KR101713149B1 - 화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법 - Google Patents

Abstract

연산 오차의 축적으로 정밀도를 떨어뜨리지 않고, 미리 유사 윤곽 등의 화질 열화를 방지하도록, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라서 p비트로부터 q비트로 고정밀도로 계조를 확장한다.
휘도값이 p비트의 분해능을 갖는 디지털 입력 화상을 q비트(p<q)로 비트 확장하는 비트 확장 처리부(11)를 구비하고, 비트 확장 처리부(11)는 디지털 입력 화상에서의 주목 화소의 휘도값을 비트 확장할 때, 주목 화소의 주위에 존재하는 복수의 주위 화소의 휘도값과 주목 화소의 휘도값의 대소 관계로부터 주목 화소의 휘도값에 가중치를 부가하고, 가중치가 부가된 후의 주목 화소의 휘도값에 대해 게인 보정을 수행함으로써 p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행한다.

Description

화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법{Bit Expansion Method and Apparatus}

본 발명은 입력 비트수를 확장하여 표시할 때, 화질 열화를 발생시키지 않는 화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법에 관한 것이다.

TV와 PC 및 휴대단말 등의 화상 디스플레이에서는 RGB 각각 8비트의 정밀도인 것이 많다. 그리고 입력 화상(RGB 각 8비트)에 대하여 어떤 화상 신호 처리 후에 표시될 때에는 연산 오차의 축적에 의해 신뢰할 수 있는 비트 길이가 8비트보다 적어져서 유사 윤곽이 발생하는 일이 있었다.

화상 신호 처리의 현저한 예로는 감마 보정 처리가 있지만, 입력 8비트에 대하여 LUT(Look Up Table) 등으로 계조 변환을 할 때, 비트 정밀도가 떨어지는 일이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 미리 8비트 입력을, 예를 들면 10비트로 확장하여 LUT에 입력하는 방법이 있다. 도 8은 종래의 화상 신호 처리 장치의 구성도이다. 구체적으로는 8비트의 입력 화상을 10비트로 확장한 후, 감마 보정 처리를 수행하여 8비트로 하고 디스플레이 패널에 출력할 때의 구성을 도시한 것이다. 이와 같이 비트 확장 처리를 시행한 후에 감마 보정 등의 소망하는 연산 처리를 시행함으로써 비트 정밀도의 열화를 억제하는 것이 검토되고 있다.

그러나 종래 기술에는 이하와 같은 연산 정밀도 문제 및 계조 변환 문제가 있다.

(1) 연산 정밀도 문제에 대하여

필터 등에서는 곱합(적화) 연산이 주가 된다. 여기서 간단히 하기 위해 고정 길이 연산에서 8비트 입력과 8비트 계수의 곱합 연산을 생각한다. 도 9는 종래의 화상 신호 처리 장치에서 곱합 연산을 수행함으로써 정밀도 열화가 발생하는 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도중의 연산에서 비트 정밀도를 유지했다고 하더라도 최종적으로 8비트로 라운딩 처리(rounding process)하여 출력하면 유효 자리수는 7비트가 된다.

또한 필터를 2단 사용한 경우에는, 유효 자리수는 1비트 더욱 적어져서 6비트가 된다. 이처럼 연산이 거듭됨에 따라 유효 자리수가 적어지고 결과로서 6비트나 5비트 정밀도의 화상이 됨으로써 그라데이션부에서 유사 윤곽이 보이는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.

(2) 계조 변환 문제에 대하여

예를 들면 감마 변환을 생각한 경우, 8비트 입력 8비트 출력의 감마 변환에서는 화소값의 존재 범위가 비연속적인 경우가 있다. 도 10은 종래의 화상 신호 처리 장치에서 계조 변환을 수행했을 때의 히스토그램의 변화 모습을 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로는 도 10(a)는 8비트 입력 데이터에 대하여 감마 변환을 시행하여 8비트 출력 데이터를 얻은 때의 변환 커브를 도시하고 있다. 또한 도 10(b)는 입력 화상의 히스토그램, 도 10(c)는 감마 변환 후의 화상의 히스토그램을 도시하고 있다. 도 10(b)와 도 10(c)의 비교로부터 명백하듯이 감마 변환 후는 화소값의 빈도 분포에 비연속성의 변화가 발생하여 원래 화상의 매끄러움을 잃는 경우가 있다.

이상의 내용을 정리하면 이하와 같다. 예를 들면 8비트 입력 화상에 대하여 휘도 보정과 색조 보정 혹은 화질 개선을 위해 어떤 계조 변환이나 필터 처리가 수행되는 경우가 있다. 그러나 그 연산 과정에서는 하드 웨어의 제약 때문에 연산의 라운딩 오차가 축적되어, 신뢰할 수 있는 비트 정밀도가 6비트나 5비트보다 적어지는 일이 있다. 결과로서 그라데이션부에 유사 윤곽 등 화질 열화가 보이는 것이 문제가 되고 있다.

또한 이와 같은 문제는 입력 화상을 단순히 비트 확장한 것만으로는 개선되지 않고, 화상 열화를 방지하기 위해 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라서 적절히 비트 확장 처리를 수행하는 것이 요구되어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이뤄진 것으로, 연산 오차의 축적으로 정밀도를 떨어뜨리지 않고 미리 유사 윤곽 등의 화질 열화를 방지하도록, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라서 p비트로부터 q비트로 고정밀도로 계조를 확장할 수 있는 화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 화상 신호 처리 장치는 휘도값이 p비트의 분해능을 갖는 디지털 입력 화상을 q비트(p<q)로 비트 확장하는 비트 확장 처리부를 구비한 화상 신호 처리 장치로서, 비트 확장 처리부는, 디지털 입력 화상에서의 주목 화소의 휘도값을 비트 확장할 때, 주목 화소 주위에 존재하는 복수의 주위 화소의 휘도값과 주목 화소의 휘도값의 대소 관계로부터 주목 화소의 휘도값에 가중치를 부가하고, 가중치가 부가된 후의 주목 화소의 휘도값에 대하여 게인 보정을 수행함으로써, p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행하는 것이다.

또한 본 발명에 따른 비트 확장 연산 처리 방법은, 휘도값이 p비트의 분해능을 갖는 디지털 입력 화상을 q비트(p<q)로 비트 확장하는 비트 확장 처리부를 구비한 화상 신호 처리 장치에서 실행되는 비트 확장 연산 처리 방법으로서, 비트 확장 처리부에서, 디지털 입력 화상에서의 주목 화소의 휘도값을 비트 확장할 때, 주목 화소 주위에 존재하는 복수의 주위 화소의 휘도값과 주목 화소의 휘도값의 대소 관계로부터 주목 화소의 휘도값에 가중치를 부가하는 가중치 부가 단계와, 가중치가 부가된 후의 주목 화소의 휘도값에 대하여 게인 보정을 보정함으로써 p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행하는 게인 보정 단계를 갖는 것이다.

본 발명에 따르면, 소망하는 신호 처리를 실행하기 전 단계에서, p비트의 입력 화상에 대하여, 입력 화상의 국소적인 특징을 살려서 미리 q비트로 비트 확장 처리를 수행해 두는 구성을 구비하고 있다. 그 결과, 연산 오차의 축적으로 정밀도를 떨어뜨리지 않고 미리 유사 윤곽 등의 화질 열화를 방지하도록, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라서 p비트로부터 q비트로 고정밀도로 계조를 확장할 수 있는 화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에서의 화상 신호 처리 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부에 의한 비트 확장 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부에서 선택 가능한 3종류의 주위 화소 패턴을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1의 균등 양자화 시에 있어서의 화소값의 존재 범위(치역)와 게인 보정의 고려 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에서의 화상의 국소적 특징을 이용하는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부 및 표시 화상 생성 처리부에 의한 일련의 처리를 도시한 플로어차트이다.
도 8은 종래의 화상 신호 처리 장치의 구성도이다.
도 9는 종래의 화상 신호 처리 장치에서 곱합 연산을 수행함으로써 정밀도 열화가 발생하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 종래의 화상 신호 처리 장치에서 계조 변환을 수행했을 때의 히스토그램의 변화 모습을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 p비트(예를 들면 8비트) 입력 화상에 대하여, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라 화상의 국소적인 특징을 살려서 미리 q비트(예를 들면 10비트나 12비트)로 계조를 고정밀도로 확장함으로써, 비트 확장 후의 입력 화상에 대한 연산 후의 신뢰할 수 있는 비트 정밀도를 8비트 이상으로 유지할 수 있고, 화질 열화를 발생시키지 않는 화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법을 실현하는 것을 기술적 특징으로 한다. 본 발명의 화상 신호 처리 장치 및 비트 확장 연산 처리 방법의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 이하에 설명한다.

<실시 형태 1>

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에서의 화상 신호 처리 장치의 구성도이다. 본 실시 형태 1에서의 화상 신호 처리 장치(10)는 비트 확장 처리부(11) 및 표시 화상 생성 처리부(12)로 구성되고, 표시 화상 생성 처리부(12)에 의한 처리 후의 출력 화상이 디스플레이 패널(20)에 표시된다. 또한 도 1에서는 입력 화상이 8비트, 비트 확장 처리 후의 화상이 10비트, 출력 화상이 8비트인 경우를 일례로서 도시하고 있다.

단, 본 발명은 도 1에 예시한 것과 같은, 8비트로부터 10비트로의 확장에 한정되는 것은 아니고, 비트 확장 처리부(11)에 의해, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라 화상의 국소적인 특징을 살려서 입력 화상 p비트를 q(q>p)비트로 확장함으로써, 그 후의 표시 화상 생성 처리부(12)에 의한 처리 후의 화상 품질 열화를 방지하는 것이 포인트이다.

다음으로, 입력 화상 p비트를 q비트로 확장하는 경우에 대해서 일반화하여 본 실시 형태 1에서의 비트 확장 알고리즘의 핵심 부분을 설명한다. 도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부(11)에 의한 비트 확장 알고리즘을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부(11)는, 도 2에 도시한 주목 화소(X5) 주변의 8개 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)의 변화에 대하여 국소적인 특징을 검출하기 위해 이하의 비교 연산을 수행한다.

비교 연산 결과, 주목 화소(X5)보다 주변의 8개 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)가 모두 작았던 경우에는 sum=-8이 되고, 반대로 주목 화소(X5)보다 주변의 8개 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)가 모두 컸던 경우에는 sum=+8이 된다. 따라서 sum은 주변의 8개 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)와 주목 화소(X5)의 대소 관계에 따라, -8 ~ +8의 값을 취하게 된다.

그리고 이 변화 모습을 나타내는 지표값으로서 산출된 sum에 대하여 가중치를 부가하고 오프셋 0.5와 합쳐 원래 화소값(X5)에 가감함으로써 비트 확장을 수행한다.

이 비트 확장 처리에서, 원래 양자화된 화소값의 존재 범위를 넘지 않도록 정규화하기 위한 계수가 1/16이고, wgt는 -0.5 ~ +0.5의 범위로 제한된다.

또한 ma는 비트 확장의 효과 정도를 조정하기 위한 계수로, 통상 0.0 ~ 1.0의 값이다. ma를 1.0 이상으로 설정할 때는 최종적인 wgt를 -0.5 ~ +0.5의 범위로 자를 필요가 있다.

더욱이 전체 게인을 보상하기 위한 계수가 (2^q-1)/2^p이다.

각 주목 화소에 대하여 이와 같은 연산 처리를 수행함으로써 화상의 국소적인 특징인 주위 화소의 영향을 반영시켜서 주목 화소의 비트 확장 처리를 수행할 수 있다.

또한 도 2에서는, 주위의 8개 화소를 주목 화소(X5)에 인접하는 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)로서 규정했다. 그러나 주목 화소(X5)에 대하여 인접하는 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)가 거의 변화하지 않는 듯한 화상에 대해서는, 주목 화소(X5)에 대하여 인접하는 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)의 영향을 충분히 반영할 수 없는 경우가 생각된다.

본 발명에서는, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라 주위 화소로서, 인접하는 화소(X1 ~ X4, X6 ~ X9)보다 먼 곳의 8개 화소를 선택하는 것을 가능하게 하고 있다. 이 내용을, 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부(11)에서 선택 가능한 3종류의 주위 화소 패턴을 예시한 도면이다.

도 3에는 선택 가능한 주위 화소 패턴으로서, 이하의 3개 패턴이 도시되어 있다. 또한 도 3에서 경사진 빗금(해칭)으로 도시한 화소가 주목 화소에 상당한다.

패턴 A는 주목 화소에 인접하는 8개 화소(a1 ~ a4, a6 ~ a9)를 주위 화소로서 규정한 것이다.

패턴 B는 주목 화소로부터 1화소 거리를 둔 위치의 8개 화소(b1 ~ b4, b6 ~ b9)를 주위 화소로서 규정한 것이다.

패턴 C는 주목 화소로부터 2화소 거리를 둔 위치의 8개 화소(c1 ~ c4, c6 ~ c9)를 주위 화소로서 규정한 것이다.

다음으로, 패턴 A와 패턴 B의 선택을 예로 들어 구체적으로 설명한다. 우선 비트 확장 처리부(11)는 주목 화소를 중심으로 한 3×3 영역의 9화소의 휘도값에 관한 분산값을 산출한다. 그리고 산출한 분산값이 미리 설정한 판정용 문턱값보다 큰 경우, 비트 확장 처리부(11)는 주목 화소에 대하여 8개 화소(a1 ~ a4, a6 ~ a9)가 불규칙하게 분포되어 있기 때문에 이들의 영향을 반영시킨 비트 확장 처리를 수행하는 것이 적절하다고 판단하고 주위 화소로서 패턴 A를 채용한다.

한편 산출한 분산값이 미리 설정한 판정용 문턱값 이하인 경우, 비트 확장 처리부(11)는 주목 화소에 대하여 8개 화소(a1 ~ a4, a6 ~ a9)가 불규칙하게 분포되어 있지 않기 때문에 이들의 영향을 반영시킨 비트 확장 처리를 수행하는 것은 부적절하다고 판단하고, 주위 화소로서 패턴 A 대신 패턴 A보다 먼 곳의 패턴 B를 채용한다.

또한 먼 곳의 패턴으로는 패턴 B가 아니라 패턴 C를 채용하도록, 미리 설정해 두는 것도 가능하다.

또한 비트 확장 처리부(11)는, 주목 화소를 중심으로 한 5×5 영역의 분산값을 바탕으로, 주위 화소로서 패턴 B와 패턴 C 중 어느 것을 채용해야 할 것인가를 동일한 처리에 의해 판단하는 것이 가능하다.

다음으로 도 4, 도 5를 이용하여 본 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리의 원리 및 유효성에 대해서 설명한다. 우선, 도 4는 본 발명의 실시 형태 1의 균등 양자화 시에 있어서의 화소값의 존재 범위(치역)와 게인 보정의 고려 방법을 설명하기 위한 도면이다. 또한 설명을 간략화 하기 위해, 도 4에서는 2비트로부터 3비트로의 비트 확장을 일례로서 도시하고 있다.

도 4에 도시한 것과 같이 00 ~ 11의 4개의 치역을 갖는 2비트 데이터는 게인 보정을 수행하여 비트 확장을 수행함으로써 000 ~ 111의 8개 치역을 갖는 3비트 데이터로 확장된다. 여기서, 예를 들면 2비트의 치역 01을 비트 확장할 때에 3비트에서의 치역으로서 011 혹은 010 중 어떤 값으로 확장해야 할 것인가가 문제가 된다. 단순히 어느 한 쪽으로 비트 확장해버리면 비트 확장 후의 데이터에 치우침이 발생해버린다.

이에 대하여 본 발명에서는 비트 확장할 때에 주목 화소값에만 의존하여 특정 비트로 게인 보정을 수행해버리는 것이 아니라 주위 화소에서의 휘도값의 국소적 특징을 고려하여, 예를 들면 2비트의 치역 01을, 011 혹은 010 중 어느 쪽으로 확장해야 할 것인가를 결정하고 있다. 그 결과, 비트 확장 후의 데이터가 국소적 특징을 바탕으로 모든 치역에 존재하게 된다.

다음으로 도 5는 본 발명의 실시 형태 1에서의 화상의 국소적 특징을 이용하는 효과를 설명하기 위한 도면이다. 또한 설명을 간략화 하기 위해서 도 5에서는 2비트 데이터를 예로, 주목 화소(X5)에 대하여 수평 방향의 주위 화소(X4, X6)의 국소적 특징을 고려하는 것에 의한 효과를 도시하고 있다.

도 5의 예에서는 비트 확장 전의 2비트 데이터 화상에서, 주목 화소(X5)의 휘도값(신호값)이 01이고 주목 화소(X5)의 수평 방향의 주위 화소(X4, X6)의 휘도값이 모두 10인 상태를 도시하고 있다. 본 발명에서는 이와 같은 상태에서 주위 화소(X4, X6)의 국소적 특징을 고려함으로써, 주목 화소(X5)는 도 5에 도시한 것과 같은, 치역 10에 가까운 '실제 존재 범위'의 데이터라고 추측하고, 3비트로 확장할 때에는 치역 011이 되도록 하고 있다.

또한 도 5에서는 치역 01 중 상방 절반의 위치가 '실제 존재 범위'로서 특정되어 있지만, 국소적 특징에 따라서 하방 절반의 위치를 '실제 존재 범위'로 특정하는 경우도 있다. 그리고 본 발명에서는 상기 수식으로 도시한 것과 같은 비교 연산 처리를 각각의 주목 화소에 대하여 실행하고, 주위 화소의 국소적 특징을 고려한 가중치를 부가한 후에 비트 확장을 수행함으로써, 도 5에서 설명한 것과 같은 '실제 존재 범위'를 특정한 후, 적절한 비트 확장 처리를 실현하고 있다.

다음으로 비트 확장 처리부(11)의 상세한 구성 및 상세한 처리 내용에 대하여 도면을 이용하여 설명한다. 도 6은, 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부(11)의 상세 구성을 도시한 도면이다. 또한 도 7은, 본 발명의 실시 형태 1에서의 비트 확장 처리부(11) 및 표시 화상 생성 처리부(12)에 의한 일련의 처리를 도시한 플로어차트이다. 상기 수식으로 도시한 연산 처리 및 도 6의 내부 구성에 입각하여 도 7에 의한 플로어차트로 도시한 일련의 처리를 설명한다.

또한 이하의 설명에서는 n=5로 하고, 주목 화소의 비트 확장을 수행할 때에 고려할 국소적 특징의 대상이 되는 주위 화소를, 상기 도3에 도시한 패턴 A(주위 화소를 a1 ~ a4, a6 ~ a9로 하는 경우)와 패턴 B(주위 화소를 b1 ~ b4, b6 ~ b9로 하는 경우) 중 어느 것으로 절환하는 경우에 대해서 설명한다.

입력된 p비트의 데이터는 일단 n 라인 메모리(111)에 축적된다(단계 S701). 다음으로 n×n 데이터 판독부(112)는 n 라인 메모리(111)로부터 n×n개의 블록 데이터를 읽어낸다(단계 S702). 즉, n=5를 예로 들면 패턴 A와 패턴 B를 포함하는 5×5 영역이 추출된다.

다음으로 분산값 산출부(113)는 패턴 A를 포함하는 3×3 영역에 대하여 분산값을 산출한다(단계 S703). 그리고 평탄도 판정부(114)는 분산값 산출부(113)에서 산출된 분산값과, 평탄도를 판정하기 위해 미리 설정된 문턱값(TH1)을 비교하여, 분산값이 문턱값(TH1)보다 작을 때에는 0(분산값이 작은 점으로부터, 평탄도가 높고 3×3 영역이 평탄 부분이라고 판정한 것에 상당), 분산값이 문턱값(TH1) 이상일 때에는 1(분산값이 큰 점으로부터, 평탄도가 낮고 3×3 영역이 평탄부가 아니라고 판정한 것에 상당)을, 판정 결과로서 출력한다(단계 S704).

다음으로 3×3 데이터 판독부(115)는, 평탄도 판정부(114)의 판정 결과가 1일 때는 최근방의 3×3 데이터를 n 라인 메모리(111)로부터 읽어낸다(단계 S705). 즉, 주목 화소와, 주목 화소에 대하여 A 패턴으로서 규정되는 주위 화소(a1 ~ a4, a6 ~ a9)로 구성되는 3×3 데이터를 읽어낸다.

한편 3×3 데이터 판독부(115)는 평탄도 판정부(114)의 판정 결과가 0일 때는 먼 곳으로부터 3×3 데이터를, n 라인 메모리(111)로부터 읽어낸다(단계 S706). 즉, 주목 화소와, 주목 화소에 대해서 B 패턴으로서 규정되는 주위 화소(b1 ~ b4, b6 ~ b9)로 구성되는 3×3 데이터를 읽어낸다.

이와 같이 해서 3×3 데이터 판독부(115)는 평탄도 판정부(114)의 판정 결과에 따라서 주위 화소가 평탄하지 않은 경우에는 주목 화소에 가까운 8화소를 주위 화소로서 수집하고, 주위 화소가 평탄한 경우에는 주목 화소로부터 먼 8화소를 주위 화소로서 수집함으로써, 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라, 비트 확장 처리를 수행하기 위해 적절한 3×3 데이터를 읽어낼 수 있다.

다음으로 데이터 비교 총계값 산출부(116)는 총계값 sum을 0으로 초기화하는 한편 단계 S705 또는 단계 S706에서 읽어낸 3×3 데이터를, 상기 도 2에 도시한 것과 같은 X1 ~ X9로서 세팅한다(단계 S707).

다음으로 데이터 비교 총계값 산출부(116)는 3×3 데이터 판독부(115)에서 읽혀진 3×3 데이터 중, 중심부(X5)를 주목 화소로 하고 그 주변 데이터(Xi, i=1 ~ 4, 6 ~ 9)와의 비교에 의해, X5가 작을 때는 +1로 하고 X5가 클 때는 -1로 하여 총계값 sum을 산출한다(단계 S708 ~ 단계 S713).

더욱이 정규화 보정부(117)는 데이터 비교 총계값 산출부(116)에서 산출된 총계값 sum에 대하여, 상기 수식으로서 도시한 것과 같은 적절한 정규화 처리를 수행하고, 주목 화소(X5)에 가산한 후, 적절한 게인 보정을 수행하여 q비트로 확장된 데이터를 출력한다(단계 S714, 단계 S715).

이상과 같이, 실시 형태 1에 따르면, 입력 화상의 국소적인 특징을 살려서 주위 화소의 평탄도에 따라 주목 화소의 가중치 부가를 적절히 수행함으로써 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라 입력 화상 p비트(예를 들면 8비트) 데이터를 q비트(예를 들면 10비트나 12비트)로 정밀하게 확장할 수 있다. 그 결과, 도중의 라운딩 연산에 의한 오차 축적을 억제할 수 있어, 유사 윤곽 등의 화질 열화를 방지할 수 있다.

또한 8비트의 입력 화상에 대하여 본 발명의 비트 확장 수법을 실행함으로써, 10비트나 12비트를 실현할 수 있는 고정밀도 디스플레이에 대하여 고계조 표시를 실현할 수 있다. 더욱이 본 발명의 비트 확장 수법은 간단한 비교 연산을 베이스로 실시할 수 있기 때문에 소프트웨어 면에서도 하드웨어 면에서도 가볍고 저렴하게 고정밀도화를 실현할 수 있는 이점이 있다.

또한 본 실시 형태 1에서는 입력 화상의 국소적인 특징을 얻기 위한 주위 화소로서, 도 3에 도시한 것과 같은 패턴 A ~ 패턴 C 중 어느 것을 선택하는 경우에 대하여 설명했지만, 주위 화소의 집합은 이와 같은 패턴에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 패턴 A로 도시한 주목 화소에 인접하는 8개 화소보다 주목 화소로부터 먼 위치에 있는 화소의 집합을, 패턴 B, 패턴 C 대신에 먼 곳의 주위 화소로서 설정하는 것도 가능하다.

입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라서는 예를 들면 패턴 B와 패턴 C, 양쪽 요소로 이뤄지는 화소의 집합을 먼 곳의 주위 화소로서 규정할 수 있다. 혹은 주목 화소로부터 1화소 이상 간격을 두고, 어느 거리 범위에 포함되는 듯한 화소의 집합을 먼 곳의 주위 화소로서 규정할 수도 있다.

또한 근방의 주위 화소 자체도, 패턴 A로 도시한 주목 화소에 인접하는 8개의 화소로 한정할 필요는 없다. 입력 화상의 휘도 분포 상태에 따라서는 예를 들면 패턴 A와 패턴 B, 양쪽 요소로 이뤄지는 화소의 집합을 근방의 주위 화소로서 규정하거나 혹은 패턴 B를 근방의 주위 화소로서 규정할 수 있다.

결국, 주목 화소에 대하여 어느 일정 거리 범위 내의 영역을 근방의 주위 화소로서 규정하고, 근방의 주위 화소보다 주목 화소로부터 먼 곳에 위치하는 화소 집합을 먼 곳의 주위 화소로서 규정하는 것이 가능하다. 그리고 근방의 주위 화소와 주목 화소로 이뤄지는 화소 집합의 불규칙 정도에 따라서 주위 화소 선택을 근방 또는 먼 곳으로 절환할 수 있으면 된다.

10: 화상 신호 처리 장치 11: 비트 확장 처리부
12: 표시 화상 생성 처리부 20: 디스플레이 패널
111: n 라인 메모리 112: n×n 데이터 판독부
113: 분산값 산출부 114: 평탄도 판정부
115: 3×3 데이터 판독부 116: 데이터 비교 총계값 산출부
117: 정규화 보정부

Claims (4)

1. 휘도값이 p비트의 분해능을 갖는 디지털 입력 화상을 q비트(p<q)로 비트 확장하는 비트 확장 처리부를 구비한 화상 신호 처리 장치로서,
   상기 비트 확장 처리부는, 상기 디지털 입력 화상에서의 주목 화소의 휘도값을 비트 확장할 때, 상기 주목 화소 주위에 존재하는 복수의 주위 화소의 휘도값과 상기 주목 화소의 휘도값의 대소 관계로부터 상기 주목 화소의 휘도값에 가중치를 부가하고, 상기 가중치가 부가된 후의 상기 주목 화소의 휘도값에 대하여 게인 보정을 수행함으로써 p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행하며,
   상기 비트 확장 처리부는, 상기 게인 보정을 수행한 후의 비트 확장 데이터가 상기 q비트로 표현할 수 있는 치역을 넘지 않도록 상기 가중치 부가에 대하여 정규화를 수행하고, 정규화 후, 가중치가 부가된 후의 상기 주목 화소의 휘도값에 대하여 게인 보정을 수행함으로써 p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행하는
   화상 신호 처리 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 비트 확장 처리부는, 상기 주목 화소를 중심으로 한 3×3 화소 영역에서의 휘도값의 분산값을 산출하고, 산출한 상기 분산값이 미리 설정한 판정 문턱값보다 큰 경우에는 상기 주목 화소에 인접하는 8개 화소를 상기 주위 화소로서 설정하고, 산출한 상기 분산값이 미리 설정한 판정 문턱값 이하인 경우에는 상기 주목 화소에 인접하는 상기 8개 화소보다 상기 주목 화소로부터 먼 곳의 위치에 있는 화소의 집합을 상기 주위 화소로서 설정함으로써 상기 비트 확장 처리를 실행하는 화상 신호 처리 장치.
   
3. 삭제
4. 휘도값이 p비트인 분해능을 갖는 디지털 입력 화상을 q비트(p<q)로 비트 확장하는 비트 확장 처리부를 구비한 화상 신호 처리 장치에서 실행되는 비트 확장 연산 처리 방법으로서,
   상기 비트 확장 처리부에 있어서,
   상기 디지털 입력 화상에서의 주목 화소의 휘도값을 비트 확장할 때, 상기 주목 화소의 주위에 존재하는 복수의 주위 화소의 휘도값과 상기 주목 화소의 휘도값의 대소 관계로부터 상기 주목 화소의 휘도값에 가중치를 부가하는 가중치 부가 단계와,
   상기 가중치가 부가된 후의 상기 주목 화소의 휘도값에 대하여 게인 보정을 수행함으로써 p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행하는 게인 보정 단계를 갖고,
   상기 비트 확장 처리부는, 상기 게인 보정을 수행한 후의 비트 확장 데이터가 상기 q비트로 표현할 수 있는 치역을 넘지 않도록 상기 가중치 부가에 대하여 정규화를 수행하고, 정규화 후, 가중치가 부가된 후의 상기 주목 화소의 휘도값에 대하여 게인 보정을 수행함으로써 p비트로부터 q비트로의 비트 확장 처리를 실행하는
   비트 확장 연산 처리 방법.

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