KR102086163B1

KR102086163B1 - Led 전광판 표출 정보의 실시간 보정이 가능한 픽셀 룩업테이블 컨트롤러 및 방법

Info

Publication number: KR102086163B1
Application number: KR1020190139690A
Authority: KR
Inventors: 김권일
Original assignee: 포스텍네트웍스(주)
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2020-03-06

Abstract

본 발명은 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하여 출력하는 컨텐츠 신호 입력부; 상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자의 2차원 어드레스에 대응되는 룩업 테이블과 픽셀 감마값이 저장된 룩업 테이블 저장부; 상기 발광 모듈 내부의 상기 발광 소자의 위치를 2차원에서 1차원의 어드레스로 변형하여 저장한 데이터베이스부; 상기 픽셀 감마값을 상기 데이터베이스부의 1차원 어드레스에 매핑하여, 상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하는 제어 회로부; 및 보정 감마값을 적용한 출력 신호를 상기 전광판으로 전송하는 출력부 포함하여, 어드레스의 차원을 축소함으로써 데이터의 양을 줄일 수 있고, 이에 따라 픽셀 단위로 전광판을 제어함에 있어 지연 없이 신속하게 보정 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

LED 전광판 표출 정보의 실시간 보정이 가능한 픽셀 룩업테이블 컨트롤러 및 방법{PIXEL LOOK-UP TABLE CONTROLLER AND METHOD FOR REAL-TIME CORRECTION OF LED DISPLAY INFORMATION}

본 발명은 룩업 테이블을 이용하여 전광판의 화질을 제어하는 컨트롤러 및 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 전광판의 발광 모듈 내의 발광 소자를 룩업 테이블을 이용하여 제어할 수 있는 기술에 관한 것이다.

영상표시장치는 입력되는 밝기 데이터에 비례한 밝기를 표시하는 장치이다. 이때, 입력되는 데이터와 인간이 감지하는 밝기 사이에는 정확한 비례관계가 이루어지지 않는데 이는 감마특성 때문이다. 감마특성이란 디스플레이 등에서 원래 내재되는 비선형성(주로, 지수함수적 관계)을 일컫는다. 인간의 시각 응답 특성과 응답 감마특성 및 선형적 감마특성이 상이하기 때문에 표시장치를 통해 영상을 디스플레이 하는 경우 감마 보정이 수반된다.

표시장치의 특성은 비발광 소자 또는 발광 소자 등의 특성에 따라 다르므로, 동일한 입력 데이터에 대해서 표시장치에 따라 표출화면의 색감이나 밝기의 선형성 등이 다르게 출력된다.

표시소자 또는 구동소자의 밝기 변환을 위한 방법에는 룩업테이블을 이용한 방법이 있다. 룩업 테이블을 이용하여 표시장치의 밝기를 변환하는 방법은 표시장치에 구비된 전체소자의 밝기를 일괄적으로 제어하고 있어 개별소자 각각에 대해 밝기를 제어하지 못하는 문제점이 있었다.

이에 관련 종래기술 한국등록특허 제10-1948843호(이하, ‘선행특허’라 약칭한다)는 룩업 테이블을 이용해서 각 발광 소자 모듈을 개별적으로 제어할 수 있는 시스템을 개시한다.

한편, 본 출원인은 선행특허를 개량하여 발광 소자 모듈을 구성하는 픽셀 또한 룩업 테이블을 이용한 방식으로 제어할 수 있는 컨트롤러 및 방법을 고안하게 되었다. 픽셀 단위로 전광판의 화질을 제어하는 경우, 처리해야 하는 데이터의 양이 증가한다. 이에 따라 적합한 픽셀 좌표 처리방법을 고안하여 지연없이 전광판의 화소를 제어할 수 있음을 확인하게 되었다.

한국등록특허 제10-1948843호

본 발명은 룩업 테이블을 전광판의 발광 모듈뿐만 아니라 발광 소자별로 적용하여 전광판의 실시간 제어·사이트 환경에 맞게 기설정된 값(프리셋) 설정 등 세부제어가 가능하며, 각 발광 소자의 좌표 데이터를 최소화하는 방법을 통해 지연 없이 픽셀을 제어할 수 있는 컨트롤러 및 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전광판을 운영하는 운영실의 컨텐츠 신호를 수신하고 상기 컨텐츠 신호를 가공하여 복수개의 발광 모듈이 마련된 전광판으로 데이터를 전송하는 컨트롤러에 있어서, 상기 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하고, 하기의 룩업 테이블 저장부로 상기 RGB 신호를 출력하는 컨텐츠 신호 입력부; 상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스에 대응되는 룩업 테이블이 저장되고, 상기 룩업 테이블에는 픽셀 감마값이 저장된 룩업 테이블 저장부; 상기 발광 모듈 내부의 상기 발광 소자의 위치가 2차원 어드레스에서 1차원의 어드레스로 변형되어 저장된 데이터베이스부; 상기 룩업 테이블 저장부의 상기 픽셀 감마값을 상기 데이터베이스부의 상기 1차원 어드레스에 매핑하여, 상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하는 제어 회로부; 및 상기 RGB 신호에 상기 제어 회로부에서 감산 또는 가산된 보정 감마값을 적용한 출력 신호를 상기 전광판으로 전송하는 출력부 포함하여, 다계층의 신호처리를 위한 어드레스의 차원축소로 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 것을 일 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 픽셀 감마값은, 1행의 배열로 구성될 수 있고, 상기 1행의 배열은 화질에 따른 해상도와 상기 전광판의 모듈 개수로 결정될 수 있으며, 상기 1행의 개수는 (수평해상도/수평모듈)*(수직해상도/수직모듈)*3개인 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 룩업 테이블 저장부은, 상기 제어 회로부에서 감산 또는 가산된 보정 감마값으로 구성된 감마 테이블을 저장하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 출력부에서 출력된 상기 출력 신호의 1차원 어드레스를 2차원 어드레스로 복원하여 상기 전광판으로 전송하는 신호 복원부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전광판의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 화소 제어 시스템에 있어서, 촬영장치로부터 컨텐츠 신호를 수신하여 하기의 컨트롤러에 상기 컨텐츠 신호를 전송하는 운영실; 상기 컨텐츠 신호를 가공하고, 룩업 테이블을 이용하여 픽셀 단위의 감마값을 보정함으로써 출력 신호를 픽셀 단위로 제어하는 컨트롤러; 및 상기 출력 신호를 입력받아 발광하는 복수개의 발광 모듈이 마련된 전광판을 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하고, 하기의 룩업 테이블 저장부로 상기 RGB 신호를 출력하는 컨텐츠 신호 입력부; 상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스에 대응되는 룩업 테이블이 저장되고, 상기 룩업 테이블에는 픽셀 감마값이 저장된 룩업 테이블 저장부; 상기 발광 모듈 내부의 상기 발광 소자의 위치가 2차원 어드레스에서 1차원의 어드레스로 변형되어 저장된 데이터베이스부; 상기 룩업 테이블 저장부의 상기 픽셀 감마값을 상기 데이터베이스부의 상기 1차원 어드레스에 매핑하여, 상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하는 제어 회로부; 및 상기 RGB 신호에 상기 제어 회로부에서 감산 또는 가산된 보정 감마값을 적용한 출력 신호를 상기 전광판으로 전송하는 출력부 포함하여, 다계층의 신호처리를 위한 어드레스의 차원축소로 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 것을 다른 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 룩업테이블을 이용하여 복수개의 발광 모듈이 마련된 전광판의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어하는 화소 제어 방법에 있어서, (a)운영실의 컨텐츠 신호를 수신하여, 상기 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하는 단계; (b)상기 RGB 신호의 입력 픽셀 클럭을 산출하는 단계; (c)상기 입력 픽셀 클럭의 2차원 어드레스를 상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)에 대응하여 산출하는 단계; (d)상기 2차원 어드레스를 1차원 어드레스로 변환하는 단계; (e)상기 발광 소자의 픽셀 단위의 룩업 테이블에서 상기 1차원 어드레스에 대응되는 픽셀 감마값을 매핑하여 산출하는 단계; (f)상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하여 보정 감마값을 산출하는 단계; 및 (g)상기 RGB 신호에 상기 보정 감마값을 적용하여 출력 신호를 전광판으로 전송하는 단계를 포함하여, 다계층의 신호처리를 위한 어드레스의 차원축소로 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 것을 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 발광 모듈뿐만 아니라 발광 소자 단위의 보정이 가능하여 개별 화소의 경년변화나 열화에 의해 주변 화소들과 밝기 차이가 나는 경우에 특정 개별 화소의 밝기만 보정할 수 있고, 특정 소자의 특성 오류로 전체 발광 모듈을 교체해야 하는 비용을 줄일 수 있다.

한편, LED 전광판은 컬러별 랭크(밝기 기준)이 상이하여 동일한 입력신호에서도 이미지 부조화가 나타날 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 컬러에 따른 룩업 테이블 보정이 가능하므로 이러한 이미지 부조화를 줄일 수 있다. 또한 룩업 테이블을 이용하여 픽셀 보정을 함으로써 전광판의 화질을 개선시키는 효과뿐만 아니라 고가의 전광판에서만 표출 가능한 고화질 이미지 또는 동영상을 중·저가의 전광판에서도 표현할 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명에 따르면, 발광 소자 각각의 위치좌표를 인텍싱하여 해당 위치좌표와 룩업 테이블의 좌표를 맵핑함으로써 데이터의 양을 줄여 개별 화소 각각의 휘도 및 색도 조정이 용이하게 하고, 더불어 FPGA(Field-Programmable Gate Array)를 이용하여 화소 제어 시스템을 설계함으로써 영상데이터 출력의 지연 및 시간 부족 등의 문제를 방지할 수 있는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화소 제어 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러의 구성도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 산출되는 감마값과 해당 감마값에 대항하는 감마 인덱스를 매칭한 표를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 룩업 테이블을 이용하여 발광 소자의 감마값을 보정하는 과정을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 전광판의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어하는 방법을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 화소 제어 시스템(1)을 도시한 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 화소 제어 시스템(1)은 룩업 테이블을 이용하여 전광판(50)의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어할 수 있다. 개별 화소 각각의 위치 좌표에 대하여 출력데이터를 맵핑함으로써, 개별 화소의 휘도 및 색도를 조정할 수 있다. 화소 제어 시스템(1)은 유사시 또는 이전 원본 이미지의 빠르게 송출해야 하는 경우, 룩업 테이블을 적용하지 않을 수 있다. 즉, 룩업 테이블의 적용여부를 조절할 수 있는 전환 스위치를 사용하여 각 상황 또는 조건에 따라 변경할 수 있다.

화소 제어 시스템(1)은 운영실(10), 컨트롤러(30), 전광판(50)을 포함할 수 있다. 운영실(10)은 촬영장치로부터 컨텐츠 신호를 수신하여 컨트롤러(30)에 컨텐츠 신호를 전송할 수 있다. 운영실(10)은 송출용 PC, 관리서버, A/V mixer, Video 등 영상 컨텐츠 제작 및 송부를 위한 주지의 구성을 포함한다. 운영실(10)은 송출을 위한 컨텐츠 신호를 전광판(50)으로 송신한다.

컨트롤러(30)는 컨텐츠 신호를 가공하고, 룩업 테이블을 이용하여 픽셀 단위의 감마값을 보정함으로써 출력 신호를 픽셀 단위로 제어할 수 있다. 컨트롤러(30)는 룩업 테이블을 이용하여 Full HD, Ultra HD, 4K, 8K, 10K 등의 고해상도와 저해상도의 60fps, 120fps(프레임/초) 이상의 영상 출력 데이터를 지연 없이 실시간으로 R·G·B 픽셀당 초고속 속도로 처리하기 위하여 FPGA에 설계될 수 있다.

전광판(50)은 동영상, 그래픽, 문자, 인터넷정보 등 다양한 콘텐츠를 제어기를 통해 제어하여 표출한다. 전광판(50)은 출력 신호를 입력받아 발광하는 복수개의 발광 모듈(501)이 마련될 수 있다. 발광 모듈(501)에는 복수개의 발광 소자(5011)가 마련될 수 있다. 전광판(50)의 특정 발광 모듈(501) 또는 발광 소자(5011)가 계속 사용됨에 따라 최초 설치 시보다 밝기의 세기가 약해질 수 있다. 이에 발광 모듈(501) 또는 발광 소자(5011)의 밝기 특성을 최대한 보정함으로써 설치 시간이 흐른 후에도 전광판(50)의 초기 설치시의 밝기와 동일하게 유지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 컨트롤러(30)의 구성도를 나타낸다.

컨트롤러(30)는 전광판(50)을 운영하는 운영실(10)의 컨텐츠 신호를 수신하고 컨텐츠 신호를 가공하여 복수개의 발광 모듈(501)이 마련된 전광판(50)으로 데이터를 전송할 수 있다. 컨트롤러(30)는 컨텐츠 신호를 가공할 수 있으며, 변환된 RGB 신호의 어드레스를 다계층의 신호처리를 위해 차원을 축소하는 방법을 이용하여 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있다.

컨트롤러(30)는 컨텐츠 신호 입력부(301), 룩업 테이블 저장부(303), 데이터베이스부(305), 제어 회로부(307),신호 복원부(308), 출력부(309)를 포함할 수 있다. 본 구성은 설명의 편의를 위하여 정의된 것으로 실제 물리적으로 구분되지 않고 통합 구현되어도 무방하다.

컨텐츠 신호 입력부(301)는 운영실(10)의 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하고, 룩업 테이블 저장부(303)로 RGB 신호를 출력할 수 있다. 신호 변환은 FPGA에서 처리되며, RGB 신호는 입력 픽셀 클럭에 맞게 RED(12비트), GREEN(12비트), BLUE(12비트)로 총 36비트로서 입력 픽셀 클럭인 pixel_clk_i에 맞게 실시간으로 변환된다. 각 색상에서의 12비트 중 8비트가 선택되어 한 픽셀 클럭당 RED(8비트), GREEN(8비트), BLUE(8비트)로 총 24비트로 구성되어 한 pixel_clk_i으로 전송될 수 있다. 이때, 데이터 처리 또는 컬러 성능 향상을 위해 각 픽셀당 2비트 또는 4비트를 추가하여 입력신호를 생성할 수 있다.

룩업 테이블 저장부(303)은 발광 모듈(501)을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)(5011)의 2차원 어드레스에 대응되는 룩업 테이블이 저장될 수 있고, 룩업 테이블에는 발광 소자(5011)의 감마값이 저장될 수 있다. 또한, 룩업 테이블 저장부(303)은 제어 회로부(307)에서 감산 또는 가산된 보정 감마값으로 구성된 감마 테이블을 저장할 수 있다. 픽셀 단위로 전광판(50)을 제어함으로써 모듈 단위의 제어보다 데이터의 양이 늘어나게 된다. 이때 픽셀 룩업 테이블을 적용할 때 데이터 증가로 지연이 발생하는 것을 방지하고자 미리 계산된 보정 감마값을 저장한 감마 테이블이 생성되어 룩업 테이블 저장부(303)에 저장될 수 있다.

룩업 테이블 저장부(303)에 저장되는 룩업 테이블은 전광판(10)의 해상도에 의해 결정되며, 해상도에 따라 다양하게 생성될 수 있다.

룩업 테이블의 감마값(γ)은 1행의 배열로 구성될 수 있고, 1행의 배열은 화질에 따른 해상도와 전광판(50)의 모듈 개수로 결정될 수 있으며, 1행의 개수는 (수평해상도/수평모듈)*(수직해상도/수직모듈)*3개로 구성될 수 있다. 감마값(γ)은 픽셀출력값=입력최대치*(픽셀입력값/입력최대치)^r로 정의할 수 있으며, 입력최대치는 255이고 픽셀입력값은 0~255(256단계)의 범위를 가진다. 0.6986 감마 적용시 픽셀출력값=입력최대치*(픽셀입력값/입력최대치)^1/1.45 이며, 2.0000 감마 적용시 픽셀출력값=입력최대치*(픽셀입력값/입력최대치)^2/1.00 이다. 위 수식에서 감마값(γ)이 지수이며 값이 승수의 값이 적을수록 밝은 이미지로 나타나며, 2.0과 같이 지수의 값이 클수록 밝고 어두움이 명확한 이미지로 보정 할 수 있다. 이는 LED 모듈의 랭크 밝기 전압을 동일하게 인가(Drive)하더라도 발광 모듈(501)을 구성하는 해당 LED의 특성이 떨어져 이미지의 왜곡 부조화가 발생할 수 있기 때문에 좀더 높은 전압을 인가하여 부조화를 없애고 자연스럽게 표현할 수 있다.

데이터베이스부(305)는 발광 모듈(501) 내부의 발광 소자(5011)의 위치가 2차원 어드레스에서 1차원의 어드레스로 변형되어 저장될 수 있다.

FPGA에서 x, y 좌표 Coordinator는 입력 픽셀 클럭 pixel_clk_i의 개수를 계산한다. Full HD의 경우, 1920개의 클럭 개수를 계수하여 88개의 입력 픽셀 클럭을 계산한다. HFP(Horizontal Front Porch, 수평신호 출력 전 대기시간) 영역이 지나면 입력 영상신호에서 HSYNC(Horizontal Sync, 수평동기신호) 신호 44개를 입력을 받는다. 이때 FPGA에서는 수평 출력 픽셀의 수가 한계치까지 온 것으로 인식하게 된다. 이후에 오는 픽셀 148개 클럭은 HBP(Horizontal Back Porch, 수평신호 출력 후 대기시간)로 CounterY의 값을 1 증가시키고 x좌표가 0지점으로 이동(리턴) 되기 때문에 CounterX 값을 0으로 리셋(초기화) 한다.

이와 같은 방법으로 CounterX는 0부터 (1920-1)까지 범위로 증가하고, CounterY 값은 0부터 (1080-1)까지 범위로 증가한다. CounterX는 입력되는 y의 위치를 담당하는 CounterY를 증가시킨다. Y의 값이 최대치인 (1080-1)에 도달하는 경우, HFP, HSYNC, HBP 처리 후에는 수직의 보이지 않는 부분을 처리할 수 있다.

Full HD의 경우 VFP(Vertical Front Porch, 수직동기신호 출력 전 대기시간)는 4 픽셀클럭, VSYNC(Vertical Sync, 수직동기 신호)는 5 픽셀클럭, VBP(Vertical Back Porch, 수직신호 출력후 대기시간)는 36 픽셀클럭으로 처리한다. Ultra HD는 3840x2160 해상도를 가지며, HFP는 176 픽셀클럭, HSYNC 88픽셀클럭, HBP 296 픽셀클럭, VFP 8 픽셀클럭, VSYNC 10 픽셀클럭, VBP는 72 픽셀클럭으로 처리할 수 있다. 이때, 해상도에 따라 픽셀클럭이 다를 수 있다.

이와 같은 방식으로 계속해서 픽셀데이터가 영상신호로부터 입력되면 x, y 좌표 수신부에서 픽셀클럭을 계산하여 화면 해상도에 픽셀을 표출하고자 하는 위치를 계산한다. 이는 입력 영상신호에서 x, y 좌표를 주지 않고 연속해서 36비트 RGB 데이터를 주며, 수평해상도에서 HFP, HSYNC, HBP를 처리한 후, HSYNC를 기준으로 y 좌표를 1씩 증가시킨다.

동일한 방식으로 계속해서 수직해상도 최대값에 도달하면 VFP, VSYNC, VBP를 픽셀클럭당 처리를 하며, VSYNC를 감지하여 y 좌표를 0으로 리셋하여 [수평해상도 * 수직해상도] 데이터를 모두 처리하게 된다. 입력된 x, y 좌표 계수기인 CounterX, CounterY를 기준으로 발광 모듈(501)(예를 들어, 16*16 매트릭스 모듈)에 해당하는 pixel_module_xpos과 pixel_module_ypos을 계산한다. pixel_lookup_xpos과 pixel_lookup_ypos는 입력된 x, y 좌표 계수기인 CounterX, CounterY를 기준으로 픽셀 룩업 테이블에서 계산할 수 있다. 모듈당 룩업 테이블 처리가 아닌 픽셀당 룩업 테이블 처리이기 때문에, 실제 pixel_lookup_xpos은 x와 동일하며, pixel_lookup_ypos은 y와 동일하다. 그 후 입력된 x, y 좌표에 해당하는 좌표가 특정 픽셀 룩업 테이블에 적용되어 FPGA에서 실시간으로 계산할 수 있다.

본 발명은 해상도에 따라 복수개의 감마 인덱스를 생성할 수 있고, 본 발명에서의 감마 인덱스는 1행의 배열로 구성될 수 있다. 각 인덱스는 픽셀 별 감마값을 저장할 수 있다. Index=(x,y)[R], Index+1=(x,y)[G], Index+2=(x,y)[B]의 형태로 배열 Index의 내용인 값은 해당 x, y 좌표에 R, G, B별 설정할 감마값을 가질 수 있다. 예를 들어, 0=(0,0)[RED], 1=(0,0)[GREEN], 2=(0,0)[BLUE], 3=(0,0)[RED], 4=(1,0)[GREEN], 5=(1,0)[BLUE], ... (n,n)[RED], (n,n)[GREEN], (n,n)[BLUE]로 나타낼 수 있다. 이때 n은 전광판(50)의 해상도에 따라 달라질 수 있다. 입력신호에 해당하는 픽셀 룩업 테이블 정보가 존재하는 경우, RED 색상은 RLUT_PIXEL_MGR 테이블에서 설정된 감마값을 추출하여 적용할 수 있다. 해당 감마는 R의 12비트 중 추출된 8비트에 대한 RED의 컬러 인덱스(Index) 값에 해당하는 값이다. RED_Gamma 테이블의 RED 컬러 인덱스 값에 해당하는 감마값을 변환테이블에서 변경하여 적용할 수 있다.

GREEN 색상이나 BLUE 색상의 경우에도 위의 과정도 동일하게 진행된다. GREEN 색상은 GLUT_PIXEL_MGR 테이블을 통해 감마값을 변경하여 적용할 수 있으며, BLUE 색상은 BLUT_PIXEL_MGR 테이블을 이용할 수 있다. 픽셀 룩업 테이블을 통한 신호 변환은 도 4에서 설명한다.

x, y 좌표 계수기인 CounterX, CounterY를 통해 구한 pixel_lookup_xpos과 pixel_lookup_ypos을 이용하여 입력된 픽셀에 보정하고자 하는 픽셀룩업이 있을 경우, RED 색상의 감마 값은 RLUT_PIXEL_MGR[(PIXEL_X_COUNT_4LUT*pixel_lookup_ypos)+pixel_lookup_xpos] 테이블을 이용하여 적용할 감마 인덱스 값을 구할 수 있다. 데이터베이스부(305)는 감마 인덱스에 해당하는 픽셀의 룩업 테이블을 통해 감마값을 수정하여 제어회로부(307)로 보낼 수 있다(PIXEL_X_COUNT_4LUT는 수평최대해상도 1920에 해당한다).

GREEN 색상 또한, GLUT_PIXEL_MGR [(PIXEL_X_COUNT_4LUT* pixel_lookup_ypos)+pixel_lookup_xpos] 테이블을 이용하여 적용할 감마 인덱스 값을 구할 수 있다, BLUE 색상은 BLUT_PIXEL_MGR [(PIXEL_X_COUNT_4LUT*pixel_lookup_ypos)+pixel_lookup_xpos] 테이블을 통해 적용할 감마 인덱스 값을 구할 수 있다.

제어 회로부(307)는 룩업 테이블 저장부(303)의 룩업 테이블의 감마값을 데이터베이스부(305)의 1차원 어드레스에 매핑하여, 발광 모듈(501)의 픽셀 단위의 감마값을 감산 또는 가산할 수 있다. 룩업 테이블의 감마값(γ)은 [픽셀 출력값=입력최대치*(픽셀입력값/입력최대치)^r]으로 정의되어 가변될 수 있다.

제어 회로부(307)에서는 한 모듈에서 두 개의 룩업 테이블이 적용될 수 있다. 두 개의 룩업 테이블을 적용하는 경우, 우선적으로 픽셀 룩업 테이블 값을 적용하고, 모듈 룩업 테이블의 적용은 해당 모듈에 픽셀 룩업 테이블을 적용하지 않는 경우에만 적용하였다. 이는 하나의 모듈에 룩업 테이블을 이중으로 적용할 경우 먼저 적용한 픽셀 룩업 테이블 값이 초기화되기 때문이다. 다만, 픽셀 룩업 테이블과 모듈 룩업 테이블이 겹치는 발광 소자는 밝기가 감소하므로, 특정 발광 소자에 대해서 감산 룩업 테이블 또는 가산 룩업 테이블을 적용하여 화소를 제어할 수 있다. 즉, 룩업 테이블에 저장된 감마값을 감산 또는 가산함으로써 발광 소자의 수명을 연장하고, 최적의 표시환경을 유지할 수 있다.

제어 회로부(307)는 아래의 연산을 통해 빠르게 감마값을 감산 또는 가산할 수 있다. 감마값의 출력최대치=입력최대치*(1/입력최대치)^γ으로 계산될 수 있다. 예를 들어 입력최대치 감마값이 1인 경우, 입력최대치=출력최대치가 되는 원본이미지 그대로를 전광판으로 출력하는 기능을 한다. 0~255 컬러값을 기준으로 출력최대치를 계산하면 64=64*(1/64)¹이고, 128=128*(1/128)¹이다. 감마값이 1/1.45인 0.6896의 경우에는 98=64*(1/64)^1/1.45이고, 158=128*(1/255)^1/1.45이다. 위의 감마값에 대하여 실시간으로 계산하여도 되지만, 컬러 입력값에 대하여 미리 계산해 놓은 테이블을 설정해 놓고 선택하여 사용 및 적용하면 빠른 데이터 처리가 가능하다.

신호 복원부(308)는 출력부(309)에서 출력된 출력 신호의 1차원 어드레스를 2차원 어드레스로 복원하여 전광판(50)으로 전송할 수 있다.

출력부(309)는 RGB 신호에 제어 회로부(307)에서 감산 또는 가산된 보정 감마값을 적용한 출력 신호를 전광판(50)으로 전송할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 RED 픽셀 룩업 테이블(RLUT_PIXEL_MGR)과 RED 모듈 룩업 테이블(LUT_CHANGE_TABLE)에서 얻어진 컬러 인덱스 값은 r_o_35[7:0]에서 Mux로 처리될 수 있다. 이는 GREEN 및 BLUE도 마찬가지로 처리될 수 있다. 컬러 인덱스 값에 해당하는 컬러 출력 값인 8비트에 4비트 0을 패딩하여 12비트로 R_o[11:0] Flip Flop 로직에서 처리한 후 Q[11:0]로 출력할 수 있다. 전술한 Mux에서 전광판으로 출력될 내용은 Selector Bypass 스위치의 위치로 결정될 수 있다. 출력 내용은 Selector Bypass 스위치의 위치에 따라 입력된 값 그대로 전광판에 출력되거나 변경된 픽셀 룩업 테이블 또는 모듈 룩업 테이블의 컬러 인덱스값에 해당하는 컬러로 출력될 수 있다.

SEL은 D-Flip Flop에서 포트 입력으로 처리될 수 있다. Selector를 통해서 최종 입력된 데이터는 RED는 red_o[11:0]로 출력될 수 있다. 또한 GREEN 및 BLUE는 각각 green_o[11:0], blue_o[11:0]로 각각 영상 출력될 수 있다.

초고속 데이터의 처리를 위해 FPGA로 설계될 수 있으나, 전광판(50)의 특성에 따라 지연이 필요한 경우에는 컨텐츠 신호 입력부(301)에서 입력 받은 HSYNC, VSYNC, DE 입력 신호를 입력을 받을 수 있다. HSYNC, VSYNC, DE 입력 신호가 출력될 때, 데이터 출력부(308)는 전광판(50)의 응답 속도에 따라 HSYNC, VSYNC, DE 출력 신호에 래치를 사용할 수 있다, 이때, 지연 플립풀롭을 사용하여 클럭에 따라 1클럭, 2클럭 또는 n클럭만큼 지연시킬 수 있고, 지연설정값을 저장하여 사용하도록 설계할 수 있어 다양한 종류의 전광판(50)에서도 문제가 없도록 설계할 수 있다,

또한, 본 발명의 실시예에서는 x, y 좌표의 계산을 위하여 CounterX, CounterY를 사용할 수 있다. CounterX, CounterY를 이용하여 산출한 x, y 좌표에 해당하는 모듈 룩업 테이블(pixel_module_xpos, pixel_module_ypos)과 픽셀 룩업 테이블(pixel_lookup_xpos, pixel_lookup_ypos)을 계수기로 사용할 수 있다. 위의 전술한 계수기를 사용하여 수평 픽셀 룩업 테이블의 계수기를 계산하고, 수직 모듈 룩업 테이블의 계수기를 계산할 수 있다. 이후, n개의 감마 테이블이 구비된 데이터베이스부(305)에서 특정 감마 테이블을 선택하고, 실시간으로 설정 및 추출된 감마 값은 픽셀 룩업 테이블 또는 모듈 룩업 테이블을 통해 제어 회로부(307)에서 변경될 수 있다. 입력 신호는 변경된 감마값이 적용되고, 신호 복원부(308)에서 RGB 출력 신호로 변환 된 후 전광판(50)에 출력될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 산출되는 감마값과 해당 감마값에 대항하는 감마 인덱스를 매칭한 표를 나타낸다.

초고속 데이터의 픽셀 룩업테이블을 적용하기 위해서는 입력된 영상·이미지 데이터의 각 픽셀의 (x,y) 주소를 계산하여 해당 주소에 해당하는 픽셀의 룩업 테이블을 적용하여야 하므로, 데이터의 양이 많아지면 픽셀 룩업 테이블을 적용함에 있어 지연이 발생할 수 있다. 이에 도 3은 픽셀 룩업테이블을 적용하는 것으로 인한 지연(Delay)이 없도록 매번 계산식에 따라 계산하기 하지 않고 다양한 감마값을 테이블을 구비한 것이다.

입력신호로부터 픽셀클럭을 계산하여 x, y 값으로 변환된 값은 CounterX, CounterY에 해당한 레지스터 값으로 변환된다. 먼저 추출된 (x,y) 좌표에 해당하는 픽셀 룩업 테이블의 존재 여부를 파악한다. pixel_lookup_xpos, pixel_lookup_ypos의 인덱스와 대응하는 RLUT_PIXEL_MGR, GLUT_PIXEL_MGR, BLUT_PIXEL_MGR 테이블의 인덱스를 추출하여 감마 테이블의 해당 인덱스에 대한 감마값을 선택하여 입력신호에 적용한다.

도 3은 생성 가능한 복수개의 감마 인덱스에 대한 감마값 중 12개 계산하여 저장한 감마 테이블이다. 예를 들어, (x,y) 좌표인 (0, 0) 지점의 발광 소자(5011)에 대하여 특정 감마값을 변경할 경우, 다양한 감마값 12가지 중 한 개인지를 판단하여 적용할 수 있다. 이때, 감마 인덱스는 전술한 바와 같이 (수평해상도/수평모듈)*(수직해상도/수직모듈)*3개만큼 생성 가능하며, 감마 인덱스에 해당하는 감마값도 동일한 개수만큼 생성 가능하다.

감마값(γ)은 [픽셀 출력값=입력최대치*(픽셀입력값/입력최대치)^r]으로 정의되어 가변될 수 있다. 감산 시에는 γ=1/1.45(감마 0.6986) 이하의 감마 룩업 테이블값을 적용하고, 가산 시에는 γ=2/1.0(감마 2.0000) 이상의 감마 룩업 테이블값을 적용하여 어두운 것은 좀 더 어둡게 조정하고, 밝은 것은 좀 더 밝게 조정함으로써 발광 화소 단위로 전광판(50)을 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예로서 Full HD의 경우, 해상도는 1920×1080×60fps이다. 이 해상도에 따른 픽셀별 감마 인덱스는 0, 1, ... 24,480-1만큼 생성될 수 있고, 24,480은 1행의 배열로 구성될 수 있다. 1행의 배열은 각 인덱스마다 설정되는 픽셀별 감마 값을 저장할 수 있다. Index=(x,y)[R], Index+1=(x,y)[G], Index+2=(x,y)[B]의 형태로 배열 Index의 내용인 값은 해당 x, y 좌표에 R, G, B별 설정할 감마값을 가진다. 0=(0,0)[RED], 1=(0,0)[GREEN], 2=(0,0)[BLUE], 3=(1,0)[RED], 4=(1,0)[GREEN], 5=(1,0)[BLUE], ... (n,n)[RED], (n,n)[GREEN], (n,n)[BLUE]로 n은 Full HD시 (1920수평해상도/모듈수평크기)*(1080수직해상도/모듈수직크기)*3RGB별 LUT에 해당한다. 즉 마지막 n=((1920/16)*(1080/16)*3)-1로 n=120*68*3-1, n=24480-1이다.

입력신호의 픽셀 개수를 카운트하여 표시할 픽셀의 (x,y) 좌표를 구한다. 해당 픽셀을 표시하기 전에 RED(적색) 픽셀의 룩업 테이블을 참조하여, 룩업 테이블 적용 값을 적용하여 전광판에 표출한다. 같은 방식으로 GREEN(녹색) 픽셀의 룩업 테이블 테이블을 참조하여 처리하고 BLUE(청색) 픽셀의 룩업 테이블도 처리한다. 물론 (x,y) 위치에 같은 발광 모듈(501)의 감마값이 적용된 경우 해당 발광 모듈(501)은 동일한 감마 룩업 테이블 값이 적용될 수 있다. RGB별 같은 룩업 테이블을 두어 일정한 감마 설정을 할 수 있다. 다만, 전광판 사이트 환경에 따라 적색, 녹색, 황색의 색상별로 다르게 적용하여야 하는 경우는 다르게 설정가능하다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 룩업 테이블을 이용하여 발광 소자의 감마값을 보정하는 과정을 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 컨텐츠 신호 입력부(301)에서 변환된 RGB 신호는 RED 12비트, GREEN 12비트, BLUE 12비트로서 36비트이다. 36비트의 신호의 각 R, G, B 데이터를 8비트의 값으로 변환할 수 있다. 룩업 테이블은 색상별 및 픽셀별로 개별적으로 표현될 수 있고, 각 색상(R, G, B)에 따른 픽셀 보정을 위해 모듈별 3개의 룩업 테이블이 생성될 수 있다. 출력부(309)가 출력하는 출력신호는 변환된 8비트 값에 해당하는 룩업 테이블에 저장된 감마값을 통해 변형된 신호이다.

본 발명의 일 실시 예로서, 16×16 매트릭스 모듈의 경우, 16x16 모듈은 수평 20개, 수직 16개로 구성될 수 있어, 해상도는 320(16*20)×256(16*16)으로 총 960개의 룩업 테이블이 생성될 수 있다.

도 4의 본 발명의 실시예에 따르면, 영상입력신호의 적색 R’의 8비트신호인 16은 해당 픽셀의 룩업테이블 감마값을 통한 화보 보정으로 R’ 37로 변환될 수 있고, 녹색 G’ 44는 71로 변환될 수 있다. 청색 B’은 입력신호가 239일 때 243의 신호를 출력할 수 있다. 이때 각 룩업 테이블은 다양하게 구성될 수 있고, 상황에 따라 감마값을 조정하여 다양하게 생성할 수 있다. 따라서 전광판의 설치 장소에 맞게 최적화하여 최고 품질의 영상을 출력할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 다른 실시예로서, 전광판의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어하는 방법을 나타낸다. 픽셀 단위로 화질을 제어하는 방법에서 (a)단계는 운영실의 컨텐츠 신호를 수신하여, 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하는 단계를 의미한다. (b)단계는 RGB 신호의 입력 픽셀 클럭을 산출하는 단계를 의미한다. (c)단계는 상기 입력 픽셀 클럭의 2차원 어드레스를 상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)에 대응하여 산출하는 단계를 의미한다. (d)단계는 상기 2차원 어드레스를 1차원 어드레스로 변환하는 단계를 의미한다. (e)단계는 상기 발광 소자의 픽셀 단위의 룩업 테이블에서 상기 1차원 어드레스에 대응되는 픽셀 감마값을 매핑하여 산출하는 단계를 의미한다. (f)단계는 상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하여 보정 감마값을 산출하는 단계를 의미한다. (g)단계는 상기 RGB 신호에 상기 보정 감마값을 적용하여 출력 신호를 전광판으로 전송하는 단계를 의미한다. (a) 내지 (g)단계는 전술한 화소 제어 시스템(1)의 실시예에서 수행되는 과정을 나타낸 것으로 각 단계의 의미와 의의를 전술한 바, 중복 설명은 생략한다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

1 : 화소 제어 시스템
10 : 운영실
30 : 컨트롤러
301 : 컨텐츠 신호 입력부
303 : 룩업 테이블 저장부
305 : 데이터베이스부
307 : 제어 회로부
308 : 신호 복원부
309 : 출력부
50 : 전광판
501 : 발광 모듈
5011 : 발광 소자

Claims

전광판을 운영하는 운영실의 컨텐츠 신호를 수신하고 상기 컨텐츠 신호를 가공하여 복수개의 발광 모듈이 마련된 전광판으로 데이터를 전송하는 컨트롤러에 있어서,
상기 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하고, 하기의 룩업 테이블 저장부로 상기 RGB 신호를 출력하는 컨텐츠 신호 입력부;
상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스에 대응되는 룩업 테이블이 저장되고, 상기 룩업 테이블에는 픽셀 감마값이 저장된 룩업 테이블 저장부;
상기 발광 모듈 내부의 상기 발광 소자의 위치가 2차원 어드레스에서 1차원의 어드레스로 변형되어 저장된 데이터베이스부;
상기 룩업 테이블 저장부의 상기 픽셀 감마값을 상기 데이터베이스부의 상기 1차원 어드레스에 매핑하여, 상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하는 제어 회로부; 및
상기 RGB 신호에 상기 제어 회로부에서 감산 또는 가산된 보정 감마값을 적용한 출력 신호를 상기 전광판으로 전송하는 출력부 포함하여,
다계층의 신호처리를 위한 어드레스의 차원축소로 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 픽셀 감마값은,
1행의 배열로 구성될 수 있고, 상기 1행의 배열은 화질에 따른 해상도와 상기 전광판의 모듈 개수로 결정될 수 있으며,
상기 1행의 개수는 (수평해상도/수평모듈)*(수직해상도/수직모듈)*3개인 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 룩업 테이블 저장부은,
상기 제어 회로부에서 감산 또는 가산된 보정 감마값으로 구성된 감마 테이블을 저장하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
제 1 항에 있어서,
상기 출력부에서 출력된 상기 출력 신호의 1차원 어드레스를 2차원 어드레스로 복원하여 상기 전광판으로 전송하는 신호 복원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 컨트롤러.
전광판의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 화소 제어 시스템에 있어서,
촬영장치로부터 컨텐츠 신호를 수신하여 하기의 컨트롤러에 상기 컨텐츠 신호를 전송하는 운영실;
상기 컨텐츠 신호를 가공하고, 룩업 테이블을 이용하여 픽셀 단위의 감마값을 보정함으로써 출력 신호를 픽셀 단위로 제어하는 컨트롤러; 및
상기 출력 신호를 입력받아 발광하는 복수개의 발광 모듈이 마련된 전광판을 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하고, 하기의 룩업 테이블 저장부로 상기 RGB 신호를 출력하는 컨텐츠 신호 입력부;
상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)의 2차원 어드레스에 대응되는 룩업 테이블이 저장되고, 상기 룩업 테이블에는 픽셀 감마값이 저장된 룩업 테이블 저장부;
상기 발광 모듈 내부의 상기 발광 소자의 위치가 2차원 어드레스에서 1차원의 어드레스로 변형되어 저장된 데이터베이스부;
상기 룩업 테이블 저장부의 상기 픽셀 감마값을 상기 데이터베이스부의 상기 1차원 어드레스에 매핑하여, 상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하는 제어 회로부; 및
상기 RGB 신호에 상기 제어 회로부에서 감산 또는 가산된 보정 감마값을 적용한 출력 신호를 상기 전광판으로 전송하는 출력부 포함하여,
다계층의 신호처리를 위한 어드레스의 차원축소로 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 화소 제어 시스템.
룩업테이블을 이용하여 복수개의 발광 모듈이 마련된 전광판의 출력 화질을 픽셀 단위로 제어하는 화소 제어 방법에 있어서,
(a)운영실의 컨텐츠 신호를 수신하여, 상기 컨텐츠 신호를 RGB 신호로 변환하는 단계;
(b)상기 RGB 신호의 입력 픽셀 클럭을 산출하는 단계;
(c)상기 입력 픽셀 클럭의 2차원 어드레스를 상기 발광 모듈을 구성하는 발광 소자(n×n 픽셀, n은 정수)에 대응하여 산출하는 단계;
(d)상기 2차원 어드레스를 1차원 어드레스로 변환하는 단계;
(e)상기 발광 소자의 픽셀 단위의 룩업 테이블에서 상기 1차원 어드레스에 대응되는 픽셀 감마값을 매핑하여 산출하는 단계;
(f)상기 픽셀 감마값을 감산 또는 가산하여 보정 감마값을 산출하는 단계; 및
(g)상기 RGB 신호에 상기 보정 감마값을 적용하여 출력 신호를 전광판으로 전송하는 단계를 포함하여,
다계층의 신호처리를 위한 어드레스의 차원축소로 전광판을 픽셀 단위로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 화소 제어 방법.