KR100434294B1 - 감마 보정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감마 보정 장치를 제공하기 위한 것으로서, 소정비트의 해상도를 갖는 입력 영상 데이터를 입력받고, 상기 입력 영상 데이터의 감마 보정치와 일대일 대응 사이의 차분값을 저장하는 차분 룩업테이블(LUT)과, 상기 차분 룩업테이블로부터 차분값을 입력받아 입력 영상 데이터와 덧셈 연산하여 상기 입력 영상 데이터의 감마값을 보정하는 덧셈기를 포함하며, 디스플레이 소자의 화소의 해상도가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가하게 되는 메모리의 사용량을 획기적으로 줄일 수 있고, 고해상도의 영상 데이터를 구현하더라도 더욱 정확한 감마 보정을 행하여 고해상도를 갖는 디스플레이 소자를 구현할 수 있다.

Description

감마 보정 장치{Gamma Correction Device}

본 발명은 차분 룩업테이블(Lookup Table) 처리 장치에 관한 것이다.

본 발명은 디스플레이 장치에 필수적으로 사용되는 감마 보정 기능을 구현함에 있어서 1:1 대응 매핑과의 차이 값만을 저장함으로써 필요한 룩업테이블의 양을 최소화하면서 감마 보정 기능을 수행하는 장치에 관한 것이다.

즉, 기존의 룩업테이블 대신에 감마 보정 곡선과 1 :1 대응 매핑과의 차이값을 저장하는 델타 LUT(차분 Look-up Table)을 이용하여 LUT의 양을 최소화하면서 감마 보정을 수행하는 장치에 관한 것이다.

디지털 TV로 인하여 고화질의 디스플레이가 가능하게 되고 이에 따라서 기존에 많이 사용되던 Direct View 형식의 CPT의 수요가 줄고 있으며 반면 대화면 프로젝션 TV, PDP TV, 프로젝터 등이 디지털 TV의 디스플레이 장치로 각광을 받고 있다.

현재 널리 사용되고 있는 TV용 카메라의 경우 CPT 형식의 디스플레이에 맞도록 감마 보정되어 있으며, CPT 이외의 디스플레이 시스템의 경우 영상 처리부에서각 디스플레이 시스템에 맞도록 감마 보정을 수행하여야 한다.

또한 PDP, LCD TV, LCD 프로젝션 TV, LCD 프로젝터, DLP 등 디지털 처리방식의 디스플레이 장치들은 좀더 좋은 화질을 구현하기 위하여 점차 많은 비트를 사용하여 영상처리를 수행하고 있다.

복잡한 감마 곡선을 가지는 경우가 많으며, 이를 위해서 기존의 8비트 해상도의 영상데이터를 사용하지 않고 10비트 혹은 12비트의 영상데이터를 사용하여 감마 보정을 수행하는 경우가 많이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 8비트 메모리를 이용한 감마 보정용 룩업테이블의 블록도이다.

도1의 룩업테이블은 감마 보정을 위해 고전적으로 많이 사용되었으며, 보통 R, G, B 각각에 대해서 256×8의 메모리를 이용하여 구성하게 된다.

메모리의 내용으로 어드레스 값과 같은 값을 데이터로 저장하면 바이패스 모드의 룩업테이블을 구성할 수 있다.

그리고 필요에 따라서 메모리의 내용을 변경함으로써 원하는 감마 보정 곡선을 얻을 수 있다. 실제 사용시에는 입력 영상을 메모리의 어드레스부에 가하면 메모리의 데이터 출력으로 감마 보정된 영상 데이터가 출력되게 된다.

도2는 PDP나 LCD TV에 적용하기 위하여 10비트의 감마 보정을 기존의 룩업테이블을 이용하여 구성한 것이다.

이 경우 데이터 폭이 8비트에서 10비트로 증가하게 되며 5/4의 메모리 양이 증가된다. 또한 256×10 메모리를 4개를 사용하여야 10비트 해상도의 룩업테이블을구성할 수 있으며, 결국 8비트 해상도에 비해서 5배의 메모리를 이용하여야 10비트 해상도의 감마 보정용 룩업테이블을 구성할 수 있다.

도3은 종래 기술에 따른 10비트 메모리를 이용한 감마 보정용 룩업테이블의 블록도이다.

도3은 (2¹⁰)1024×10 크기의 메모리를 이용한 10비트 해상도의 룩업테이블의 예를 나타내었으며, 도2와 같이 8비트 해상도에 비해서 5배의 메모리를 사용한다.

화소 해상도가 12bit일 경우는 (2¹²)4096×12 크기의 메모리를 사용하여야 하며 화소 해상도가 1.5배 증가함에 따라 사용 메모리는 24배 증가하게 된다.

따라서 본 발명은 디스플레이 소자의 화소의 해상도가 증가함에 따라 기하급수적으로 증가하게 되는 메모리의 사용량을 획기적으로 줄일 수 있는 디스플레이 소자의 감마 보정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 다른 목적은 종래보다 작거나 같은 크기의 메모리를 이용하여 높은 비트의 해상도를 구현하더라도 더욱 정확한 감마 보정을 행하여 고해상도를 갖는 디스플레이 소자를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 메모리뿐만 아니라 기타 영상 처리부도 매우 간단히 구성할 수 있는 감마 보정 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 8비트 메모리를 이용한 감마 보정용 룩업테이블의 블록도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 8비트 메모리를 이용한 10비트 영상의 감마 보정용 룩업테이블의 블록도이다.

도 3은 종래 기술에 따른 10비트 메모리를 이용한 감마 보정용 룩업테이블의 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따른 감마 보정 장치의 블록도를 도시한 것이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 입력 영상과 출력 영상 사이의 차분 정보 데이터의 그래프이다.

도 6a는 종래 기술에 따른 룩업테이블과 감마 보정 장치의 입출력 영상 그래프를 도시한 것이다.

도 6b는 본 발명에 따른 차분 룩업테이블과 감마 보정 장치의 입출력 영상 그래프를 도시한 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 감마 보정 장치의 또 다른 블럭도를 도시한 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 10비트 해상도를 갖는 영상에 대한 차분 룩업테이블의 블록도를 도시한 것이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 40 : 차분 룩업테이블

20, 50 : 덧셈기

30, 60 : 곱셈기

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 감마 보정 장치의 특징은 입력 영상 데이터의 감마 보정치와 일대일 대응 사이의 차분값을 저장하고 소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터를 어드레스로 사용하며, 상기 어드레스에 대응하는 차분값을 출력하는 룩업테이블(LUT)과, 소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터와 상기 룩업테이블로부터 출력되는 차분값을 덧셈 연산하여 상기 입력 영상 데이터의 감마값을 보정하는 덧셈기를 포함하여 구성되는데 있다.상기 룩업테이블과 상기 덧셈기 사이에 위치하고, 상기 룩업테이블에서 출력되는 차분값에 기 설정된 계수를 곱하여 상기 차분값을 증폭한 후 상기 덧셈기로 출력하는 곱셈기를 더 추가하여 구성되는데 있다.본 발명의 다른 실시예에 따른 감마 보정 장치의 특징은, 입력 영상 데이터의 감마 보정치와 일대일 대응 사이의 차분값을 저장하고 소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터를 어드레스로 사용하며, 상기 어드레스에 대응하는 차분값을 출력하는 룩업테이블(LUT)과, 상기 룩업테이블에서 출력되는 차분값에 기 설정된 곱셈 계수를 곱하여 상기 차분값을 증폭하는 곱셈기와, 소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터와 상기 곱셈기에서 증폭되어 출력되는 차분값을 덧셈 연산하여 상기 입력 영상 데이터의 감마값을 보정하는 덧셈기를 포함하여 구성되는데 있다.상기 곱셈기는 곱셈 계수로서 1 이상 또는 1 이하의 값을 입력 받아 차분값을 증폭시킨다.

본 발명의 특징에 따른 작용은 디스플레이 소자의 입력과 출력간의 관계를 결정하는 감마 보정 곡선의 모양이 일대일 매핑과 비교할 때 갖게 되는 차분만을 차분 룩업테이블에 저장함으로서, 즉, 감마 보정을 위하여 입력 영상 데이터의 전체 입력과 출력 사이의 대응 관계를 저장하지 않고 입력과 출력 사이의 대응 관계를 벗어나는 성분만을 저장함으로써 필요한 하드웨어(바람직하게, 메모리)의 양을 대폭 줄일 수 있고, 또한 차분 룩업테이블 용 메모리 이외의 부가 회로도 매우 간단히 구성할 수 있다.

본 발명의 특징에 따른 또 다른 작용은 감마 보정 곡선이 일대일 대응 관계와의 차이가 매우 클 경우를 대비하여 차분 룩업테이블과 덧셈부 사이에 곱셈부를 더 구비함으로써, 곱셈부에 의해 차분 룩업테이블의 값을 증폭시켜서 출력함으로써 작은 크기의 메모리를 이용함에도 불구하고 모든 경우의 감마 보정 곡선을 구현할 수 있게 한다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 감마 보정 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도4는 본 발명에 따른 감마 보정 장치의 블록도를 도시한 것이다.

도4에 도시한 바와 같이, 감마 보정 장치는 소정비트의 해상도를 갖는 입력 영상 데이터를 입력받고, 상기 입력 영상 데이터의 감마 보정치와 일대일 대응 사이의 차분값을 저장하는 차분 룩업테이블(Delta LUT)(10)과, 상기 차분 룩업테이블(10)에서 출력되는 차분값과 입력 영상 데이터를 덧셈 연산하여 상기 입력 영상 데이터의 감마값을 보정하는 덧셈기(20)로 구성된다. 상기 차분 룩업 테이블(10)은 입력 영상 데이타를 어드레스로 사용한다. 즉 입력 영상 데이타에 대응하는 위치에 저장된 6비트의 차분 정보 데이터를 읽어 와 덧셈기(20)로 출력한다.

상기와 같이 일반적인 감마 보정 곡선과 일대일 대응과의 차이 정보만을 저장하는 역할을 수행하며, 일반적인 룩업테이블에 비해서 작은 크기의 메모리를 이용하더라도 필요한 정보를 충분히 저장한다.

즉, 상기 차분 룩업테이블(10)은 8비트의 입력 영상 데이터를 입력받아서 6비트의 차분 정보 데이터를 출력하므로, 차분 룩업테이블(10)의 크기는 256×6이 되고, 이는 종래의 8비트의 영상 데이터를 입력하여 8비트를 출력하는 룩업테이블의 크기 256×8에 비해 메모리의 사용량이 줄어든 값을 갖는다.

그리고 덧셈기(20)는 입력 영상과 차분 룩업테이블(10)의 출력을 더하는 역할을 수행하며, 덧셈기(20)의 출력은 일반적인 차분 룩업테이블(10)의 출력과 일치한다.

따라서 매우 작은 덧셈기(20) 하나와 기존의 룩업테이블의 최대 1/4 정도의 차분 룩업테이블(10)을 이용하면 기존의 룩업테이블의 구현이 가능하다.

그리고 차분 룩업테이블(10)에 대해서 더 자세히 설명하면 다음과 같다.

상기 차분 룩업테이블(10)은 8비트의 입력 영상 데이터를 입력받아서 6비트의 차분 정보 데이터를 출력시킨다.

그리고, 감마 보정 곡선의 특징에 따라서 다음의 3가지 종류의 차분 룩업테이블을 구성한다.

첫째는 도5a와 같이 입력 영상과 출력 영상 사이의 감마 보정 곡선이 일대일 대응 곡선보다 항상 위에 위치할 경우이며, 이 경우는 차분 정보 데이터를 항상 양수로 가져갈 수 있으며 6비트를 이용하여 0~63 정도의 값을 가지면 대부분의 감마보정 곡선의 구현이 가능하다.

둘째는 도5b와 같이 도5a와 반대로 입력 영상과 출력 영상 사이의 감마 보정 곡선이 일대일 대응 곡선과 항상 아래에 위치할 경우이며, 이 경우는 차분 정보 데이터를 항상 음수가 가져갈 수 있으며 6비트를 이용하여 -63~0 정도의 값을 가지면 대부분의 감마 보정 곡선의 구현이 가능하다.

셋째는 LCD를 이용한 디스플레이 장치의 경우처럼 보다 복잡한 감마 보정 곡선을 가지는 경우이며, 많은 경우 'S'자형의 감마 보정 곡선을 갖는다.

상기의 경우는 화소의 밝기에 따라서 일대일 대응 곡선의 아래에 감마 보정 곡선이 위치하기도 하고, 또한 일대일 대응 곡선의 위에 감마 보정 곡선이 위치하기도 하며, 도5c와 같이 6비트의 차분 룩업테이블을 이용한 경우 -32~31 정도의 차분 감마 보정 곡선의 구현이 가능하다.

현재 대부분의 디스플레이 장치를 구성하는 CRT나 CRT를 이용한 프로젝션 TV의 경우 감마 보정 곡선이 일대일의 특성을 갖는다.

이러한 경우에는 차분 룩업테이블의 값은 항상 '0' 값을 가지면 되며, 상기 차분 정보 데이터를 갖는 3가지 경우에 대해서는 도5a, 도5b, 도5c와 같이 차분 룩업테이블(10)의 내용을 구성함으로써 간단히 구현이 가능하다.

도6a는 종래 기술에 따른 룩업테이블과 감마 보정 장치의 입출력 영상 그래프를 도시한 것이다.

일반적으로 많이 사용되는 감마 보정 함수는 다음과 같은 형태를 가진다.

V= 4.5L, 0 ≤L < 0.018

V=1.099L^0.45-0.099, 0.018 ≤L < 1

L : 입력영상, V : 보정 후 영상

상기 도6a의 룩업테이블은 상기 감마 보정 함수에 따라 상기 입력 영상(L)에 대한 감마 보정 함수값(V)을 저장한다.

이러한 감마 보정 함수를 256×8 비트의 룩업테이블로 구현하면 도6a의 그래프와 같이, 실선에 해당하는 값을 가지게 되어 입력 영상에 대해 감마 보정된 출력 영상이 출력된다.

도6a의 점선의 경우는 1:1 대응의 경우를 나타낸 것이다.

그리고 도6b는 본 발명에 따른 차분 룩업테이블과 감마 보정 장치의 입출력 영상 그래프를 도시한 것이다.

도6b도 상기 감마 보정 함수를 이용하여 상기 입력 영상(L)에 대한 감마 보정 함수값(V)과 일대일 대응 값과의 차분을 저장함으로써, 도6b의 차분 룩업테이블은 작은 크기의 메모리(256×6 비트)를 이용하여 구현이 가능하다.

또한 감마 보정 곡선과 일대일 대응함수와의 차이값이 매우 커서 차분 룩업테이블(10)의 저장량보다 클 수도 있다.

이러한 경우에는 차분 룩업테이블(10)의 크기를 증가시켜서 해결할 수도 있으나, 이 방법은 룩업테이블의 대부분을 차지하는 메모리의 크기를 증가시키기 때문에 바람직한 방법은 아니다.

따라서 이를 해결하기 위해 메모리의 크기는 그대로 유지하고 차분 룩업테이블 후단에 곱셈기를 사용함으로써 쉽게 해결할 수 있다.

도7은 본 발명에 따른 감마 보정 장치의 또 다른 블럭도를 도시한 것이다.

즉, 도7에 도시한 바와 같이 곱셈기(30)를 차분 룩업테이블(10)과 덧셈기(20) 사이에 위치시킨다. 상기 곱셈기(30)는 상기 차분 룩업 테이블(10)에서 출력되는 6비트의 차분 정보 데이터에 기 설정된 계수(coefficient)를 곱하여 덧셈기(20)로 출력한다. 즉 차분 룩업테이블(10)에 저장된 차분 정보 데이터(차분 감마 곡선)을 모든 화소에 대해서 전체적으로 증폭시킴으로써 원래의 감마 보정 곡선을 정확히 구현한다.

그리고 이 방법은 감마 보정 곡선과 일대응 대응 함수와의 차이가 크지 않을 경우에도 사용이 가능하며, 이 경우 또한 차분 룩업테이블의 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.

도8은 10비트 해상도를 갖는 영상에 대한 차분 룩업테이블의 예를 도시한 것으로서, 마찬가지로 곱셈기(60)를 차분 룩업테이블(40)과 덧셈기(50) 사이에 위치시킨다. 이 경우 차분 룩업테이블(10)의 크기를 1024(2¹⁰)×6비트로 처리하고 곱셈기(60)의 계수를 적절히 제어함으로써 기존의 1024(2¹⁰)×1024(2¹⁰) 비트의 용량을 갖는 룩업테이블을 구성할 수 있으며, 이는 약 1/16의 메모리를 이용하여 기존의 룩업테이블의 구현이 가능하다.

단 이 경우 곱셈기를 사용함으로 해서 출력 영상의 화소값이 정상적인 출력값과 조금 차이가 생길 수 있으나, 그 크기는 미미한 값이며 이 차이가 중요할 경우 차분 룩업테이블의 데이터 비트수를 조금 더 증가시키면 된다.

그리고 원래의 아날로그 보정 곡선이 디지털로 근사화되는 과정에서 오차가유발되며 또한, 원래의 룩업테이블에 저장된 차분치에 해당하는 데이터 또한 디지털로 근사화되는 과정에서 오차가 유발된다.

그러나 본 발명은 작은 메모리 및 하드웨어를 이용하지만 일반적인 감마 보정 함수값과 일대일 대응 값의 차분 정보 데이터를 저장하기 때문에, 이 차분 정보 데이터를 미세한 레벨로 더 나눌 수 있으므로, 더욱 정확하게 원래의 감마 보정 곡선을 근사화할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 감마 보정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

대부분의 감마 보정 곡선이 일대일 대응관계 인데 비해서 많은 차이를 나타내지 않는 것을 이용하여 일대일 대응과의 차분값만을 메모리에 저장함으로써 필요한 메모리의 양을 줄일 수 있으며, 또한 이를 통하여 근사화 오차도 줄일 수 있는 장점이 있다.

그리고 영상의 화소 해상도가 10비트, 12비트로 증가되는 추세에 대응하여 메모리의 사용량을 줄일 수 있어 고해상도의 디스플레이 소자에 적용하는 경우 적절히 대응할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

1. 입력 영상 데이터의 감마 보정치와 일대일 대응 사이의 차분값을 저장하고 소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터를 어드레스로 사용하며, 상기 어드레스에 대응하는 차분값을 출력하는 룩업테이블(LUT); 그리고

   소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터와 상기 룩업테이블로부터 출력되는 차분값을 덧셈 연산하여 상기 입력 영상 데이터의 감마값을 보정하는 덧셈기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 감마 보정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 룩업테이블과 상기 덧셈기 사이에 위치하고, 상기 룩업테이블에서 출력되는 차분값에 기 설정된 계수를 곱하여 상기 차분값을 증폭한 후 상기 덧셈기로 출력하는 곱셈기를 더 추가하여 구성됨을 특징으로 하는 감마 보정 장치.
3. 입력 영상 데이터의 감마 보정치와 일대일 대응 사이의 차분값을 저장하고 소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터를 어드레스로 사용하며, 상기 어드레스에 대응하는 차분값을 출력하는 룩업테이블(LUT);

   상기 룩업테이블에서 출력되는 차분값에 기 설정된 곱셈 계수를 곱하여 상기 차분값을 증폭하는 곱셈기; 및

   소정 비트의 해상도를 갖고 입력되는 영상 데이터와 상기 곱셈기에서 증폭되어 출력되는 차분값을 덧셈 연산하여 상기 입력 영상 데이터의 감마값을 보정하는 덧셈기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 감마 보정 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 곱셈기는 곱셈 계수로서 1 이상의 값을 입력 받아 차분값을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 감마 보정 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 곱셈기는 곱셈 계수로서 1 이하의 값을 입력받아 차분값을 증폭시키는 것을 특징으로 하는 감마 보정 장치.