KR100833536B1

KR100833536B1 - 화질개선 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR100833536B1
Application number: KR1020060110767A
Authority: KR
Inventors: 권병헌; 서범석; 허영수
Original assignee: (주)플렛디스
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2006-11-10
Publication date: 2008-05-29
Also published as: KR20080042402A

Abstract

본 발명은 영상의 일부 영역을 확대하여 출력하더라도 화질열화를 개선할 수 있으며, 프레임 간의 감마값 차이에 의한 깜빡임(flickering)을 제거할 수 있는 화질개선 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명이 개시하는 화질개선 방법은, 입력된 현재 프레임의 일부 영역을 선택·확대 하는 과정과, 현재 프레임의 평균 휘도값(APL)이 휘도값의 최소 한계치(LL)와 최대 한계치(HL)의 어느 영역에 속하는지 판단하는 과정과, 그 판단결과에 따라 감마값(G_N)을 선택하는 과정과, 이전 프레임의 감마값(G_N-1)과 상기 선택된 감마값(G_N)의 차이값에 지연 팩터(DF)를 곱한 후, 감마값(G_N)과 합산하여 최종 감마값(G_F)을 산출하는 과정과, 감마 룩업테이블(LUT)를 참조하여 최종 감마값(G_F)으로 현재 프레임을 감마 보정하는 과정으로 이루어진다.

영상, 프레임, 확대, 보간, 감마 보정, 지연 팩터, 감마 룩업테이블

Description

화질개선 방법 및 그 장치{IMAGE ENHANCING METHOD AND APPARATUS THEREOF}

도 1은 영상의 일부 영역 확대에 의한 화질열화를 보인 예시도,

도 2a는 본 발명의 화질개선 장치에 대한 개략적 구성도,

도 2b는 본 발명의 감마 보정부에 대한 세부 구성도,

도 3은 평균 휘도값에 대한 감마값 선택을 설명하기 위한 예시적 그래프,

도 4는 감마 보정에 의한 히스토그램의 분포 확장을 보인 예시도,

도 5a는 본 발명의 화질개선 방법에 대한 주요 흐름도,

도 5b는 본 발명의 화잘개선 방법에 대한 세부 흐름도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100: 화질개선 장치 110: 프레임 입력부

120: 영역 선택부 130: 프레임 저장부

140: 프레임 보간부 150: 감마 보정부

152: APL 산출기 154: 휘도값 판단기

156: 감마값 선택기 158: 디플리커기

160: 프레임 출력부

본 발명은 화질개선 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 입력되는 영상(동영상)의 특정 영역을 추출하여 임의의 크기로 확대함과 아울러 확대된 영상의 화질을 개선 또는 향상시켜 출력하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 사용자 컴퓨터(PC)에서 출력되는 영상은 필요에 따라 일부 영역이 확대된 후, 외부 디스플레이 장치 예컨대 TV, Mobile LCD 등에 출력되기도 한다. 주지된 바와 같이 영상의 일부분을 임의의 크기로 확대하면 화질열화를 초래한다(도 1 참조).

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 영역 확대에 의한 화질열화를 개선하여 다양한 포맷으로 변환 출력할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다.

이와 같은 특징적인 기술적 사상을 구현하기 위한 본 발명의 화질개선 방법은, 입력된 현재 프레임의 일부 영역을 선택·확대 하는 제 1 과정; 현재 프레임의 평균 휘도값(APL)이 휘도값의 최소 한계치(LL)와 최대 한계치(HL)의 어느 영역에 속하는지 판단하는 제 2 과정; 제 2 과정의 판단결과에 따라 감마값(G_N)을 선택하는 제 3 과정; 이전 프레임의 감마값(G_N-1)과 선택된 감마값(G_N)의 차이값에 지연 팩 터(DF)를 곱한 후, 감마값(G_N)과 합산하여 최종 감마값(G_F)을 산출하는 제 4 과정; 및 감마 룩업테이블(LUT)를 참조하여 최종 감마값(G_F)으로 현재 프레임을 감마 보정하는 제 5 과정; 을 포함한다.

바람직하게 제 3 과정의 감마값(G_N)은, 평균 휘도값(APL)이 최대 한계치(HL) 이상이면 1.2, 최소 한계치 이하이면 0.8, 최소·최대 한계치의 사이 값이면 [수학식 1]에 의한 결과값이 선택된다.

본 발명의 평균 휘도값(APL)은 0 내지 255 범위이며, 최대 한계치(HL)는 100 내지 150 범위의 값을 가지고, 최소 한계치(LL)는 20 내지 30 범위의 값을 갖는다. 그리고 지연 팩터(DF)는 0.3 내지 0.5 범위의 상수값이다.

한편, 본 발명의 화질개선 장치는, 영상을 입력받는 프레임 입력부; 입력된 프레임의 일부 영역을 선택하는 영역 선택부; 보간을 이용하여 선택된 영역을 확대하는 프레임 보간부; 현재 프레임의 평균 휘도값(APL)에 따라 선택·산출한 감마값(G_N)에, 이전 프레임의 감마값(G_N-1)과 감마값(G_N)의 차이값에 지연 팩터(DF)를 곱한 값을 합산하여 최종 감마값(G_F)을 산출한 후, 감마 룩업테이블(LUT)을 참조하여 현재 프레임을 감마 보정하는 감마 보정부; 및 감마 보정된 프레임을 출력하는 프레임 출력부; 를 구성한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화질개선 장치에 대한 개략적 구성도이다.

먼저, 본 발명에 따른 화질개선 장치(100)는, 다수의 프레임(frame)으로 이루어진 영상을 입력받는 프레임 입력부(110), 입력된 프레임의 일부 영역을 선택하는 영역 선택부(120), 선택된 영역을 프레임 단위로 저장하는 프레임 저장부(130), 보간(interpolation)을 통해 저장된 프레임을 임의의 크기로 확대하는 프레임 보간부(140), 확대된 프레임의 평균 휘도값(APL: Average Picture Level)을 기반으로 감마값을 선택·산출하여 미도시된 감마 룩업테이블(LUT: LookUp Table)에 따라 감마(gamma) 보정을 수행하는 감마 보정부(150) 및 감마 보정된 프레임을 출력하는 프레임 출력부(160)를 구성한다.

본 발명의 특징적인 양상에 따른 감마 보정부(150)는 세부적으로 도 2b와 같이, APL 산출기(152), 휘도값 판단기(154), 감마값 선택기(156) 및 디플리커기(158)를 포함한다.

APL 산출기(152)는 앞서 언급한 바와 같이 해당 프레임(확대된 프레임)의 평균 휘도값(APL)을 산출하며, 휘도값 판단기(154)는 상기 APL 산출기(152)로부터 산출된 평균 휘도값(APL)이 휘도값에 대한 최대 한계치(HL: High Limit)와 최소 한계치(LL: Low Limit)의 어느 영역에 속하는지를 판단한다.

상기 평균 휘도값(APL)은 통상 0~255 범위의 값을 갖는다. 이 범위는 프레임 입력부(110)로 입력되는 영상의 R, G, B 성분의 비트 수에 따라 가변한다. 통상, 각 성분은 8비트로 이루어져 있으므로 본 발명은 이를 기준으로 한다. 한편, 상기 최대 한계치(HL) 및 최소 한계치(LL)는 각각 100~150, 20~30으로 설정하겠으나, 필요에 따라 가변적으로 설정될 수 있음은 물론이다.

감마값 선택기(156)는 휘도값 판단기(154)의 결과에 따라 해당 프레임에 적용할 감마값을 선택·산출한다. 첨부도면 도 3을 참조하면, 평균 휘도값이 최소 한계치(LL) 이하의 값일 경우 감마값(G_N) 0.8을 선택하고, 최대 한계치(HL) 이상의 값일 경우 1.2를 선택하며, 최소·최대 한계치 사이의 값일 경우 아래의 [수학식 1]에 의거하여 산출된 감마값을 선택한다.

........................ [수학식 1]

이와 같이 선택된 감마값은 해당 프레임에 바로 적용될 수도 있겠으나, 본 발명은 다음의 상황을 고려한다. 이에 앞서, 설명의 편의상 현재 프레임을 F_N, 이전 프레임을 F_N-1이라 정의하며, 현재 프레임(F_N)에 적용될 감마값을 G_N, 이전 프레임 (F_N-1)에 적용된 감마값을 G_N-1이라 정의한다.

만약, 현재 프레임(F_N)에 적용될 감마값(G_N)과 이전 프레임(F_N-1)에 적용된 감마값(G_N-1)의 차이가 크다면 사용자는 프레임 간에 깜빡임(flickering)을 느끼게 된다. 따라서 이웃하는 프레임 간에 감마값이 크게 변동되지 않도록 해야 하며, 이는 다음의 디플리커기(158)에 의해 구현된다.

디플리커기(158)는 상기 감마값 선택기(156)를 통해 선택된 감마값(G_N)에, 이전 프레임(F_N-1)의 감마값(G_N-1)과 상기 선택된 감마값의 차이값에 소정의 지연 팩터(DF: Delay Factor)를 곱한 결과를 더한 값, 즉 최종 감마값(G_F)으로 현재 프레임에 대한 감마 보정을 수행한다. 이러한 감마 보정은 감마 룩업테이블(LUT, 미도시)을 참조하여 이루어지되, 상기 최종 감마값(G_F)에 부합하는 값이 감마 룩업테이블에 정의되어 있지 않다면 정의된 값들 중 최종 감마값에 근사하는 값이 선택되어 이루어진다.

상기 최종 감마값(G_F) 산출은 다음의 [수학식 2]로 표현될 수 있다.

......................... [수학식 2]

여기서, G_F는 현재 프레임에 적용될 최종 감마값이며, 지연 팩터(DF)는 실험을 통해 결정되는 상수로서 본 발명에서는 0.3~0.5로 설정한다.

이와 같이 감마 보정이 이루어진 프레임의 히스토그램(histogram)을 살펴보면, 도 4에 예시한 바와 같이 감마 보정이 이루어지기 전에 비해 그 분포가 확장되게 되어, 최종적으로 대비(contrast)가 향상된다.

한편, 프레임 출력부(160)는 감마 보정부(150)에 의해 감마 보정된 프레임을 출력하는 기능을 수행한다. 프레임 출력부(160)는 외부 디스플레이 장치와의 인터페이스(interface)를 병행하게 되는바, 접속되는 외부 디스플레이 장치가 수용하는 영상 포맷으로의 변환기능이 포함될 수 있다.

도 5a 는 본 발명의 화질개선 방법에 대한 주요 흐름도이고, 도 5b는 세부 흐름도이다.

먼저, 도 5a를 참조하면, 입력된 프레임의 일부영역을 선택하고, 선택된 일부영역을 확대한다(S510, S520).

뒤미처, 확대된 프레임의 평균 휘도값(APL)을 산출하고, 그 산출된 평균 휘도값(APL)이 최대 한계치(HL)와 최소 한계치(LL)의 어느 영역에 속하는지 판단한다(S530, S540).

제 S540 과정의 판단결과에 따라 현재 프레임에 적용할 감마값(G_N)을 선택하게 되는데, 구체적으로 도 5b의 세부 단계를 통해 이루어진다. 도면과 같이 상기 평균 휘도값(APL)이 최대 한계치(HL) 이상이면 1.2를 선택하고(S552), 최소 한계치(LL) 이하라면 0.8을 선택하며(S554), 최소·최대 한계치의 사이라면 앞서 상술한 [수학식 1]의 결과값을 감마값(G_N)으로 선택한다(S556).

다음으로 이전 프레임에 적용된 감마값(G_N-1)과 상기 선택된 감마값(G_N)의 차이값에 지연 팩터(DF)를 곱한 후, 상기 감마값(G_N)에 합산한 값을 최종 감마값(G_F)을 산출한다(S560). 본 과정은 앞서 언급한 [수학식 2]로 표현된다.

감마 룩업테이블(LUT)을 참조하여 상기 최종 감마값(G_F)으로 현재 프레임을 감마 보정한다(S570). 최종 감마값(G_F)에 부합하는 값이 감마 룩업테이블(LUT)에 정의되어 있지 않다면 근사값이 취해진다.

이와 같이 개시된 본 발명에 의하면 다음의 주요 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 영상의 일부 영역을 확대하여 출력하더라도 상술한 감마 보정으로 화질열화를 개선할 수 있으며, 아울러 프레임 간의 감마값 차이를 줄임으로써 깜빡임(flickering)을 제거할 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

입력된 현재 프레임의 일부 영역을 선택·확대 하는 제 1 과정;

상기 현재 프레임의 평균 휘도값(APL)이 휘도값의 최소 한계치(LL)와 최대 한계치(HL)의 어느 영역에 속하는지 판단하는 제 2 과정;

상기 제 2 과정의 판단결과에 따라 감마값(G_N)을 선택하는 제 3 과정;

이전 프레임의 감마값(G_N-1)과 상기 선택된 감마값(G_N)의 차이값에 지연 팩터(DF)를 곱한 후, 상기 감마값(G_N)과 합산하여 최종 감마값(G_F)을 산출하는 제 4 과정; 및

감마 룩업테이블(LUT)를 참조하여 상기 최종 감마값(G_F)으로 상기 현재 프레임을 감마 보정하는 제 5 과정; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화질개선 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제 3 과정의 감마값(G_N) 선택은,

상기 평균 휘도값(APL)이 최대 한계치(HL) 이상이면 1.2, 최소 한계치 이하이면 0.8, 최소·최대 한계치의 사이 값이면 다음의 수학식에 의한 결과값을 선택하는 것을 특징으로 하는 화질개선 방법.

[수학식]

여기서, APL은 현재 프레임의 평균 휘도값, HL은 최대 한계치, LL은 최소 한계치이다.
청구항 2에 있어서,

상기 평균 휘도값(APL)은, 0 내지 255 범위의 값인 것을 특징으로 하는 화질개선 방법.
청구항 2에 있어서,

상기 최대 한계치(HL)는 100 내지 150 범위의 값이며,

상기 최소 한계치(LL)는 20 내지 30 범위의 값인 것을 특징으로 하는 화질개선 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 지연 팩터(DF)는 0.3 내지 0.5 범위의 값인 것을 특징으로 하는 화질개선 방법.
영상을 입력받는 프레임 입력부;

입력된 프레임의 일부 영역을 선택하는 영역 선택부;

보간을 이용하여 선택된 영역을 확대하는 프레임 보간부;

현재 프레임의 평균 휘도값(APL)에 따라 선택·산출한 감마값(G_N)에, 이전 프레임의 감마값(G_N-1)과 상기 감마값(G_N)의 차이값에 지연 팩터(DF)를 곱한 값을 합산하여 최종 감마값(G_F)을 산출한 후, 감마 룩업테이블(LUT)을 참조하여 현재 프레임을 감마 보정하는 감마 보정부; 및

감마 보정된 프레임을 출력하는 프레임 출력부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질개선 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 감마 보정부는,

현재 프레임의 평균 휘도값(APL)을 산출하는 APL 산출기;

상기 산출된 평균 휘도값이 최소 한계치(LL)와 최대 한계치(HL)의 어느 영역에 속하는지 판단하는 휘도값 판단기;

상기 휘도값 판단기의 판단결과에 따라 최소 한계치(LL) 이하의 값일 경우 0.8, 최대 한계치(HL) 이상의 값일 경우 1.2, 그리고 최소·최대 한계치 사이의 값일 경우 다음의 수학식 1을 이용하여 산출한 값을 감마값(G_N)으로 선택하는 감마값 선택기; 및

수학식 2를 이용하여 최종 감마값(G_F)을 산출하고, 감마 룩업테이블(LUT)을 참조하여 상기 현재 프레임을 감마 보정하는 디플리커기; 를 구성하는 것을 특징으로 하는 화질개선 장치.

[수학식 1]

[수학식 2]

여기서, G_N은 현재 프레임의 감마값, G_N-1은 이전 프레임의 감마값, APL은 현재 프레임의 평균 휘도값, HL은 최대 한계치, LL은 최소 한계치, G_F는 현재 프레임에 적용될 최종 감마값, DF는 지연 팩터이다.
청구항 7에 있어서,

상기 최대 한계치(HL)는 100 내지 150 범위의 값이며,

상기 최소 한계치(LL)는 20 내지 30 범위의 값이며,

상기 지연 팩터(DF)는 0.3 내지 0.5 범위의 값인 것을 특징으로 하는 화질개선 장치.