KR100745982B1

KR100745982B1 - 자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치및 방법

Info

Publication number: KR100745982B1
Application number: KR1020060055033A
Authority: KR
Inventors: 한영란; 이호영; 박두식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-06-19
Filing date: 2006-06-19
Publication date: 2007-08-06
Also published as: EP1870878A2; US20080252628A1; CN101093635B; US8134549B2; TW200802299A; TWI380281B; EP1870878A3; CN101093635A; JP2008003590A; JP5138987B2

Abstract

본 발명은 자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치는, 전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부와, 입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 고주파 성분의 크기를 추출하고, 상기 파라미터 및 상기 고주파 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부와, 상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함한다.

투과형 디스플레이, 자발광형 디스플레이, 파라미터, 스케일 인자

Description

자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치 및 방법{image processing apparatus and method for reducing power consumed on self-emitting type display}

도 1은 LCD의 발광 원리를 보여주는 도면.

도 2는 OLED의 발광 원리를 보여주는 도면.

도 3은 자발광형 디스플레이 장치에서 표시되는 영상의 특성에 따라서 소모되는 전력을 나타낸 도면.

도 4a는 휘도가 일정 간격으로 증가되는 영상을 보여주는 도면.

도 4b는 도 4a의 영상의 실제 휘도를 보여주는 도면.

도 4c는 도 4a의 영상이 인간의 시각 시스템에 의하여 인지된 결과를 보여주는 도면.

도 5는 영상의 위치 별로 인간 시각 시스템의 민감도가 상이함을 보여주는 도면.

도 6은 동영상에서 빠르게 변화하는 이미지에 대한 인간의 인지 특성을 보여주는 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치의 구성을 도시하는 블록도.

도 8a는 어두운 영상의 히스토그램의 예를 보여주는 도면.

도 8b는 밝은 영상의 히스토그램의 예를 보여주는 도면.

도 8c는 그래픽 영상의 히스토그램의 예를 보여주는 도면.

도 9는 도 7의 영상 처리 장치에 포함된 레벨 조절부의 레벨 조절 방식을 보여주는 도면.

도 10은 도 7의 영상 처리 장치에 포함된 스케일 인자 설정부의 세부 구성을 보여주는 블록도.

도 11a는 입력 영상의 예를 보여주는 도면.

도 11b는 도 11a의 입력 영상의 고주파 성분의 크기를 나타낸 도면.

도 12는 입력 영상의 좌표축 및 중심 위치를 표시한 도면.

도 13a는 공간 파라미터가 0.5인 경우에 공간 스케일 인자의 분포를 도시하는 도면.

도 13b는 공간 파라미터가 0.8인 경우에 공간 스케일 인자의 분포를 도시하는 도면.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 조절 방법을 도시하는 흐름도.

(도면의 주요부분에 대한 부호 설명)

100 : 영상 처리 장치 110 : 영상 분석부

120 : 스위치 130 : 레벨 조절부

140 : 조도 센서 150 : 파라미터 선택부

160 : 스케일 인자 설정부 161 : 주파수 스케일 인자 설정부

162 : 공간 스케일 인자 설정부 163 : 시간 스케일 인자 설정부

164 : 휘도 스케일 인자 설정부 165, 170 : 승산기

본 발명은 영상 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자발광 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 컴퓨터의 비약적인 발전과 인터넷의 보급의 확대와 더불어, 다양한 형태와 용도를 갖는 디스플레이 장치들이 출현하고 있다. 이들은 디지털 TV, 모니터 등 다소 큰 디스플레이를 요하는 기기로부터, 휴대폰, PDA 등 작고 편리한 디스플레이를 요하는 휴대용 기기들까지 다양한 기기들에 탑재된다. 그런데, 특히 휴대용 기기는 대형 기기와는 달리 충전식 배터리에 의하여 전원을 공급받기 때문에, 전력 소모를 줄임으로써 사용시간을 늘이는 것이 매우 중요한 관심사이다.

디스플레이 장치는 크게, LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 투과형 디스플레이 장치와 PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode) 등과 같은 자발광 디스플레이 장치로 나뉘어질 수 있다.

도 1은 LCD(10)의 발광 원리를 보여주는 도면이다. LCD는 기본적으로, 백라이트 유닛으로부터 백색의 백라이트(11)를 제공받아 이를 액정 층(12)를 통하여 통과시키거나 차단시키는 방식을 사용한다. 액정 층(22)의 양쪽 면에 구비된 전극(13)에 가해지는 전압에 따라 배열을 달리함으로써 백라이트(11)의 투과비를 조 절한다. 이 때 투과된 빛은 컬러 필터(14)에 의하여 컬러 색상(15)으로 변환되어 외부로 출사된다. LCD(10)와 같은 투과형 디스플레이 장치에서 전력을 저감하기 위해서는, 백라이트 광원의 밝기를 영상 정보과 상관 없이 일률적으로 조정하는 방식이 사용된다. 영상 정보가 흑색을 나타내든지 백색을 나타내든지와 관계 없이 백라이트 광원에서 소모되는 전력은 동일하기 때문이다.

투과형 디스플레이 장치에서 전력을 저감하는 종래의 기술로, 삼성전자의 한국공개특허 2005-0061797호는 평균 휘도값을 입력 받아 구동전압의 전압레벨을 조절하여, 평균 휘도 값이 기준보다 큰 경우 광량을 감소하고 기준보다 작은 경우 광량을 증가시켜 소비전력을 절감하며 전체적인 휘도 저하를 방지하는 기술을 개시한다. 또한, Toshiba사의 일본공개특허 2004-246099호는 입력 신호에서 휘도신호성분을 추출하여 강조한 후 백라이트의 광량을 내리는 기술을 개시한다.

도 2는 OLED(20)의 발광 원리를 보여주는 도면이다. OLED(20)는 유기물 박막(23)의 양면에 전극(22, 24)을 배치하고, 이 전극(22, 24)을 통하여 주입된 전자(electron)와 정공(hole)의 여기자(excition)를 형성하고 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛(26)을 발생하는 장치이다. 유기물 박막(23)에 포함된 유기물 종류에 따라 RGB 색상을 발함으로써 완전 컬러(Full color)를 구현할 수 있다. 이 때, 발생되는 빛(26)의 세기는 순수하게 전원(21)에서 공급되는 전류의 세기에 의하여 결정된다.

자발광형 디스플레이 장치에서 전력을 저감하는 종래의 기술로, 삼성 SDI의 한국공개특허 2004-0069583호는 입력되는 영상의 평균 휘도 레벨을 계산하고, 평균 휘도 레벨이 기준 이하이면 프레임간 평균 휘도레벨의 차이를 계산한 후 현재 프레임의 소비전력을 감소시키는 플라즈마 디스플레이를 개시한다. 또한, 삼성전자의 한국공개특허 2004-0070948호는 입력되는 영상의 평균 휘도 레벨을 계산하고, 해당 전력 소비 레벨을 설정하고, 설정된 전력 제어 레벨에 따라 PDP에 입력 영상을 디스플레이하는 기술을 개시한다. 그리고, 코닥사의 미국공개특허 2006-0044227호는 OLED에서 구동 전압 대 전류(휘도)간 관계를 나타내는 캘리브레이션 곡선(calibration curve)을 생성하고, 이 곡선을 기반으로 구동 전압을 조절하는 기술을 개시한다.

자발광형 디스플레이 장치는 투과형 디스플레이 장치에서 사용되는 저전력 기술과 달리 백라이트가 없는 자발광 소자의 특성상 입력 신호 크기의 저감을 통해서만 소비전력의 효율을 높일 수 있다. 즉, 투과형 디스플레이 장치는 휘도에 상관없이 일정한 전력을 소모하지만, 자발광형 디스플레이 장치는 휘도는 흐르는 전류(소비전력)에 비례하게 된다.

도 3은 자발광형 디스플레이 장치에서 표시되는 영상의 특성에 따라서 소모되는 전력을 나타낸 도면이다. 이론적으로, 흑색 이미지가 표시되는 경우 전력 소모량은 0%이고, 백색 이미지가 표시되는 경우 전력 소모량은 100%이며, 통상의 이미지는 이 사이에서의 전력을 소모한다.

정지 이미지의 경우 50-60%의 전력을 소모하는 반면, 동영상의 경우 상대적으로 적은 20-30%의 전력을 소모한다. 또한, 백색 바탕에 흑색 문자가 있는 경우(전력 소모량: 70-80%)에 비하여, 흑색 바탕에 백색 문자가 있는 경우(전력 소모 량: 20-30%)가 더 많은 전력을 소모한다.

이와 같이, 자발광형 디스플레이는 전류의 양으로 밝기를 조절하기 때문에 밝은 빛을 낼 때는 전류 소모가 많아 모바일 기기와 같이 전력의 안정적인 공급이 어려운 기기의 디스플레이로 사용하기 위해서는 저전력화가 필수적이다.

LCD와 PDP에서 구동하는 종래 기술의 대부분은 전압을 감소시켜 백라이트를 일정하게 낮추거나, 미리 정한 소비전력만큼만 전류를 흘려 보내 설정된 전력 레벨에 따라 입력영상을 디스플레이 하는 방식을 사용한다. 상기 코닥사의 OLED 저전력 기술 역시 미리 정한 전력 레벨에 따라 전압 구동을 하는 것으로 되어 있다.

그러나, 단순히 영상의 모든 신호에 대해 구동 전압을 일괄적으로 낮추게 되면, 영상에서 사용자가 원하지 않는 부분의 밝기까지 감소하여 화질이 열화 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 인간의 시각 시스템(human visual system)를 기반으로 입력 영상 자체의 특성을 분석하여 상기 분석된 특징에 따라서 동적으로 신호(픽셀 값)의 레벨을 조절함으로써 저전력을 구현하는 기술을 고안할 필요가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 필요성을 고려하여 고안된 것으로 자발광형 디스플레이 장치에 있어서, 입력 영상의 특성에 따라 동적으로 소모 전력을 조절하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하 게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서, 전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부; 입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 고주파 성분의 크기를 추출하고, 상기 파라미터 및 상기 고주파 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및 상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서, 전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부; 입력 영상에 포함된 현재 화소가 상기 입력 영상의 중심부로부터 떨어진 거리를 계산하고, 상기 파라미터 및 상기 거리에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및 상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서, 전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부; 입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 휘도의 시간적 변화량을 계산하고, 상기 파라미터 및 시간적 변화량에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및 상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서, 전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부; 입력 영상에 포함된 현재 화소의 휘도 성분을 추출하고, 상기 파라미터 및 상기 휘도 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및 상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

먼저, 본 발명에 출발점이 되는 인간의 시각 시스템 특성에 관하여 도 4a 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4b는 마하 밴드 효과(Mach bend effect)를 보여주는 도면이다. 상기 마하 밴드 효과(Mach bend effect)는 밝기가 급격히 변화하는 경우 시각 반응은 경계 부분을 강조하여 보는 현상을 말한다.

도 4a와 같이 x축을 따라서 휘도가 일정 간격으로 증가되는 막대(Bar)로 이 루어진 영상이 있다고 할 때, 실제 휘도는 도 4b와 같이 계단형 그래프를 이룬다. 하지만, 도 4a의 영상을 인간의 시각 시스템이 인지하는 밝기는 도 4c와 같이 다소 왜곡된 형태로 나타난다. 즉, 막대의 경계 부분에서 어두운 부분(42)은 더 어둡게, 밝은 부분(41)은 더 밝게 인지됨을 알 수 있다. 상기 경계 부분은 주파수 관점에서는 고주파 영역으로서, 그 영역의 휘도(신호 레벨)를 다소 감소시키더라도 인간의 시감 시스템에는 그리 큰 영향을 주지 않는다.

도 5는 영상의 위치별로 인간의 심리적인 시각 시스템의 민감도가 상이함을 보여주는 도면이다. 인간의 심리적 시각 시스템은 영상의 중심부(41)에 보다 높은 관심을 가지기 때문에, 영상의 중심부(41)에 비하여 외곽부(42)로 갈수록 변화에 둔감한 특성을 갖는다. 따라서, 화면의 외곽부(42)에 대하여 신호 레벨을 다소 감소시키더라도 주관적 화질에 크게 영향을 미치지 않는다.

도 6은 동영상에서 빠르게 변화하는 이미지에 대한 인간의 인지 특성을 보여주는 도면이다. 어떤 시각(t=n)에서의 이미지(61)가 다음 시각(t=n+1)에서 아래로 이동한 이미지(62)가 된다고 하면, 인간의 시각은 변화된 영역(63)에 대해서는 두 시각 동안 혼합된(mixed) 신호로서 인식한다. 예를 들어, 이미지(61)가 흑색이고 배경이 백색이라고 하면, 이미지의 움직임으로 변화된 영역(63)은 흑색과 백색이 혼합된 색상인 회색으로 인지되는 것이다. 따라서, 움직임이 큰 영역이나 화소에 대해서는 신호 레벨을 다소 감소시키더라도 인간의 시각 시스템에 의하여 크게 감지되지 않을 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치(100)의 구성을 도시하는 블록도이다. 영상 처리 장치(100)는 영상 분석부(110), 스위치(120), 레벨 조절부(130), 조도 센서(140), 파라미터 선택부(150), 스케일 인자 설정부(160), 제1 승산기(170)를 포함하여 구성될 수 있다. 도 7의 영상 처리 장치(100)는 본 발명을 구현하는 일 예로서, 그에 포함된 상기 구성 요소들은 선택적으로 제외될 수도 있다.

먼저, 영상 분석부(110)는 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))을 추출하여 히스토그램을 생성하고 상기 생성된 히스토그램의 분포를 분석하여 상기 입력 영상을 분류한다. 도 8a 내지 도 8c는 영상 분석부(110)가 분류하는 영상의 종류를 나타낸다. 영상 분석부(110)는 예를 들어, 입력 영상의 4개의 분류로 나눌 수 있다. 첫째는 도 8a과 같은 어두운 영상이고, 둘째는 도 8b와 같은 밝은 영상이며, 셋째는 도 8c와 같은 그래픽 영상이다. 이 세가지 분류에 해당되지 않는 모든 영상은 일반 영상으로 분류된다.

정량적으로 이러한 분류를 수행하기 위한 판단 기준의 예는 다음과 같다. 도 8a의 히스토그램에서, 전체 휘도 레벨(예: 8비트 영상은 0~255)을 4등분 하여 이 중 휘도 레벨이 가장 낮은 부분에 포함되는 빈도의 합이 소정의 임계치(예: 50%)를 넘는 경우에 해당 영상은 어두운 영상으로 분류될 수 있다. 마찬가지로, 도 8b의 히스토그램에서, 전체 휘도 레벨을 4등분 하여 이 중 휘도 레벨이 가장 높은 부분에 포함되는 빈도의 합이 소정의 임계치를 넘는 경우에 해당 영상은 밝은 영상으로 분류될 수 있다.

한편, 도 8c과 같은 그래픽 영상은 빈도가 0인 휘도 레벨의 수, 즉 ZeroBin의 개수가 소정의 임계치를 넘는 것을 기준으로 분류될 수 있다. 그래픽 영상의 경우 단색으로 이루어진 이미지가 다수 존재하는 영상이므로 다른 영상과는 다른 영상 조절이 필요하다.

이상의 세가지 분류에 해당되지 않는 모든 영상은 일반 영상으로 분류될 것이다.

스위치(120)는 영상 분석부(110)에 의하여 분류된 영상의 종류에 따라, 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))을 스케일 인자 설정부(160) 또는 레벨 조절부(130)로 스위칭한다. 이러한 스위칭은 입력 영상이 그래픽 영상인가 아닌가에 의하여 결정된다. 입력 영상이 그래픽 영상인 경우에는 본 발명에 다른 영상 조절을 사용하는 것이 그다지 유리하지 않을 수 있기 때문에 종래의 레벨 조절 방식이 사용된다. 반면에, 그래픽 영상이 아닌 경우에는 본 발명에서 제안하는 스케일 조절 방식이 사용된다.

레벨 조절부(130)는 입력 영상 내지 휘도 성분(I_(x,y))의 레벨을 일률적으로 감소(스케일 다운)시킨다. 도 9는 레벨 조절부(130)의 레벨 조절 방식을 보여주는 도면이다. 입력 영상의 감마 곡선(61)은 레벨 조절비(예: 0.85)에 의하여 일률적으로 감소 변경된다. 따라서, 변경된 감마 곡선(62)은 모두 휘도 레벨에 대하여 원래의 감마 곡선(61)에 대하여 상기 레벨 조절비 만큼 다운 스케일링된다. 상기 레벨 조절비는 사용자의 선택 또는 디폴트 값에 의하여 결정될 수 있다.

한편, 입력 영상이 영상 분석부(110)에 의하여 그래픽 영상이 아닌 것으로 분류된 경우에는, 파라미터 선택부(150)는 해당 입력 영상에 적합한 파라미터(P)를 선택하여 이를 스케일 인자 설정부(160)에 제공한다. 본 발명에서는 4가지 영상 조절 파라미터가 제안되는데, 주파수 파라미터(Freqency_Para), 공간 파라미터(Spatial_Para), 시간 파라미터(Temporal_Para) 및 휘도 파라미터(Luminance_Para)가 그 것이다. 상기 파라미터들은 스케일 인자 설정부(160)에서 스케일 인자를 계산하는 데 사용될 수 있으며, 그 값이 커질수록 영상 조절 정도, 즉 전력 감소량이 커지게 된다.

상기 파라미터를 실제로 얼마로 할 것인가는 경험적으로 정해질 수 있다. 다음의 표 1에는 입력 영상의 분류에 따른 상기 파라미터의 값들이 예시되어 있다.

파라미터	일반 영상	어두운 영상	밝은 영상
Frequency_Para	1.3	1.3	1.3
Spatial_Para	0.6	0.4	0.6
Temporal_Para	1.1	1.1	1.1
Lumimnace_Para	1.3	1.1	1.1

한편, 파라미터 선택부(150)는 추가적으로 구비되는 조도 센서(140)에 의하여 감지된 외부 조도에 따라 상기 파라미터 테이블을 변경할 수도 있다. 즉, 외부 조도가 높아서 영상의 휘도 레벨을 전반적으로 향상시켜야 하는 경우에는 소모 전력이 급격히 증가하므로, 상기 파라미터를 전체적으로 크게 하여 전력 저감량을 높일 수도 있다.

스케일 인자 설정부(160)는 상기 파라미터(P)를 이용하여 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))을 조절하기 위한 스케일 인자(S)를 설정한다. 계산된 스케일 인자(S)는 제1 승산기(170)에 제공된다. 스케일 인자 설정부(160)의 보다 자세한 구성은 도 10에 도시된다. 스케일 인자 설정부(160)는 세부적으로 주파수 스케일 인자 계산부(161), 공간 스케일 인자 계산부(162), 시간 스케일 인자 계산부(163), 휘도 스케일 인자 계산부(164) 중 하나를 포함하고, 제2 승산기(165)를 더 포함할 수 있다. 즉, 각각의 계산부(161, 162, 163, 164)는 전력 저감을 위하여 독립적으로 사용될 수 있기 때문에, 스케일 인자 설정부(160)는 이들 중 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있는 것이다.

주파수 스케일 인자 계산부(161)는 주파수 파라미터(Frequency_Para)를 기초로, 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))에 대한 주파수 스케일 인자(frequency scale factor; S_F)를 계산한다. 이를 위하여, 주파수 스케일 인자 계산부(161)는 먼저, 입력 영상의 고주파 성분을 추출한다. 입력 영상의 고주파 성분을 추출하기 위하여, 단순히 입력 영상에 고역 통과 필터(high pass filter; HPF)를 적용하는 방법도 생각할 수 있지만, 보다 정확한 추출을 위해서는 입력 영상에 저역 통과 필터(low pass filter; LPF)를 적용한 영상을 상기 입력 영상으로부터 차감하는 것이 바람직하다.

따라서, 추출된 고주파 성분의 크기(H_(x,y))는 다음의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, I_(x,y)는 입력 영상의 휘도 성분이고, LPF_(x,y)는 상기 휘도 성분에 저역 통과 필터를 적용한 성분이다.

이와 같이 계산된 고주파 성분의 크기를 감마 특성(감마 곡선)을 고려하여 지수함수 형태가 되도록 표시하면, 주파수 스케일 인자(S_F)는 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

수학식 2를 참조하면, 고주파 성분의 크기가 클수록 스케일 인자의 크기는 작아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 입력 영상의 휘도 성분이 저주파인 경우에 비하여 고주파인 경우에는 출력 영상의 휘도 성분은 더욱 작도록 스케일된다. 이는 도 4a 내지 도 4c의 설명에서 상술한 바와 같이, 인간의 시각 시스템이 고주파 성분에 다소 둔감하다는 특성을 이용한 것이다.

그런데, H_(x,y)는 정규화된 값이 아니므로 직접 수학식 2에 대입하는 것 보다는 그전에 이를 0과 1사이의 값으로 정규화하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이러한 정규화는 H_(x,y)을 H_(x,y)가 나타낼 수 있는 최대값으로 나누는 방식으로 간단히 수행될 수 있다.

도 11a와 같은 입력 영상의 고주파 성분의 크기는 도 11b와 같이 나타난다. 도 11b에서 어두울수록 고주파 성분의 크기가 크다는 것을 나타낸다. 도 11b의 어두분 부분은 도 11a와 비교할 때, 대부분 물체의 윤곽선과 같이 휘도 변화량(luminance gradient)이 큰 화소들로 이루어져 있음을 알 수 있다.

공간 스케일 인자 계산부(162)는 공간 파라미터(Spatial_Para)를 기초로, 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))에 대한 공간 스케일 인자(spatial scale factor; S_S)를 계산한다. 이는 도 5에서 설명한 바와 같이, 인간의 심리적 시각 시스템은 영상의 중앙부에 더 민감하고 외곽부에 덜 민감한 특성을 고려한 것이다. 도 12와 같이, 일반적으로 영상(70)의 화소 좌표는 좌상단을 원점으로 한다. 이러한 특성이 가우시안(Gaussian) 분포를 따르고, 가우시안 분포가 영상(70)의 중심(71)을 기준으로 대칭을 이루는 것으로 가정할 때, 상기 좌상단의 원점을 중심(71)으로 쉬프트할 필요가 있다. 따라서, 공간 스케일 인자(S_S)는 다음의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다. 여기서, x, y는 영상의 좌상단을 원점으로 한 화소의 x 좌표 값 및 y 좌표값이고, W, H는 영상의 가로 크기 및 세로 크기이다. 결국,

는 영상(70)의 중심으로부터 현재 화소까지 떨어진 거리를 의미하며, 여기에 W·H를 나눈 것은 상기 거리를 정규화한 것이다.

수학식 3을 참조하면, 영상의 중심에서 멀리 떨어질수록 공간 스케일 인자(S_S)의 크기는 작아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 영상의 외곽에 위치하는 화소의 휘도 성분은 중심부에 위치하는 화소의 휘도 성분에 비하여 더욱 작도록 스케일된다.

한편, 공간 파라미터(Spatial_Para)는 중심부에 대한 외곽부의 스케일링 강도를 결정하는 역할을 하며, 그 값이 클수록 전력 저감 효과도 커지게 된다. 도 13a는 공간 파라미터가 0.5인 경우에 공간 스케일 인자(S_S)의 분포를, 도 13b는 공간 파라미터가 0.8인 경우에 공간 스케일 인자(S_S)의 분포를 각각 나타낸다. 도 13a 및 도 13b를 비교하면, 공간 파라미터가 더 큰 경우에 공간 스케일링 효과가 더욱 커진다는 것을 확인할 수가 있다.

시간 스케일 인자 계산부(163)는 시간 파라미터(Temporal_Para)를 기초로, 입력 영상의 휘도 성분(I(x,y))에 대한 시간 스케일 인자(temporal scale factor; S_T)를 계산한다. 이는 도 6에서 설명한 바와 같이, 동영상에 있어서 인간의 시각 시스템은 휘도의 시간적 변화량이 큰 화소에서 그 변화를 감지하기 어려운 특성을 고 려한 것이다.

이를 위하여, 시간 스케일 인자 계산부(163)는 휘도의 시간적 변화량을 먼저 계산하여야 한다. 이러한 계산 방법으로는 단순히 대응되는 화소간의 휘도 차이를 계산할 수도 있지만, 그 보다는 해당 화소 주변의 화소들까지 고려하는 방법이 보다 바람직하다.

본 발명에서는 상기 시간적 변화량의 일 예로서, 현재 화소를 중심으로 한 소정 크기의 블록(현재 화소가 상기 블록의 중심에 위치함)에 대한 휘도의 합의 프레임간 변화량을 계산한다. 상기 블록의 크기로는 5×5 화소 크기가 적당하다.

현재 화소에 대한 휘도의 시간적 변화량(D_(x,y))은 예를 들어, 다음의 수학식 4 또는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, I_i ⁿ는 5×5블록에 속하는 25개의 화소의 휘도를 나타낸다.

수학식 4에서 D_(x,y)는 아직 정규화가 되지 않은 값이므로 이를 0에서 1사이의 값으로 정규화할 필요가 있다. 수학식 5는 이미 정규화가 되어 있기는 하지만, 이론적으로 그 값이 0이상 범위를 모두 포함할 수 있다. 그러나 실제로 D_(x,y)의 값이 1 이상이 되는 경우는 대응되는 휘도의 차이가 매우 큰 경우로서 1로 간주하여도 무방하다. 따라서, 모든 D의 값은 0 내지 1사이에 존재하게 된다.

수학식 2에서와 마찬가지로 감마 특성을 고려하면, 시간 스케일 인자(S_T)는 지수함수 형태로 나타내는 것이 바람직하다. 따라서, 시간 스케일 인자(S_T)는 다음의 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 6을 참조하면, 휘도의 시간적 변화가 클수록 스케일 인자의 크기는 작아진다는 것을 알 수 있다. 즉, 휘도 성분의 시간적 변화가 큰 경우가 작은 경우 에 비하여 출력 영상의 휘도 성분은 더욱 작도록 스케일된다.

휘도 스케일 인자 계산부(164)는 휘도 파라미터(Luminance_Para)를 기초로, 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))에 대한 휘도 스케일 인자(luminance scale factor; S_L)를 계산한다. 인간의 시각 시스템은 밝은 화소에 비하여 어두운 화소에 상대적으로 덜 민감하다. 즉, 인간의 시각 시스템은 밝은 화면에서는 화소간 휘도 차이를 잘 구분하지만, 어두운 화면에서는 화소간 휘도 차이를 상대적으로 잘 구분하지 못하는 경향이 있다. 따라서, 휘도 스케일 인자 계산부(164)는 어두운 화면에서 보다 큰 휘도 스케일 인자를 갖도록 한다. 수학식 2, 4에서와 마찬가지로 감마 특성을 고려하여, 휘도 스케일 인자(S_L)는 다음의 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.

수학식 7을 참조하면, 입력 영상의 현재 화소의 휘도가 작을수록 스케일 인자의 크기는 작아진다는 것을 알 수 있다.

이상 각각의 계산부(161, 162, 163, 164)는 입력 영상의 화소 단위로 스케일 인자들(S_F, S_S, S_T, S_L)을 계산한다.

한편, 제2 승산기(165)는 상기 각각의 계산부(161, 162, 163, 164)에서 계산된 스케일 인자들(S_F, S_S, S_T, S_L)을 곱하여 최종 스케일 인자(S)를 계산한다. 물론, 입력 영상이 정지 영상이라면 시간 스케일 인자(S_T)는 제외될 것이고, 전력 저감을 위하여 이들 계산부(161, 162, 163, 164) 중 일부만 사용되었다면 사용된 해당 스케일 인자들만을 곱하면 된다.

다시, 도 7로 돌아가면, 제1 승산기(170)는 스케일 인자 설정부(160)에서 계산된 최종 스케일 인자(S) 및 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))을 곱하여 출력 휘도 성분(I'_(x,y))를 출력한다.

이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 처리 장치(100)를 이용한 실험 결과에 따르면, 그래픽 영상을 제외하고, 정지 영상은 대략 20% 정도, 동영상은 대략 30% 정도의 전력 저감 효과를 얻을 수 있었다.

지금까지 도 7 및 도 10의 각 구성요소들은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(field-programmable gate array)나 ASIC(application-specific integrated circuit)과 같은 하드웨어(hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소들은 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 조절 방법을 도시하는 흐름도이다.

먼저 영상이 입력되면(S1), 영상 분석부(110)는 입력 영상의 휘도 성 분(I_(x,y))을 추출하여 히스토그램을 생성하고 상기 생성된 히스토그램의 분포를 분석하여 상기 입력 영상을 분류한다(S2). 상기 분류 결과, 그래픽 영상인 경우(S3의 예)에는 레벨 조절부(130)은 입력 영상 내지 상기 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))의 레벨을 일률적으로 감소시킨다.

상기 분류 결과 그래픽 영상이 아닌 경우(S3의 아니오)에는 파라미터 선택부(150)는 상기 입력 영상이 어두운 영상인지, 밝은 영상인지 일반 영상인지에 따라서 적절한 파라미터를 선택한다(S4). 이러한 파라미터에는 주파수 파라미터(Freqency_Para), 공간 파라미터(Spatial_Para), 시간 파라미터(Temporal_Para) 및 휘도 파라미터(Luminance_Para) 중 전부 또는 일부가 포함될 수 있다. 파라미터 선택부(150)는, 아울러 외부 조도에 따라서 상기 선택된 파라미터를 변경할 수도 있다.

그 다음, 스케일 인자 설정부(160)는 상기 파라미터를 이용하여 입력 영상의 휘도 성분(I_(x,y))을 조절하기 위한 개별 스케일 인자를 계산하고(S5), 계산된 개별 스케일 인자를 곱하여 최종 스케일 인자를 설정한다(S6). 상기 개별 스케일 인자를 계산하는 구체적인 과정은 도 10에서 자세히 설명한 바 있으므로 여기서는 생략한다.

마지막으로, 승산기(170)는 상기 설정된 최종 스케일 인자에 입력 영상의 휘도 성분을 곱하여 변경된 휘도 성분을 출력한다(S7).

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 영상 처리 장치 및 방법에 따르면, 자발광형 디스플레이 장치의 소모 전력을, 입력 영상의 특성에 맞추어 동적으로 저감할 수 있는 효과가 있다.

Claims

자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부;

입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 고주파 성분의 크기를 추출하고, 상기 파라미터 및 상기 고주파 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함하는 영상 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 입력 영상의 휘도 성분에 관한 히스토그램을 생성하고 상기 생성된 히스토그램의 분포를 분석하여 상기 입력 영상을 분류하는 영상 분석부를 더 포함하며,

상기 파라미터 선택부는 상기 입력 영상의 분류에 따라 상기 파라미터를 선택하는 영상 처리 장치.
제2항에 있어서,

외부 조도를 감지하는 조도 센서를 더 포함하며,

상기 파라미터 선택부는 조도에 따라 상기 파라미터를 선택하는 영상 처리 장치.
제2항에 있어서,

상기 입력 영상이 영상 분석부에 의하여 그래픽 영상으로 분류된 경우 상기 입력 영상의 레벨을 일률적으로 스케일 다운하는 레벨 조절부를 더 포함하는 영상 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 고주파 성분의 크기는

상기 현재 화소의 휘도 성분과, 상기 휘도 성분에 저역 통과 필터를 적용한 성분과의 차이인 영상 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 고주파 성분의 크기는

상기 현재 화소의 휘도 성분에 고역 통과 필터를 적용한 성분의 크기인 영상 처리 장치.
제5항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 고주파 성분의 크기 및 상기 파라미터가 커짐에 따라서 작아지는 영상 처리 장치.
제7항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 고주파 성분의 크기에 상기 파라미터를 지수승한 결과를 소정의 상수에서 차감하는 식으로부터 계산되는 영상 처리 장치.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부;

입력 영상에 포함된 현재 화소가 상기 입력 영상의 중심부로부터 떨어진 거리를 계산하고, 상기 파라미터 및 상기 거리에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함하는 영상 처리 장치.
제9항에 있어서,

상기 입력 영상의 휘도 성분에 관한 히스토그램을 생성하고 상기 생성된 히스토그램의 분포를 분석하여 상기 입력 영상을 분류하는 영상 분석부를 더 포함하며,

상기 파라미터 선택부는 상기 입력 영상의 분류에 따라 상기 파라미터를 선택하는 영상 처리 장치.
제10항에 있어서,

외부 조도를 감지하는 조도 센서를 더 포함하며,

상기 파라미터 선택부는 조도에 따라 상기 파라미터를 선택하는 영상 처리 장치.
제9항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 거리 및 상기 파라미터가 커짐에 따라서 작아지는 영상 처리 장치.
제12항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 거리에 상기 파라미터를 곱한 결과를 소정의 상수에서 차감하는 식으로부터 계산되는 영상 처리 장치.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부;

입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 휘도의 시간적 변화량을 계산하고, 상기 파라미터 및 시간적 변화량에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함하는 영상 처리 장치.
제14항에 있어서,

상기 입력 영상의 휘도 성분에 관한 히스토그램을 생성하고 상기 생성된 히 스토그램의 분포를 분석하여 상기 입력 영상을 분류하는 영상 분석부를 더 포함하며,

상기 파라미터 선택부는 상기 입력 영상의 분류에 따라 상기 파라미터를 선택하는 영상 처리 장치.
제15항에 있어서,

외부 조도를 감지하는 조도 센서를 더 포함하며,

상기 파라미터 선택부는 조도에 따라 상기 파라미터를 선택하는 영상 처리 장치.
제14항에 있어서, 상기 시간적 변화량은

상기 현재 화소를 중심으로 한 소정 크기의 블록에 대한 휘도의 합의 프레임간 변화량인 영상 처리 장치.
제17항에 있어서, 상기 블록은

5x5 화소 크기인 영상 처리 장치
제14항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 시간적 변화량 및 상기 파라미터가 커짐에 따라서 작아지는 영상 처리 장치.
제19항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 시간적 변화량에 상기 파라미터를 지수승한 결과를 소정의 상수에서 차감하는 식으로부터 계산되는 영상 처리 장치.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 장치에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부;

입력 영상에 포함된 현재 화소의 휘도 성분을 추출하고, 상기 파라미터 및 상기 휘도 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함하는 영상 처리 장치.
제21항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 휘도 성분의 크기 및 상기 파라미터가 커짐에 따라서 커지는 영상 처리 장치.
제22항에 있어서, 상기 스케일 인자는

상기 휘도 성분의 크기에 상기 파라미터를 지수승한 식으로부터 계산되는 영상 처리 장치.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 방법에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 단계;

입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 고주파 성분의 크기를 추출하는 단계;

상기 파라미터 및 상기 고주파 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 단계; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 방법에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 단계;

입력 영상에 포함된 현재 화소가 상기 입력 영상의 중심부로부터 떨어진 거리를 계산하는 단계;

상기 파라미터 및 상기 거리에 따라 스케일 인자를 설정하는 단계; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 방법에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 단계;

입력 영상에 포함된 현재 화소에 대한 휘도의 시간적 변화량을 계산하는 단계;

상기 파라미터 및 시간적 변화량에 따라 스케일 인자를 설정하는 단계; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
자발광형 디스플레이의 전력 저감을 위한 영상 처리 방법에 있어서,

전력 저감 정도를 조절하기 위한 파라미터를 선택하는 파라미터 선택부;

입력 영상에 포함된 현재 화소의 휘도 성분을 추출하고, 상기 파라미터 및 상기 휘도 성분의 크기에 따라 스케일 인자를 설정하는 스케일 인자 설정부; 및

상기 현재 화소에 상기 설정된 스케일 인자를 곱하여 출력하는 승산기를 포함하는 영상 처리 방법.