KR100252993B1 - 티브이(tv)의 휘도 및 콘트라스트 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 TV의 입력휘도에 따라 계조재현성이 개선되도록 휘도와 콘트라스트를 개선하기 위한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 입력된 휘도신호와 동기신호로부터 프레임화면의 히스토그램 분포정보를 추출하는 단계와, 상기 히스토그램 분포정보를 입력받아 해석한 후 화면내의 휘도의 분포에 대한 특징에 따라 미리 선정된 복수개의 보정형태중 적합한 어느 하나의 형태를 선정하는 단계와, 상기 선정된 보정형태에 상응하는 휘도 및 콘트라스트 보정을 수행하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

Description

티브이(ＴＶ)의 휘도 및 콘트라스트 보정방법

본 발명은 TV 휘도의 입력신호에 따라 휘도(Brightnegss)와 콘트라스트(Contrast)를 보정해주는 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법에 관한 것으로, 특히 입력프레임 화면의 히스토그램(HISTOGRAM) 정보를 이용해 화면의 특징을 추출하고 서로 다른 복수개의 보정방법중 추출된 특징에 맞는 방법을 적용하는 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법에 관한 것이다.

TV의 신호처리에는 여러 가지 밝기의 화면 및 다양한 소오스(Source) 입력레벨에 대응하기 위한 휘도신호의 조정기능이 있다.

현재 아날로그방식에서의 신호처리에는 휘도신호로부터 화질개선을 위한 휘도보정과 콘트라스트 보정, 예를들어 감마보정과 ABL이 있다.

이와 같은 기능은 주로 디스플레이장치의 표시특성을 보정하거나 흑레벨보정과 같이 어두운 부분의 농담표시성능을 개선시키는 것을 목적으로 하고 있다.

현재 많이 사용되고 있는 대표적인 휘도 및 콘트라스트 보정은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 액정 디스플레이 소자의 표시특성을 보정하는 감마보정(도 1의 그래프 ①), CRT TV에서 많이 사용되는 대표적인 감마보정(도 1의 그래프 ②)과 어두운 부분의 계조표시를 개선한 흑레벨보정(도 1의 그래프 ③)이 있다.

그러나 종래의 이들 신호보정은 순간적인 휘도의 크기에 따라서, 혹은 미리 정해진 시간동안의 평균 휘도 신호에 따라서 변환된 출력을 만들어 내며, TV의 회로설계 시 미리 설계된 입출력 관계에 의해 일정한 설계치로 조정되므로 화면의 밝기 분포나 입력신호의 레벨 등에 관계없이 일정하게 작동된다.

따라서, 예를들어 전체가 밝은 화면을 기준으로 설계되었을 때, 어두운 화면이나 휘도의 분포가 큰 화면에 대하여서는 원하는 보정효과를 볼 수 없고 또 화상 소오스(source)나 내용에 따라 전체적으로 너무 어둡거나 밝은 화면계조 정보를 개선할 필요가 있을 경우, 입력레벨이 맞지 않아서 피크(PEAK)백색이나 흑레벨이 나오지 않을 경우 등에 대해서는 적절하게 대처할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 TV의 입력휘도에 따라 계조재현성이 개선되도록 휘도와 콘트라스트를 개선하기 위한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 프레임 화면의 휘도분포 특징을 추출하고 이를 구간별로 분류되고 근사화된 히스토그램 정보형태로 사용하므로써 동화상의 화상처리에 적합하도록한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 입력레벨이 맞지 않아서 피크백색이나 흑색레벨이 나오지 않을 경우 이를 감지하여 적절하게 보정을 수행할 수 있도록 한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 휘도보정시의 입출력 특성을 나타낸 그래프

도 2는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정장치를 개략적으로 나타낸 블록도

도 3은 히스토그램 분포곡선의 예시를 나타낸 그래프

도 4는 근사화된 히스토그램 분포정보를 나타낸 그래프

도 5는 본 발명에 의해 구현되는 히스토그램 분포데이타에 의해 선정된 보정형태에 따른 보정곡선을 나타낸 도면이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 히스토그램 정보추출부 11 : 패턴해석부

12 : 휘도 및 콘트라스트 보정부

이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법은 입력된 휘도신호와 동기신호로부터 프레임화면의 히스토그램 분포정보를 추출하는 단계와, 상기 히스토그램 분포정보를 입력받아 해석한후 화면의 분포에 대한 특징에 따라 미리 선정된 복수개의 보정형태중 적합한 어느 하나의 형태를 선정하는 단계와, 상기 선정된 보정형태에 상응하는 휘도 및 콘트라스트 보정을 수행하는 단계를 구비함을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 근거하여 상세히 설명한다.

본 발명의 방법을 구현하기 위한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정장치는 입력되는 휘도신호(BS)와 동기신호(SS)를 입력받아 프레임 화면의 히스토그램 분포정보 데이터를 추출하여 구하는 히스토그램 정보추출부(10)와, 기설정의 복수의 보정형태를 저장하고, 상기 히스토그램 정보추출부(10)의 출력을 입력받아 이를 해석하여 프레임 화면의 휘도분포에 대한 특징을 결정하고 이 결정된 휘도분포의 특징에 따라 상기 저장된 기설정의 복수 보정형태중의 적합한 하나의 형태를 선정하는 패턴해석부(11)와, 상기 선정된 보정형태에 따라 휘도와 콘트라스트를 보정하는 휘도 및 콘트라스트 보정부(12)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정장치를 이용하여 본 발명의 휘도 및 콘트라스트 보정방법에 대하여 설명하면, 첫단계에서, 히스토그램 정보추출부(10)를 이용하여 입력되는 휘도신호(BS)와 동기신호(SS)를 입력받아 프레임화면의 히스토그램 분포정보를 추출하며, 이때 히스토그램 정보추출부(10)에서는 매 프레임당 정보를 추출하거나, 혹은, 연속적인 복수 프레임화면으로부터 히스토그램 정보를 추출한다.

이와 같이 추출된 히스토그램은 휘도의 분포특성으로서, 프레임화상에 대한 많은 정보를 가지고 있으므로 화상처리에 가장 많이 이용된다. 그리고, 분포의 평균은 평균적 밝기를 의미하며, 최소밝기와 최대밝기의 정보도 알 수 있고, 분포의 집중은 콘트라스트와 얼마나 균일하게 계조가 분포되어있는가의 정보도 포함되어 있다. 따라서, 히스토그램의 분석에 의해 각각의 효과적인 계조보정이 가능하다. 예를들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 히스토그램으로부터 각각의 화면의 특징을 추출할 수 있으며, 3개의 분포곡선을 예로 들어 설명하면, 도 3의 ①에 도시한 히스토그램은 계조가 넓게 분포하고 밝은 부분과 어두운 부분이 함께 있는 경우의 화상에 대한 것이고, 도 3의 ②에 도시한 히스토그램은 밤과같이 어두운 화면이 대부분으로 밝은 부분이 거의 없어 어두운 부분의 표시를 위한 개조의 개선이 필요한 화상에 대한 것이며, 도 3의 ③에 도시한 히스토그램은 밝은 계조만 있는 화면이나 입력상의 문제로 피크(PEAK)에 가까운 밝은 입력은 존재하지 아니하여 계속적으로 같은 현상이면 입력레벨의 조정이 필요한 화상에 대한 것이다.

상기와 같은 히스토그램 분포정보를 TV에 응용하기 위해서는 히스토그램 정보추출부에서 얻어진 프레임화면의 휘도분포 정보형태와 정보량을 다음과 같이 변경한다.

즉 매 프레임마다 순간적으로 바꾸는 화상에 대해 자세한 히스토그램 데이터를 일일이 추출하면 그 속도 및 필요성에 문제의 소지가 있으므로 본 발명에서는 프레임화면의 휘도분포의 대략적인 특징만을 추출하는 방법을 택하도록 한 것으로서, TV의 동화상의 계조개선 목적으로 휘도의 값을 유한개의 구간으로 분류하고 분포도의 빈도를 유한개의 구간으로 분류하여 근사화된 히스토그램 데이터를 추출한다.

예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이 휘도를 8개 구간으로 분류하고 각 구간에 해당하는 휘도가 전체화면중에 얼마나 분포하는가의 정보를 만들며, 분포정보를 나타내는 빈도도 역시 5구간으로 구분하여 각 구간의 어디에 포함되는 가의 정보로써 ①, ②, ③의 곡선으로 분포를 나타낸 것이다.

본 발명의 도 4에 도시된 정보형태는 아날로그 신호이거나 디지탈신호 모두가 가능하다.

디지탈신호의 예를 들어 상기한 조사방법으로 얼마나 정보량이 줄었는가를 보면 640×480 픽셀의 화면을 256 휘도계조의 히스토그램 정보로 표현할 때 필요한 LOG₂(640×480)×256 BIT의 정보가 LOG₂(5)×8 BIT의 정보량이면 가능하다.

그다음 둘째단계에서 상기 패턴해석부(11)를 이용, 히스토그램 분포정보를 해석하고 이 해석결과로부터 화면의 밝기에 대한 특징을 추출하고 이 특징에 따라 패턴해석부(11)에 저장되어 있는 기설정의 복수개 보정형태중에서 가장적합한 보정형태를 선정한다.

즉, 상기 패턴해석부(11)에서의 히스토그램 분포정보를 해석하고 이를 근거하여 화면분포에 대한 특징의 설정에 대하여 설명하면, 디지탈신호인 경우는 휘도구간의 수가 M개 일때는 M 채널의 값을 입력으로 제공받고 또 분포정보의 값이 N개인 경우는 각 채널당 LOG₂(N)BIT로 데이터를 제공받으며 디지탈신호에 대해 히스토그램 추출부(10)로부터의 분포데이타를 Di라하면, i=1,2,....M, Di ∈ {1,2,....N}이 된다.

이때 패턴해석부(11)는 히스토그램 정보추출부(10)로부터 출력되는 히스토그램 분포정보를 해석하여 특징을 설정하고 그 설정된 화상특징이 아래 표 1에 분류된 어느 하나의 형태인가를 선정하도록 한다.

형태	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7	D8	비고
①	≥4	≥4	≥4	-	-	≤2	≤2	≤2
②	≤2	≤2	≤2	-	-	≥4	≥4	≥4
③	-	-	-	-	-	-	-	≡1	연속된 프레임 계속 같은 조건시
④	≥4	≥4	≥4	-	-	≤2	≤2	≡1	연속된 프레임 계속 같은 조건시
⑤	≡1	-	-	-	-	-	-	≡1	연속된 프레임 계속 같은 조건시
⑥	위의 어느 조건에도 해당 없음	보정 불필요

상기 표 1에 나타낸 각 형태의 화면특징은 ①의 형태가 전체적으로 어두운 화면, ②의 형태가 전체적으로 밝은 화면, ③의 형태가 밝은 부분의 입력이 없음, ④의 형태가 밝은 부분의 입력이 없으며 전체적으로 어두움, ⑤의 형태가 입력의 다이나믹레인지(dynamic range)가 적어 저콘트라스트임, ⑥의 형태가 보정불필요한 일반적인 화면으로 입력을 충실하게 표현한 것임을 각각 나타내고 있다.

그리고 마지막 단계에서 선정된 보정형태에 상응하여 다음과 같이 휘도 및 콘트라스트의 보정을 행한다.

표 1의 ①의 형태가 선정된 경우에는 도 5의 ⓐ에 표시된 바와 같이 어두운 부분의 계조표시를 위해 어두운 부분만 감마를 증가시키며, ②의 형태가 선정된 경우는 도 5의 ⓑ에 도시된 바와 같이, 밝은 부분의 계조표시를 위해 밝은 부분만 감마를 증가시킨다.

그리고 ③의 형태가 선정된 경우에는 도 5의 ⓒ에 도시된 바와 같이 최대 밝기가 구현되도록 휘도신호의 이득을 증가시키도록 레벨을 조정하고, ④의 형태가 선정된 경우에는 도 5의 ⓓ에 도시된 바와 같이 휘도신호의 이득을 증가시키도록 레벨을 조정함과 동시에 어두운 부분의 감마를 증가시키며, ⑤의 형태가 선정된 경우에는 도 5의 ⓔ와 같이 다이나믹 레인지를 증가시키도록 조정함과 동시에 중간계조부분의 감마를 증가시킨다.

그리고 ⑥의 형태가 선정된 경우에는 도 5의 ⓕ와 같이 입력과 동일한 출력으로 그대로 패스시킨다.

한편, 히스토그램 정보를 매 프레임마다 추출하고 분석해서 보정을 수행하는 필요성이 적을 경우나, 빠르게 변화하는 화상에 대해 일일이 수행할 필요가 없는 경우가 발생할때에는, 프레임화면에 즉시 반응하는 대신, 일정시간동안 혹은 연속된 복수개의 프레임에 대한 화면의 히스토그램 분포에 의해 보정이 되도록하므로써 보다 신뢰성을 높일 수 있다.

이를 위해 연속되는 히스토그램 정보는 매 프레임마다 발생하는 히스토그램정보를 주어진 프레임만큼 누적시킨후 평균시키는 방법으로 히스토그램 정보추출부(10)에서 추출된다.

이상과 같은 본 발명에 의한 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법에 의하면 입력된 휘도신호의 히스토그램 분포정보를 이용하여 보정을 수행하므로 특성이 다양한 프레임 화상입력에 따라 가장 적합한 보정을 행할 수 있으므로 계조개선의 효과가 크고, 또한 근사화된 히스토그램정보 및 프레임화면의 대표적인 패턴을 이용, 서로다른 보정곡선을 이용하여 TV 등의 동화상의 계조개선에 적용할 수 있고 이로인해 보다 다양한 입력 및 화상에 대응할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 입력된 휘도신호와 동기신호로부터 프레임화면의 히스토그램 분포정보 데이터를 추출하여 구하는 단계와,

   상기 히스토그램 분포정보를 입력받아 화면의 분포에 대한 특징을 설정하고 기설정된 특징에 따라 미리 설정된 복수개의 보정형태중 적합한 어느 하나의 형태를 선정하는 단계와,

   상기 선정된 보정형태에 해당하는 휘도 및 콘트라스트 보정을 수행하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 히스토그램 분포정보의 추출단계는 프레임화면의 휘도값 및 분포도의 빈도를 각각 유한개의 구간으로 분류하여 근사화된 히스토그램 분포정보를 추출하도록 함을 특징으로 하는 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 히스토그램 분포정보의 추출은 프레임화면당 휘도분포를 8개 구간으로 구분하고 빈도도를 5구간으로 구분하도록 하여 추출하도록 함을 특징으로 하는 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 히스토그램 분포정보의 추출은 연속되는 적어도 2개 이상의 매 프레임마다 발생하는 히스토그램 정보를 주어진 프레임마다 누적시킨후 평균하여 추출하도록 함을 특징으로 하는 TV의 휘도 및 콘트라스트 보정방법.

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