KR100544196B1 - 디스플레이 기기의 색도 변환 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 기기의 색도 변환 장치 및 방법에 관한 것으로서 색도 변환시 하드웨어에서 이루어지는 연산을 간략화하여 하드웨어에 부담을 주지 않으면서 단시간에 가능하도록 함으로써 실시간 색도 변환이 가능하며, 저렴하고 작은 규모의 하드웨어로 색도 변환을 가능하게 하기 위하여 R, G, B를 대응되는 CIE 1931 색도 좌표값인 X, Y, Z로 변환하고, X, Y, Z와 이동 벡터로부터 주어진 이동 거리(distance) 및 각도(angle)로부터 다음의 수학식을 이용해 New_X, New_Y, New_Z를 연산하며

연산된 New_X, New_Y, New_Z를 R, G, B로 변환하여 출력하도록 한 것이다.

색도 변환 장치, CIE 1931

Description

디스플레이 기기의 색도 변환 장치 및 방법{Chromaticity converting device of a displaying apparatus and method thereof}

도 1은 CIE 1931 색도 좌표와 NTSC 방식의 색도 좌표 영역을 보인 그래프.

도 2는 CIE 1931 색도 좌표와 PAL 방식의 색도 좌표 영역을 보인 그래프.

도 3은 색도 좌표 이동 벡터를 보인 도.

도 4는 종래의 색도 변환 방법에서의 색도 변환 좌표의 연산 순서를 보인 순서도.

도 5는 도 4에 X, Y, Z를 직접 대입하여 새롭게 나타낸 순서도.

도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 색도 좌표 변환 장치의 블록도.

본 발명은 디스플레이 기기의 색도 변환 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 하드웨어에 의해 이루어지는 연산을 간략화하여 실시간 색도 변환을 가능하게 하는 디스플레이 기기의 색도 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.

색도 변환 처리는 디스플레이 기기에 있어서 매우 광범위하게 사용되는 처리들 중의 하나이다. 예를 들어, 사용자의 색감 혹은 색선호도는 사람마다 다를 수 있다. 따뜻한 느낌을 좋아하는 사용자의 경우는 전체적으로 붉은 색조를 가지는 화면을 선호하고, 시원한 느낌을 좋아하는 사용자의 경우는 전체적으로 푸른 색조를 가지는 화면을 선호한다.
이와 같은 사용자마다의 서로 다른 색선호도에 부응하기 위하여 디스플레이 기기들은 미리 설정된 몇 가지 종류의 색도 변환들뿐만 아니라 사용자 자신의 설정을 허용하는 것도 제공하고 있다.
다른 한편으로 색도 변환은 서로 다른 색 체계를 가지는 장치들 간의 인터페이스를 제공하기 위해서도 널리 사용된다. 예를 들어 프린터의 색체계와 디스플레이 장치의 색체계는 서로 다르며 이에 따라 디스플레이 장치를 통하여 디스플레이되는 화면을 프린터를 통하여 그대로 출력하더라도 디스플레이 화면을 통하여 느끼는 색감과 프린터를 통하여 인쇄된 용지를 통하여 느끼는 색감이 다르게 된다. 따라서, 프린터는 디스플레이 화면을 통하여 느끼는 색감과 유사하게 되도록 입력 영상의 색도를 변환하여 프린트하게 된다.
CIE(국제 조명 위원회)는 1931년에 색의 계측에 표준으로 사용되도록 CIE 1931 색 일치(color matching) 함수와 1931CIEXYZ 3자극치(tristimulus values)-줄여서 XYZ 3자극치라고도 함-를 추천하였고 오늘날까지 색의 계측을 위한 기준으로 가장 널리 사용되고 있다. 백색의 X, Y, Z를 각각 100으로 하여 이를 기준으로 하여 다른 색상을 정량화한 것이 XYZ 3자극치이며 (X, Y, Z)를 알면 객관적으로 어떤 색인지를 정확히 알 수 있다.

3자극치 X, Y, Z에서 Y는 색의 밝기의 척도인 휘도(Luminance)와 일치하는데 밝기와 관계없는 색의 정보를 색도(Chromaticity)라 한다. 색도에 대한 정보를 나타내기 위해서는 정규화된 CIEXYZ 3자극치의 합에 대한 X와 Y의 비율에 의해 구해지는 2차원 평면상의 좌표(x, y)로 해당되는 색을 나타낼 수 있으며, (x,y) 또는 z까지 포함하여 (x,y,z)를 CIE 1931 색도 좌표라 한다. 아래의 식은 x, y, z와 X, Y, Z의 관계를 보인 것으로, x, y, z는 각각 X, Y, Z를 X+Y+Z로 정규화한 것이다.

한편 디스플레이 기기로 입력되는 RGB 신호의 (Red, Blue, Green)은 변환행렬과 위의 수학식 1을 써서 (x,y,z)좌표로 변환되는데, 변환 행렬은 표준안에 따라 다르며 대표적인 표준안에는 NTSC 방식과 PAL 방식이 있다.

아래의 수학식 2는 NTSC 방식의 변환 행렬을 보인 것이고 수학식 3은 PAL 방식의 변환 행렬을 보인 것이다.

한편, 도 1은 NTSC 방식을 사용한 경우의 (x,y)좌표를 나타낸 것이고, 도 2는 PAL 방식을 사용한 경우의 (x,y)좌표를 나타낸 것으로서, 어느 경우나 Red, Green, Blue를 꼭지점으로 하는 삼각형이 나타나 있으며, 각각의 방식에서 모든 영상 신호는 이 삼각형 안에 존재하게 된다.

색도 좌표의 변환을 위해 도 1 또는 도 2의 어떤 점으로 나타내어지는 색도 좌표를 소정 거리(distance)와 각도(angle)로 표현되는 벡터만큼 이동시킬 수 있는데 도 3은 이러한 색도 좌표 이동 벡터를 나타낸 것이다. 도 3에 있어서 아래 쪽의 원점은 현재의 색도 좌표를 나타내며, 우상측의 점은 색도 변환에 의해 얻고자 하는 색도 좌표를 나타낸다. 예를 들어, 사용자의 색감 혹은 색선호도는 사람마다 다를 수 있다. 따뜻한 느낌을 좋아하는 사용자의 경우는 전체적으로 붉은 색조를 가지는 화면을 선호하고, 시원한 느낌을 좋아하는 사용자의 경우는 전체적으로 푸른 색조를 가지는 화면을 선호한다. 따라서, 얻고자 하는 색도 좌표는 사용자에 의해 설정될 수 있다.

도 4는 어떤 화소에 대응되는 RGB 값이 색도 좌표 변환 과정을 통해 새로운 RGB로 변환되는 것을 전체적으로 보인 도면으로서, RGB 값이 들어오면 수학식 2 또는 수학식 3의 변환 행렬(conversion matrix)을 거쳐 XYZ값으로 변환되고, 그 후 수학식 1에 의해서 x,y,z 값이 얻어진다.

그 다음에는 아래의 수학식에 의해서 이동된 CIE 색도 좌표 (shifted_x, shifted_y)가 구해진다.

한편, 이동된 x,y좌표는 이동된 y 좌표(shifted_y)에 의해 정규화되며 이는 아래의 수학식으로 나타내어진다.

한편, convert_z는 다음의 식으로 구해진다.

이동되지 않은 원래의 좌표 (x,y,z)는 각각 y에 의해 정규화되는데 이는 다음의 수학식으로 나타내어진다.

x , y , z 는 CIE 1931 색도 좌표 상의 이동되지 않은 즉, 초기 입력 상태의 (x,y,z)값을 y값으로 정규화 한 값이다. 수학식 7에 의해서 구해진 값들을 사용해 (convert_x, convert_y, convert_z)를 나누어 주게 되면 각각의 원래 좌표에 대한 이동 비율을 구할 수 있으며, 이는 다음의 수학식으로 나타내어진다.

convert_rate_X, convert_rate_Y, convert_rate_Z는 원래의 좌표에 대한 이동된 좌표의 이동 비율을 나타내며, convert_rate_Y는 수학식 5와 수학식 7로부터 1이 된다. 색도 변환은 RGB의 구성 비율을 다르게 하는 것이다. 즉, 색도 변환은 어떤 색상을 변화시키되 다른 색과의 균형을 유지하도록 하여야 한다. 이에 따라, 정규화 내지는 비율의 변환이 필요하게 된다. 수학식 8에 의해서 구해진 이동 비율은 (x,y,z) 좌표값을 구하기 위해 (X,Y,Z)에 곱해져서 이동된 (X,Y,Z)값인 (New_X, New_Y, New_Z)값을 아래의 식과 같이 준다.

위의 식에 의해서 구해진 이동된(변환된) 좌표값인 (New_X, New_Y, New_Z)로부터 위의 수학식 1 또는 2의 행렬의 역행렬인 역변환 행렬에 의해 새로운 (Red, Green, Blue)가 구해지며 이로써 해당 화소에 대한 색도 변환이 완료된다.

상기의 방법으로 색도 좌표를 이동할 경우 연산 과정에서 여러 번의 곱셈과 나눗셈이 존재하게 된다. 변환행렬과 역변환행렬을 제외한 순수한 좌표 변환을 생각할 때 곱셈은 최소 5회, 나눗셈은 최소 8회가 요구된다. 여기서 최소의 횟수는 좌표끼리의 상관관계를 이용해 나누기 연산없이 계산할 수 있는 경우를 제외한 횟수이다. 상기와 같은 변환은 모든 화소에 대해서 이루어져야 하는데 상기의 연산을 화소별로 계산하는 장비에서 5회의 곱셈과 8회의 나눗셈은 하드웨어에 상당한 부담을 가하는 것이 되어 실시간 색도 변환이 용이하지 않으며, 가능하다 하더라도 하드웨어의 크기가 커지고 고가가 될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 문제점을 인식하여 창출된 본 발명의 목적은, 색도 변환시 하드웨어에서 이루어지는 연산을 간략화하여 하드웨어에 부담을 주지 않으면서 단시간에 가능하도록 함으로써 실시간 색도 변환이 가능하도록 하는 것이다.

또한, 색도 변환시 하드웨어에서 이루어지는 연산을 간략화 함으로써 저렴하고 작은 규모의 하드웨어로 색도 변환이 가능하도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 해결하기 위하여,

또한, 디스플레이 기기의 화소에 대한 RGB값을 입력 받고 소정의 이동 거리(distance)와 각도(angle)를 갖는 CIE 1931 색도 좌표 상의 이동 벡터만큼 색도 좌표가 이동된 새로운 RGB값을 출력하는 색도 변환 장치에 있어서,

이동 벡터의 각도에 대응되는 sin, cos 값을 출력하는 sincos_gen부; 화소의 R, G, B값에 대한 CIE 1931 색도 좌표 값인 X, Y, Z값을 출력하는 XYZ 변환부; 이동 벡터의 이동 거리(distance)와, sincos_gen부 및 XYZ 변환부의 출력으로부터 아래의 수학식으로 New_X, New_Y, New_Z를 구하는 연산부;

연산부에서 출력된 New_X, New_Y, New_Z를 색도 변환된 결과값인 R, G, B로 변환하여 출력하는 RGB 변환부를 포함하여 구성되는, 디스플레이 기기의 색도 변환 장치가 제공된다.

또한, 디스플레이 기기의 화소에 대한 RGB값을 입력 받고 소정의 이동 거리(distance)와 각도(angle)를 갖는 CIE 1931 색도 좌표 상의 이동 벡터만큼 색도 좌표가 이동된 새로운 RGB값을 출력하는 색도 변환 방법에 있어서,

(1) R, G, B를 대응되는 CIE 1931 색도 좌표값인 X, Y, Z로 변환하는 단계;

(2) 상기 (1)단계에서 구해진 X, Y, Z와 이동 벡터로부터 주어진 이동 거리(distance) 및 각도(angle)로부터 다음의 수학식을 이용해 New_X, New_Y, New_Z를 연산하는 단계;

(3) 연산된 New_X, New_Y, New_Z를 R, G, B로 변환하여 출력하는 단계를 포함하여 구성되는 디스플레이 기기의 색도 변환 방법이 제공된다.

기본적으로 본 발명에서의 색도 변환 장치는 색도 변환을 위해 필요한 상기의 수학식들을 간략화하는 것에 기초한다. 도 4에 도시한 방법은 이전 단계의 수학식을 계산하여 계산 결과를 얻고 그 결과를 다음 단계의 수학식에 이용하는 방법이다. 그러나 본 발명에서는 그러한 단계별 계산 단계를 취하지 않고 위의 수학식들 간의 관계를 이용해서 약분, 통분, 재정리한 종합적인 수학식을 사용한다.

위의 수학식 8에서 여러 단계를 거쳐 구한 좌표의 이동 비율은 다음의 식에 의해서 구해질 수 있다.

이 식은 위의 수학식 8에 과 수학식 1과 수학식 3 내지 7을 대입하여 얻어진다.

위의 수학식 10을 공통항으로 정리하고 번분수를 간단히 하면 다음의 식이 얻어진다.

한편, 좌표의 이동 비율에 좌표값을 곱한 새로운 좌표값 New_X, New_Y, New_Z는 수학식 9와 수학식 11로부터 다음의 식으로 얻어진다.

위의 수학식 12는 RGB로부터 XYZ로의 변환 및 그 역변환을 제외하면 색도 변환을 위해 필요한 유일한 수식이다. 이 식으로부터 연산의 횟수를 보면 곱셈은 5번, 나눗셈은 2번만 하면 결과가 얻어진다. 도 5는 도 4에 대응되는 각각의 값들을 X, Y, Z, distance, angle만을 써서 다시 표현한 것으로서 본 발명의 색도 변환 장치 및 방법에 대응되는 것이다.

도 6과 도 7은 본 발명의 색도 변환 장치의 일 예를 블록도로 보인 것이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 색도 변환 장치는, 8비트 RGB 신호를 12비트 RGB 신호로 확장시키는 RGB8to12부(710); RGB8to12부(710)의 결과를 이용해 X,Y,Z값을 구하기 위한 RGBtoXYZ부(740); 주어진 이동 벡터의 각도에 대한 sin, cos 값을 출력하는 sincos_gen부(720); X, Y, Z의 합과 이동 벡터의 이동 거리(distance)를 곱한 값을 얻는 XYZdist부(732); XYZdist부(732)에서 얻어진 결과에 sincos_gen부(720)에서 구해진 sin, cos값을 각각 곱하는 sincosXYZdist부(731); sincosXYZdist부(731)의 출력과 XYZdist부(732)의 출력으로부터 수학식 12의 New_X의 분자를 구하는 Xnumerant부(733); sincosXYZdist부(731)의 출력과 XYZdist부(732)의 출력으로부터 수학식 12의 New_Z의 분자를 구하는 Znumerant부(735); sincosXYZdist부(731)의 출력과 XYZdist부(732)의 출력으로부터 수학식 12의 New_X, New_Y, New_Z의 분모를 구하는 denominator부(734); Xnumerant부(733)와 denominator부(734)의 출력으로부터 수학식 12의 New_X값을 얻는 convertX부(736); Znumerant부(735)와 denominator부(734)의 출력으로부터 수학식 12의 New_Z값을 얻는 convertZ부(735); RGBtoXYZ부(740)에서 얻어진 Y값을 New_X, New_Z가 얻어지는데 필요한 시간 동안 지연시킨 후 출력하는 Y_delay부(738); convertX부(736), convertZ부(735), Y_delay부(738)로부터 출력된 New_X, New_Y, New_Z값을 RGB 값으로 변환하는 XYZtoRGB부(750); 12비트 RGB 신호를 8비트 RGB 신호로 변환하는 RGB12to8부(760)를 포함하여 구성된다.

도 7에서 Time_alignment부(770)는 수직동기신호(VS_in)와 수평동기신호(HS_in)를 색도 좌표 이동을 위해 필요한 시간 동안 지연시키기 위한 블록이다. 수직동기신호와 수평동기신호는 영상 디스플레이 신호가 아닌 영상 제어 신호이므로 색도 변화와는 무관하기 때문에 색도 좌표 이동을 위한 시간 동안 지연 시켜 출력함으로써 입력 신호와 같은 조건의 출력 신호를 얻을 수 있도록 하는 것이다.8비트 RGB 신호를 12비트 RGB 신호로 확장시키는 RGB8to12부(710)와 RGB8to12부(710)의 결과를 이용해 X,Y,Z값을 구하기 위한 RGBtoXYZ부(740)를 합해서 XYZ 변환부라 할 수 있다. XYZ 변환부는 R, G, B 값을 입력 받아 수학식 2 또는 수학식 3의 변환 행렬 연산을 하여 X, Y, Z 결과를 출력하는 것이다.

마찬가지로, convertX부(736), convertZ부(735), Y_delay부(738)로부터 출력된 New_X, New_Y, New_Z값을 RGB 값으로 변환하는 XYZtoRGB부(750)와 12비트 RGB 신호를 8비트 RGB 신호로 변환하는 RGB12to8부(760)를 합하여 RGB 변환부라 할 수 있으며, 역변환 행렬 연산을 하여 R, G, B값을 출력하는 것이다.

도 6과 도 7의 대응관계를 설명하면 도 7의 XYZdist부(732)는 도 6의 [2]로 표시된 블록에 해당되고, sincosXYZdist부(731)는 [3]으로 표시된 블록에 해당되며, Xnumerant부(733)는 [4], [5]에 해당하고, denominator부(734)는 [6]에 해당하며, Znumerant부(735)는 [7], [8]에 해당된다.

상기 sincos_gen부(720)는 임의의 각도에 대응하는 sin값과 cos값이 저장된 메모리를 구비하여 이동 벡터의 각도가 입력되면 그 각도에 해당하는 메모리 주소에 저장된 sin과 cos값을 출력하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 색도 변환 장치 및 방법은 색도 변환시 하드웨어에서 이루어지는 연산을 간략화하여 하드웨어에 부담을 주지 않으면서 단시간에 가능하도록 함으로써 실시간 색도 변환이 가능하며, 저렴하고 작은 규모의 하드웨어 로 색도 변환을 가능하게 한다.

Claims (3)

1. 디스플레이 기기의 화소에 대한 RGB값을 입력 받고 소정의 이동 거리(distance)와 각도(angle)를 갖는 CIE 1931 색도 좌표 상의 이동 벡터만큼 색도 좌표가 이동된 새로운 RGB값을 출력하는 색도 변환 장치에 있어서,

   이동 벡터의 각도에 대응되는 sin, cos 값을 출력하는 sincos_gen부; 화소의 R, G, B값에 대한 CIE 1931 색도 좌표 값인 X, Y, Z값을 출력하는 XYZ 변환부; 이동 벡터의 이동 거리(distance)와, sincos_gen부 및 XYZ 변환부의 출력으로부터 아래의 수학식으로 New_X, New_Y, New_Z를 구하는 연산부;

   

   연산부에서 출력된 New_X, New_Y, New_Z를 색도 변환된 결과값인 R, G, B로 변환하여 출력하는 RGB 변환부를 포함하여 구성되는,

   디스플레이 기기의 색도 변환 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 연산부는

   X, Y, Z의 합과 이동 벡터의 이동 거리(distance)를 곱한 값을 얻는 XYZdist부; XYZdist부에서 얻어진 결과에 sincos_gen부에서 구해진 sin, cos값을 각각 곱하여 결과를 얻는 sincosXYZdist부; sincosXYZdist부의 출력과 XYZdist부(732)의 출력으로부터 상기 수학식의 New_X의 분자를 구하는 Xnumerant부; sincosXYZdist부의 출력과 XYZdist부의 출력으로부터 상기 수학식의 New_Z의 분자를 구하는 Znumerant부; sincosXYZdist부의 출력과 XYZdist부의 출력으로부터 상기 수학식의 New_X, New_Z의 분모를 구하는 denominator부; Xnumerant부와 denominator부의 출력으로부터 상기 수학식의 New_X값을 얻는 convertX부; Znumerant부와 denominator부의 출력으로부터 상기 수학식의 New_Z값을 얻는 convertZ부; XYZ 변환부에서 얻어진 Y값을 New_X, New_Z가 얻어지는데 필요한 시간 동안 지연시킨 후 출력하는 Y_delay부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는,

   디스플레이 기기의 색도 변환 장치.
3. 디스플레이 기기의 화소에 대한 RGB값을 입력 받고 소정의 이동 거리(distance)와 각도(angle)를 갖는 CIE 1931 색도 좌표 상의 이동 벡터만큼 색도 좌표가 이동된 새로운 RGB값을 출력하는 색도 변환 방법에 있어서,

   (1) R, G, B를 대응되는 CIE 1931 색도 좌표값인 X, Y, Z로 변환하는 단계;

   (2) 상기 (1)단계에서 구해진 X, Y, Z와 이동 벡터로부터 주어진 이동 거리(distance) 및 각도(angle)로부터 다음의 수학식을 이용해 New_X, New_Y, New_Z를 연산하는 단계;

   

   (3) 연산된 New_X, New_Y, New_Z를 R, G, B로 변환하여 출력하는 단계를 포함하여 구성되는

   디스플레이 기기의 색도 변환 방법.

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