KR100695798B1 - 컬러 영상의 색역폭 변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실시간으로 입력되는 컬러 영상 신호를 처리함에 있어서 디스플레이 장치의 색 재현 특성을 고려하여 컬러 영상 신호의 값을 3차원적으로 사상시켜 디스플레이 장치의 종류에 무관하게 일관된 색재현성을 유지할 수 있는 3차원 색역폭 변환 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 색역폭 변환 장치 및 방법은 3차원 차분 룩업 테이블, 3차원 보간기 및 덧셈기로 이루어지며 입력 컬러 영상값을 3차원 사상을 통하여 변환하여 최종적인 디스플레이 장치에서 출력되는 컬러 값이 디스플레이 장치에 무관하게 일정하게 유지될 수 있도록 하는 하드웨어 구조 및 방법을 제공한다. 또한 본 발명은 3차원 차분 룩업 테이블을 이용함으로써 기존의 방법에 비하여 필요한 하드웨어 양을 줄이면서 대등한 성능을 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한 3차원 차분 룩업 테이블을 구성함에 있어서 실제로는 어드레스 디코더, 복수개의 일차원 룩업 테이블과 데이터 스위치로 구성함으로써 하드웨어의 실제 구성을 용이하게 하며 색역폭 사상에 필요한 컬러 변환 규칙을 저장함에 있어서 변환의 차분 값만을 저장함으로 해서 필요한 룩업 테이블, 데이터 스위치, 3차원 보간기 등의 하드웨어를 매우 단순하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

색역폭 사상, 실시간 처리, 디스플레이 화질 개선, 삼차원 보간, 영상 처리

Description

컬러 영상의 색역폭 변환 장치{Apparatus for color gamut mapping of color image}

도 1a 내지 도 1d는 종래의 디스플레이 장치에 사용되는 컬러 신호를 변환하기 위한 방법을 설명하기 위한 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 색역폭 변환 장치를 나타낸 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 3차원 차분 룩업 테이블의 내부 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 3차원 보간부의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 3차원 차분 룩업 테이블의 실제 구성을 상세하게 설명하기 위한 도면, 그리고

도 6은 본 발명에 따른 3차원 차분 룩업 테이블의 실제 구성을 상세하게 설명하기 위한 또 다른 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100: 3차원 차분 룩업 테이블 120: 어드레스 디코더부

140: 룩업 테이블부 160: 데이터 스위치부

200: 3차원 보간부 300: 덧셈부

본 발명은 디스플레이 장치가 재현하는 컬러 영상의 색 재현성을 실시간으로 향상시키는 장치에 관한 것으로, 디스플레이 장치 별로 색의 재현 메커니즘의 차이로 인하여 발생하는 디스플레이 장치의 색 재현성을 색역폭 사상 기법을 이용하여 보정할 수 있도록 3차원 룩업 테이블을 이용하여 입력 영상의 컬러를 디스플레이 장치의 특성에 맞게 실시간으로 보정하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

최근 디지털 TV 기술 개발로 인하여 TV 신호 영상의 해상도가 대폭 늘어나게 되었고 이로 인하여 기존의 아날로그 TV에 비하여 고화질의 영상을 시청할 수 있게 되었다. 또한 고해상도의 영상을 표현하기 위한 다양한 종류의 디스플레이 장치가 계속 개발되고 있는 실정이다. 이에 따라서 기존에 많이 사용되던 Direct View 형식의 CRT 뿐만이 아니라 대화면의 PDP TV, LCD TV 등이 개발되고 있으며 PRT, DLP, LCD, LCoS등을 이용한 프로젝션 TV 등이 경쟁적으로 개발되고 있으며 고화질의 HDTV용 디스플레이 장치로 각광을 받고 있다.

그러나 각각의 디스플레이 장치마다 독특한 디스플레이 특성을 가지고 있으며 이러한 특성의 차이 때문에 같은 영상 신호 입력에 대하여 서로 다른 컬러를 디스플레이 하는 문제점이 존재한다. 또한 같은 종류의 디스플레이 장치라 하더라도 제조 과정의 물리적, 전기적, 기구학적 차이로 인하여 같은 신호 입력에 대해서 다른 컬러를 디스플레이 하는 경우를 흔히 볼 수 있다. 특히 최근에 개발되는 디스플 레이 장치들은 계속되는 기술개발로 인하여 각 부품별의 안정성이 부족하여 이러한 색 재현성의 차이가 큰 실정이다.

이와 같이 각각의 디스플레이 장치별로 컬러를 재현하는 방식의 차이로 인하여 같은 영상 신호 입력에 대하여 각 디스플레이 장치마다 서로 다른 컬러를 디스플레이 하고 있는 실정이며 같은 종류의 디스플레이 장치에서조차 이러한 문제가 존재한다. 따라서 현재 이러한 차이를 극복하기 위한 연구가 이루어지고 있으나 사용되는 형광체의 차이, 컬러 필터의 특성 차이, 각 컬러의 밝기 레벨 생성 특성 차이 등을 모두 고려해야 하는 어려움이 존재한다.

현재 대부분의 디스플레이 장치의 경우 도 1a에 나타낸 회로를 이용하여 디스플레이 장치의 다양한 특성을 조정하고 있다. 즉 도 1a에 나타낸 회로를 이용하여 디스플레이 화면의 밝기, 명암, 색상 및 채도 등을 조정하는 구조이다. 이러한 구조에서는 특정 디스플레이 장치 내에서 필요한 컬러 재현 특성을 조정할 수 있는 구조인 반면 이종 디스플레이 장치의 컬러 재현 특성의 차이를 조정하는 데에는 어려움이 존재한다. 즉 앞서 언급한 바와 같이 디스플레이 장치 별로 서로 다른 색 재현 메커니즘을 가지고 있고 서로 다른 종류의 형광체나 컬러 필터를 사용하고 있고 다양한 밝기 레벨을 표현하기 위한 감마 특성 등이 다르기 때문에 디스플레이 장치 별로 같은 컬러 입력에 대하여 서로 다른 색을 재현하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 쉽게 생각할 수 있는 방법으로 도 1b에 나타낸 바와 같이 입력되는 각각의 RGB 값에 대하여 출력되는 RGB 값을 저장하여 사용함으로 해서 임의의 RGB 입력 값을 각 디스플레이 장치의 출력 값에 대응시켜 디 스플레이 장치로 하여금 원하는 색 재현성을 나타내도록 하는 방법을 들 수 있다. 그러나 이 방법은 비록 이론적으로는 가장 완벽한 방법이나 실제 구현에 있어서는 큰 어려움이 존재한다. 즉 이러한 3차원 룩업 테이블을 구현하기 위해서는 256x256x256x3 바이트의 저장공간이 필요하며 이를 ASIC으로 구현 시 약 5억 게이트의 하드웨어를 필요로 하며 실제로 하드웨어로 구현하는 것은 불가능하다.

도 1b의 아이디어를 사용하되 필요한 하드웨어의 양을 대폭 줄인 방법으로서 3차원 룩업 테이블의 해상도를 적절히 줄여서 사용하는 방법을 들 수 있으며 관련 구조를 도 1c와 도 1d에 나타내었다.

이 방법의 경우 도 1c와 같은 구조를 이용하여 3차원 룩업 테이블의 크기를 대폭 줄이고 나머지는 3차원 보간 기법을 이용하여 구현해 내는 방법이다. 이 기법은 입력 RGB 영상을 출력 RGB 영상으로 변환하는 변환 해상도를 줄이는 기법이며 전체적인 화질에는 큰 차이를 발생시키지 않는다. 그리고 도 1c의 3차원 룩업 테이블의 실제 구현을 위해서는 도 1d에 나타낸 바와 같이 여러 개의 1차원 룩업 테이블을 병렬로 연결하여 사용하고 있다.

이러한 3차원 룩업 테이블을 이용하여 실제 색역폭 사상 실험을 수행하고 색역폭 사상 규칙을 분석한 결과 대부분의 색역폭 사상 값이 입력 값에 비해서 큰 차이가 나지 않는 값으로 사상됨을 파악할 수 있었다. 이러한 경우 각각의 색 신호 입력 값에 대해서 출력 값을 계산함에 있어서 입력 신호와의 차분 값만을 저장함으로써 필요한 하드웨어의 양을 더욱 감축할 수 있는데 기존의 방법은 이러한 조건에 대한 대비가 부족한 실정이다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 기존의 해상도 절감 3차원 룩업 테이블의 구조를 더욱 최적화 시켜서 각각의 R, G, B 입력에 대하여 각 입력 영상의 밝기 레벨을 적절히 샘플링하여 샘플링 된 위치에서의 색 변환 값을 저장함에 있어서 새로운 색 변환 값을 바로 저장하지 않고 샘플링된 위치에서의 입력 영상 값과 색 변환 값의 차이 값만을 저장함으로 하여 필요로 하는 메모리의 양과 하드웨어 구현 비용을 최적화 하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명에서는 디스플레이 장치의 종류에 관계없이 적용이 가능하고 실시간으로 적용이 가능하면서 기존의 방법보다 간단한 하드웨어 구성으로 저가로 구현이 가능할 뿐만 아니라 고속으로 구현이 가능하면서 다양한 디스플레이 장치의 색 재현성을 개선 가능한 컬러 영상의 색역폭(color gamut) 변환 장치 및 방법을 구현하는 데에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컬러 영상의 색역폭 변환 장치는
영상 컬러 신호의 색역폭을 변환시키는 색역폭 변환장치에서, 상기 입력된 영상컬러신호의 상위 n비트에 대응하는 3차원 데이터를 디코딩하여 출력하는 어드레스 디코더부와, 상기 어드레스 디코더의 출력에 대응하여 입방체의 8개의 꼭지점에 해당하는 3차원 차분 색 변환 값을 화소 클럭마다 동시에 출력하고 여러 가지 크기의 룩업 테이블들로 구성되는 룩업 테이블부로 구성되는 3차원 차분 룩업 테이블부와; 상기 3차원 차분 룩업 테이블부에서 출력되는 3차원 변환 데이터와 상기 입력 영상의 하위 m비트에 대응하는 3차원 컬러 데이터를 이용하여 3차원 보간을 수행하는 색 보간부; 및 상기 색 보간부의 출력과 입력 컬러 영상을 입력 받아 최종적으로 색 변환된 영상을 출력하는 덧셈부를 포함하여 구성된다.

여기서, 3차원 차분 룩업 테이블(3-D Difference LUT)은 입력 되는 R, G, B 값에 대해서 이에 대응하는 변환 값을 저장하는 장치이다. 이때 기존의 장치와 다른 것은 변환 출력 값을 직접 저장하지 않고 입력 값과의 차이 값을 저장함으로 해서 필요로 하는 메모리의 양을 20%~40% 정도 줄일 수 있게 한다.

3차원 차분 룩업 테이블의 경우 소프트웨어로 구현 시에는 3차원 룩업 테이블을 구성할 수 있지만 하드웨어로 구현하는 경우는 직접 3차원 룩업 테이블로 구성하기에는 여러 가지 문제가 있으며 실제적으로는 8 개의 1차원 룩업 테이블과 어드레스 디코더부, 데이터 스위치부로 구성된다.

3차원 차분 룩업 테이블 부의 구성을 위해서 사용되는 8개의 1차원 룩업 테이블 각각은 3차원 입방체의 하나의 꼭지점 데이터를 제공하게 되며 하나의 입력 영상에 대하여 8개의 1차원 룩업 테이블이 동시에 차분 변환값을 제공함으로써 보간기와 덧셈부에서 적절한 변환 값을 계산할 수 있도록 한다.

어드레스 디코더(Address Decoder)부는 각각의 R, G, B 입력 값에 대해서 대응하는 데이터가 저장된 위치를 계산해 내는 역할을 수행하며 오프라인(off-line)에서의 변환 데이터 저장과 온라인(on-line)에서의 변환 데이터 발생 동작에 관여하게 된다.

데이터 스위치(Data Switch)부는 반드시 필요한 부분은 아니나 이 블록을 둠으로써 전체적인 하드웨어 구조를 최적으로 구성할 수 있다. 8개의 룩업 테이블에서 제공하는 데이터들은 입방체의 꼭짓점을 구성하나 입력 영상의 R, G, B 값에 따라서 입방체의 꼭짓점 위치가 서로 바뀌게 되며 이를 일정한 위치로 변환시켜 줌으 로써 뒷단의 3차원 보간부가 쉽게 보간을 수행할 수 있게 한다.

그리고, 3차원 보간부(3-D Interpolator)는 입력되는 8개의 꼭짓점에서의 색 변환 값과 입력 영상의 LSB 부분의 영상 데이터를 이용하여 입력 영상에 해당하는 차분 변환 값을 출력하는 역할을 수행한다.

또한, 덧셈부(Adder)는 3차원 보간부에서 생성한 차분 변환값과 이 차분 변환값의 계산에 사용한 영상 입력 값을 동시에 입력 받아서 최종적인 색 변환 값을 계산하여 출력하는 부분이다.

한편, 본 발명의 컬러 영상의 색역폭 변환 방법은 (a) 입력 컬러 영상의 상위 n비트에 대응하는 입력값과 이의 3차원 색변환 데이터와의 차이값을 3차원 차분 룩업 테이블에 저장하는 단계, (b) 저장된 3차원 차분 룩업 테이블에서 출력되는 3차원 변환 데이터와 상기 입력 영상의 하위 m비트에 대응하는 3차원 컬러 데이터를 이용하여 3차원 보간을 수행하는 단계, (c) 색 보간부의 출력과 입력 컬러 영상을 입력 받아서 덧셈 연산을 수행한 후 최종적으로 색 변환된 영상을 출력하는 단계를 포함한다.

여기서, 3차원 차분 룩업 테이블에 저장하는 단계는 입력되는 R, G, B 값을 이용하여 8개의 1차원 룩업 테이블의 어드레스를 계산하는 단계와 8개의 1차원 룩업 테이블에서 제공하는 컬러 데이터를 3차원 보간을 용이하게 하기 위하여 적절히 순서를 재배치하는 데이터 스위칭 단계를 더 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색역폭 변환 장치를 나타낸 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 컬러 영상의 색역폭 변환 장치는 3차원 차분 룩업 테이블(3-D difference LUT)부(100), 3차원 보간(3-D Interpolator)부(200), 덧셈(Adder)부(300)를 구비한다.

먼저 3차원 차분 룩업 테이블부(100)는 입력 되는 R, G, B 값에 대해서 이에 대응하는 변환 값을 저장하는 장치이다. 이때 기존의 장치와 다른 것은 변환 출력 값을 직접 저장하지 않고 입력 값과의 차이 값을 저장함으로 해서 필요로 하는 메모리의 양을 20%~40% 정도 줄일 수 있게 한다.

3차원 차분 룩업 테이블부(100)는 실제적으로는 8 개의 1차원 룩업 테이블과 어드레스 디코더부, 데이터 스위치로 구성된다.

도 3은 차분 룩업 테이블부(100)를 이루는 어드레스 디코더부(120), 8 개의 1차원 룩업 테이블부(140) , 데이터 스위치부(160)의 구성을 나타낸 도면이다.

3차원 차분 룩업 테이블부(100)는 도 3에 나타낸 바와 같이 서로 다른 크기(depth)의 1차원 룩업 테이블(140)로 구성되며 각각의 1차원 룩업 테이블은 3차원 입방체의 하나의 꼭짓점 데이터를 제공하게 되며 하나의 입력 영상에 대하여 8개의 1차원 룩업 테이블이 동시에 차분 변환값을 제공함으로써 보간부(200)와 덧셈부(300)에서 적절한 변환 값을 계산할 수 있도록 한다.

도 3을 참조하면, 어드레스 디코더부(120)는 각각의 R, G, B 입력 값에 대해서 대응하는 데이터가 저장된 위치를 계산해 내는 역할을 수행하며 오프라인에서의 변환 데이터 저장과 온라인에서의 변환 데이터 발생 동작에 관여하게 된다.

데이터 스위치(160)부는 반드시 필요한 부분은 아니나 이 블록을 둠으로써 전체적인 하드웨어 구조를 최적으로 구성할 수 있다. 8개의 룩업 테이블(140)에서 제공하는 데이터들은 입방체의 꼭짓점을 구성하나 입력 영상의 R, G, B 값에 따라서 입방체의 꼭짓점 위치가 서로 바뀌게 되며 이를 일정한 위치로 변환시켜 줌으로써 뒷단의 3차원 보간부가 쉽게 보간을 수행할 수 있게 한다.

8개의 룩업 테이블부(140)는 3차원 차분 룩업 테이블(100)에 입력되는 R, G, B 값에 대해서 이에 대응하는 변환 값을 저장하는 장치이다.

도 1c에 나타낸 바와 같이 기존의 3차원 룩업 테이블의 경우는 입력되는 R, G, B 입력 값에 대해서 색 변환 결과를 저장하는 용도로 룩업 테이블을 사용한다. 이때 모든 입력 신호에 대한 변환값을 저장하지 않고 입력 신호의 레벨을 적절히 샘플링 하여 한정된 대표 좌표의 변환 값만을 저장하게 된다. 예를 들어서 설명하면 3차원 룩업 테이블을 구성하기 위하여 컬러 신호의 32레벨 단위의 샘플링 된 부분에서 색 변환 값을 저장하는 경우 컬러 신호의 상위 3비트를 이용하여 색 변환 값을 저장하면 되며 컬러 입력 신호를 각각 Rin, Gin, Bin 이라고 나타내고 색 변환 함수를 gm_component(.) 으로 나타내면 룩업 테이블에 저장되는 색 변환 값은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

Rout[7:0] = gm_red (Rin[7:5], Gin[7:5], Bin[7:5]) (1)

Gout[7:0] = gm_green (Rin[7:5], Gin[7:5], Bin[7:5]) (2)

Bout[7:0] = gm_blue (Rin[7:5], Gin[7:5], Bin[7:5]) (3)

이러한 구조를 이용하여 다양한 색 변환을 수행해 본 결과 대부분의 경우 변환 규칙을 저장하기 위하여 R, G, B 각각의 신호에 대해서 8비트나 10비트의 전체 영상 정보를 저장할 필요가 없으며 현재 입력 영상에 대한 보정 값만을 저장함으로써 저장 공간 및 전체적인 하드웨어 구현 비용을 대폭 절감할 수 있다. 즉 위의 경우와 마찬가지로 구성하되 룩업 테이블에 저장되는 값을 색 변환값이 아니라 각각의 입력 영상에 대한 색 변환 보정값을 저장하면 되며 컬러 입력 신호를 각각 Rin, Gin, Bin 이라고 나타내고 색 변환 함수를 gm_component(.) 으로 나타내면 임의의 저장점 p에서의 룩업 테이블에 저장되는 색 변환 보정값 RD, GD, BD 값은 다음과 같은 식으로 표현할 수 있다.

RDout,p[7:0]= Rin,p[7:5] -gm_red(Rin,p[7:5], Gin,p[7:5], Bin,p[7:5]) (4)

GDout,p[7:0]= Gin,p[7:5] -gm_green(Rin,p[7:5], Gin,p[7:5], Bin,p[7:5]) (5)

BDout,p[7:0]= Bin,p[7:5] -gm_blue(Rin,p[7:5], Gin,p[7:5], Bin,p[7:5]) (6)

이러한 경우 RD[7:0], GD[7:0], BD[7:0]의 MSB 비트 부분은 대부분이 0이 되어 8비트의 저장 공간을 사용할 필요가 없어지며 상황에 따라서 7, 6, 5, 4 비트 정도의 저장 공간을 사용하더라도 필요한 색 변환을 충실히 수행할 수 있게 된다. 이 경우 위의 식 (4) ~ 식(6)은 다음과 같이 저장 공간을 줄여서 구현할 수 있다. 이 예에서는 저장 공간을 6비트를 사용하는 경우를 나타낸 식이다.

RDout,p[5:0]= Rin,p[7:5] -gm_red(Rin,p[7:5], Gin,p[7:5], Bin,p[7:5]) (7)

GDout,p[5:0]= Gin,p[7:5] -gm_green(Rin,p[7:5], Gin,p[7:5], Bin,p[7:5]) (8)

BDout,p[5:0]= Bin,p[7:5] -gm_blue(Rin,p[7:5], Gin,p[7:5], Bin,p[7:5]) (9)

이러한 경우 6비트가 음수를 표시할 수 있도록 구현하면 되며 이로 인한 부가적인 로직은 크게 증가하지 않으나 전체 메모리 저장 공간이 25% 정도 절약되는 장점이 존재하며 다른 영상 처리부의 해상도도 낮아지기 때문에 전체적인 하드웨어의 사용을 줄일 수 있다.

식 (7) ~ (9)에서 계산된 차분 색 변환값은 디스플레이 장치의 전원이 켜질 때나 초기화 시점에서 메모리에 저장하게 되며 필요에 따라서는 실시간으로 색 변환값을 변경할 수 있다. 테스트 결과 색 변환값을 실시간으로 변경하더라도 컬러 값의 변화가 해당 화소에서 순간적으로 발생하기 때문에 디스플레이 환경에서 전혀 문제를 일으키지 않는다.

그리고 색 변환 동작을 수행할 경우 160MHz의 고속 동작을 고려하더라도, 메모리의 읽기 동작, 3차원 보간 동작, 덧셈 동작 등을 모두 합하여 보통 5~7 화소 만에 계산할 수 있으며 실시간으로 원하는 색 변환 결과를 얻을 수 있다.

도 3의 3차원 차분 룩업 테이블(100)은 R, G, B 각각의 채널 당 6비트의 출력을 제공하도록 그려져 있으며 최종 출력 비트 수는 응용 사례에 따라서 적절히 조정하여 사용하면 된다.

3차원 보간부(200)는 도 4에 나타낸 바와 같이 입력되는 8개의 꼭지점에서의 차분 색 변환 값과 입력 영상의 LSB 부분의 영상 데이터를 이용하여 입력 영상에 해당하는 차분 색 변환 값을 출력하는 역할을 수행한다.

즉 도 4의 H, I, J, K 등의 위치에서의 Red 성분의 차분 변환값을 각각 R_H, R_I, R_J, R_K, 라고 정의하고 영상 데이터의 LSB 부분인 R[4:0], G[4:0], B[4:0] 을 각각 r, g, b라고 표시하면 HI 위치에서의 Red 성분의 차분 변환값은

R_HI= (R_H x (32 - r) + R_I x r)/32 (10)

으로 계산된다. 같은 방법으로 R_KJ 값을 얻을 수 있으며

R_KJ= (R_K x (32 - r) + R_J x r)/32 (11)

이다. 이 두 값을 이용하여 HIJK 위치에서의 보간 값은 다음의 식으로 얻어진다.

R_HIJK= (R_HI x (32 - g) + R_KJ x g)/32 (12)

최종적으로 도 4의 p 점에서의 Red 성분의 보간값은 다음의 식으로 구할 수 있다.

R_p= (R_HIJK x (32 - b) + R_LMNO x b)/32 (13)

같은 방법으로 Green, Blue 신호의 p 점에서의 보간값은 다음 식으로 구해진다.

G_p= (G_HIJK x (32 - b) + G_LMNO x b)/32 (14)

B_p= (B_HIJK x (32 - b) + B_LMNO x b)/32 (15)

이와 같은 방법으로 최종적으로 p 점에서의 보간된 차분 색변환 값을 Red, Green, Blue 성분 각각에 대해서 계산해 낼 수 있게 된다.

위의 3차원 보간부(200)를 구성함에 있어서 몇 가지 추가적으로 고려해야 할 사항이 있다.

첫 번째의 고려 사항으로서, 주어진 각각 Rin, Gin, Bin 컬러 입력 신호에 대해서 위의 3차원 보간을 수행하기 위해서는 먼저 컬러 입력 신호 Rin, Gin, Bin 값을 둘러싸는 8개의 입방체의 꼭짓점의 차분 색변환 데이터를 동시에 제공해 줄 수 있어야 한다. 이를 위하여 3차원 룩업 테이블은 실제적으로는 도 3에 나타낸 바와 같이 8개의 일차원 룩업 테이블로 구성된다. 예를 들어 도 3의 LUT7은 깊이(depth)가 64, 넓이(width)가 6x3=18인 1차원 룩업 테이블로 구성한다.

또한 도 3의 어드레스 디코더(120)부에서는 현재 컬러 입력 값의 상위 n 비트의 정보를 이용하여 컬러 입력값을 포함하는 입방체의 꼭짓점에서의 차분 색 변환값을 제공할 수 있게 한다. 즉 n = 3인 경우에 각각의 컬러 입력값은 8개의 구간으로 나누어지고 보간을 위해서 각 컬러 입력 채널당 9개의 색 변환값 저장 위치를 가진다.

이 경우 9x9x9 = 729개의 좌표 점들은 각각 8개의 1차원 룩업 테이블(140)로 나뉘어서 저장이 된다. 예를 들면 Rin = 0, Gin = 0, Bin = 0점에 대한 사상 값은 LUT0의 첫 번째 어드레스에 저장이 되며 Rin = 32, Gin = 0, Bin = 0 점에 대한 사상 값은 LUT1의 첫 번째 어드레스에 저장이 되며 원점을 포함하는 정육면체의 각 점이 LUT0 ~ LUT7 의 첫 번째 어드레스에 골고루 저장이 된다. 이와 같은 방법으로 전체 3차원 데이터를 8개의 일차원 룩업 테이블에 저장할 수 있으며 룩업 테이블의 선택 예를 도 5과 도 6에 자세히 나타내었다.

도 5의 경우는 Bin 값이 0, 64, 128, 192, 256(보간을 위해 특별히 고려) 인 경우에 전체 3차원 영역의 사상 값이 저장되는 룩업 테이블의 위치를 나타내었다. 이 그림에서 알 수 있는 바와 같이 LUT0 ~ LUT3 까지의 1차원 룩업 테이블을 이용하여 특정 Bin 값에 대한 각 정육면체의 해당 좌표의 사상 값을 저장함을 알 수 있다. 그리고 도 6의 경우는 Bin 값이 32, 96, 160, 224 인 경우에 전체 3차원 영역의 사상 값이 저장되는 룩업 테이블의 위치를 나타내었으며 LUT4 ~ LUT7이 이용됨을 알 수 있다.

그리고 도 5와 도 6의 형태를 교대로 사용하여 9개를 중첩함으로써 전체 입방체의 룩업 테이블 선택 영역을 구성할 수 있으며 예를 들어서 Rin = 10, Gin = 10, Bin = 10인 입력에 대해서는 원점을 포함하는 정육면체가 선택되며 도 5와 도 6을 조합해서 고려하면 도 4의 H점이 LUT0, J점이 LUT3, L점이 LUT4, N점이 LUT7에서 차분 색변환 데이터를 가져오게 한다.

일차원 룩업 테이블(140)을 위와 같이 구성함으로 해서 3차원 차분 룩업 테이블(100)을 1차원으로 최적으로 구성할 수 있으며 이 경우 각각 크기가 다른 8개의 1차원 룩업 테이블로 구성이 된다. 예를 들면 도 3의 LUT0의 경우 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 LUT0에 저장되는 색역폭 사상 데이터는 5x5개가 존재하며 이러한 룩업 테이블 데이터가 Bin[7:5] = 0, 2, 4, 6 에서 존재하고 또한 적절한 보간을 수행하기 위하여 Bin = 256에서의 사상 데이터가 존재하며 총 5x5x5 = 125개의 어드레스로 이루어진다. 도 3의 LUT7의 경우 도 6에서 나타낸 바와 같이 4x4개가 존재하며 이러한 룩업 테이블이 Bin[7:5] = 1, 3, 5, 7 에서 존재하므로 총 64개의 어드레스로 이루어짐을 알 수 있다.

두 번째 고려해야 할 사항으로서, 각각의 일차원 룩업 테이블의 출력이 정육면체의 특정 위치 꼭짓점 데이터를 출력하지 않고 임의의 꼭짓점 위치의 데이터가 출력되게 된다. 즉 앞의 예에서와 같이 LUT0의 출력이 도 4의 정육면체의 H 점에 해당할 수도 있고 L 점에 해당할 수도 있으며 입력 데이터 값에 따라서 정육면체의 모든 위치에 해당하는 값을 제공할 수 있다. 이 경우 추후 보간기의 복잡도를 증가시키게 된다. 따라서 도 3에 나타낸 바와 같이 8개의 일차원 룩업 테이블의 출력에 데이터 스위치부(160)를 두어서 임의의 입력 데이터에 대해서도 데이터의 위치를 적절히 변경하여 항상 같은 규칙으로 보간을 수행하게 함으로써 3차원 보간부(200)를 최적으로 구성할 수 있다.

덧셈부(300)는 3차원 보간부에서 생성한 차분 변환값과 이 차분 변환값의 계산에 사용한 영상 입력 값을 동시에 입력 받아서 최종적인 색 변환 값을 계산하여 출력하는 부분이다. 덧셈부의 계산 로직은 단순하나 두 가지 고려해야 할 점이 있다.

첫번째로는 덧셈 과정에서 오버플로우(overflow)가 생길 수 있으므로 이에 대한 적절한 처리가 필요하다.

또한 컬러 입력 신호가 3차원 차분 룩업 테이블과 3차원 보간부를 거치면서 4~6 화소 정도의 시간 지연이 발생하므로 컬러 입력 신호와 보간부 출력 신호를 더 하기 이전에 컬러 입력 신호를 4~6 화소 지연시켜서 덧셈 연산을 수행해야 한다.

이러한 연산 과정을 통하여 최종적으로 색 변환된 출력 값을 얻을 수 있으며 기존의 방법에 비해서 하드웨어 구현 비용을 대폭 줄일 수 있을 뿐만이 아니라 하드웨어가 단순하기 때문에 고속 동작에 유리한 장점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 다양한 디스플레이 장치의 색 재현성을 향상시킬 수 있는 하드웨어 구조를 제안하였다. 현재 다양한 디스플레이 장치가 개발되고 있으나 같은 디스플레이 장치라고 하더라도 세트별로 같은 컬러 신호 입력에 대해서 다른 종류의 컬러가 디스플레이 되고 있는 실정이며 디스플레이 장치의 종류가 달라지면 더욱 큰 컬러 오차를 발생시키고 있다. 이러한 컬러 디스플레이의 차이를 오프라인이나 온 라인으로 계측하고 이를 보정하는 함수를 3차원 룩업 테이블에 적절히 다운로드 함으로써 실시간으로 디스플레이 장치의 색 재현성을 향상시키는 방법을 제공하고 있다.

또한 본 발명에서는 기존의 색 재현성 향상 장치의 비효율성을 제거함으로써 좀더 최적화된 하드웨어 구조를 제공한다. 즉 기존의 색 재현성 향상 장치의 경우 각각의 컬러 신호 입력에 대해서 색 재현성이 향상된 출력 컬러 영상을 저장하는 방법이었는데 본 발명의 경우는 색 재현성이 향상된 컬러 영상과 입력 영상과의 차이만을 저장함으로써 3차원 룩업 테이블의 하드웨어 비용을 20 ~ 40% 정도 절감할 수 있으며 전체적인 성능을 같이 유지하면서도 양자화 레벨을 줄여서 처리하기 때문에 전체적인 하드웨어 비용을 대폭 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한 하드웨어 구현 비용이 감소로 인하여 고속 처리에 장점이 있으며 최근 개발되고 있는 1080P 해상도의 디스플레이 장치나, UXGA 급의 고속의 디스플레이 장치 등에 효과적으로 구현되고 적용될 수 있는 장점이 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (8)

1. 영상 컬러 신호의 색역폭을 변환시키는 색역폭 변환장치에 있어서,

   상기 입력된 영상컬러신호의 상위 n비트에 대응하는 3차원 데이터를 디코딩하여 출력하는 어드레스 디코더부와, 상기 어드레스 디코더의 출력에 대응하여 입방체의 8개의 꼭지점에 해당하는 3차원 차분 색 변환 값을 화소 클럭마다 동시에 출력하고 여러 가지 크기의 룩업 테이블들로 구성되는 룩업 테이블부로 구성되는 3차원 차분 룩업 테이블부와;

   상기 3차원 차분 룩업 테이블부에서 출력되는 3차원 변환 데이터와 상기 입력 영상의 하위 m비트에 대응하는 3차원 컬러 데이터를 이용하여 3차원 보간을 수행하는 색 보간부; 및

   상기 색 보간부의 출력과 입력 컬러 영상을 입력 받아 최종적으로 색 변환된 영상을 출력하는 덧셈부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 색역폭 변환 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 색 보간부는 3차원 차분 룩업 테이블부에서 제공하는 입방체의 8개의 꼭지점에 해당하는 3차원 차분 색 변환 값과 입력 영상의 하위 m비트에 대응하는 값을 이용하여 3차원 보간을 수행하여 입방체 내부의 한 점의 차분 색 변환 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 색역폭 변환 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 3차원 차분 룩업 테이블부는 어드레스 디코더의 제어 신호에 따라 상기 다수개의 룩업 테이블에서 출력되는 데이터의 위치를 변경하여 항상 일정한 위치의 값을 색 보간부로 출력하는 데이터 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색역폭 변환 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 룩업 테이블부는 (2n+1) x (2n+1) x (2n+1) 크기의 3차원 룩업 테이블을 구성한 것과 동일 구조로서 여러 개의 1차원 룩업 테이블로 구성되며, 컬러 색공간에서 한 점을 포함하는 입방체의 꼭지점에서의 차분 색 변환값을 동시에 제공할 수 있는 형태로 저장되는 것을 특징으로 하는 색역폭 변환 장치
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images