상신호를 입력하여 증폭하는 입력 영상증폭부; 상기 증폭된 영상신호를 디지탈 영상신호로 변환하기 위한 아날로그 디지탈 변환기; 상기 디지탈 영상신호를 매필드 단위로 입력하여 이전 필드의 디지탈 영상신호로부터 추출한 보상함수에 따라 화질을 보상해서 보상된 디지털 영상신호를 출력하는 디지탈 화질 보상부; 상기 보상된 디지탈 영상신호를 아날로그 영상신호로 변환하기 위한 디지탈 아날로그 변환기; 및 상기 아날로그 영상신호를 밝기 및 콘트라스트 조정에 따라 조정하고 증폭해서 출력하는 출력영상 증폭부를 구비한 것을 특징으로 하는 영상증폭회로를 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 화면의 통계적 특성에 따라 적응적으로 콘트라스트를 보상할 수 있다.

※ 선택도 : 제4도

Description

영상 증폭 회로 및 화질 보상방법

제1도는 통상의 컬러TV 수상관의 블럭도

제2도는 제1도의 영상처리 회로의 상세 구성도

제3도는 종래의 ABL동작에 따른 입력파형 대 출력파형 특성 그래프 선도

제4도는 본 발명에 의한 영상증폭 회로의 블럭도

제5도는 제4도의 디지털 화질 보상부의 일실시예의 구성도

제6a도 및 제6b도는 본 발명에 의한 화질 보상방법의 개념을 설명하기 위한 입출력 그래프 선도

제7a도 및 제7b도는 영상신호의 계조도에 따른 확률 분포 곡선

제8도는 본 발명에 의한 화질 보상방법과 종래의 ABL동작을 비교·설명하기 위한 입출력 그래프 선도

제9도는 본 발명에 의한 보상함수의 차수코드 산출방법을 나타낸 도면

제10도 내지 제11도는 본 발명에 의한 입력 영상 신호의 통계적 특성과 ABL신호에 따른 보상함수 및 출력 영상신호의 통계적특성을 나타낸 도면들.

본 발명의 영상증폭 회로 및 화질 보상 방법에 관한 것으로 특히 영상 신호의 특성에 따라 적응적으로 화질을 보상할 수 있는 영상증폭회로 및 화질 보상방법에 관한 것이다.

일반적으로 텔레비젼 방송 방식에서는 송신측에서 잘 조정된 영상신호를 송신하더라도 전송채널 대역의 제한과 원거리의 전송로를 통해서 전달되게 되며, 또한 수신측의 안테나 수신특성의 한계로 인하여 수신기에 도달했을 때에는 영상신호가 많이 왜곡되게 된다.

그리고 수상기내에서도 많은 필터 회로와 신호처리회로를 거치게 되면서 영상신호의 화질이 열화되게 된다. 또한 VTR에서도 테이프의 기록 특성상 기록 대역이 제한되므로 테이프로부터 재생된 영상신호가 열화되게 된다.

따라서 수신 또는 재생시에 열화된 영상신호의 화질보상이 매우 중요하다.

컬러수상기에서의 화질에 영향을 주는 요소로서 해상도, 잡음, 색상, 밝기 및 콘트라스트가 있다.

통상적으로 콘트라스트는 선형적으로 조정되도록 되어 있기 때문에 너무 밝은 화면이나 어두운 화면에서는 상대적으로 콘트라스트가 떨어지게 되고 너무 밝은 화면에서는 자동 휘도제한(ABL:Automatic Beam Limitter) 동작으로 인하여 강제적으로 콘트라스트나 밝기가 제한되게 되므로 화질이 떨어지는 문제점이 있었다.

이와같은 종래의 문제점을 보다 구체적으로 살펴보면, 제1도에 도시한 바와 같이 통상의 컬러수상기의 구성은 안테나(10)를 통해 수신된 TV신호를 튜너(20)에 인가하여 튜닝하고 튜닝된 채널의 TV신호는 영상 중간주파 및 검파회로부(30)에 인가되어 영상검파되어 복합영상신호로 출력된다.

복합영상신호는 색신호처리부(40)와 영상, 즉 휘도신호 처리부(50)에 공급된다.

한편, 영상중간주파 및 검파회로부(30)에서 영상중간주파수신호중 음성중간주파수신호가 음성처리부(60)에 공급된다.

색신호 처리부(40)에서 처리된 색신호(C)와, 휘도신호처리부(50)에서 처리된 휘도신호(5)가 영상출력부(70)를 거쳐서 수상관(80)의 캐소우드에 인가되고 이에 발생된 전자빔이 편향코일부의 제어에 따라 형광면에 조사되어 영상으로 나타나게 된다.

이때 휘도가 비정상적으로 상승하게 되면 수상관에 큰 양극전류가 흘러서 고압회로에 과부하가 걸리게 되므로 수평출력용 트랜지스터가 파괴되는 것을 방지하기 위하여 이때에는 통상적으로 자동휘도제한(ABL)동작이 작동되도록 되어있다.

자동휘도제한(ABL) 동작은 플라이백트랜스의 전류 변화를 검출하여 이것을 영상증폭회로에 부궤한시킴으로써 수상관의 음극전압을 올려서 빔전류를 제한하는 것이다.

제2도를 참조하면 영상신호처리부(50), 즉 영상증폭회로는 충분히 큰 영상신호를 수상관(80)에 공급하기 위하여 2단 또는 3단 증폭회로로 구성된다.

1차 및 2차 증폭회로(50)는 인가되는 복합영상신호에서 동기신호를 분리하며, 지연회로(54)는 색신호와 타이밍을 일치시키기 위해 증폭된 영상신호를 0.7㎲ 정도 지연시키며, 3차 증폭회로(54)는 지연된 영상신호의 밝기 및 콘트라스트를 조정하며 ABL궤한 신호가 인가된다.

따라서 ABL이 걸리면 밝기와 콘트라스트를 강제적으로 제한하기 때문에 제3도에 도시한 바와 같이 화질이 왜곡되게 된다.

또한 ABL이 걸리지는 않지만 부분적으로 극히 밝은 부분이 있는 영상은 그 밝은 부분에서는 증폭기의 증폭범위나 수상관의 수용범위를 넘어서게 됨으로써 그 이상의 콘트라스트가 나타나지 않고 그냥 하얗게 나타나게 되는 화이트 블루밍(White Blooming)현상을 일으키게 된다.

또한 밝은 화면에서는 대부분의 화소계조도가 높은 부분에 모여 있게 되며, 어두운 화면에서는 계조도가 낮은 부분에 모여있게 되어서 콘트라스트가 떨어지게 된다.

본 발명의 목적은 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 화면 특성에 따라 적응적으로 콘트라스트를 조정함으로써 화질을 보상할 수 있는 영상증폭회로 및 화질보상방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는 청구범위 제1항을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 방법도 검파된 영상신호를 입력하여 증폭하고 증폭된 영상신호를 밝기 및 콘트라스트 조정에 따라 조정하고 증폭해서 출력하는 영상증폭회로의 화질보상방법에 있어서 상기 증폭된 영상신호를 디지탈 영상신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 1필드의 디지탈 영상신호로부터 계조도 히스토그램 및 평균화면레벨을 구하는 단계; 상기 구해진 계조도 히스토그램과 평균화면레벨에 의해 표준편차를 구하는 단계; 상기 구해진 표준편차 및 평균화면레벨과 자동휘도제한신호에 따라 차수를 결정하는 단계; 상기 결정된 차수와 평균화면레벨에 따라 보상함수를 발생하는 단계; 상기 발생된 보상함수로부터 계조도 입력값들에 대한 함수값을 계산해서 룩업테이블에 저장하는 단계; 및 상기 룩업테이블에 따라 현제 입력되는 디지탈 영상신호를 보상해서 출력하는 단계를 구비한 것을 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도를 참조하면, 본 발명에 의한 영상증폭회로는 입력영상증폭부(100), 아날로그디지탈 변환기(200), 디지탈 화상보상부(300), 디지탈아날로그 변환기(400), 출력영상 증폭부(500)를 구비한다.

입력영상증폭부(100)는 검파된 복합영상신호를 입력하여 증폭하는 통상의 1차 및 2차 영상증폭기회로이다.

출력영상증폭부(500)는 영상신호의 밝기(Brightness) 및 콘트라스트(Contrast)를 조정하며 고압부에서 공급되는 자동휘도제한신호(ABL)에 따라 영상신호를 출력하는 통상의 3차 영상증폭기 회로이다.

디지탈 화질보상부(300)는 ABL 신호와 영상신호의 통계적 특성에 따라 적응적으로 콘트라스트를 보상하기 위한 것으로, 제5도를 참조하면, 크게 통계적 변수산출부(310), 보상함수결정부(320) 및 보상출력부(330)로 구성한다.

통계적 변수산출부(310)는 평균 화면레벨(APL: Average Picture Level) 검출기(312),계조도 히스토그램 산출기(314),2차변수(316)를 구비하며, 보상함수결정부(320)는 보상경로선택부(322)와 보상함수발생부(324)를 구비하며 보상출력부(330)는 룩업테이블데이타발생부(332)와 룩업테이블(324)을 구비한다.

이상과 같은 구성에 따른 본 발명의 작용효과는 다음과 같다.

본 발명은 영상신호의 통계적 특성을 검출하여 비선형곡선특성을 이용하여 영상신호의 콘트라스트를 향상시켜서 화질을 개선하는데 있다.

즉, 제6a도에 도시한 바와 같이 화면이 전체적으로 밝으면서 계조도가 높은 부분에 몰려 있는 화면인 경우에는 지수함수적으로 증가하는 보상특성함수를 적용하여 계조도가 낮은 신호는 위축하고 계조도가 높은 신호는 신장함으로써 밝은 부분에서의 콘트라스트를 향상시킬 수 있으며, 화면이 전체적으로 어두우면서 계조도가 낮은 부분에 몰려있는 화면인 경우에는 제6b도에 도시한 바와같이 지수함수적으로 감소하는 보상특성함수를 적용하여 계조도가 높은 신호는 위축하고 계조도가 낮은 신호는 신장함으로써 어두운 부분에서의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

즉 같은 범위내에서 시각적으로 영향이 큰부분(전체적으로 계조도가 많이 분포하는 계조도 영역)의 콘트라스트를 향상시키면서 시각적으로 영향이 적은 부분(전체적으로 계조도가 적게 분포하는 계조도 영역)에서는 콘트라스트를 떨어뜨려도 화면 전체적으로 콘트라스트가 향상되고 화질이 향상되게 된다.

즉, 계조도의 상충작용(Trade off)으로 발생할 확률이 많은 계조도 단계를 크게 하고 발생확률이 적은 계조도 단계를 작게 한다.

이와같은 본 발명의 기본적 개념원리에 따라 입력영상증폭부(100)에서 증폭된 영상신호를 AD변환기(200)에서 디지탈 영상신호로 변환하고 디지탈 화질 보상부(300)에서는 매화면의 디지탈 영상신호에서의 임의의 계조도 X에 대한 pdf(probability density funtion)을 구한다.

X에 대한 cdf( cumulative density function)은

로 정의 되며 이것은 계조도 값이 0에서 X까지 발생할 확률이다. 한 화면의 평균밝기 m은

로 나타나며 표준편차 std (standard deviation) 는

으로 나타난다. 즉 제7a도와 같은 화면의 평균 밝기와 확률분포를 갖는 영상신호는 제6b도의 함수를 적용하고, 제7b도와 같은 화면의 평균밝기와 확률분포를 갖는 영상신호는 제6a도의 함수를 적용해서 적절한 콘트라스트의 신장 및 위축 특성을 얻을 수 잇다.

한편, ABL이 걸렸을 경우에는 제8도에 도시한 바와 같이, 출력신호(A)는 원신호 중 BL(Beam Limit) 이상의 신호는 잘리게 되므로 1과 2의 계조도가 동일하게 된다.

따라서, 종래에는 ABL신호에 따라 콘트라스트의 밝기를 줄여서 출력파형(B)와 같이 BL을 넘지않게 하기 때문에 화질이 열화되게 된다.

그러나, 본 발명에 의하면 출력파형(C)와 같이 BL을 넘는 부분을 최소화하거나 ABL이 걸리지 않게 하면서도 콘트라스트를 보존 또는 향상시킬 수 있다.

이와같은 디지탈 화질 보상부(300)의 구체적 실시예에서는 상기식(1)의 pdf를 히스토그램 his(X)으로 구하며,

히스토그램은 한 화면에서 계조도 X을가지는 화소 p의 발생횟수를 나타낸다.

또한 평균밝기 m은 APL로 표시한다.

따라서 먼저 통계적 변수 산출부(310)에서는 매필드 단위로 유효영상 데이타의 입력이 완료되면 히스토그램산출기(314)를 통해서 히스토그램을 발생시키고 APL검출부(312)를 통해서 상기 식(3)에 따라 APL을 검출한 후에 히스토그램과 APL을 가지고 2차변수, 예컨데 표준편차, 분산, 절대평균편차 등을 구한다.

여기서는 표준편차를 2차 변수 산출부(316)을 통해서 상기 식(4)에 따라 구한다.

이어서, 2차 변수 산출부(316)에서는 구해진 APL과 표준편차에 의해 제9도에 도시한 APL의 설정위치와 참조 테이블에 따라서 차수 k(1≤k≤3)를 결정하기 위한 코드를 발생한다.

제9도의 계조도 구간에 따라 구해진 APL값이 속하는 구간을 결정하고 구해진 표준편차값과 교차되는 부분의 코드값 kij을 발생한다.여기서는 표를 미리 만들었지만 함수를 만들어서 구할 수도 있다.

또한 ABL이 걸렸을 때에는 이 조건과 값으로부터 코드값 kij를 다시 변경시킬 수 있다. 따라서

의 함수 관계를 가진다. 이와같이 구해진 코드 kij 와 APL은 보상함수결정부(320)에 공급된다.

보상함수결정부(320)에서는 구해진 코드 kij 에 따라서 보상경로선택부(322)를 통해서 차수 k값 즉, 1≤k≤3 사이의 차수값을 발생한다. 이 차수값은 표준편차 std가 크면 큰값 작으면 작은값을 가진다. 일반적으로 차수 k값은 1.2≤k≤2.2 사이에서 좋은 화질을 얻을 수 있었다.

보상함수 발생부(324)에서는 발생된 차수 k값과 APL에 따라 다음 수식에 의해 해당 보상함수를 발생한다.

여기서 일반적인 영상기기의 계조도범위는 일반적으로 0≤L≤256 범위를 갖는다. 따라서 APL이 128보다 큰 경우에는 식(5)의 보상함수가 선택되며, 128미만인 경우에는 식(6)의 보상함수가 선택되게 된다.

상기 보상함수가 발생되면 보상출력부(330)의 룩업테이블 데이터 발생부(332)에서는 0-L 까지의 계조도(X) 입력값들에 대한 함수값(y)을 계산해서 룩업테이블저장용 함수연산데이타를 발생하고 발생된 데이타는 룩업테이블(334)에 저장된다.

이와같은 히스토그램의 산출에서부터 룩업테이블의 구성까지는 유효영상신호가 입력완료된 직후부터 수행되어 수직귀선기간내에 처리된다.

다음 필드의 영상신호가 입력되면 대응되는 룩업테이블(334)의 저장 데이타가 출력되고 이 출력된 데이타가 보상된 출력영상신호를 이루게 된다.

따라서 보상출력부(330)에 입력되는 영상신호는 전필드에서 추출된 영상의 통계적 특성에 따라 결정된 보상함수에 의해 보상처리되어 입력계조도값에 대한 콘트라스트가 신장 또는 위축된 영상신호로 출력되게 된다.

제10도는 APL이 중간값 m보다 높고 히스토그램이 높은 쪽에 많이 몰려 있거나 ABL이 걸린 경우(A)에는 식(5)를 적용하여 지수적으로 증가형 보상함수(B)에 의해(C)와 같이 BL을 넘는 부분을 최소화시키면서 콘트라스트가 신장됨을 알 수 있다.

제11도는 APL이 중앙에 위치하면서도 ABL이 걸리지 않는 경우(A)로서 이때에는 차수k가 1로 선택된 보상함수(C)에 의해 입력과 동일한 출력이 얻어짐을 알수 있다.

제12도는 APL이 중간값 m 보다 낮고 히스토그램이 낮은 계조도 쪽으로 몰려 있는 경우(A)에 식(6)하여 자수적으로 감소하는 보상함수(B)에 의해 (C)와 같이 콘트라스트가 보상된 출력이 얻어짐을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 화면의 통계적 특성에 따라 적응적으로 콘트라스트를 보상함으로써 양질의 화면을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 검파된 영상신호를 입력하여 증폭하는 입력 영상증폭부; 상기 증폭된 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하기 위한 아날로그디지탈 변환기; 상기 디지털 영상신호를 매필드 단위로 입력하여 이전필드의 디지털 영상신호로부터 추출한 보상함수에 따라 화질을 보상해서 보상된 디지털 영상신호를 출력하는 디지털 화질 보상부; 상기 보상된 디지털 영상신호를 아날로그 영상신호로 변환하기 위한 디지털 아날로그 변환기; 및 상기 아날로그 영상신호를 밝기 및 콘트라스트 조정에 따라 조정하고 증폭해서 출력하는 출력영상증폭부를 구비한 것을 특징으로 하는 영상증폭회로.
2. 제 1항에 있어서, 상기 디지털 화질 보상부는 상기 이전필드의 디지털 영상신호로부터 계조도 히스토그램, 평균화면레벨 및 표준편자를 구하는 통계적 변수 산출부; 상기 평균화면레벨 및 표준편차와, 자동휘도제한신호에 따른 상기보상함수를 결정하는 보상함수 결정부; 및 상기 보상함수에 의해 얻어진 룩업테이블에 의해 현재 입력되는 디지털 영상신호의 화질을 보상해서 출력하는 보상출력부를 구비한 것을 특징으로 하는 영상증폭회로.
3. 검파된 영상신호를 입력하여 증폭하고 증폭된 영상신호를 밝기 및 콘트라스트 조정에 따라 조정하고 증폭해서 출력하는 영상증폭회로의 화질보상방법에 있어서, 상기 증폭된 영상신호를 디지털 영상신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 1필드의 디지털 영상신호로부터 계조도 히스토그램 및 평균 화면레벨을 구하는 단계; 상기 구해진 계조도 히스토그램과 평균화면레벨에 의해 표준편차를 구하는 단계; 상기 구해진 표준편차 및 평균화면레벨과 자동휘도제한신호에 따라 차수를 결정하는 단계; 상기 결정된 차수와 평균화면레벨에 따라 보상함수를 발생하는 단계; 상기 발생된 보상함수로부터 계조도 입력값들에 대한 함수값을 계산해서 룩업테이블에 저장하는 단계; 및 상기 룩업테이블에 따라 현재 입력되는 디지털 영상신호를 보상해서 출력하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 화질 보상방법.