KR102121676B1 - 지각 코드 공간에서 디스플레이를 동작시키기 위한 기술들 - Google Patents
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Abstract
핸드헬드 이미징 디바이스는 기준 인코딩된 이미지 데이터를 수신하도록 구성된 데이터 수신기를 갖는다. 데이터는 외부 코딩 시스템에 의해 인코딩되는 기준 코드 값들을 포함한다. 기준 코드 값들은 기준 그레이 레벨들을 나타내며, 이는 상이한 광 레벨들에서 공간 주파수들에 적응된 인간 시각의 지각 비선형성에 기초한 기준 그레이 스케일 디스플레이 함수를 사용하여 선택된다. 이미징 디바이스는 또한 기준 코드 값들과 이미징 디바이스의 디바이스 특정 코드 값들 사이의 코드 매핑에 액세스하도록 구성된 데이터 컨버터를 갖는다. 디바이스 특정 코드 값들은 이미징 디바이스에 특정한 그레이 레벨들을 생성하도록 구성된다. 코드 매핑에 기초하여, 데이터 컨버터는 기준 인코딩된 이미지 데이터를 디바이스 특정 코드 값들로 인코딩된 디바이스 특정 이미지 데이터로 트랜스코딩하도록 구성된다. 지각 곡선 전기 광학 전달 함수에 따라, 디스플레이는 대응하는 패널 전면 지각 광을 정확하게 재현하도록 디바이스 특정 이미지 데이터를 고유하게 처리할 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 상호 참조
본 출원은 2015년 9월 21일자로 출원된 미국 우선권 출원 제62/221,557호 및 2015년 11월 9일자로 출원된 유럽 출원 제15193724.0호에 대한 우선권을 주장하며, 이 출원들은 이로써 참조에 의해 그 전문이 본 명세서에 통합되어 있다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 이미지 데이터에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 일 실시예는 상이한 디스플레이 능력들에 걸친 지각 비선형성 기반 이미지 데이터 교환(perceptual nonlinearity-based image data exchange)은 물론, 이러한 이미지 데이터에 대한 디스플레이들의 네이티브 지원(native support)에 관한 것이다.
기술의 진보들은 최신 디스플레이 설계들이, 덜 최신의 디스플레이들 상에서 렌더링되는 것과 같은, 동일한 콘텐츠보다 다양한 품질 특성들에서의 상당한 개선들을 갖는 이미지 및 비디오 콘텐츠를 렌더링할 수 있게 한다. 예를 들어, 일부 보다 최신의 디스플레이들은 종래의 또는 표준의 디스플레이들의 표준 다이내믹 레인지(standard dynamic range, SDR)보다 더 높은 다이내믹 레인지(dynamic range, DR)로 콘텐츠를 렌더링할 수 있다.
예를 들어, 일부 최신의 LCD(liquid crystal display)들은 개별 부분들이 능동 LCD 요소들의 액정 정렬 상태들의 변조와 별도로 변조될 수 있는 광 필드(light field)를 제공하는 라이트 유닛(백라이트 유닛, 사이드 라이트 유닛 등)을 갖는다. 이러한 이중 변조 접근법은 디스플레이의 전기 광학 구성에서의 제어가능한 개재 층들(예컨대, 개별적으로 제어가능한 LCD 층들의 다수의 층들)에서와 같이, (예컨대, N-변조 층들로: 여기서 N은 2보다 큰 정수를 포함함) 확장가능하다.
이와 달리, 일부 기존의 디스플레이들은 높은 다이내믹 레인지(high dynamic range, HDR)보다 상당히 더 좁은 다이내믹 레인지(DR)를 갖는다. 전형적인 CRT(cathode ray tube), 일정한 형광 백색 백라이팅(fluorescent white back lighting)을 갖는 LCD(liquid crystal display) 또는 플라스마 스크린 기술을 사용하는 모바일 디바이스들, 컴퓨터 패드들, 게임 디바이스들, 텔레비전(TV) 및 컴퓨터 모니터 장치는 그들의 DR 렌더링 능력이 대략 세 자릿수로 제약될 수 있다. 이러한 기존의 디스플레이들은 따라서 HDR과 관련하여, 때때로 "'낮은' 다이내믹 레인지('low' dynamic range)" 또는 "LDR"이라고도 지칭되는, 표준 다이내믹 레인지(SDR)의 특징을 나타낸다.
HDR 카메라들에 의해 포착된 이미지들은 전부는 아닐지라도 대부분의 디스플레이 디바이스들의 다이내믹 레인지들보다 상당히 더 큰 장면-참조 HDR(scene-referred HDR)을 가질 수 있다. 장면-참조 HDR 이미지들은 많은 양의 데이터를 포함할 수 있고, 전송 및 저장을 용이하게 하기 위해 포스트 프로덕션 포맷들(예컨대, 8 비트 RGB, YCbCr, 또는 딥 컬러(deep color) 옵션들을 갖는 HDMI 비디오 신호들; 10 비트 4:2:2 샘플링 레이트를 갖는 1.5 Gbps SDI 비디오 신호들; 12 비트 4:4:4 또는 10 비트 4:2:2 샘플링 레이트를 갖는 3 Gbps SDI; 및 다른 비디오 또는 이미지 포맷들)로 변환될 수 있다. 포스트 프로덕션 이미지들은 장면-참조 HDR 이미지들의 다이내믹 레인지보다 훨씬 더 작은 다이내믹 레인지를 포함할 수 있다. 게다가, 이미지들이 렌더링을 위해 최종 사용자들의 디스플레이 디바이스들에 전달될 때, 디바이스 특정(device-specific) 및/또는 제조업체 특정(manufacturer specific) 이미지 변환들이 도중에 일어나게 되어, 원래의 장면-참조 HDR 이미지들과 비교하여 렌더링된 이미지들에 많은 양의 시각적으로 식별가능한 에러들을 야기한다.
이 섹션에서 기술되는 접근법들이 추구될 수 있는 접근법들이지만, 꼭 이전에 생각되었거나 추구되었던 접근법들인 것은 아니다. 따라서, 달리 언급되지 않는 한, 이 섹션에서 기술되는 접근법들 중 임의의 것이 이 섹션에 포함되어 있다는 것만으로 종래 기술로서 자격이 있는 것으로 가정되어서는 안된다. 이와 유사하게, 달리 언급되지 않는 한, 하나 이상의 접근법과 관련하여 확인된 문제점들이 이 섹션에 기초하여 임의의 종래 기술에서 인식된 것으로 가정해서도 안된다.
유사한 참조 번호들이 유사한 요소들을 지칭하는 첨부 도면들의 도면들에, 본 발명이 제한으로서가 아니라 예로서 예시되어 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 복수의 광 적응 레벨들에 걸쳐 있는 콘트라스트 감도 함수 곡선들의 예시적인 패밀리를 예시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 적분 경로를 예시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 그레이 스케일 디스플레이 함수(gray scale display function)를 예시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, Weber 소수(Weber fraction)들을 나타낸 곡선을 예시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 상이한 GSDF들의 디바이스들과의 교환 이미지 데이터의 예시적인 프레임워크를 예시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 변환 유닛을 예시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 SDR 디스플레이를 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 프로세스 흐름들을 예시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에 기술되는 바와 같은 컴퓨터 또는 컴퓨팅 디바이스가 구현될 수 있는 예시적인 하드웨어 플랫폼을 예시한다.
도 10a는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 각각이 하나 이상의 상이한 비트 길이 중 하나의 상이한 비트 길이를 갖는 복수의 코드 공간들에서의 JND 단위로 된 코드 에러들에 대한 최대값들을 예시한다.
도 10b 내지 도 10e는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 코드 에러들의 분포들을 예시한다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른, 함수 모델에서의 파라미터들의 값들을 예시한 도면.
도 12는 감마 인코딩된 이미지 데이터에 대해 설계된 예시적인 종래 기술의 디스플레이를 예시한다.
도 13은 지각 인코딩된 이미지 데이터의 지원을 위해 개장(retrofit)된 예시적인 종래 기술의 디스플레이를 예시한다.
도 14는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른, 지각 인코딩된 이미지 데이터의 네이티브 지원을 위한 디스플레이를 예시한다.
도 15a 및 도 15b는 지각 인코딩된 이미지 데이터의 네이티브 지원을 위한 디스플레이들의 본 개시내용에 따른 대안의 예시적인 실시예들을 예시한다.
도 16a 내지 도 16c는 도 14 내지 도 15b의 디스플레이들의 예시적인 이미지 데이터 처리를 나타낸 흐름도들을 도시한다.
도 17a는 광 필드 시뮬레이션 기반 보상을 포함하는 예시적인 이중 변조 디스플레이를 예시한다.
도 17b는 지각 인코딩된 이미지 데이터의 네이티브 지원을 위한 본 개시내용에 따른 이중 변조 디스플레이의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 복수의 광 적응 레벨들에 걸쳐 있는 콘트라스트 감도 함수 곡선들의 예시적인 패밀리를 예시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 적분 경로를 예시한다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 그레이 스케일 디스플레이 함수(gray scale display function)를 예시한다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, Weber 소수(Weber fraction)들을 나타낸 곡선을 예시한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 상이한 GSDF들의 디바이스들과의 교환 이미지 데이터의 예시적인 프레임워크를 예시한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 변환 유닛을 예시한다.
도 7은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 SDR 디스플레이를 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 예시적인 프로세스 흐름들을 예시한다.
도 9는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에 기술되는 바와 같은 컴퓨터 또는 컴퓨팅 디바이스가 구현될 수 있는 예시적인 하드웨어 플랫폼을 예시한다.
도 10a는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 각각이 하나 이상의 상이한 비트 길이 중 하나의 상이한 비트 길이를 갖는 복수의 코드 공간들에서의 JND 단위로 된 코드 에러들에 대한 최대값들을 예시한다.
도 10b 내지 도 10e는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 코드 에러들의 분포들을 예시한다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른, 함수 모델에서의 파라미터들의 값들을 예시한 도면.
도 12는 감마 인코딩된 이미지 데이터에 대해 설계된 예시적인 종래 기술의 디스플레이를 예시한다.
도 13은 지각 인코딩된 이미지 데이터의 지원을 위해 개장(retrofit)된 예시적인 종래 기술의 디스플레이를 예시한다.
도 14는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른, 지각 인코딩된 이미지 데이터의 네이티브 지원을 위한 디스플레이를 예시한다.
도 15a 및 도 15b는 지각 인코딩된 이미지 데이터의 네이티브 지원을 위한 디스플레이들의 본 개시내용에 따른 대안의 예시적인 실시예들을 예시한다.
도 16a 내지 도 16c는 도 14 내지 도 15b의 디스플레이들의 예시적인 이미지 데이터 처리를 나타낸 흐름도들을 도시한다.
도 17a는 광 필드 시뮬레이션 기반 보상을 포함하는 예시적인 이중 변조 디스플레이를 예시한다.
도 17b는 지각 인코딩된 이미지 데이터의 네이티브 지원을 위한 본 개시내용에 따른 이중 변조 디스플레이의 예시적인 실시예를 예시한다.
상이한 능력들의 디스플레이들에 걸친 지각 휘도 비선형성 기반 이미지 데이터 교환(perceptual luminance nonlinearity-based image data exchange)에 관련된 예시적인 실시예들이 본원에 기술된다. 이하의 설명에서, 설명의 목적상, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 상세들이 기재되어 있다. 그렇지만, 본 발명이 이 구체적인 상세들 없이 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불필요하게 가리거나, 모호하게 하거나, 알기 어렵게 하는 것을 방지하기 위해, 널리 공지된 구조들 및 디바이스들이 빠짐없이 상세히 기술되지 않는다.
예시적인 실시예들이 다음과 같은 개요에 따라 본원에 기술된다:
1. 전반적 개관
2. 콘트라스트 감도 함수(CSF) 모델
3. 지각 비선형성
4. 디지털 코드 값들 및 그레이 레벨들
5. 모델 파라미터들
6. 가변 공간 주파수들
7. 함수 모델들
8. 기준 GSDF에 기초한 교환 이미지 데이터
9. 기준 인코딩된 이미지 데이터의 변환
10. 예시적 프로세스 흐름들
11. 구현 메커니즘들-하드웨어 개관
12. 열거된 예시적인 실시예들, 등가물들, 확장들, 대안들 및 기타
1. 전반적 개관
이 개관은 본 발명의 일 실시예의 일부 양태들에 대한 기본적인 설명을 제시한다. 이 개관이 실시예의 양태들의 광범위한 또는 완전한 요약이 아니라는 점에 유념해야 한다. 더욱이, 이 개관이 실시예의 임의의 특히 중요한 양태들 또는 요소들을 확인해주는 것으로 이해되도록 의도되어 있지도 않고, 실시예의 임의의 범주를 특히 한정하는 것은 물론 발명을 전반적으로 한정하는 것으로 이해되도록 의도되어 있지도 않다는 점에 유념해야 한다. 이 개관은 예시적인 실시예에 관련된 일부 개념들을 압축되고 간략화된 포맷으로 제시하는 것에 불과하고, 이하에 나오는 예시적인 실시예들의 보다 상세한 설명에 대한 단지 개념적 서문으로서 이해되어야 한다.
인간 시각은 2개의 휘도 값이 서로 충분히 상이하지 않은 경우 2개의 휘도 값의 차이를 지각하지 못할 수 있다. 그 대신에, 인간 시각은 휘도 값이 최소 식별 차이(just noticeable difference, JND) 이상으로 상이한 경우에만 차이를 지각한다. 인간 시각의 지각 비선형성으로 인해, 개별 JND들의 양들이 광 레벨들의 범위에 걸쳐 균일하게 크기가 정해지거나 스케일링되지 않고, 오히려 상이한 개별 광 레벨들에 따라 달라진다. 그에 부가하여, 지각 비선형성으로 인해, 개별 JND들의 양들이 특정의 광 레벨에서 공간 주파수들의 범위에 걸쳐 균일하게 크기가 정해지거나 스케일링되지 않고, 오히려 컷오프 공간 주파수 미만의 상이한 공간 주파수들에 따라 달라진다.
동일한 크기들 또는 선형 스케일링된 크기들의 휘도 양자화 단계들에 의한 인코딩된 이미지 데이터가 인간 시각의 지각 비선형성과 매칭되지 않는다. 고정된 공간 주파수에서의 휘도 양자화 단계들에 의한 인코딩된 이미지 데이터가 또한 인간 시각의 지각 비선형성과 매칭되지 않는다. 이 기술들 하에서, 양자화된 휘도 값들을 표현하기 위해 코드 워드들이 할당될 때, 광 레벨들의 범위의 특정의 영역(예컨대, 밝은 영역)에는 너무 많은 코드 워드들이 분포될 수 있는 반면, 광 레벨들의 범위의 상이한 영역(예컨대, 어두운 영역)에는 너무 적은 코드 워드들이 분포될 수 있다.
과밀 영역에서는, 다수의 코드 워드들이 지각적 차이들을 생성하지 않을 수 있고, 따라서, 실제로, 낭비된다. 과소 영역에서는, 2개의 인접한 코드 워드가 JND보다 훨씬 더 큰 지각적 차이를 생성할 수 있고, 어쩌면 컨튜어 왜곡(밴딩(banding)이라고도 알려져 있음) 시각적 아티팩트들을 생성한다.
본원에 기술되는 바와 같은 기술들 하에서, 광 레벨들의 광범위한 범위(예컨대, 0 내지 12,000 cd/m2)에 걸쳐 JND들을 결정하기 위해 콘트라스트 감도 함수(CSF) 모델이 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 특정의 광 레벨에서 공간 주파수의 함수인 피크 JND는 특정의 광 레벨에서 인간 지각의 양자(quantum)를 표현하도록 선택된다. 비슷하지만 상이한 휘도 값들의 배경이 보여지고 있을 때, 피크 JND들의 선택은 상승된 레벨의 시각적 지각가능성(visual perceptibility)에 적응하는 인간 시각의 거동들에 따르며, 이는 비디오 및 이미지 디스플레이 분야들에서 때때로 크리스프닝 효과(crispening effect) 및/또는 Whittle의 크리스프닝 효과라고 지칭되고 본원에서 그것으로서 기술될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 인간 시각이 광 레벨에 적응되는 것으로 가정할 때, "광 적응 레벨"이라는 용어는 (예컨대, 피크) JND가 선택/결정되는 광 레벨을 지칭하기 위해 사용될 수 있다. 피크 JND들은 본원에서 기술되는 바와 같이 상이한 광 적응 레벨들에서 공간 주파수에 걸쳐 달라진다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "공간 주파수"라는 용어는 이미지들에서의 공간 변조/변동의 레이트를 지칭할 수 있다(여기서 레이트는, 시간과 관련하여 레이트를 계산하는 것과는 달리, 공간적 거리와 관련하여 또는 공간적 거리에 걸쳐 계산된다). 공간 주파수를 특정 값에 고정시킬 수 있는 종래의 접근법들과는 달리, 공간 주파수가 본원에 기술되는 바와 같이, 예를 들어, 범위 내에서 또는 범위에 걸쳐 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 피크 JND들이 특정의 공간 주파수 범위(예컨대, 0.1 내지 5.0, 0.01 내지 8.0 사이클/도, 또는 보다 작거나 보다 큰 범위) 내로 제한될 수 있다.
기준 그레이 스케일 디스플레이 함수(GSDF)는 CSF 모델에 기초하여 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, CSF 모델에 대해 엔터테인먼트 디스플레이 분야들을 보다 잘 지원하는 기준 GSDF를 생성하기 위한 매우 넓은 시야(field of view)가 가정된다. GSDF는 한 세트의 기준 디지털 코드 값들(또는 기준 코드 워드들), 한 세트의 기준 그레이 레벨들(또는 기준 휘도 값들), 및 2개의 세트 간의 매핑을 지칭한다. 예시적인 실시예에서, 각각의 기준 디지털 코드 값은, JND(예컨대, 광 적응 레벨에서의 피크 JND)에 의해 표현되는 바와 같이, 인간 지각의 양자에 대응한다. 예시적인 실시예에서, 동일한 수의 기준 디지털 코드 값들이 인간 지각의 양자에 대응할 수 있다.
GSDF는 초기 값으로부터 JND들을 누적하는 것에 의해 획득될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 기준 디지털 코드에 대한 초기 값으로서 중간 코드 워드 값(예컨대, 12-비트 코드 공간에 대해 2048)이 주어진다. 기준 디지털 코드의 초기 값은 초기 기준 그레이 레벨(예컨대, 100 cd/m2)에 대응할 수 있다. 기준 디지털 코드의 다른 값들에 대한 다른 기준 그레이 레벨들은, 기준 디지털 코드가 1씩 증가될 때 JND들을 포지티브 누적하는 것(positively accumulating)(가산하는 것)에 의해, 그리고 기준 디지털 코드가 1씩 감소될 때 JND들을 네거티브 누적하는 것(negatively accumulating)(감산하는 것)에 의해 획득될 수 있다. 예시적인 실시예에서, JND들 대신에, 콘트라스트 임계값(contrast threshold)들과 같은 양들이 GSDF에서의 기준 값들을 계산하는 데 사용될 수 있다. GSDF의 계산에서 실제로 사용되는 이 양들은 무단위 비율(unitless ratio)들로서 정의될 수 있고, 알려진 또는 결정가능한 승수들, 나눗셈 인자(dividing factor)들 및/또는 오프셋들만이 대응하는 JND들과 상이할 수 있다.
모든 기준 디지털 코드 값들을 GSDF에 포함하도록 코드 공간이 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기준 디지털 코드 값들 전부가 존재하는 코드 공간은 10-비트 코드 공간, 11-비트 코드 공간, 12-비트 코드 공간, 13-비트 코드 공간, 14-비트 코드 공간, 15-비트 코드 공간, 또는 보다 크거나 보다 작은 코드 공간 중 하나일 수 있다.
기준 디지털 코드 값들 전부를 호스팅하기 위해 큰 코드 공간(15 비트 초과)이 사용될 수 있지만, 특정의 실시예에서, 기준 GSDF에서 생성된 기준 디지털 코드 값들 전부를 호스팅하기 위해 가장 효율적인 코드 공간(예컨대, 10 비트, 12 비트 등)이 사용된다.
예를 들어, 전부는 아닐지라도 대부분의 디스플레이 디바이스들의 다이내믹 레인지들보다 상당히 더 큰 장면-참조 HDR로 HDR 카메라들, 스튜디오 시스템들, 또는 다른 시스템들에 의해 포착 또는 생성된 이미지 데이터를 인코딩하기 위해 기준 GSDF가 사용될 수 있다. 인코딩된 이미지 데이터는 아주 다양한 분배 또는 전송 방법들(예컨대, 8 비트 RGB, YCbCr 또는 딥 컬러 옵션들을 갖는 HDMI 비디오 신호들; 10 비트 4:2:2 샘플링 레이트를 갖는 1.5 Gbps SDI 비디오 신호들; 12 비트 4:4:4 또는 10 비트 4:2:2 샘플링 레이트를 갖는 3 Gbps SDI; 및 다른 비디오 또는 이미지 포맷들)로 다운스트림 디바이스들에게 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기준 GSDF에서의 인접한 기준 디지털 코드 값들이 JND 내에 있는 그레이 레벨들에 대응하기 때문에, 인간 시각이 구별할 수 있는 디테일들이 기준 GSDF에 기초하여 인코딩된 이미지 데이터에 완전히 또는 실질적으로 보전될 수 있다. 기준 GSDF를 완전히 지원하는 디스플레이는 어쩌면 밴딩 또는 컨튜어 왜곡 아티팩트들이 없는 이미지들을 렌더링할 수 있다.
기준 GSDF 내의 기준 휘도 값들 전부를 완전히 지원하는 것은 아닐 수 있는 매우 다양한 능력이 떨어지는(less capable) 디스플레이들을 지원하기 위해 기준 GSDF(또는 기준 인코딩된 이미지 데이터)에 기초하여 인코딩된 이미지 데이터가 이용될 수 있다. 기준 인코딩된 이미지 데이터가 (디스플레이들이 지원하는 것의 수퍼세트이도록 설계될 수 있는) 지원되는 휘도 범위 내의 지각적 디테일들 전부를 포함하기 때문에, 기준 디지털 코드 값들이, 특정 디스플레이가 지원할 수 있는 만큼의 디테일들을 유지하고 시각적으로 눈에 띄는 에러들을 가능한 한 적게 유발하도록 하는 방식으로, 디스플레이 특정 디지털 코드 값들로 최적으로 그리고 효율적으로 트랜스코딩될 수 있다. 부가적으로 및/또는 선택적으로, 이미지 또는 비디오 품질을 더욱 개선시키기 위해 기준 디지털 코드 값들로부터 디스플레이 특정 디지털 코드 값들로 트랜스코딩하는 것과 함께 또는 그의 일부로서 디컨튜어(decontouring) 및 디더링(dithering)이 수행될 수 있다.
본원에 기술되는 바와 같은 기술들은 컬러 공간 의존적(color-space dependent)이지 않다. 이 기술들은 RGB 컬러 공간, YCbCr 컬러 공간, 또는 상이한 컬러 공간에서 사용될 수 있다. 게다가, 공간 주파수에 따라 달라지는 JND들을 사용하여 기준 값들(예컨대, 기준 디지털 코드 값들 및 기준 그레이 레벨들)을 도출하는 기술들이, 휘도 채널을 포함할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는, 상이한 컬러 공간(예컨대, RGB)에서의 휘도 채널 이외의 상이한 채널(예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 채널들 중 하나)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 기준 그레이 레벨들 대신에 청색 컬러 채널에 적용가능한 JND들을 사용하여 기준 청색 값들이 도출될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 그레이 스케일이 컬러를 대체할 수 있다. 부가적으로 및/또는 선택적으로, Barten의 모델 대신에 상이한 CSF 모델들이 또한 사용될 수 있다. 따라서 동일한 CSF 모델에 대해 상이한 모델 파라미터들이 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본원에 기술되는 바와 같은 메커니즘들은, 핸드헬드 디바이스, 게임기, 텔레비전, 랩톱 컴퓨터, 넷북 컴퓨터, 셀룰러 무선 전화기, 전자 북 리더, 판매 시점 단말(point of sale terminal), 데스크톱 컴퓨터, 컴퓨터 워크스테이션, 컴퓨터 키오스크, 또는 다양한 다른 종류들의 단말들 및 미디어 처리 유닛들을 포함하지만 이들로 제한되지 않는, 미디어 처리 시스템의 일부를 형성한다.
본원에 기술되는 바람직한 실시예들과 일반 원리들 및 특징들에 대한 다양한 수정들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 즉각 명백할 것이다. 따라서, 본 개시내용이 설명된 실시예들로 제한되는 것으로 의도되어 있지 않으며, 본원에 기술된 원리들 및 특징들에 부합하는 가장 넓은 범주를 부여받아야 한다.
2. 콘트라스트 감도 함수(CSF) 모델
렌더링된 이미지들 내의 공간 구조물들에 대한 인간 시각 감도는 콘트라스트 감도 함수(CSF)들로 가장 잘 기술될 수 있으며, 이 CSF들은 콘트라스트 감도를 공간 주파수의 함수들(또는 인간 관찰자에 의해 지각되는 이미지들에서의 공간 변조/변동의 레이트)로서 기술한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 콘트라스트 감도(S)는 인간 시각 신경 신호 처리에서 이득으로서 고려될 수 있는 반면, 콘트라스트 임계값들(CT)은 콘트라스트 감도의 역으로부터 결정될 수 있으며, 예를 들어:
콘트라스트 감도 = S = 1/CT 수학식 (1)
본원에서 사용되는 바와 같이, "콘트라스트 임계값"이라는 용어는 인간의 눈이 콘트라스트의 차이를 지각하는 데 필요한 (상대) 콘트라스트의 최저 값(예컨대, 최소 식별 차이(JND))을 지칭하거나 그에 관련될 수 있으며; 일부 실시예들에서, 콘트라스트 임계값들은 또한 휘도 값들의 범위에 걸쳐 최소 식별 차이를 광 적응 레벨로 나눈 것의 함수로서 묘사될 수 있다.
일부 실시예들에서, 콘트라스트 임계값들이, 어떠한 CSF 모델도 사용하지 않고, 실험들에서 직접 측정될 수 있다. 그렇지만, 일부 다른 실시예들에서, 콘트라스트 임계값들이 CSF 모델에 기초하여 결정될 수 있다. CSF 모델이 다수의 모델 파라미터들로 구축될 수 있고, GSDF를 도출하기 위해 사용될 수 있으며, 그레이 레벨들에서의 GSDF의 양자화 단계들은 휘도 값들 및 공간 주파수에 의해 특징지워지는 광 레벨들에 의존하고 그 광 레벨들에 따라 달라진다. 예시적인 실시예는 Peter G. J. Barten의 Contrast Sensitivity of the Human Eye and its Effects on Image Quality(1999)(이후부터 Barten의 모델 또는 Barten의 CSF 모델이라고 함), 또는 Scott Daly의 Digital Images and Human Vision(A. B 편저. Watson, MIT Press(1993)) 챕터 17(이후부터 Daly의 모델이라고 함)에 기술된 것들과 같은 다양한 CSF 모델들 중 하나 이상에 기초하여 구현될 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들과 관련하여, 기준 그레이 스케일 디스플레이 함수(GSDF)를 생성하기 위해 사용되는 콘트라스트 임계값들은 실험적으로, 이론적으로, CSF 모델에 의해, 또는 이들의 조합으로 도출될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, GSDF는 복수의 디지털 코드 값들(예컨대, 1, 2, 3, ..., N)을 복수의 그레이 레벨들(L1, L2, L3, ..., LN)에 매핑하는 것을 지칭할 수 있고, 여기서, 표 1에 나타낸 바와 같이, 디지털 코드 값들은 콘트라스트 임계값들의 인덱스 값들을 나타내고 그레이 레벨들은 콘트라스트 임계값들에 대응한다.
[표 1]
일 실시예에서, 디지털 코드 값(예컨대, i)에 대응하는 그레이 레벨(예컨대, Li) 및 인접한 그레이 레벨(예컨대, Li + 1)은 다음과 같이 콘트라스트(예컨대, C(i))와 관련하여 계산될 수 있고:
C(i) = (Li + 1 - Li)/ (Li + 1 + Li)
= (Li + 1 - Lmean(i, i+1))/ Lmean(i, i+1)
=~ ½ ΔL/L 수학식 (2)
여기서 C(i)는 Li 및 Li + 1를 경계로 하는 휘도 범위에 대한 콘트라스트를 나타낸다. Lmean(i, i+1)은 2개의 인접한 그레이 레벨(Li 및 Li + 1)의 산술 평균(arithmetic average 또는 arithmetic mean)을 포함한다. 콘트라스트 C(i)는 2의 인자에 의해 Weber 소수(ΔL/L)에 산술적으로 관련되어 있다. 여기서, ΔL은 (Li+1 - Li)를 나타내고, L은 Li, Li +1, 또는 Li와 Li +1 사이의 중간 값을 나타낸다.
일부 실시예들에서, GSDF 생성기는 콘트라스트 C(i)를, Li와 Li +1(경계값 포함) 사이의 휘도 레벨 L에서 콘트라스트 임계값(예컨대, CT(i))과 동일하거나 그에 다른 방식으로 비례하는 값으로 다음과 같이 설정할 수 있고:
C(i) = k CT(i) 수학식 (3)
여기서 k는 곱셈 상수를 나타낸다. 본 발명의 실시예들과 관련하여, 다른 설명적인 통계들/정의들(예컨대, 기하 평균, 중앙값, 최빈값, 분산, 또는 표준 편차) 및/또는 스케일링(x2, x3, 스케일링 인자에 의해 나누어지거나 곱해지는 것 등) 및/또는 오프세팅(offsetting)(+1, +2, -1, -2, 오프셋만큼 감산 또는 가산되는 것 등) 및/또는 가중(예컨대, 동일하거나 상이한 가중 인자들을 2개의 인접한 그레이 레벨들에게 할당하는 것)이 GSDF에서 그레이 레벨들을 계산하기 위해 콘트라스트 임계값들을 콘트라스트들과 관련시키는 데 사용될 수 있다.
수학식 1, 수학식 2, 및 수학식 3에서 계산되는 바와 같이, 콘트라스트들 또는 콘트라스트 임계값들은 상대 값(relative value)을 포함할 수 있고, 따라서 무단위 양을 포함할 수 있다(예컨대, 따라서 S가 또한 무단위일 수 있다).
CSF 모델은 CSF 모델을 묘사하는 CSF에 기초한 기본적인 콘트라스트 임계값 측정들 또는 계산들로부터 구축될 수 있다. 인간 시각은 안타깝게도 복잡하고 적응적이며 비선형적이며, 따라서 인간 시각을 기술하는 단일 CSF 곡선이 없다. 그 대신에, CSF 곡선들의 패밀리가 CSF 모델에 기초하여 생성될 수 있다. 동일한 CSF 모델에서조차도, 모델 파라미터들의 상이한 값들이 CSF 곡선들의 패밀리에 대해 상이한 플롯들을 생성한다.
3. 지각 비선형성
도 1은 복수의 광 적응 레벨들에 걸쳐 있는 CSF 곡선들의 예시적인 패밀리를 예시하고 있다. 단지 예시를 위해, 도 1에 도시되어 있는 가장 높은 CSF 곡선은 1000 칸델라/제곱미터(cd/m2 또는 'nits')의 휘도 값에서의 광 적응 레벨에 대한 것이고, 다른 높이가 감소하는 곡선들은 연속적인 10배 감소들을 갖는 감소하는 휘도 값들에서의 광 적응 레벨들에 대한 것이다. CSF 곡선들로부터 알 수 있는 주목할 만한 특징들은 휘도가 증가(광 적응 레벨들이 증가)함에 따라, 최대(또는 피크) 콘트라스트 감도를 비롯한 전체적인 콘트라스트 감도가 증가한다는 것이다. 도 1의 CSF 곡선들 상에서 콘트라스트 감도가 피크인 피크 공간 주파수가 보다 높은 공간 주파수들로 이동한다. 이와 유사하게, CSF 곡선들의 수평(공간 주파수) 축에 대한 절편(interception)인, CSF 곡선들 상에서의 최대 지각가능 공간 주파수(컷오프 주파수)가 또한 증가한다.
예시적인 실시예에서, 도 1에 예시되어 있는 것과 같은 CSF 곡선들의 패밀리를 발생시키는 CSF 함수는, 인간 지각에 관련된 다수의 핵심 효과들을 고려하는, Barten의 CSF 모델에 의해 도출될 수 있다. Barten의 CSF 모델 하에서의 예시적인 CSF(S(u))(또는 대응하는 콘트라스트 임계값(m t )의 역)는 이하의 수학식 4에서 나타낸 바와 같이 계산될 수 있다.
상기 수학식 4에서 사용되는 예시적인 모델 파라미터들은 이하에 나열되는 표현들을 포함한다:
o 2(숫자 인자)는 양안시(binocular vision)에 대응한다(단안시(monocular)인 경우에는 4);
o k는 신호/잡음 비, 예를 들어, 3.0을 나타낸다;
o T는 눈의 통합 시간(integration time), 예를 들어, 0.1초를 나타낸다;
o X 0 은 (예컨대, 정사각형 형상의) 객체의 각도 크기를 나타낸다;
o X max 는 눈의 통합 면적(integration area)의 최대 각도 크기(예컨대, 12도)를 나타낸다;
o N max 는 확률 합산을 통해 누적되는 최대 사이클 횟수, 예컨대, 15 사이클을 나타낸다;
o η 는 눈의 양자 효율, 예컨대, 0.03을 나타낸다;
o p 는 광자 변환 인자를 나타낸다;
o E 는, 예를 들어, 트로랜드(Troland) 단위로 된 망막 조도를 나타낸다;
o Φ 0 은 신경 잡음의 스펙트럼 밀도, 예컨대, 3x10-8초*도2을 나타낸다; 및
o u 0 은 측면 억제(lateral inhibition)를 위한 최대 공간 주파수, 예컨대, 7 사이클/도를 나타낸다.
광학 변조 전달 함수(M opt )는 수학식 5와 같이 주어질 수 있고:
여기서 σ는 동공 및/또는 광 레벨에 관련된 모델 파라미터를 나타낸다.
앞서 논의된 바와 같은 Barten의 CSF 모델은 휘도에 대한 지각 비선형성을 기술하는 데 사용될 수 있다. 다른 CSF 모델들이 또한 지각 비선형성을 기술하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, Barten의 CSF 모델은, CSF의 높은 공간 주파수 영역에서 컷오프 공간 주파수의 저하를 야기하는, 순응(accommodation)의 효과를 고려하지 않는다. 순응으로 인한 이러한 저하 효과는 감소하는 관찰 거리의 함수로서 표현될 수 있다.
예를 들어, 1.5 미터 초과의 관찰 거리들에 대해, Barten의 CSF 모델에 의해 묘사되는 바와 같은 최대 컷오프 공간 주파수가, 지각 비선형성을 기술하는 적절한 모델로서의 Barten의 모델의 유효성에 영향을 주지 않으면서, 달성될 수 있다. 그렇지만, 1.5 미터 미만의 거리들에 대해서는, 순응의 효과가 상당하게 되기 시작하여, Barten의 모델의 정확도를 감소시킨다.
따라서, 0.5 미터와 같은, 보다 가까운 관찰 거리들을 갖는 태블릿 디스플레이들, 및 0.125 미터 정도로 가까운 관찰 거리를 가질 수 있는 스마트폰들에 대해, Barten의 CSF 모델이 최적으로 튜닝되지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 순응 효과를 고려하는, Daly의 CSF 모델이 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, Daly의 CSF 모델은, 예를 들어, 수학식 5에서의 광학 변조 전달 함수(M opt )를 수정하는 것에 의해, 상기 수학식 4에서의 Barten의 CSF(S(u))에 부분적으로 기초하여 구성될 수 있다.
4. 디지털 코드 값들 및 그레이 레벨들
표 1에 예시된 바와 같은 GSDF는 인간 시각의 콘트라스트 임계값들에 연계된 그레이 레벨들을 표현하기 위해 디지털 코드 값들을 사용하여 지각 비선형성을 매핑한다. 매핑된 휘도 값들 전부를 포함하는 그레이 레벨들이 인간 시각의 지각 비선형성과 매칭하게 최적으로 이격되도록 분포될 수 있다.
일부 실시예들에서, GSDF에서의 그레이 레벨들의 최대 개수가 휘도 값들의 최대 범위에 비해 충분히 클 때, GSDF에서의 디지털 코드 값들이, 그레이 레벨 단계 전이(gray level step transition)의 가시성(예컨대, 이미지에서 잘못된 컨튜어 또는 밴드로서; 또는 이미지의 어두운 영역들에서 색 변이(color shift)로서 보임)을 유발하는 일 없이, 그레이 레벨들의 최저 개수(예컨대, 총 4096개 미만의 디지털 코드 값들)를 달성하는 방식으로 사용될 수 있다.
일부 다른 실시예들에서, 제한된 수의 디지털 코드 값들이 그레이 레벨들의 넓은 다이내믹 레인지를 표현하는 데 여전히 사용될 수 있다. 예를 들어, GSDF에서의 그레이 스케일 레벨들의 최대 개수가 그레이 스케일 레벨들의 최대 범위에 비해 충분히 크지 않을 때(예컨대, 0 내지 12,000 nits의 그레이 스케일 레벨들의 범위를 갖는 8-비트 표현으로 된 디지털 코드 값들), GSDF가 그레이 레벨 단계 전이의 가시성을 감소 또는 최소화시키기 위해 그레이 레벨들의 최저 개수(예컨대, 총 256개 미만의 디지털 코드 값들)를 달성하는 방식으로 여전히 사용될 수 있다. 이러한 GSDF에 의해, 단계 전이의 지각가능한 에러들/아티팩트들의 양들/정도들이 GSDF에서의 비교적 적은 수의 그레이 레벨들의 계층구조 전체에 걸쳐 균등하게 분포될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "그레이 스케일 레벨" 또는 "그레이 레벨"이라는 용어는 서로 바꾸어 사용될 수 있고, 표현된 휘도 값(GSDF에서 표현되는 양자화된 휘도 값)을 지칭할 수 있다.
GSDF에서의 그레이 레벨들은 광 적응 레벨들에 걸쳐(상이한 휘도 값들에서) 콘트라스트 임계값들을 누산(stacking)하거나 적분하는 것에 의해 도출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 임의의 2개의 인접한 그레이 레벨들 간의 양자화 단계가 JND 내에 있도록, 그레이 레벨들 간의 양자화 단계들이 선택될 수 있다. 특정의 광 적응 레벨(또는 휘도 값)에서의 콘트라스트 임계값은 그 특정의 적응 레벨에서의 최소 식별 차이(JND) 이하일 수 있다. 그레이 레벨들이 콘트라스트 임계값들(또는 JND들)의 일부(fraction)들을 적분 또는 누산하는 것에 의해 도출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디지털 코드 값들의 개수가 표현된 휘도 다이내믹 레인지 내의 JND들 전부를 표현하기에 충분한 것보다 많다.
그레이 스케일 레벨들을 계산하는 데 사용되는 콘트라스트 임계값들, 또는 반대로 콘트라스트 감도들이 특정의 광 적응 레벨(또는 휘도 값)에 대한 고정된 공간 주파수 이외의 상이한 공간 주파수에서 CSF 곡선으로부터 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 콘트라스트 임계값들 각각이 광 적응 레벨에 대한 (예컨대, Whittle의 크리스프닝 효과로 인한) 피크 콘트라스트 감도에 대응하는 공간 주파수에서 CSF 곡선으로부터 선택된다. 그에 부가하여, 콘트라스트 임계값들이 상이한 광 적응 레벨들에 대한 상이한 공간 주파수들에서 CSF 곡선들로부터 선택될 수 있다.
GSDF에서의 그레이 레벨들을 계산/누산하는 예시적인 수학식은 수학식 6이고:
여기서 f 는, 본원에 기술되는 바와 같은 기술들 하에서의 고정된 숫자 이외의 것일 수 있는, 공간 주파수를 나타내고; L A 는 광 적응 레벨을 나타낸다. L min 은 매핑된 그레이 레벨들 전부에서의 최저 휘도 값일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "Nit" 또는 그의 약어 "nt"는, 동의어로 또는 서로 교환가능하게, 1 칸델라/제곱미터와 동등하거나 동일한 이미지 강도, 밝기(brightness), 루마(luma) 및/또는 휘도의 단위에 관련되거나 그를 지칭할 수 있다(1 Nit = 1 nt = 1 cd/m2). 일부 실시예들에서, L min 0의 값을 포함할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, L min 은 0이 아닌 값(예컨대, 디스플레이 디바이스들이 일반적으로 달성할 수 있는 것보다 더 낮을 수 있는, 특정한 다크 블랙 레벨(dark black level), 10-5 nit, 10-7 nit 등)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, L min 은, 감산(subtraction) 또는 네거티브 가산(negative addition)으로 계산들을 누산하는 것을 가능하게 하는, 중간 값 또는 최대 값과 같은, 최소 초기 값 이외의 것으로 대체될 수 있다.
일부 실시예들에서, GSDF에서 그레이 레벨들을 도출하기 위해 JND들을 누산하는 것은, 예를 들어, 수학식 6에서 나타낸 바와 같이, 합산에 의해 수행된다. 일부 다른 실시예들에서, 이산 합산(discrete summation) 대신에 적분(integral)이 사용될 수 있다. 적분(integral)은 CSF로부터 결정된 적분 경로를 따라 적분할 수 있다(예컨대, 수학식 4). 예를 들어, 적분 경로는 CSF에 대한 (기준) 다이내믹 레인지 내의 광 적응 레벨들 전부에 대한 피크 콘트라스트 감도들(예컨대, 상이한 공간 주파수들에 대응하는 상이한 피크 감도들)을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 적분 경로는 인간 지각 비선형성을 표현하는 데 그리고 한 세트의 디지털 코드 값들과 한 세트의 기준 그레이 레벨들(양자화된 휘도 값들) 간의 매핑을 확립하는 데 사용되는 가시 다이내믹 레인지(visible dynamic range, VDR) 곡선을 지칭할 수 있다. 이 매핑은 각각의 양자화 단계(예컨대, 표 1에서 2개의 인접한 그레이 레벨들의 휘도 차이)가 대응하는 광 적응 레벨(휘도 값) 초과 또는 미만인 JND들보다 더 작아야 한다는 기준들을 충족시키기 위해 요구될 수 있다. 특정의 광 적응 레벨(휘도 값)에서의 적분 경로의 (nit/공간-사이클 단위로 된) 순시 도함수(instantaneous derivative)는 특정의 적응 레벨에서의 JND에 비례한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "VDR" 또는 "시각 다이내믹 레인지"라는 용어는 표준 다이내믹 레인지보다 더 넓은 다이내믹 레인지를 지칭할 수 있고, 인간 시각이 어떤 순간에 지각할 수 있는 순간적으로 지각가능한 다이내믹 레인지 및 색역까지의 넓은 다이내믹 레인지를 포함할 수 있지만 이것으로 제한되지는 않는다.
본원에 기술되는 바와 같은 기술들에 기초하여, 임의의 특정 디스플레이들 또는 이미지 처리 디바이스들에 독립적인 기준 GSDF가 개발될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 적응 레벨(휘도), 공간 주파수, 및 각도 크기 이외의 하나 이상의 모델 파라미터들이 일정한(또는 고정된) 값들로 설정될 수 있다.
5. 모델 파라미터들
일부 실시예들에서, CSF 모델이 광범위한 디스플레이 디바이스들을 커버하는 보수적인 모델 파라미터 값들로 구성된다. 보수적인 모델 파라미터 값들의 사용은 기존의 표준 GSDF들보다 더 작은 JND들을 제공한다. 그에 따라, 일부 실시예들에서, 본원에서 기술되는 기술들 하에서의 기준 GSDF는 이 디스플레이 디바이스들의 요구사항들을 초과하는 높은 정밀도를 갖는 휘도 값들을 지원할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본원에 기술되는 바와 같은 모델 파라미터들은 FOV(field-of-vision) 파라미터를 포함한다. FOV 파라미터는 스튜디오들, 극장들 또는 하이-엔드 엔터테인먼트 시스템들에서 사용되는 것들을 비롯한 광범위한 디스플레이 디바이스들 및 관찰 시나리오들을 지원하는 45도, 40도, 35도, 30도, 25도의 값, 또는 다른 보다 크거나 보다 작은 값으로 설정될 수 있다.
본원에서 기술되는 바와 같은 모델 파라미터들은, 예를 들어, 시야에 관련될 수 있는, 각도 크기 파라미터를 포함할 수 있다. 각도 크기 파라미터는 광범위한 디스플레이 디바이스들 및 관찰 시나리오들을 지원하는 45도x45도, 40도x40도, 35도x35도, 30도x30도, 25도x25도의 값, 또는 다른 보다 크거나 보다 작은 값으로 설정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기준 GSDF를 도출하기 위해 부분적으로 사용되는 각도 크기 파라미터는 n 도 x m 도로 설정되고, 여기서 n 및 m 중 어느 하나는 30과 40 사이의 숫자 값일 수 있고, n 및 m은 동일할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 보다 많은 개수의 그레이 스케일 레벨들 그리고 따라서 보다 높은 콘트라스트 감도를 갖는 기준 GSDF를 생성하기 위해 보다 큰 각도 크기(예컨대, 40도 x 40도)가 사용된다. ~30 내지 40도의 넓은 시야각(viewing angle)을 요구할 수 있는 광범위한 관찰 및/또는 디스플레이 시나리오들(예컨대, 대화면 비디오 디스플레이들)을 지원하기 위해 GSDF가 사용될 수 있다. 큰 각도 크기의 선택으로 인해 증가된 감도를 갖는 GSDF가 또한 고도로 가변적인 관찰 및/또는 디스플레이 시나리오들(예컨대, 영화들)을 지원하는 데 이용될 수 있다. 훨씬 더 큰 각도 크기들을 선택하는 것이 가능하지만; 각도 크기를 특정한 각도 크기(예컨대, 40도)보다 상당히 높게 상승시키는 것은 비교적 제한된 한계 편익(marginal benefit)들을 생성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기준 GSDF 모델은 큰 휘도 범위를 커버한다. 예를 들어, 기준 GSDF 모델에 의해 표현되는, 그레이 레벨들 또는 양자화된 휘도 값들은 0 또는 대략 0(예컨대, 10-7 cd/m2) 내지 12,000 cd/m2의 범위에 있다. 기준 GSDF 모델에서의 표현된 휘도 값들의 하한은 10-7 cd/m2, 또는 보다 낮거나 보다 높은 값(예컨대, 0, 10-5, 10-8, 10-9 cd/m2 등)일 수 있다. GSDF는 상이한 주변 광 레벨들을 갖는 광범위한 관찰 및/또는 디스플레이 시나리오들을 지원하는 데 사용될 수 있다. GSDF는 (극장들, 실내, 또는 실외에서) 상이한 다크 블랙 레벨들을 갖는 광범위한 디스플레이 디바이스들을 지원하는 데 사용될 수 있다.
기준 GSDF 모델에서의 표현된 휘도 값들의 상한은 12,000 cd/m2, 또는 보다 낮거나 보다 높은 값(예컨대, 6000 내지 8000, 8000 내지 10000, 10000 내지 12000, 12000 내지 15000 cd/m2 등)일 수 있다. GSDF는 높은 다이내믹 레인지들을 갖는 광범위한 관찰 및/또는 디스플레이 시나리오들을 지원하는 데 사용될 수 있다. GSDF는 상이한 최대 휘도 레벨들을 갖는 광범위한 디스플레이 디바이스들(HDR TV들, SDR 디스플레이들, 랩톱들, 태블릿들, 핸드헬드 디바이스들 등)을 지원하는 데 사용될 수 있다.
6. 가변 공간 주파수들
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 본원에 기술되는 바와 같은 기준 GSDF에서의 그레이 레벨들을 획득하기 위한 적분 경로로서 사용될 수 있는 예시적인 적분 경로(VDR이라고 표기됨)를 예시하고 있다. 실시예들에서, VDR 곡선은 휘도 값들의 높은 다이내믹 레인지에 걸쳐 인간 시각의 피크 콘트라스트 감도를 정확하게 포착하는 데 사용된다.
도 2에 예시된 바와 같이, 피크 콘트라스트 감도들이 고정된 공간 주파수 값에서는 일어나지 않고, 오히려 광 적응 레벨들(휘도 값들)이 떨어질 때 보다 작은 공간 주파수들에서 일어난다. 이것은 고정된 공간 주파수에 의한 기술들(예컨대, DICOM)이 어두운 광 적응 레벨들(낮은 휘도 값들)에 대한 인간 시각의 콘트라스트 감도들을 상당히 과소평가할 수 있다는 것을 의미한다. 보다 낮은 콘트라스트 감도들은 보다 높은 콘트라스트 임계값들을 유발하고, 그 결과 양자화된 휘도 값들에서의 양자화 단계 크기들이 보다 커진다.
DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 표준과 달리, 본원에 기술되는 바와 같은 기술들 하에서의 VDR 곡선은 공간 주파수 모델 파라미터를, 4 사이클/도와 같은, 고정된 값으로 고정시키지 않는다. 오히려, VDR 곡선이 공간 주파수에 따라 달라지고, 복수의 광 적응 레벨들에서 인간 시각의 피크 콘트라스트 감도들을 정확히 포착한다. VDR 곡선은 광범위한 광 적응 레벨들에 대한 인간 시각의 적응성으로 인한 크리스프닝 효과를 적절히 고려하고, 고정밀도의 기준 GSDF를 생성하는 데 도움을 준다. 여기서 "고정밀도"라는 용어는 휘도 값들의 양자화로 인한 지각적 에러들이 고정된 크기의 코드 공간(예컨대, 10 비트, 12 비트, 기타 중 하나)의 제약조건 내에서 인간 시각 비선형성을 최상으로 그리고 가장 효율적으로 포착하는 기준 GSDF에 기초하여 제거되거나 실질적으로 감소된다는 것을 의미한다.
계산 프로세스는 기준 GSDF에서의 그레이 레벨들을 계산하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 표 1). 예시적인 실시예에서, 계산 프로세스는 반복적이거나 재귀적이고, VDR 곡선으로부터 콘트라스트 임계값들(또는 변조 임계값, 예를 들어, 수학식 4에서의 m t )을 결정하며, 기준 GSDF에서의 연속적인 그레이 레벨들을 획득하기 위해 콘트라스트 임계값들을 적용한다. 이 계산 프로세스는 이하의 수학식 7로 구현될 수 있고:
여기서,j -1, j 및 j+1 은 3개의 인접한 디지털 코드 값들에 대한 인덱스들을 나타내고; L j -1 , L j 및 L j +1 은 디지털 코드 값들 j-1, j 및 j+1 이, 각각, 매핑되는 그레이 레벨들에 대응한다. L max 및 L min 은, 각각, JND 또는 JND의 일부에 걸친 최대 휘도 값 및 최소 휘도 값을 나타낸다. JND 또는 그의 일부를 사용하는 것은 기준 GSDF의 고정밀도를 유지한다.
JND와 연관된 콘트라스트 임계값(m t )는 상대 양, 예컨대, L max 와 L min 간의 차이를 L max 또는 L min 중 어느 하나이거나 L max 와 L min 의 중간에 있는(예컨대, L max 와 L min 의 평균) 특정의 휘도 값으로 나눈 것으로서 정의될 수 있다. 일부 실시예에서, m t 는 대안적으로 L max 와 L min 사이의 차이를 L max 또는 L min 중 어느 하나이거나 L max 와 L min 의 중간에 있는 특정의 휘도 값의 승수(예컨대, 2)로 나눈 것으로서 정의될 수 있다. GSDF에서의 휘도 값들을 복수의 그레이 레벨들로 양자화하는 데 있어서, L max 및 L min 은 복수의 그레이 레벨들에서의 인접한 그레이 레벨들을 지칭할 수 있다. 그 결과, L j 는, 수학식 7에 나타낸 바와 같이, 각각,m t 를 통해 L j -1 및 L j +1 에 관련될 수 있다.
대안의 실시예들에서, 수학식 7에 예시된 바와 같은 선형 수학식들을 사용하는 대신에, JND들 또는 콘트라스트 임계값들을 그레이 레벨들과 관련시키기 위해 비선형 수학식이 사용될 수 있다. 예를 들어, 표준 편차를 평균으로 나눈 것에 기초한 대안의 수학식이, 예시된 바와 같은 콘트라스트 임계값에 대한 단비(simple ratio) 대신에, 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 기준 GSDF는 12-비트 정수 값으로서 표현되는 디지털 코드 값들을 갖는 0 내지 12,000 cd/m2의 범위를 커버한다. 기준 GSDF의 정밀도를 더욱 향상시키기 위해, m t 가 소수 값 f와 곱해질 수 있다. 게다가, 중심 디지털 값 L2048 (디지털 코드 값들이 SDI와 호환되는 12-비트 코드 공간에서와 같이 적어도 0 내지 4096으로 제한된다는 것을 유념해야 함)이 100 cd/m2에 매핑될 수 있다. 수학식 7은 하기의 수학식 8을 산출할 수 있고:
여기서 소수 값 f는 0.918177로 설정된다. 예시적인 실시예에서, 디지털 코드들에 대한 최소 허용 값은 0(cd/m2)으로 설정되는 코드 워드(또는 정수 값) 16으로 설정된다. 두번째로 가장 낮은 디지털 코드 값 17은 5.27x10-7 cd/m2가 되는 반면, 디지털 코드 값 4076은 12,000cd/m2가 된다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, (로그 휘도 값들로 된) 복수의 그레이 레벨들과 12-비트 코드 공간에서의 복수의 디지털 코드 값들 간에 매핑하는 예시적인 GSDF를 예시하고 있다.
도 4는 도 3의 예시적인 GSDF의 그레이 레벨들에 기초하여 Weber 소수들(델타 L/L, 또는 ΔL/L)을 묘사하는 곡선을 예시하고 있다. 도 4에 의해 예시된 바와 같은 인간 시각의 지각 비선형성은 로그 휘도 축 상의 휘도 값들의 함수로서 표현된다. 인간 시각의 비슷한 시각 차이들(예컨대, JND들)은 보다 낮은 휘도 값들에서 보다 큰 델타 L/L 값들에 대응한다. Weber 소수들의 곡선은 높은 휘도 값들에 대해 상수 값에 점근(asymptote)한다(예컨대, Weber의 법칙이 보다 높은 휘도 값들에서 충족되는 경우에 0.002의 Weber 소수).
7. 함수 모델들
본원에 기술되는 바와 같이 GSDF(기준 GSDF 또는 디바이스 특정 GSDF)에서의 디지털 코드 값들과 그레이 레벨들 간의 매핑을 획득하기 위해 하나 이상의 해석 함수가 사용될 수 있다. 하나 이상의 해석 함수는 독점적 함수, 표준 기반 함수, 또는 표준 기반 함수들로부터의 확장들일 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF 생성기(예컨대, 도 5의 504)는 하나 이상의 해석 함수(또는 공식)에 기초하여 하나 이상의 순방향 룩업 테이블(LUT) 및/또는 하나 이상의 역방향 LUT의 형태로 GSDF를 생성할 수 있다. 이 LUT들의 적어도 일부는 기준 이미지 데이터를 인코딩하기 위해 기준 그레이 레벨들과 기준 디지털 코드 레벨들 간에 변환하는 데 사용될 다양한 이미지 데이터 코덱들(예컨대, 도 5의 506) 또는 매우 다양한 디스플레이 디바이스에 제공될 수 있다. 부가적으로, 선택적으로, 또는 대안적으로, 해석 함수들(그들의 계수들은 정수 또는 부동 소수점 표현들로 되어 있음) 중 적어도 일부는 본원에 기술되는 바와 같이 GSDF에서의 디지털 코드 값들과 그레이 레벨들 간의 매핑들을 획득하는 데 및/또는 이미지 데이터를 인코딩하기 위해 그레이 레벨들과 디지털 코드 레벨들 간에 변환하는 데 사용될 이미지 데이터 코덱들 또는 매우 다양한 디스플레이 디바이스에 직접 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본원에 기술되는 바와 같은 해석 함수들은, 수학식 9와 같이, 대응하는 그레이 레벨에 기초하여 디지털 코드 값을 예측하는 데 사용될 수 있는 순방향 함수를 포함하고:
여기서 D는 디지털 코드의 (예컨대, 12 비트) 값을 나타내고, L은 nits 단위로 된 휘도 값 또는 그레이 레벨을 나타내며, n 은 수학식 9에 의해 주어지는 바와 같은 logD / logL 곡선의 중앙 섹션에서의 기울기를 나타낼 수 있고, m은 logD / logL 곡선의 변곡부(knee)의 첨예도(sharpness)를 나타낼 수 있으며, c1, c2 및 c3은 logD / logL 곡선의 끝점 및 중간점을 규정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 해석 함수들은 수학식 9에서의 순방향 함수에 대응하는 역방향 함수를 포함하고, 수학식 10과 같이, 대응하는 디지털 코드 값에 기초하여 휘도 값을 예측하는 데 사용될 수 있다:
수학식 9를 사용하여 복수의 휘도 값들에 기초하여 예측된 디지털 코드 값들이 관찰된 디지털 코드 값들과 비교될 수 있다. 관찰된 디지털 코드 값들은 이전에 논의된 바와 같은 CSF 모델에 기초한 수치 계산일 수 있지만 그 중 임의의 것으로만 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 예측된 디지털 코드 값들과 관찰된 디지털 코드 값들 간의 편차(deviation)가 계산되고, 수학식 9에서의 파라미터들 n, m, c 1 , c 2 및 c 3 의 최적 값들을 도출하기 위해, 최소화될 수 있다.
마찬가지로, 수학식 10을 사용하여 복수의 디지털 코드 값들에 기초하여 예측된 휘도 값들이 관찰된 휘도 값들과 비교될 수 있다. 관찰된 휘도 값들은 이전에 논의된 바와 같은 CSF 모델에 기초한 수치 계산들을 사용하여, 또는 인간 시각 실험 데이터를 사용하여 생성될 수 있지만 이것으로 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 예측된 휘도 값들과 관찰된 휘도 값들 간의 편차가 파라미터들 n, m, c 1 , c 2 및 c 3 의 함수로서 도출되고, 수학식 10에서 파라미터들 n, m, c 1 , c 2 및 c 3 의 최적 값들을 도출하기 위해, 최소화될 수 있다.
수학식 9에 의해 결정되는 바와 같은 파라미터들 n, m, c 1 , c 2 및 c 3 의 한 세트의 최적 값들이 수학식 10에 의해 결정되는 바와 같은 파라미터들 n, m, c 1 , c 2 및 c 3 의 한 세트의 최적 값들과 동일할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 2개의 세트 간에 차이들이 있는 경우에, 2개의 세트 중 하나 또는 둘 다가 디지털 코드 값들과 휘도 값들 간의 매핑을 생성하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파라미터들 n, m, c 1 , c 2 및 c 3 의 2개의 세트의 최적 값들이, 만일 상이하다면, 예를 들어, 수학식 9 및 수학식 10으로 순방향 코딩 동작 및 역방향 코딩 동작 둘 다를 수행하는 것에 의해 유입되는 라운드 트립 에러(round trip error)들의 최소화에 기초하여 조화될(harmonize) 수 있다. 일부 실시예들에서, 디지털 코드 값들에서의 및/또는 휘도 값들 또는 그레이 레벨들에서의 결과적인 에러들을 검토(study)하기 위해 다수의 라운드 트립들이 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 수학식 9 및 수학식 10에서의 파라미터들의 선택은 한 번, 두 번 또는 그 이상의 라운드 트립들에서 어떠한 유의미한 에러도 발생하지 않는다는 기준에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 유의미한 라운드 트립 에러들이 없음의 예들은 에러들이 0.0001%, 0.001%, 0.01%, 0.1%, 1%, 2%, 또는 다른 구성가능 값들보다 더 작은 것을 포함할 수 있지만 그 중 임의의 것으로만 제한되는 것은 아니다.
실시예들은 디지털 제어 값들을 표현하기 위해 하나 이상의 상이한 비트 길이 중 하나의 비트 길이의 코드 공간을 사용하는 것을 포함한다. 각각이 하나 이상의 상이한 비트 길이 중 하나인 상이한 비트 길이를 갖는 복수의 코드 공간들 각각에 대해 수학식 9 및 수학식 10에서의 파라미터들의 최적화된 값들이 획득될 수 있다. 수학식 9 및 수학식 10의 최적화된 값들에 기초하여, 코드 에러들(예컨대, 수학식 9 및 수학식 10에 기초한 디지털 코드 값들에서의 순방향 변환 에러들, 역방향 변환 에러들 또는 라운드 트립 에러들)의 분포들이 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 디지털 코드 값에서의 1의 수치 차이는 2개의 디지털 코드 값들에 의해 표현되는 2개의 휘도 값들 사이의 어떤 광 레벨에서의 콘트라스트 임계값에 대응한다(또는 JND에 대응한다). 도 10a는 일부 예시적인 실시예들에 따른, 각각이 하나 이상의 상이한 정밀도 중 하나인 상이한 정밀도를 갖는(상이한 비트 길이들을 갖는) 복수의 코드 공간들에서의 JND 단위로 된 코드 에러들에 대한 최대값들을 예시하고 있다. 예를 들어, 본원에 기술되는 바와 같은 함수 모델들에 기초하여, 무한의 또는 무제한의 비트 길이의 코드 공간에 대한 최대 코드 에러는 11.252이다. 이와 비교하여, 본원에 기술되는 바와 같은 함수 모델에 기초하여, 12 비트 길이(또는 4096)의 코드 공간에 대한 최대 코드 에러는 11.298이다. 이것은 디지털 코드 값들에 대한 12 비트 길이의 코드 공간이 수학식 9 및 수학식 10에 의해 표현되는 바와 같은 함수 모델에 대한 탁월한 선택이라는 것을 나타낸다.
도 10b는 예시적인 실시예에 따른, 수학식 9에 의해 명시된 바와 같은 (휘도 값들로부터 디지털 코드 값들로의) 순방향 변환에서의 12 비트 길이(또는 4096)의 코드 공간에 대한 코드 에러들의 분포를 예시하고 있다. 도 10c는 예시적인 실시예에 따른, 수학식 10에 의해 명시된 바와 같은 (디지털 코드 값들로부터 휘도 값들로의) 역방향 변환에서의 12 비트 길이(또는 4096)의 코드 공간에 대한 코드 에러들의 분포를 예시하고 있다. 도 10b 및 도 10c는 12.5 미만의 최대 코드 에러들을 나타낸다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른, 수학식 9 및 수학식 10에서 사용될 수 있는 파라미터들의 값들을 예시하고 있다. 일부 실시예들에서, 예시된 바와 같이, 정수 기반 공식들은 본원에 기술되는 바와 같은 함수 모델의 특정 구현에서 이 비-정수 값(non-integer value)들을 표현/근사화하는 데 사용될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 하나 이상의 정밀도(예컨대, 14 비트, 16 비트, 또는 32 비트) 중 하나의 정밀도를 갖는 고정 소수점, 부동 소수점 값들은 본원에 기술되는 바와 같은 함수 모델의 특정 구현에서 이 비-정수 값들을 표현하는 데 사용될 수 있다.
실시예들은 수학식 9 및 수학식 10에서 주어지는 것들(톤-매핑 곡선들일 수 있음) 이외의 공식들에 의한 함수 모델을 사용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 수학식 11과 같은 Naka-Rushton 공식들에 의한 콘 모델(cone model)이 본원에 기술되는 바와 같은 함수 모델에 의해 사용될 수 있고:
여기서 L 은 휘도 값들을 나타내고, n, m 및 
는 콘 모델과 연관된 모델 파라미터들을 나타내고, 
는 디지털 코드 값들에 의해 인코딩될 수 있는 예측된 값들을 나타낸다. 편차들을 최소화하는 것을 통해 모델 파라미터들을 획득하는 유사한 방법들이 수학식 11에 대한 모델 파라미터들의 최적 값들을 도출하는 데 사용될 수 있다. 도 10d는 예시적인 실시예에 따른, 수학식 11에 의해 명시된 바와 같은 (휘도 값들로부터 디지털 코드 값들로의) 순방향 변환에서의 12 비트 길이(또는 4096)의 코드 공간에 대한 코드 에러들의 분포를 예시하고 있다. 일 실시예에서, 최대 코드 에러는 도 10d에 예시되어 있는 바와 같이 25 JND이다.
다른 예에서, 함수 모델이 수학식 12와 같이 멱승된 뮤(Raised mu) 공식에 의해 생성될 수 있고:
여기서 x 는 휘도 값들을 나타내고, y 는 예측된 디지털 코드 값들을 나타낸다. 모델 파라미터 
의 최적 값은 편차들을 최소화하는 것을 통해 획득될 수 있다. 도 10e는 예시적인 실시예에 따른, 수학식 12에 의해 명시된 바와 같은 (휘도 값들로부터 디지털 코드 값들로의) 순방향 변환에서의 12 비트 길이(또는 4096)의 코드 공간에 대한 코드 에러들의 분포를 예시하고 있다. 일 실시예에서, 최대 코드 에러는 도 10d에 예시되어 있는 바와 같이 17 JND이다.
본원에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 함수 모델은 휘도 값들로부터 코드 값들을 예측하는 데 또는 코드 값들로부터 휘도 값들을 예측하는 데 사용될 수 있다. 함수 모델에 의해 이용되는 공식들은 가역적일 수 있다. 이 값들 간의 순방향 변환 및 역방향 변환을 수행하기 위해 동일한 또는 유사한 처리 로직이 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 지수(exponent)들을 포함하지만 그 중 임의의 것으로만 제한되는 것은 아닌 모델 파라미터들이 고정 소수점 값들 또는 정수 기반 공식들에 의해 표현될 수 있다. 따라서, 처리 로직의 적어도 일부가 하드웨어만으로, 소프트웨어만으로, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 효율적으로 구현될 수 있다. 이와 유사하게, (수학식 9 내지 수학식 12와 같은) 함수 모델 또는 모델 공식들에 의해 생성되는 LUT들의 적어도 일부가 하드웨어만으로, 소프트웨어만으로, 또는 (ASIC 또는 FPGA를 포함하는) 하드웨어와 소프트웨어의 조합으로 효율적으로 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의, 2개의, 또는 그 이상의 함수 모델들이 단일 컴퓨팅 디바이스, 다수의 컴퓨팅 디바이스들의 구성, 서버 등에서 구현될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예측된 코드 값들에서의 에러들은 휘도 값들의 가시 다이내믹 레인지의 전 범위에 걸쳐 목표 또는 관찰된 값들로부터 14개의 코드 값 내에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 이것은 순방향 변환 및 역방향 변환 둘 다에 대해 유효(hold true)하다. 순방향 변환 및 역방향 변환에서 동일한 또는 상이한 세트들의 모델 파라미터들이 이용될 수 있다. 모델 파라미터들의 최적 값들에 의해 라운드 트립 정확도가 최대화될 수 있다. 상이한 코드 공간들이 사용될 수 있다. 특정의 실시예에서, 가시 다이내믹 레인지의 전 범위에 걸쳐 최소 코드 에러들을 갖는 디지털 코드 값들을 호스팅하기 위해 12 비트 길이(4096)의 코드 공간이 이용될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 기준 GSDF는 함수 모델(그의 모델 파라미터들이 CSF 모델 하에서 목표 또는 관찰된 값들에 의해 결정될 수 있음) 하에서 관련되는 바와 같은, CSF 모델에 기초하여 수치 계산들에 의해(예컨대, 디지털 코드 값들과 휘도 값들 간의 매핑의 어떠한 함수 표현도 결정하는 일 없이) 결정되는 바와 같은, 또는 인간 시각 연구들로부터의 데이터에 의해 결정되는 바와 같은, 기준 디지털 코드 값들 및 기준 그레이 레벨들을 포함하는 GSDF를 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스 GSDF는 또한 본원에 기술되는 바와 같은 함수 모델에 의해 해석적으로 표현될 수 있는 디지털 코드 값들과 그레이 레벨들 간의 매핑을 포함할 수 있다.
8. 기준 GSDF에 기초한 교환 이미지 데이터
예시를 위해, 디지털 코드 값들이 12 비트 코드 공간에 존재하는 것으로 기술되었다. 그렇지만, 본 발명이 그렇게 제한되지 않는다. 기준 GSDF에서 상이한 코드 공간들(예컨대, 12 비트 이외의 상이한 비트 깊이들)을 갖는 디지털 코드 값들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 10 비트 정수 값들이 디지털 코드들을 표현하는 데 사용될 수 있다. 디지털 코드들의 12-비트 표현에서 디지털 코드 값 4076을 휘도 값 12000 cd/m2에 매핑하는 대신에, 디지털 코드들의 10-비트 표현에서 디지털 코드 값 1019가 휘도 값 12000 cd/m2에 매핑될 수 있다. 따라서, 코드 공간들(비트 깊이들)에 있어서의 이들 및 다른 변형들이 기준 GSDF에서의 디지털 코드 값들에 대해 사용될 수 있다.
각각의 유형의 이미지 취득 디바이스 또는 이미지 렌더링 디바이스에 대해 개별적으로 설계될 수 있는 상이한 GSDF들에 걸쳐 이미지 데이터를 교환하기 위해 기준 GSDF가 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 유형의 이미지 취득 디바이스 또는 이미지 렌더링 디바이스에 의해 구현되는 GSDF는 표준 GSDF 또는 디바이스 특정 GSDF의 모델 파라미터들을 다른 유형의 이미지 취득 디바이스 또는 이미지 렌더링 디바이스와 매칭시키지 않는 모델 파라미터들에 암시적으로 또는 명시적으로 의존할 수 있다.
기준 GSDF는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 곡선 형상들에 대응할 수 있다. 일반적으로 말하면, GSDF들의 형상들은 GSDF들을 도출 또는 설계하는 데 사용되는 파라미터들에 의존한다. 따라서, 기준 GSDF는 기준 CSF 모델로부터 기준 GSDF를 생성하는 데 사용되는 기준 CSF 모델 및 기준 모델 파라미터들에 의존한다. 디바이스 특정 GSDF의 곡선 형상은, 특정 디바이스가 디스플레이인 경우 디스플레이 파라미터들 및 관찰 조건들을 비롯하여, 특정 디바이스에 의존한다.
일 예에서, 지원되는 휘도 값들의 범위가 500 cd/m2 미만으로 제한되는 디스플레이는, 도 3에 도시된 바와 같이, (인간 시각이 모든 주파수들에 대해 로그 거동으로 바뀔 때 발생하는) 고 휘도 값 영역에서 기울기의 증가를 경험하지 않을 수 있다. 도 3의 곡선 형상으로 디스플레이를 구동하는 것은, 밝은 영역들에는 너무 많은 그레이 레벨들이 할당되고 어두운 영역들에는 그레이 레벨들이 충분히 할당되지 않은, 그레이 레벨들의 비최적의(예컨대, 차선의) 할당을 유발할 수 있다.
다른 예에서, 저 콘트라스트 디스플레이는 다양한 일광 조건들에서 야외에서 사용되도록 설계된다. 디스플레이의 휘도 범위는 대체로 또는 거의 전체적으로 도 3의 로그 거동 영역에 있을 수 있다. 도 3의 곡선 형상으로 이러한 저 콘트라스트 디스플레이를 구동하는 것은 또한, 어두운 영역들에는 너무 많은 그레이 레벨들이 할당되고 밝은 영역들에는 그레이 레벨들이 충분히 할당되지 않은, 그레이 레벨들의 비최적의(차선의) 할당을 유발할 수 있다.
본원에 기술되는 바와 같은 기술들 하에서, 각각의 디스플레이는 기준 GSDF에 의해 인코딩된 이미지 데이터에서의 지각 정보(perceptual information)를 최적으로 지원하기 위해 (예를 들어, 실제 블랙 레벨에 영향을 미치는 디스플레이 파라미터들 뿐만 아니라, 관찰 조건들에도 의존하는) 그의 특정 GSDF를 사용할 수 있다. 이미지 데이터의 전체적인 인코딩이 지각적 디테일들을 가능한 한 많이 유지하기 위해, 하나 이상의 업스트림(예컨대, 인코딩) 디바이스에 의해 기준 GSDF가 사용된다. 기준 GSDF에서 인코딩된 이미지 데이터는 이어서 하나 이상의 다운스트림(예컨대, 디코딩) 디바이스들에 전달된다. 예시적인 실시예에서, 기준 GSDF에 기초한 이미지 데이터의 인코딩은 이미지 데이터를 차후에 디코딩 및/또는 렌더링해야 하는 특정 디바이스들에 독립적이다.
각각의 디바이스(예컨대, 디스플레이)는 디바이스 특정 그레이 레벨들이 지원/최적화되는 그의 특정 GSDF를 갖는다. 특정 그레이 레벨들은 디스플레이의 제조자가 알고 있을 수 있거나, (표준에 기반할 수 있거나 그렇지 않을 수 있는) 디바이스 특정 GSDF를 지원하도록 제조자에 의해 구체적으로 설계되었을 수 있다. 디바이스의 라인 드라이버는 디바이스에 특정적인 양자화된 휘도 값들로 구현될 수 있다. 최적화는 디바이스에 특정적인 양자화된 휘도 값들에 기초하여 디바이스에 대해 최상으로 행해질 수 있다. 부가적으로, 디바이스 특정 그레이 레벨들의 범위에 대한 하한으로서 사용될 수 있는 다크 블랙 레벨(예컨대, 최저 디바이스 특정 그레이 레벨)은 현재의 주변 광 레벨 및/또는 (제조자가 알고 있을 수 있는) 디바이스의 광학 반사율에 부분적으로 기초하여 설정될 수 있다. 일단 다크 블랙 레벨이 그렇게 설정되면, 디바이스 특정 그레이 레벨들은 디바이스의 라인 드라이버에서 양자화 단계들을 암시적으로 또는 명시적으로 누적(예컨대, 누산/적분)하는 것에 의해 획득 또는 설정될 수 있다. 그레이 레벨들의 도출 및/또는 조절은 디바이스가 이미지들을 동시에 렌더링하고 있는 런타임 시에 행해질 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
따라서, 본원에 기술되는 바와 같은 기술들 하에서, 본 발명의 실시예들은 기준 GSDF에 의해 이미지 데이터를 인코딩하는 것 및 디스플레이 특정 GSDF에 의해 이미지 데이터를 디코딩 및 렌더링하는 것을 포함할 수 있지만, 이것으로만 제한되는 것은 아니다.
본원에 기술되는 바와 같은 기술들은 상이한 GSDF들을 갖는 다양한 디바이스들에 걸쳐 이미지 데이터를 교환하는 데 사용될 수 있다. 도 5는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 상이한 GSDF들의 디바이스들과의 이미지 데이터 교환의 예시적인 프레임워크(500)를 예시하고 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 적응형 CSF 모델(502)은 기준 GSDF(504)를 생성하는 데 사용될 수 있다. "적응형"이라는 용어는 인간 시각 비선형성 및 거동들에 대한 CSF 모델의 적응성(adaptability)을 지칭할 수 있다. 적응형 CSF 모델은 복수의 CSF 파라미터들(또는 모델 파라미터들)에 적어도 부분적으로 기초하여 구축될 수 있다. 복수의 모델 파라미터들은, 예를 들어, 광 적응 레벨, 각도 폭으로 된 디스플레이 영역, 잡음 레벨, 순응(물리적 관찰 거리), (예를 들어, 적응형 CSF 모델(502)에서 사용되는 테스트 이미지들 또는 이미지 패턴들에 관련될 수 있는) 휘도 또는 컬러 변조 벡터를 포함한다.
업스트림(예컨대, 인코딩) 디바이스는, 이미지 데이터 또는 그의 파생물이 다운스트림(예컨대, 디코딩) 디바이스들에게 전송 또는 분배되기 전에, 기준 GSDF(504)에 의해 인코딩될 이미지 데이터를 수신할 수 있다. 인코딩될 이미지 데이터는 초기에 복수의 포맷들(표준 기반 포맷, 독점적 포맷, 그의 확장 포맷 등) 중 임의의 포맷으로 되어 있을 수 있고 및/또는 복수의 이미지 소스들(카메라, 이미지 서버, 유형적 매체(tangible media) 등) 중 임의의 것으로부터 도출될 수 있다. 인코딩될 이미지 데이터의 예들은 원시 또는 다른 고 비트 깊이(high bit-depth) 이미지(들)(530)를 포함하지만 이들로만 제한되는 것은 아니다. 원시 또는 다른 고 비트 깊이 이미지(들)는 카메라, 스튜디오 시스템, 아트 디렉터 시스템, 다른 업스트림 이미지 처리 시스템, 이미지 서버, 콘텐츠 데이터베이스 등으로부터 온 것일 수 있다. 이미지 데이터는 디지털 사진들, 비디오 이미지 프레임들, 3D 이미지들, 비-3D 이미지들, 컴퓨터-생성 그래픽 등의 이미지 데이터를 포함할 수 있지만 이들로만 제한되는 것은 아니다. 이미지 데이터는 장면-참조 이미지(scene-referred image)들, 디바이스-참조 이미지(device-referred image)들, 또는 다양한 다이내믹 레인지들을 갖는 이미지들을 포함할 수 있다. 인코딩될 이미지 데이터의 예들은, 메타데이터와 함께, 이미지 수신 시스템들(다양한 제조자들의 디스플레이들과 같은 다운스트림 이미지 처리 시스템)에게 분배하기 위한 코딩된 비트스트림으로 편집, 다운샘플링 및/또는 압축되어야 하는 원래의 이미지들의 고품질 버전을 포함할 수 있다. 원시 또는 다른 고 비트 깊이 이미지(들)는 전문가, 아트 스튜디오, 방송사, 하이-엔드 미디어 제작 엔티티 등에 의해 사용되는 높은 샘플링 레이트를 가질 수 있다. 인코딩될 이미지 데이터는 또한 전체적으로 또는 부분적으로 컴퓨터에 의해 생성될 수 있거나, 심지어 오래된 영화들 및 다큐멘터리들과 같은 기존의 이미지 소스들에 전체적으로 또는 부분적으로 기초하여 획득될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "인코딩될 이미지 데이터"라는 문구는 하나 이상의 이미지의 이미지 데이터를 지칭할 수 있고; 인코딩될 이미지 데이터는 부동 소수점 또는 고정 소수점 이미지 데이터를 포함할 수 있으며, 임의의 컬러 공간에 있을 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 이미지가 RGB 컬러 공간에 있을 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 이미지가 YUV 컬러 공간에 있을 수 있다. 일 예에서, 이미지 내의 각각의 픽셀은 본원에 기술되는 바와 같이 컬러 공간에서 정의되는 모든 채널들(예컨대, RGB 컬러 공간에서의 적색, 녹색 및 청색 컬러 채널들)에 대한 부동 소수점 픽셀 값들을 포함한다. 다른 예에서, 이미지 내의 각각의 픽셀은 본원에 기술되는 바와 같이 컬러 공간에서 정의되는 모든 채널들에 대한 고정 소수점 픽셀 값들(예컨대, RGB 컬러 공간에서의 적색, 녹색 및 청색 컬러 채널들에 대한 16 비트 또는 더 많은/더 적은 수의 비트의 고정 소수점 픽셀 값들)을 포함한다. 각각의 픽셀은 선택적으로 및/또는 대안적으로 컬러 공간에서의 채널들 중 하나 이상에 대한 다운샘플링된 픽셀 값들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 인코딩될 이미지 데이터를 수신한 것에 응답하여, 프레임워크(500)에서의 업스트림 디바이스는 이미지 데이터에 의해 명시되거나 이미지 데이터로부터 결정되는 바와 같은 휘도 값들을 기준 GSDF에서의 기준 디지털 코드 값들에 매핑하고, 인코딩될 이미지 데이터에 기초하여, 기준 디지털 코드 값들에 의해 인코딩된 기준 인코딩된 이미지 데이터를 생성한다. 인코딩될 이미지 데이터에 기초한 휘도 값들로부터 기준 디지털 코드 값들로의 매핑 동작은 기준 디지털 코드 값들 - (예컨대, 표 1에 나타낸 바와 같은) 그의 대응하는 기준 그레이 레벨들은 인코딩될 이미지 데이터에 의해 명시되거나 그로부터 결정되는 휘도 값들과 매칭하거나, 기준 GSDF에서의 임의의 다른 기준 휘도 값들만큼, 인코딩될 이미지 데이터에 의해 명시되거나 그로부터 결정되는 휘도 값들과 비슷함 - 을 선택하는 것 및 휘도 값들을 기준 인코딩된 이미지 데이터에서의 기준 디지털 코드 값들로 대체하는 것을 포함할 수 있다.
부가적으로, 선택적으로, 또는 대안적으로, (컬러 공간 변환, 다운샘플링, 업샘플링, 톤 매핑, 컬러 그레이딩, 압축 해제, 압축 등을 포함할 수 있지만 이들로만 제한되지는 않는) 전처리 및 후처리 단계들이 기준 인코딩된 이미지 데이터를 생성하는 것의 일부로서 수행될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 프레임워크(500)는 기준 인코딩된 이미지 데이터를 하나 이상의 코딩된 비트스트림 또는 이미지 파일로 인코딩 및/또는 포맷팅하도록 구성된 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트들(예컨대, 인코딩 또는 포맷팅 유닛(506))을 포함할 수 있다. 코딩된 비트스트림들 또는 이미지 파일들은 표준 기반 포맷, 독점적 포맷, 또는 표준 기반 포맷에 적어도 부분적으로 기초한 확장 포맷일 수 있다. 부가적으로 및/또는 선택적으로, 코딩된 비트스트림들 또는 이미지 파일들은 기준 인코딩된 이미지 데이터를 생성하는 데 사용되는 기준 GSDF, 전처리 또는 후처리에 관련된 관련 파라미터들(예컨대, 모델 파라미터들; 표 1, 도 3 및 도 4에 예시되어 있는 바와 같은, 최소 휘도 값, 최대 휘도 값, 최소 디지털 코드 값, 최대 디지털 코드 값 등; 복수의 CSF들 중에서 CSF를 식별해주는 식별 필드; 기준 관찰 거리) 중 하나 이상을 포함하는 메타데이터를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 프레임워크(500)는 하나 이상의 개별 업스트림 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프레임워크(500)에서의 하나 이상의 업스트림 디바이스 중 적어도 하나는 기준 GSDF에 기초하여 이미지 데이터를 인코딩하도록 구성될 수 있다. 업스트림 디바이스들은 도 5의 502, 504, 및 506에 관련된 기능성을 수행하도록 구성된 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 코딩된 비트스트림들 또는 이미지 파일들은 네트워크 연결들, 디지털 인터페이스들, 유형적 저장 매체 등을 통해 업스트림 디바이스들(도 5의 502, 504, 및 506)에 의해 출력되고, 이미지 데이터 흐름(508)에서 처리 또는 렌더링을 위해 다른 이미지 처리 디바이스들에 전달될 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 프레임워크(500)는 하나 이상의 다운스트림 디바이스를 하나 이상의 개별 디바이스로서 추가로 포함한다. 다운스트림 디바이스들은, 이미지 데이터 흐름(508)으로부터, 하나 이상의 업스트림 디바이스에 의해 출력되는 코딩된 비트스트림들 또는 이미지 파일들을 수신/액세스하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다운스트림 디바이스들은, 코딩된 비트스트림들 및 이미지 파일들을 디코딩 및/또는 재포맷팅하고, 그 내의 기준 인코딩된 이미지 데이터를 복구/검색하도록 구성된, 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트들(예컨대, 디코딩 또는 재포맷팅 유닛(510))을 포함할 수 있다. 도 5에 예시된 바와 같이, 다운스트림 디바이스들은 다양한 세트의 디스플레이 디바이스들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스(도시되지 않음)는 기준 GSDF를 지원하도록 설계 및/또는 구현될 수 있다. 디스플레이 디바이스가 기준 GSDF에서의 그레이 레벨을 하나도 빠짐없이 지원하는 경우, 고정밀도 HDR 이미지 렌더링이 제공될 수 있다. 디스플레이 디바이스는 이미지들을 인간 시각이 어쩌면 검출할지도 모르는 것보다 더 미세한 레벨로 디테일하게 또는 그와 동일한 레벨로 렌더링할 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스 특정 GSDF에서의 (디스플레이 시스템에서 디지털화된 전압 값들, 예컨대, 디지털 구동 레벨들 또는 DDL들로서 구현될 수 있는) 디스플레이 디바이스의 네이티브 디지털 코드 값(native digital code value)들은 기준 GSDF에서의 그레이 레벨들과 상이한 디바이스 특정 그레이 레벨들(또는 휘도 값들)에 대응할 수 있다. 디바이스 특정 그레이 레벨들은 sRGB, Rec.709, 또는 상보적 밀도(complementary density)들에 관련된 표현들을 사용하는 규격들을 비롯한 다른 규격들을 지원하도록 설계될 수 있다. 부가적으로, 선택적으로, 또는 대안적으로, 디바이스 특정 그레이 레벨들은 디스플레이 구동의 필수적인 DAC 특성들에 기초할 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 A(512-A)는 가시 다이내믹 레인지(VDR) 디스플레이의 디바이스 특정 GSDF A(514-A)를 지원하도록 설계 및/또는 구현될 수 있다. GSDF A(514-A)는 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 대한 12 비트의 비트 깊이(12 비트 코드 공간), 10,000:1 콘트라스트 비(CR), 및 a>P3 색역에 기초할 수 있다. GSDF A(514-A)는 기준 GSDF(504)의 전체 범위 중의 제1 서브-범위(예컨대, 0 내지 5,000 cd/m2) 내의 그레이 레벨들을 지원할 수 있다. 대안적으로 및/또는 선택적으로, GSDF A(514-A)는 기준 GSDF(504)에서의 전체 범위(예를 들어, 0 내지 12,000 cd/m2)를 지원할 수 있지만, 기준 GSDF(504)에서의 기준 그레이 레벨들 전부보다 적은 기준 그레이 레벨들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 B(512-B)는 VDR보다 더 좁은 다이내믹 레인지의 디바이스 특정 GSDF B(514-B)를 지원하도록 설계 및/또는 구현될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스 B(512-B)는 표준 다이내믹 레인지(SDR) 디스플레이일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "표준 다이내믹 레인지" 및 "저 다이내믹 레인지"라는 용어들 및/또는 그들의 대응하는 약어들 "SDR" 및 "LDR"은 동의어로 및/또는 서로 바꾸어 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF B(514-B)는 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 대한 8 비트의 비트 깊이, 500 내지 5,000:1의 콘트라스트 비(CR), 및 Rec.709에 정의되어 있는 바와 같은 색역을 지원할 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF B(514-B)는 기준 GSDF(504)의 제2 서브-범위(예컨대, 0 내지 2000 cd/m2) 내의 그레이 레벨들을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스 C(512-C)는 SDR보다 훨씬 더 좁은 다이내믹 레인지의 디바이스 특정 GSDF C(514-C)를 지원하도록 설계 및/또는 구현될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스 C(512-C)는 태블릿 디스플레이일 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF C(514-C)는 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 대한 8 비트의 비트 깊이, 100 내지 800:1의 콘트라스트 비(CR), 및 Rec.709에 정의되어 있는 것보다 더 작은 색역을 지원할 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF C(514-C)는 기준 GSDF(504)의 제3 서브-범위(예컨대, 0 내지 1,200 cd/m2) 내의 그레이 레벨들을 지원할 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 디바이스(예컨대, 디스플레이 디바이스 D(512-D))는 SDR보다 훨씬 더 좁은 매우 제한된 다이내믹 레인지의 디바이스 특정 GSDF(예컨대, GSDF D(514-D))를 지원하도록 설계 및/또는 구현될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 디바이스 D(512-D)는 전자 종이(e-paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF D(514-D)는 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 대한 6 비트 이하의 비트 깊이; 10:1 이하의 콘트라스트 비(CR), 및 Rec.709에 정의되어 있는 것보다 훨씬 더 작은 색역을 지원할 수 있다. 일부 실시예들에서, GSDF D(514-D)는 기준 GSDF(504)의 제4 서브-범위(예컨대, 0 내지 100 cd/m2) 내의 그레이 레벨들을 지원할 수 있다.
이미지 렌더링에서의 정밀도는 디스플레이 디바이스 A 내지 디스플레이 디바이스 D(512-A 내지 512-D) 각각에 의해 무리없이(gracefully) 다운 스케일링(scale down)될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스 특정 GSDF A 내지 디바이스 특정 GSDF D(514-A 내지 514-D) 각각에서의 그레이 레벨들의 서브세트는, 그 디스플레이 디바이스에 의해 지원되는 그레이 레벨들의 범위에서 지각적으로 식별가능한 에러들을 균등하게 분포시키도록 하는 방식으로 기준 GSDF(504)에서의 지원된 기준 그레이 레벨들과 상관되거나 그에 매핑될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디바이스 특정 GSDF(예컨대, 514-A 내지 514-D 중 하나)를 갖는 디스플레이 디바이스(예컨대, 512-A 내지 512-D 중 하나)는, 기준 GSDF에 기초하여 인코딩된, 기준 인코딩된 이미지 데이터를 수신/추출한다. 그에 응답하여, 디스플레이 디바이스, 또는 그 내의 변환 유닛(516-A 내지 516-D 중 하나)은 기준 인코딩된 이미지 데이터에 명시된 바와 같은 기준 디지털 코드 값들을 디스플레이 디바이스에 네이티브인 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 매핑한다. 이것은 몇 개의 방식들 중 하나로 수행될 수 있다. 일 예에서, 기준 디지털 코드 값들로부터 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 매핑하는 것은 (기준 디지털 코드 값들에 대응하는) 기준 그레이 레벨들과 매칭하거나, 임의의 다른 디바이스 특정 그레이 레벨들만큼, (기준 디지털 코드 값들에 대응하는) 기준 그레이 레벨들과 비슷한 (디바이스 특정 디지털 코드 값들에 대응하는) 디바이스 특정 그레이 레벨들을 선택하는 것을 포함한다. 다른 예에서, 기준 디지털 코드 값들로부터 디바이스 특정 디지털 코드 값들에 매핑하는 것은, (1) 기준 GSDF와 연관된 (기준 디지털 코드 값들에 대응하는) 기준 그레이 레벨들에 기초하여 톤-매핑된 휘도 값들을 결정하는 것, 및 (2) 톤-매핑된 휘도 값들과 매칭하거나, 임의의 다른 디바이스 특정 그레이 레벨들만큼, 톤-매핑된 휘도 값들과 비슷한 (디바이스 특정 디지털 코드 값들에 대응하는) 디바이스 특정 그레이 레벨들을 선택하는 것을 포함한다.
차후에, 디스플레이 디바이스 또는 그 내의 드라이버 칩(518-A 내지 518-D 중 하나)은 디스플레이 특정 코드 값들에 대응하는 디바이스 특정 그레이 레벨들을 갖는 이미지들을 렌더링하기 위해 디스플레이 특정 디지털 코드 값들을 사용할 수 있다. 드라이버 칩은 디스플레이 특정 디지털 코드 값들의, 디스플레이 디바이스에 대한 (아날로그) 구동 신호들(예컨대, 구동 전압들)로의, 선형 디지털-아날로그 변환을 포함한다. 이 변환은 선형일 수 있는데, 그 이유는 디스플레이 특정 디지털 코드 값이 디스플레이 디바이스(예컨대, LED 디스플레이 디바이스)의 감마 곡선(검정력 곡선(power curve))에 대해 이미 조절되었기 때문이다. 따라서, 프레임워크(500)의 다운스트림 디바이스들은 기준 디지털 코드 값들로부터 디스플레이 특정 디지털 코드 값들로, 그리고 디스플레이 특정 디지털 코드 값들로부터 디스플레이 디바이스에 대한 아날로그 구동 신호들로의 2-단계 변환 프로세스를 수행한다고 말해질 수 있다.
일반적으로 말하면, 기준 GSDF는 디스플레이 특정 GSDF가 기초하는 것과 상이한 CSF 모델에 기초할 수 있다. 기준 GSDF와 디바이스 특정 GSDF 간의 변환/매핑이 필요하다. 동일한 CSF 모델이 기준 GSDF 및 디바이스 특정 GSDF 둘 다를 생성하는 데 사용되더라도, 모델 파라미터들의 상이한 값들이 GSDF들을 도출하는 데 사용될 수 있다. 기준 GSDF에 대해, 모델 파라미터 값들은 매우 다양한 다운스트림 디바이스들에 대한 디테일들을 유지하도록 보수적으로 설정될 수 있는 반면, 디바이스 특정 GSDF에 대해, 모델 파라미터 값들은 디스플레이 디바이스가 이미지들을 렌더링해야 하는 특정 설계/구현 및 관찰 조건들을 반영할 수 있다. 특정 디스플레이 디바이스의 관찰 조건 파라미터들(예컨대, 주변 광 레벨, 디스플레이 디바이스의 광학 반사율 등)이 기준 GSDF를 도출하는 데 사용되는 모델 파라미터 값들과 상이하기 때문에, 기준 GSDF와 디바이스 특정 GSDF 간의 변환/매핑이 여전히 필요하다. 여기서, 관찰 조건 파라미터들은 디스플레이 품질(예컨대, 콘트라스트 비 등)에 영향을 미치고 블랙 레벨(예컨대, 최저 그레이 레벨 등)을 상승시키는 것들을 포함할 수 있다. 본원에 기술되는 바와 같은 기술들 하에서의 기준 GSDF와 디바이스 특정 GSDF 간의 변환/매핑은 이미지 렌더링 시에 품질을 개선시킨다(예컨대, 높은 값 영역들 등에서 휘도 값들을 증가시키는 것에 의해 콘트라스트 비를 개선시킨다).
9. 기준 인코딩된 데이터의 변환
도 6은 본 발명의 일부 실시예들에 따른, 예시적인 변환 유닛(예컨대, 516)을 예시하고 있다. 변환 유닛(516)은 도 5에 예시된 바와 같은 복수의 변환 유닛들(예컨대, 516-A 내지 516-D) 중 하나(예컨대, 516-A)일 수 있지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 일부 실시예들에서, 변환 유닛(516)은 기준 GSDF(REF GSDF)에 대한 제1 정의 데이터 및 디바이스 특정 GSDF(예컨대, GSDF-A(도 5의 514-A))에 대한 제2 정의 데이터를 수신할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "디바이스 특정" 및 "디스플레이 특정"이라는 용어들은, 디바이스가 디스플레이인 경우, 서로 바꾸어 사용될 수 있다.
수신된 정의 데이터에 기초하여, 변환 유닛(516)은 변환 룩업 테이블(변환 LUT)을 형성하기 위해 기준 GSDF를 디스플레이 특정 GSDF와 캐스케이드화(cascade)한다. 2개의 GSDF들 간에 캐스케이드화하는 것은 2개의 GSDF들에서의 그레이 레벨들을 비교하는 것, 및 그레이 레벨들을 비교한 결과들에 기초하여, 기준 GSDF에서의 기준 디지털 코드 값들과 디스플레이 특정 GSDF에서의 디스플레이 특정 디지털 코드 값들 간의 매핑을 확립하는 것을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로는, 기준 GSDF에서의 기준 디지털 코드 값이 주어지면, 그의 대응하는 기준 그레이 레벨이 기준 GSDF에 기초하여 결정될 수 있다. 그렇게 결정된 기준 그레이 레벨은 디스플레이 특정 GSDF에서 디바이스 특정 그레이 레벨을 찾아내는 데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 찾아낸 디바이스 특정 그레이 레벨은 기준 그레이 레벨과 매칭하거나, 디스플레이 특정 GSDF에서의 임의의 다른 디스플레이 특정 그레이 레벨들만큼, 기준 그레이 레벨과 비슷할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 톤-매핑된 휘도 값은 기준 그레이 레벨에 대해 작용하는 전역 또는 로컬 톤-매핑 연산자에 의해 획득될 수 있고; 찾아낸 디바이스 특정 그레이 레벨은 톤-매핑된 휘도 값과 매칭하거나, 디스플레이 특정 GSDF에서의 임의의 다른 디스플레이 특정 그레이 레벨들만큼, 톤-매핑된 휘도 값과 비슷할 수 있다.
디바이스 특정 그레이 레벨에 의해, 대응하는 디스플레이 특정 디지털 코드 값이 디스플레이 특정 GSDF로부터 식별될 수 있다. 기준 디지털 코드 값 및 디스플레이 특정 코드 값으로 이루어진 엔트리가 변환 LUT에 부가 또는 정의될 수 있다.
앞서 기술된 바와 같은 단계들이 기준 GSDF에서의 다른 기준 디지털 코드 값들에 대해 반복될 수 있다.
일부 실시예들에서, 변환 LUT에 부분적으로 기초하여 처리되어야 하는 이미지 데이터가 수신되어 처리되기 전에, 변환 LUT가 미리 작성되어 저장될 수 있다. 대안의 실시예들에서, 변환 LUT에 의해 처리되어야 하는 이미지 데이터가 분석된다. 분석의 결과들은 기준 디지털 코드 값들과 디바이스 특정 디지털 코드 값들 간의 대응 관계들을 셋업하거나 적어도 조절하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 이미지 데이터가 휘도 값들의 특정의 집중 또는 분산을 나타내는 경우, 변환 LUT가 휘도 값들의 집중된 영역에서는 많은 양의 디테일들을 유지하는 방식으로 셋업될 수 있다.
일부 실시예들에서, 변환 유닛(516)은 기준 GSDF 및 디스플레이 특정 GSDF(514-A) 둘 다에서의 양자화 단계들(예컨대, 인접한 디지털 코드 값들 간의 휘도 값 차이들 또는 ΔL들)을 비교하도록 구성된 하나 이상의 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트(비교 서브-유닛(602))를 포함한다. 예를 들어, 기준 GSDF에서의 기준 디지털 코드 값에서의 양자화 단계는 기준 휘도 값 차이(기준 GSDF ΔL)일 수 있는 반면, 디스플레이 특정 GSDF에서의 디스플레이 특정 디지털 코드 값에서의 양자화 단계는 디스플레이 특정 휘도 값 차이(디스플레이 특정 GSDF ΔL)일 수 있다. 여기서, 디스플레이 특정 디지털 코드 값은 기준 디지털 코드 값에 대응한다(또는 변환 LUT에서 기준 디지털 코드 값과 쌍을 형성한다). 일부 실시예들에서, 비교 서브-유닛(602)은 이 2개의 휘도 값 차이를 비교한다. 이 동작은 본질적으로 ΔL 값들에 기초하거나, 선택적으로 및/또는 대안적으로, 2개의 GSDF 곡선의 상대 기울기들에 기초하여 수행될 수 있는 테스트이다.
(예컨대, 고 비트 깊이 도메인 등에 대응하는) 기준 GSDF로부터의 하나 이상의 기준 그레이 레벨이 (예컨대, 저 비트 깊이 도메인 등에 대응하는) 디스플레이 특정 GSDF로부터의 디스플레이 특정 그레이 레벨들에 병합되기 때문에, 디스플레이 특정 GSDF에서의 휘도 값들에 대한 양자화 단계들은 전형적으로 기준 GSDF의 양자화 단계들을 초과할 수 있다. 이 경우들에서, 밴딩 아티팩트들을 제거하기 위해 디더링이 사용된다. 전체적인 디더링의 일부로서, (공간에서 및/또는 시간에서) 로컬 주변 출력 픽셀들에 대해서도 디더링이 수행된다. 어떤 의미에서, 인간의 눈은 저역 통과 필터로서 표현될 수 있다. 적어도 이런 의미에서, 본원에 기술되는 바와 같이 로컬 주변 픽셀들을 평균하는 것은 따라서 그렇지 않았으면 디스플레이 특정 GSDF에서의 큰 양자화 단계들로 인해 존재할 수 있을, 밴딩 시각적 아티팩트들을 감소 및/또는 제거하는 원하는 출력 그레이 레벨들을 생성한다.
덜 흔한 경우들에서, 기준 GSDF에 대한 휘도 값들에 대한 양자화 단계들이 디스플레이 특정 GSDF의 양자화 단계들을 가끔 초과할 수 있다. 예를 들어, 이웃하는 입력 픽셀들을 평균하는 것에 의해, 입력 그레이 레벨에 기초하여 출력 그레이 레벨을 합성하는 디컨튜어 알고리즘 기반 처리가 사용된다.
그에 대응하여, 기준 GSDF ΔL이 디스플레이 특정 GSDF ΔL보다 더 큰 경우 - 이는 도 6에서 "Y" 경로임 -, 기준 디지털 코드 값 및 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 포함하는, 변환 LUT 내의, 엔트리에 대해 디컨튜어 알고리즘 플래그가 설정된다.
기준 GSDF ΔL이 디스플레이 특정 GSDF ΔL보다 더 작은 경우 - 이는 도 6에서 "N" 경로임 -, 기준 디지털 코드 값 및 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 포함하는, 변환 LUT 내의, 엔트리에 대해 디더 알고리즘 플래그가 설정된다.
기준 GSDF ΔL이 디스플레이 특정 GSDF ΔL과 같은 경우, 이때, 기준 디지털 코드 값 및 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 포함하는, 변환 LUT 내의, 엔트리에 대해 디컨튜어 알고리즘 플래그도 디더 알고리즘 플래그도 설정되지 않는다.
디컨튜어 및 디더 알고리즘 플래그들은 변환 LUT에 엔트리들과 함께 저장되거나 변환 LUT 외부의, 그러나, 그와 작동식으로 링크된, 관련 데이터 구조물에 저장될 수 있다.
일부 실시예들에서, 변환 유닛(516)은 높은 비트 깊이 또는 부동 소수점 입력 이미지의 형태일 수 있는 기준 인코딩된 이미지 데이터를 수신하고, 디스플레이 특정 GSDF에 지정된 디스플레이 특정 디지털 코드 값들에 기준 GSDF에 지정된 기준 디지털 코드 값을 매핑하도록 구성된다. GSDF들 사이에 디지털 코드 값을 매핑하는 것에 추가로, 변환 유닛(516)은 앞서 설명된 알고리즘 플래그(디컨튜어 알고리즘 플래그들 또는 디더링 알고리즘 플래그들)의 설정들에 기초하여 디컨튜어 또는 디더링을 수행하도록 구성될 수 있다.
언급한 바와 같이 기준 GSDF는 디스플레이 특정 GSDF보다 더 많은 양의 디테일들을 포함할 가능성이 높고; 따라서, 도 6의 "Y" 경로가 발생하지 않거나 덜 자주 발생할 수 있다. 일부 실시예에서, "Y" 경로 및 관련 처리는 변환 유닛의 구현을 단순화하기 위해 생략될 수 있다.
일부 실시예들에서, 변환 유닛(516)은 기준 인코딩된 이미지 데이터의 픽셀에 대해 결정된 기준 디지털 코드 값이 주어지면, 대응하는 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 위해 변환 LUT를 검색하고, 기준 디지털 코드 값을 대응 디스플레이 특정 디지털 코드 값으로 대체한다. 부가적으로 및/또는 선택적으로, 변환 유닛(516)은 기준 디지털 코드 값 및 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 포함하는 변환 LUT 내의 엔트리에 대한 알고리즘 플래그의 존재/설정에 기초하여 픽셀에 대해 디컨튜어 또는 디더링 알고리즘이 수행되어야 하는 지 여부를 결정한다.
디컨튜어 알고리즘도 디더링 알고리즘도 수행되어서는 안된다고 결정되면(예를 들어, 어느 하나의 알고리즘을 수행하기 위한 표시 또는 플래그가 없음), 당분간은 픽셀에 대한 어떠한 디컨튜어 또는 디더링도 수행되지 않는다.
디컨튜어 알고리즘이 수행되어야 한다고 결정되면, 변환 유닛(516)은 하나 이상의 디컨튜어 알고리즘(Decontour Algo)을 수행할 수 있다. 하나 이상의 디컨튜어 알고리즘을 수행하는 것은 입력된 로컬 이웃 픽셀의 이미지 데이터를 수신하고 로컬 이웃 픽셀의 이미지 데이터를 디컨튜어 알고리즘에 입력하는 것을 포함할 수 있다.
디더링 알고리즘이 수행되어야 한다고 결정되면, 변환 유닛(516)은 하나 이상의 디더링 알고리즘(Dithering Algo)을 수행할 수 있다.
변환 유닛(516)이 이웃 픽셀들에 대해 디컨튜어 또는 디더링이 수행될 필요가 있다고 결정하면, 픽셀은 여전히 디컨튜어 또는 디더링에 포함될 수 있다. 일 예에서, 픽셀의 디바이스 특정(출력) 그레이 레벨이 로컬 이웃 픽셀들을 디더링하는 데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 픽셀의 기준(입력) 그레이 레벨이 로컬 이웃 픽셀들을 디컨튜어하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 변환 유닛(516)은 전술한 단계들의 처리 결과들을 다운스트림 처리 유닛들 또는 서브 유닛들에 출력한다. 처리 결과는 디스플레이 특정 GSDF(예를 들어, GSDF-A)의 디지털 코드 값들로 인코딩된 디스플레이 특정 비트 깊이 출력 이미지의 포맷으로 디스플레이 특정 인코딩된 이미지 데이터를 포함한다.
도 7은 8 비트 이미지 처리를 구현하는 예시적인 SDR 디스플레이(700)를 예시한다. SDR 디스플레이(700) 또는 내부의 VDR 디코드 유닛(702)은 인코딩된 입력을 수신한다. 인코딩된 입력은 복수의 이미지 데이터 컨테이너 포맷들 중 하나에 있을 수 있는 이미지 데이터 컨테이너 내의 기준 코딩된 이미지 데이터를 포함한다. VDR 디코드 유닛(702)은 인코딩된 입력을 디코딩하고 그 내부로부터 기준 인코딩된 이미지 데이터를 결정/검색한다. 기준 인코딩된 이미지 데이터는 컬러 공간(예를 들어, RGB 컬러 공간, YCbCr 컬러 공간 등) 내의 개별 픽셀에 대한 이미지 데이터를 포함할 수 있다. 개별 픽셀들에 대한 이미지 데이터는 기준 GSDF 내의 기준 디지털 코드 값들로 인코딩될 수 있다.
부가적으로 및/또는 선택적으로, SDR 디스플레이(700)는 SDR 디스플레이(700)에 대한 디스플레이 파라미터들을 유지하는 디스플레이 관리 유닛(704)을 포함한다. 디스플레이 파라미터들은 적어도 부분적으로 SDR 디스플레이(700)와 관련된 디스플레이 특정 GSDF(예를 들어, 도 5의 GSDF-B)를 정의할 수 있다. 디스플레이 특정 GSDF를 정의하는 디스플레이 파라미터들은 SDR 디스플레이(700)에 의해 지원되는 최대(max) 및 최소(min) 그레이 레벨들을 포함할 수 있다. 디스플레이 파라미터는 또한 SDR 디스플레이에 의해 지원되는 컬러 원색(원색), 디스플레이 크기(크기), SDR 디스플레이의 이미지 렌더링 표면의 광학 반사율, 주변 광 레벨을 포함할 수 있다. 일부 디스플레이 파라미터들은 고정 값들로 사전 구성될 수 있다. 디스플레이 파라미터들 중 일부는 SDR 디스플레이(700)에 의해 실시간 또는 거의 실시간으로 측정될 수 있다. 디스플레이 파라미터들 중 일부는 SDR 디스플레이(700)의 사용자에 의해 구성 가능할 수 있다. 디스플레이 파라미터들 중 일부는 기본값들로 사전 구성될 수 있으며 측정 또는 사용자에 의해 무시될 수 있다. 디스플레이 관리 유닛(704)은 기준 GSDF에 기초하여 디스플레이 특정 그레이 레벨들의 지각 비선형성을 확립/성형하며, 디스플레이 특정 그레이 레벨들을 확립/성형하는 것의 일부로서 톤 매핑을 부가적으로 및/또는 선택적으로 수행할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같은 변환 LUT 및/또는 다른 관련 메타데이터(예를 들어, 디더링 및 디컨튜어 처리 플래그들 등)는 기준 GSDF에 따라 디스플레이 특정 그레이 레벨들의 지각 비선형성을 확립/형성하는 목적으로 디스플레이 관리 유닛(704)에 의해 확립될 수 있다. 전술한 캐스케이드화 동작들은 기준 GSDF 및 디스플레이 특정 GSDF 중 하나 또는 둘 모두에 관련된 변환 LUT 및/또는 다른 관련 메타데이터(712)를 생성하기 위해 디스플레이 관리 유닛(704)으로 구현될 수 있다. 변환 LUT 및/또는 다른 관련 메타데이터(712)는 SDR 디스플레이(700) 내의 다른 유닛들 또는 서브 유닛들에 의해 액세스되고 사용될 수 있다. 또한, 변환 LUT 및/또는 다른 관련 메타데이터는 지각 비선형성을 반전시키기 위한 메타데이터(714)로서, 또는, 그를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 지각 비선형성을 반전시키는 것은 디스플레이 특정 디지털 코드 값들을 디스플레이 특정 디지털 구동 레벨들(예를 들어, 디스플레이 디바이스에서 디지털화된 전압 레벨들)로 변환하는 것을 포함할 수 있다.
부가적으로 및/또는 선택적으로, SDR 디스플레이(700)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 변환 유닛(516) 및 8 비트 지각 양자화기(706)를 포함한다. 일부 실시예에서, SDR 디스플레이(700), 또는 변환 유닛(516) 및 그 내부의 8 비트 지각 양자화기(706)는 기준 인코딩된 이미지 데이터를 디스플레이 특정 GSDF(예를 들어, 도 5의 GSDF-A 또는 GSDF-B)와 연관된 디스플레이 특정 디지털 코드 값들로 인코딩된 디스플레이 특정 비트 깊이 출력 이미지로 변환하고, 디스플레이 특정 비트 깊이 출력 이미지를 8 비트 코드 공간에서 지각 인코딩된 이미지 데이터로 양자화한다. 본원에 사용될 때, "지각적으로 인코딩된"이라는 용어는 기준 GSDF를 발생시키는 CSF와 같은 사람의 시각적 지각 모델에 기초한 인코딩 유형을 지칭할 수 있다.
부가적으로 및/또는 선택적으로, SDR 디스플레이(700)는, 8 비트의 휘도 표현에서 지각적으로 인코딩된 이미지 데이터에 대해 0, 1 또는 그 이상의 이미지 처리 동작을 수행하는, 그러나, 이에 한정되지 않는, 비디오 후-처리 유닛(708)을 포함한다. 이러한 이미지 처리 동작은 압축, 압축 해제, 컬러 공간 변환, 다운샘플링, 업샘플링 또는 컬러 그레이딩을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이들 동작들의 결과는 SDR 디스플레이(700)의 다른 부분으로 출력될 수 있다.
예시적인 실시예에서, SDR 디스플레이(700)는 이미지 처리 동작들의 디스플레이 특정 디지털 코드 값들을 디스플레이 특정 디지털 구동 레벨들(예를 들어, 디지털화된 전압 레벨)로 변환하도록 구성된 8 비트 역 지각 양자화기(710)를 포함한다. 역 지각 양자화기(710)에 의해 생성된(또는 디지털 코드 값들로부터 역변환된) 디스플레이 특정 디지털 구동 레벨들은 SDR 디스플레이(700)에서 지원 가능한 몇몇 유형의 휘도 비선형성 중 하나를 구체적으로 지원할 수 있다. 일 예에서, 역 지각 양자화기(710)는 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 디스플레이 특정 디지털 구동 레벨로 변환하여 Rec. 709와 관련된 휘도 비선형성을 지원한다. 다른 예에서, 역 지각 양자화기(710)는 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 디스플레이 특정 디지털 구동 레벨로 변환하여 선형 휘도 도메인 또는 로그 휘도 도메인과 관련된 휘도 비선형성을 지원한다(이는 상대적으로 용이하게 로컬 디밍 동작과 통합될 수 있다). 다른 예에서, 역 지각 양자화기(710)는 특정 디스플레이(700)를 위한, 그리고, 가능하게는 디스플레이(700)에 특정한 관찰 조건에 대해 조정된 디스플레이 특정 그레이 레벨의 최적의 배치로 디스플레이 특정 디지털 코드 값을 디스플레이 특정 디지털 구동 레벨로 변환하여 디스플레이 특정 CSF(또는 그와 연관된 GSDF)를 지원한다.
10. 예시적 프로세스 흐름들
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스 또는 프레임워크(500) 내의 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스와 같은 컴포넌트가 이 프로세스 흐름을 수행할 수 있다. 블록 802에서, 컴퓨팅 디바이스는 인코딩될 이미지 데이터를 수신한다.
블록 804에서, 컴퓨팅 디바이스는 기준 디지털 코드 값들의 세트와 기준 그레이 레벨들의 세트 사이의 기준 매핑에 기초하여 인코딩될 이미지 데이터를 기준 인코딩된 이미지 데이터로 인코딩한다. 여기서, 인코딩될 이미지 데이터의 휘도 값은 기준 디지털 코드 값들의 세트에 의해 표현된다. 기준 디지털 코드 값 세트 내의 2개의 인접한 기준 디지털 코드 값에 의해 표현된 2개의 기준 그레이 레벨 사이의 휘도 차이는 특정 광 레벨에서 적응된 인간 시각의 피크 콘트라스트 감도에 반비례할 수 있다.
블록 806에서, 컴퓨팅 디바이스는 기준 인코딩된 이미지 데이터를 출력한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 콘트라스트 감도 함수(contrast sensitivity function; CSF) 모델에 기초하여 기준 그레이 스케일 디스플레이 함수(GSDF)를 결정하고; 기준 GSDF는 기준 디지털 코드 값들의 세트와 기준 그레이 레벨들의 세트 사이의 기준 매핑을 특정한다. CSF 모델은 하나 이상의 모델 파라미터를 포함하며, 이는 다음 중 하나 이상을 포함하는 범위에 포함되는 각도 크기를 가질 수 있다: 25 도 x 25 도와 30 도 x 30 도 사이, 30 도 x 30 도와 35 도 x 35 도 사이, 35 도 x 35 도와 40 도 x 40 도 사이, 40 도 x 40 도와 45 도 x 45 도 사이 또는 45 도 x 45 도 초과.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 기준 그레이 레벨들의 세트에 의해 지원되는 휘도 값들의 범위 내의 중간 휘도 값을, 기준 디지털 코드 값들의 세트를 호스팅하는 코드 공간 내의 중간 디지털 코드 값에 할당하고, 누산(staking) 또는 적분(integration) 계산 중 하나 이상을 수행함으로써, 복수의 서브-매핑을 도출하고, 각각의 서브-매핑은 기준 디지털 코드 값들의 세트 내의 기준 디지털 코드 값을 기준 그레이 레벨들의 세트 내의 기준 그레이 레벨에 매핑한다. 중간 휘도 값은 50 nits 미만, 50 nits와 100 nits 사이(경계값 포함), 100과 500 nits 사이(경계값 포함), 또는 500 nits 이상 중 하나 이상을 포함하는 범위 내에서 선택될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 기준 그레이 레벨들의 세트는 500 nits 미만, 500 nits와 1000 nits 사이(경계값 포함), 1000과 5000 nits 사이(경계값 포함), 5000 nits와 10000 nits 사이(경계값 포함), 10000 nits와 15000 nits 사이(경계값 포함) 또는 15000 nits 초과의 값을 갖는 상한을 갖는 다이내믹 레인지를 커버한다.
일 실시예에서, 피크 콘트라스트 감도는 휘도 값 변수, 공간 주파수 변수 또는 하나 이상의 다른 변수 중 하나 이상을 포함하는 모델 파라미터들을 갖는 콘트라스트 감도 함수(CSF) 모델에 기초하여 결정된 복수의 콘트라스트 감도 곡선 중의 콘트라스트 감도 곡선으로부터 결정된다.
일 실시예에서, 복수의 콘트라스트 감도 곡선에서 적어도 2개의 콘트라스트 감도 곡선에 기초하여 결정된 적어도 2개의 피크 콘트라스트 감도가 2개의 상이한 공간 주파수 값에서 발생한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 입력 비디오 신호로부터 인코딩될 이미지 데이터로 표현, 수신, 전송 또는 저장되는 하나 이상의 입력 이미지를 출력 비디오 신호에 포함된 기준 인코딩된 이미지 데이터로 표현, 수신, 전송 또는 저장된 하나 이상의 출력 이미지로 변환한다.
일 실시예에서, 인코딩될 이미지 데이터는 HDR(high-resolution high dynamic range) 이미지 포맷, ACES(Academy Color Encoding Specification)와 관련한 RGB 컬러 공간, AMPAS(Academy of Motion Picture Arts and Sciences)의 표준, DCI(Digital Cinema Initiative)의 P3 컬러 공간 표준, RIMM/ROMM(Reference Input Medium Metric/Reference Output Medium Metric) 표준, sRGB 컬러 공간, ITU(International Telecommunications Union)의 BT.709 권장 표준과 관련된 RGB 컬러 공간 등 중 하나로 인코딩된 이미지 데이터를 포함한다.
일 실시예에서, 2개의 인접한 기준 디지털 코드 값에 의해 표현된 2개의 기준 그레이 레벨 사이의 휘도 차이는 특정 광 레벨에서의 최소 식별 차이 임계값 미만이다.
일 실시예에서, 특정 광 레벨은 2개의 휘도 값들 사이의(경계값 포함) 휘도 값이다.
일 실시예에서, 기준 디지털 코드 값들의 세트는 12 비트 미만; 12 비트와 14 비트 사이(경계값 포함); 적어도 14 비트; 14 비트 이상의 비트 깊이를 갖는 코드 공간의 정수 값들을 포함한다.
일 실시예에서, 기준 그레이 레벨들의 세트는 양자화된 휘도 값들의 세트를 포함할 수 있다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 예시적인 프로세스 흐름을 도시한다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스 또는 프레임워크(500) 내의 하나 이상의 컴퓨팅 디바이스와 같은 컴포넌트가 이 프로세스 흐름을 수행할 수 있다. 블록 852에서, 컴퓨팅 디바이스는 기준 디지털 코드 값들의 세트와 디바이스 특정 디지털 코드 값들의 세트 사이의 디지털 코드 매핑을 결정한다. 여기서, 기준 디지털 코드 값들의 세트는 기준 매핑에서 기준 그레이 레벨들의 세트에 매핑되는 반면, 디바이스 특정 디지털 코드 값들의 세트는 디바이스 특정 매핑에서 디바이스 특정 그레이 레벨들의 세트에 매핑된다.
블록 854에서, 컴퓨팅 디바이스는 기준 디지털 코드 값들의 세트로 인코딩된 기준 인코딩된 이미지 데이터를 수신한다. 기준 인코딩된 이미지 데이터의 휘도 값들은 기준 디지털 코드 값의 세트에 기초한다. 기준 디지털 코드 값 세트 내의 2개의 인접한 기준 디지털 코드 값에 의해 표현된 2개의 기준 그레이 레벨 사이의 휘도 차이는 특정 광 레벨에서 적응된 인간 시각의 피크 콘트라스트 감도에 반비례할 수 있다.
블록 856에서, 컴퓨팅 디바이스는 디지털 코드 매핑에 기초하여, 기준 디지털 코드 값들의 세트로 인코딩된 기준 인코딩된 이미지 데이터를 디바이스 특정 디지털 제어 코드들의 세트로 인코딩된 디바이스 특정 이미지 데이터로 트랜스코딩한다. 디바이스 특정 이미지 데이터의 휘도 값들은 디바이스 특정 디지털 코드 값들의 세트에 기초 한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 기준 디지털 코드 값들의 세트와 디바이스 특정 디지털 코드 값들의 세트 사이의 대응 관계들의 세트를 결정한다. 여기서, 대응 관계 세트 내의 대응 관계는 기준 디지털 코드 값들의 세트 내의 기준 디지털 코드 값을 디바이스 특정 디지털 코드 값에 관련시킨다. 컴퓨팅 디바이스는 추가로 기준 디지털 코드 값에서의 제1 휘도 차이와 디바이스 특정 디지털 코드 값에서의 제2 휘도 차이를 비교하고, 제1 휘도 차이와 상기 제2 휘도 차이의 비교에 기반하여, 기준 디지털 코드 값에 대해 디더링, 디컨튜어 또는 조작 없음이 수행되어야 하는 지에 대한 알고리즘 플래그를 저장한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 픽셀에 대한 기준 인코딩된 이미지 데이터로부터 기준 디지털 코드 값을 결정하고, 추가로 알고리즘 플래그가 기준 디지털 코드 값에 대해 설정되는지를 결정한다. 알고리즘 플래그가 디컨튜어를 위해 설정되었다는 결정에 응답하여, 컴퓨팅 디바이스는 픽셀에 대한 디컨튜어 알고리즘을 수행한다. 대안적으로, 디더링을 위해 알고리즘 플래그가 설정되었다는 결정에 응답하여, 컴퓨팅 디바이스는 픽셀에 대해 디더링 알고리즘을 수행한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 디바이스 특정 디지털 제어 코드들의 세트로 인코딩된 디바이스 특정 이미지 데이터에 기초하여 디스플레이 상에 하나 이상의 이미지들을 렌더링한다. 여기서, 디스플레이는 VDR(visible dynamic range) 디스플레이, SDR(standard dynamic range) 디스플레이, 태블릿 컴퓨터 디스플레이 또는 핸드헬드 디바이스 디스플레이 중 하나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 디바이스 특정 그레이 스케일 디스플레이 함수(GSDF)는 디바이스 특정 디지털 코드 값들의 세트와 디바이스 특정 그레이 레벨들의 세트 사이의 디바이스 특정 매핑을 특정한다.
일 실시예에서, 디바이스 특정 매핑은 하나 이상의 디스플레이 파라미터 및 0 이상의 관찰 조건 파라미터에 기초하여 도출된다.
일 실시예에서, 디바이스 특정 그레이 레벨들의 세트는 100 nits 미만, 100 nits 이상 500 nits 미만, 500 nits와 1000 nits 사이(경계값 포함), 1000과 5000 nits 사이(경계값 포함), 5000 nits와 10000 nits 사이(경계값 포함) 또는 10000 nits 초과의 값을 갖는 상한을 갖는 다이내믹 레인지를 포함한다.
일 실시예에서, 컴퓨팅 디바이스는 입력 비디오 신호로부터 기준 인코딩된 이미지 데이터로 표현, 수신, 전송 또는 저장되는 하나 이상의 입력 이미지를 출력 비디오 신호에 포함된 디바이스 특정 이미지 데이터로 표현, 수신, 전송 또는 저장된 하나 이상의 출력 이미지로 변환한다.
일 실시예에서, 디바이스 특정 이미지 데이터는 HDR(high-resolution high dynamic range) 이미지 포맷, ACES(Academy Color Encoding Specification)와 관련한 RGB 컬러 공간, AMPAS(Academy of Motion Picture Arts and Sciences)의 표준, DCI(Digital Cinema Initiative)의 P3 컬러 공간 표준, RIMM/ROMM(Reference Input Medium Metric/Reference Output Medium Metric) 표준, sRGB 컬러 공간, ITU(International Telecommunications Union)의 BT.709 권장 표준과 관련된 RGB 컬러 공간 중 하나에서의 이미지 렌더링을 지원한다.
일 실시예에서, 디바이스 특정 디지털 코드 값들의 세트는 다음의 비트 깊이를 갖는 코드 공간에서의 정수 값을 포함한다: 8 비트; 8 비트 초과 12 비트 미만; 12 비트 이상.
일 실시예에서, 디바이스 특정 그레이 레벨들의 세트는 양자화된 휘도 값들의 세트를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 인코더, 디코더, 시스템 등은 설명된 바와 같은 전술한 방법들 중 임의의 것 또는 일부를 수행한다.
11. 구현 메커니즘들-하드웨어 개관
일 실시예에 따르면, 본원에 설명된 기술들은 하나 이상의 특수 목적 컴퓨팅 디바이스들에 의해 구현된다. 특수 목적 컴퓨팅 디바이스는 기술을 수행하기 위해 하드 와이어드(hard-wired) 방식일 수 있거나, 또는 해당 기술을 수행하도록 영구적으로 프로그램된 하나 이상의 ASIC들(application-specific integrated circuit) 또는 FPGA들(field programmable gate array)과 같은 디지털 전자 디바이스들을 포함할 수 있거나, 펌웨어, 메모리, 다른 저장 디바이스 또는 조합의 프로그램 명령어들에 따라 기술들을 수행하도록 프로그램된 하나 이상의 범용 하드웨어 프로세서들을 포함할 수 있다. 이러한 특수 목적 컴퓨팅 디바이스는 맞춤형 하드 와이어드 로직, ASIC들 또는 FPGA들을 맞춤 프로그래밍과 결합하여 기술을 달성할 수도 있다. 특수 목적 컴퓨팅 디바이스는 데스크탑 컴퓨터 시스템, 휴대용 컴퓨터 시스템, 핸드헬드 디바이스, 네트워킹 디바이스 또는 이 기술들을 구현하기 위한 하드 와이어 방식의 및/또는 프로그램 로직을 포함하는 임의의 다른 디바이스일 수 있다.
예를 들어, 도 9는 본 발명의 예시적인 실시예가 구현될 수 있는 컴퓨터 시스템(900)을 나타내는 블록도이다. 컴퓨터 시스템(900)은 정보를 통신하기 위한 버스(902) 또는 다른 통신 메커니즘, 및 정보를 처리하기 위해 버스(902)와 결합된 하드웨어 프로세서(904)를 포함한다. 하드웨어 프로세서(904)는 예를 들어 범용 마이크로 프로세서일 수 있다.
컴퓨터 시스템(900)은 또한 프로세서(904)에 의해 실행될 명령어 및 정보를 저장하기 위해 버스(902)에 결합된 랜덤 액세스 메모리(RAM) 또는 다른 동적 저장 디바이스와 같은 메인 메모리(906)를 포함한다. 메인 메모리(906)는 또한 프로세서(904)에 의해 실행될 명령어들의 실행 동안 임시 변수들 또는 다른 중간 정보를 저장하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 명령어들은 프로세서(904)에 액세스 가능한 비-일시적인 저장 매체에 저장될 때 컴퓨터 시스템(900)을 명령어들에서 특정된 동작들을 수행하도록 맞춤화된 특수 목적 기계가 되게 한다.
컴퓨터 시스템(900)은 프로세서(904)에 대한 정적 정보 및 명령어를 저장하기 위해 버스(902)에 연결된 리드 온리 메모리(ROM)(908) 또는 다른 정적 저장 디바이스를 더 포함한다. 자기 디스크 또는 광학 디스크와 같은 저장 디바이스(910)가 제공되어 정보 및 명령어를 저장하기 위해 버스(902)에 연결된다.
컴퓨터 시스템(900)은 정보를 컴퓨터 사용자에게 디스플레이하기 위해 버스(902)를 통해 액정 디스플레이와 같은 디스플레이(912)에 연결될 수 있다. 영숫자 및 다른 키들을 포함하는 입력 디바이스(914)는 버스(902)에 연결되어 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(904)에 통신한다. 다른 유형의 사용자 입력 디바이스는 방향 정보 및 커맨드 선택을 프로세서(904)에 전달하고 디스플레이(912) 상의 커서 이동을 제어하기 위한 마우스, 트랙볼, 또는 커서 방향 키와 같은 커서 제어(916)이다. 이러한 입력 디바이스는 전형적으로 디바이스가 평면 내의 위치를 특정할 수 있게 하는 제1 축(예를 들어, x) 및 제2 축(예를 들어, y)의 2개의 축에서 2 자유도를 갖는다.
컴퓨터 시스템(900)은 컴퓨터 시스템과 조합하여 컴퓨터 시스템(900)을 특수 목적 기계가 되게 하거나 그렇게 되도록 프로그래밍하는 맞춤식 하드 와이어드 로직, 하나 이상의 ASIC 또는 FPGA, 펌웨어 및/또는 프로그램 로직을 사용하여 본원에 설명된 기술을 구현할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 본원의 기술은 프로세서(904)가 메인 메모리(906)에 포함된 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 실행하는 것에 응답하여 컴퓨터 시스템(900)에 의해 수행된다. 이러한 명령어는 저장 디바이스(910)와 같은 다른 저장 매체로부터 메인 메모리(906) 내로 판독될 수 있다. 메인 메모리(906)에 포함된 명령어들의 시퀀스들의 실행은 프로세서(904)로 하여금 여기에 설명된 처리 단계들을 수행하게 한다. 대안적인 실시예에서, 하드 와이어드 회로가 소프트웨어 명령어 대신 또는 소프트웨어 명령어와 조합하여 사용될 수 있다.
본원에 사용된 용어 "저장 매체"는 기계가 특정 방식으로 작동하게 하는 데이터 및/또는 명령어를 저장하는 임의의 비-일시적인 매체를 지칭한다. 이러한 저장 매체는 비휘발성 매체 및/또는 휘발성 매체를 포함할 수 있다. 비휘발성 매체는 예를 들어, 저장 디바이스(910)와 같은 광학 또는 자기 디스크를 포함한다. 휘발성 매체는 메인 메모리(906)와 같은 동적 메모리를 포함한다. 일반적인 형태의 저장 매체는 예를 들어 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 자기 테이프 또는 임의의 다른 자기 데이터 저장 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 데이터 저장 매체, 구멍 패턴을 갖는 임의의 물리적 매체, RAM, PROM 및 EPROM, FLASH-EPROM, NVRAM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지를 포함한다.
저장 매체는 전송 매체와 구별되지만 전송 매체와 함께 사용될 수 있다. 전송 매체는 저장 매체간에 정보를 전달하는 데 참여한다. 예를 들어, 전송 매체는 버스(902)를 포함하는 와이어를 포함하는 동축 케이블, 구리 와이어 및 광섬유를 포함한다. 전송 매체는 전파 및 적외선 데이터 통신 중에 생성되는 것과 같은 음파 또는 광파의 형태를 취할 수도 있다.
실행을 위해 프로세서(904)에 대한 하나 이상의 명령어의 하나 이상의 시퀀스를 운반하는 데 다양한 형태의 매체가 관련될 수 있다. 예를 들어, 명령어는 초기에 원격 컴퓨터의 자기 디스크 또는 솔리드 스테이트 드라이브상에 담겨질 수 있다. 원격 컴퓨터는 동적 메모리에 명령어를 로드하고 모뎀을 사용하여 전화 라인을 통해 명령어를 송신할 수 있다. 컴퓨터 시스템(900) 로컬의 모뎀은 전화 라인상에서 데이터를 수신하고 적외선 송신기를 사용하여 데이터를 적외선 신호로 변환할 수 있다. 적외선 검출기는 적외선 신호로 운반된 데이터를 수신할 수 있고, 적절한 회로는 버스(902)에 데이터를 배치할 수 있다. 버스(902)는 메인 메모리(906)로 데이터를 운반하며, 프로세서(904)는 명령어를 검색하고 실행한다. 메인 메모리(906)에 의해 수신된 명령어들은 선택적으로 프로세서(904)에 의한 실행 전 또는 후에 저장 디바이스(910) 상에 저장될 수 있다.
컴퓨터 시스템(900)은 또한 버스(902)에 결합된 통신 인터페이스(918)를 포함한다. 통신 인터페이스(918)는 로컬 네트워크(922)에 연결된 네트워크 링크(920)에 양방향 데이터 통신 결합을 제공한다. 예를 들어, 통신 인터페이스(918)는 ISDN(integrated services digital network) 카드, 케이블 모뎀, 위성 모뎀, 또는 대응하는 유형의 전화 라인에 데이터 통신 연결을 제공하는 모뎀일 수 있다. 다른 예로서, 통신 인터페이스(918)는 호환 가능한 LAN에 데이터 통신 연결을 제공하기 위한 LAN(local area network) 카드일 수 있다. 무선 링크도 구현될 수 있다. 임의의 그러한 구현예에서, 통신 인터페이스(918)는 다양한 유형의 정보를 나타내는 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 송신 및 수신한다.
네트워크 링크(920)는 전형적으로 하나 이상의 네트워크를 통해 다른 데이터 디바이스에 데이터 통신을 제공한다. 예를 들어, 네트워크 링크(920)는 로컬 네트워크(922)를 통해 호스트 컴퓨터(924) 또는 인터넷 서비스 제공자(ISP)(926)에 의해 운영되는 데이터 장비에 대한 연결을 제공할 수 있다. ISP(926)는 차례로 일반적으로 "인터넷"(928)이라 지칭되는 월드 와이드 패킷 데이터 통신 네트워크를 통해 데이터 통신 서비스를 제공한다. 로컬 네트워크(922) 및 인터넷(928)은 모두 디지털 데이터 스트림을 운반하는 전기, 전자기 또는 광학 신호를 사용한다. 컴퓨터 시스템(900)에 그리고 그로부터 디지털 데이터를 전송하는, 다양한 네트워크를 통한 신호 및 네트워크 링크(920) 상의 그리고 통신 인터페이스(918)를 통한 신호 전송 매체의 예시적 형태이다.
컴퓨터 시스템(900)은 네트워크(들), 네트워크 링크(920) 및 통신 인터페이스(918)를 통해 메시지를 송신하고 프로그램 코드를 포함하는 데이터를 수신할 수 있다. 인터넷 예에서, 서버(930)는 인터넷(928), ISP(926), 로컬 네트워크(922) 및 통신 인터페이스(918)를 통해 애플리케이션 프로그램에 대해 요청된 코드를 전송할 수 있다.
수신된 코드는 수신시 프로세서(904)에 의해 실행되고 및/또는 나중에 실행을 위해 저장 디바이스(910) 또는 다른 비휘발성 저장소에 저장될 수 있다.
12. 열거된 예시적인 실시예들, 등가물들, 확장들, 대안들 및 기타
본 발명의 열거된 예시적인 실시예("EEE")는 상이한 능력들의 디스플레이들을 통한 지각 휘도 비선형성 기반 이미지 데이터 교환과 관련하여 위에서 설명되었다. 따라서, 본 발명의 실시예는 하기 표 2에 열거된 하나 이상의 예와 관련될 수 있다.
[표 2] 열거된 예시적인 실시예들
다음 표 3은 디지털 비디오 코드 값들을 디스플레이 지점에서 절대 선형 휘도 레벨들로 변환하기 위한 지각 곡선 EOTF의 계산을 설명한다. 절대 선형 휘도를 디지털 코드 값으로 변환하기 위한 역 OETF 계산도 포함된다.
[표 3] 지각 곡선 EOTF에 대한 예시적 사양
하기 표 4는 10 비트에 대한 예시적인 값을 나타낸다.
[표 4] 10 비트에 대한 예시적인 값의 표
임의의 시각적 신호를 해석하는 기본 원칙은 신호의 전달 함수에 대한 지식이다; 신호의 반송파(아날로그 전압, 필름 밀도 또는 디지털 코드 값)를 광학 에너지로 변환하는 방법에 대한 설명. 텔레비전과 필름을 위한 전자 디스플레이의 경우, 중요한 정보는 기준 표준 디스플레이를 위한 EOTF(전자-광학 전달 함수)에서 발견된다. 대다수의 콘텐츠는 기준 표준 디스플레이에서의 관찰 동안 심미적 취향에 따라 컬러 그레이딩이 이루어진다(카메라에서의 실황 또는 포스트 프로덕션 동안). 그러므로 시각적 신호 코드 값의 의도를 진정으로 정의하는 것은 OETF(예를 들어, 카메라 캡처에 사용되는 광전자 전달 함수)가 아니라 EOTF이다. 기준 EOTF 곡선은 텔레비전 및 디지털 시네마 애플리케이션에 대해 정의되었으며, 이 둘 다는 예를 들어 각각 2.4 및 2.6의 지수 값을 갖는 파워 함수(감마 함수)에 기반한다. 이러한 시스템은 어두운 레벨의 재생에 대한 몇 가지 알려진 문제가 있지만 수년 동안 큰 성공을 거두었다. 이러한 성공은 주로 ~ 50 내지 100cd/m2의 피크 밝기와 3 로그 휘도 단위 미만의 다이내믹 레인지(또는 콘트라스트)를 가진 상대적으로 희미한 기준 디스플레이에서 구현될 때 이들 곡선이 인간 지각과 대체로 비슷하기 때문에 발생한다. 일반적인 디스플레이 밝기와 다이내믹 레인지가 꾸준히 증가함에 따라 이 비슷함은 꾸준히 점점 더 부정확해지고 있다. 전형적인 디스플레이는 현재 500cd/m2 이상의 피크 레벨을 달성하고 있으며(1000cd/m2를 초과한 상업적 예가 수 개 있음) 어두운 디테일에서의 아티팩트가 그에 비례하여 증가하고 있다. 또한, 디지털 구동 회로를 통해 디스플레이 노이즈가 크게 감소되었으며, 보다 나은 카메라를 통해 그리고 합성 이미지를 사용하여 이미지 캡처 노이즈가 대폭 낮아지거나 심지어 0이다. 따라서 노이즈에 의한 마스킹의 잘 알려진 효과는 더 이상 저 진폭 가시성을 방해하지 않는다. 오늘날의 그리고 미래의 디스플레이가 보다 나은 시스템으로부터 유익함을 얻을 수 있음은 분명하다.
상기 감마 함수에 기초한 감마 인코딩(즉, 텔레비전용 ITU-R Rec. BT.18861 EOTF, HDTV용 ITU-R Rec. BT. 1886 EOTF) 는 종종 지각적으로 선형이라고 일컬어지는 EOTF를 정의하고, 달리 말하면, 10 및 12 비트 구현에 대한 시각적 감지 임계값 부근 또는 미만에서 EOTF는 인간 지각과 유사하게 거동한다. 이는 대략적으로 피크 레벨이 100 cd/m2(또는 100 nits)인 감마 곡선의 경우이지만 더 높은 피크 휘도 레벨(예를 들어, 더 높은 다이내믹 레인지)이 사용되는 경우 이런 12 비트 감마 곡선은 특히 휘도 범위의 어두운 끝에서 가시적인 양자화 아티팩트를 초래할 수 있다. 더 높은 비트 깊이를 사용하면 시스템 정밀도를 높일 수 있지만 레거시 인프라구조는 12 비트를 초과시키기가 어려울 수 있다. 실제로 대부분의 실황 생성 및 방송 환경은 여전히 10 비트 레벨에서 작동하므로 이러한 공통 비트 깊이에서 향상된 성능을 제공할 수 있는 시스템이 이상적이다. 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따르면, 그러한 시스템은 위에서 표 3에 제시된 지각 곡선 EOTF를 사용한다. 본 개시내용에 따른 이러한 예시적인 시스템에서, 비디오 데이터를 나타내는 디지털 코드 워드는 보다 높은 성능의 EOTF(표 3에 정의된 EOTF와 같은 감마 인코딩에 사용된 것보다)에 따라 인코딩되고, 처리되어 디스플레이를 통해 별개의 휘도 값을 나타내는 임의의 2개의 별개 코드 워드가 시각적 지각의 차이(예를 들어, 하나 이상의 JND 만큼 다름)로 재현되는 더 높은 성능 EOTF에 따른 정확한 지각 프론트 스크린 성능을 출력한다.
본원에서 사용될 때, 보다 높은 성능의 지각 곡선 EOTF에 따라 인코딩된 디지털 코드 워드는 지각 양자화(PQ)에 의해 인코딩된다고 일컬어진다. 예시적인 PQ 인코딩은 표 3의 수학식에 의해 제공된다. 감마 인코딩과는 상이한 다른 PQ 인코딩 방법 및 표 3의 PQ 인코딩에 의해 다루어지는 감마 인코딩의 유사한 단점을 해결하는 것도 본 개시내용의 다양한 실시예에서 가능하다. 그러한 하나의 PQ 인코딩은, 예를 들어, 그 전체가 본원에 참고로 인용된 2014년 3월 25일자 "BBC OETF & EOTF Proposal"이라는 제목의 A. Cotton(이하, "Cotton")의 논문에 개시되어 있다.
도 12는 잘 알려진 관련 감마 EOTF 함수에 따라 재현될 비디오 이미지를 나타내기 위해 감마 인코딩된 디지털 코드 워드를 사용하는 종래 기술의 디스플레이(1210)의 예시적인 블록도의 간략화된 버전을 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 시스템 인터페이스 모듈(1205)을 통해 종래 기술의 디스플레이(1210)에 감마 인코딩된 이미지 데이터(예를 들어, RGB) 및 제어 신호(예를 들어, 동기, 클록 등)가 제공된다. 시스템 인터페이스 모듈은 예를 들어 TV 시스템의 프론트 엔드 부분, 재생 시스템 또는 본 기술 분야의 숙련자에게 공지된 바와 같이 디스플레이 상으로의 최종 렌더링을 위해 비디오 신호를 수신/디코딩하거나 다른 방식으로 조작하는 데 사용되는 임의의 다른 시스템에 대한 인터페이스일 수 있다.
계속해서 도 12를 참조하면, 시스템 인터페이스 모듈(1205)로부터의 감마 인코딩된 디지털 데이터는 디스플레이(1210)의 타이밍 제어기(TCON) 처리 유닛(1215)에 제공된다. TCON 처리 유닛(1215)은 시스템 인터페이스 모듈로부터 수신된 정보를 패널(1250)에 포맷팅 및 분배하며, 패널은 전기 신호를 패널(1250)의 전면에서의 관찰을 위한 광학 신호로 변환한다. 도 12의 예시적인 디스플레이(1210)의 경우에, 패널(1250)의 전기-광학 요소(예를 들어, 픽셀, 서브 픽셀)는 패널의 연관된 열과 행을 통해 어드레싱된다. 본 기술 분야의 숙련자는 다른 전기-광학 요소 어드레싱 체계가 또한 가능하고 패널(1250)에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 12에 도시된 종래 기술의 디스플레이에서, 패널(1250)의 개별적인 전기 광학 요소의 어드레싱 및 활성화는 열 드라이버(1230) 및 행 드라이버(1235)를 통해 조합으로, 그리고, TCON 처리 유닛(1215)으로부터 수신 정보의 제어 하에 수행되어, 대응하는 감마 인코딩된 코드 워드에 따라 원하는 휘도를 생성한다. 예를 들어, 하나의 예시적인 구성에 따라, 패널(1250)의 행 k 및 열 j에서 전기 광학 요소 Pk,j가, 행 드라이버(1235)를 통해 제1 인에이블링 아날로그 전압(RDk)을 인가하고, 열 드라이버(1230)를 통해 제2 인에이블링 아날로그 전압(CDj)을 인가함으로써 선택 및 활성화된다. 하나의 특정 구성에서, 열 드라이버(1230)에 의해 인가된 아날로그 전압 CDj는 대응하는 감마 인코딩된(디지털) 코드 워드에 따라 개별 전기-광학 요소 Pk,j에 의해 생성된 휘도 레벨을 확립할 수 있다. 따라서, 감마 인코딩된 코드 워드에 의해 표현된 휘도 레벨의 디지털-아날로그 변환이 디스플레이(1210)에서 수행된다. 전술한 바와 같이, 이러한 변환은 선형 변환일 수 있다. 또한, 이러한 변환은 시스템 설계 요건 및 패널(1250) 및 구성 전기 광학 요소와 관련된 기술에 따라 TCON 처리 유닛, 열 드라이버(1230) 또는 패널(1250)의 개별 전기 광학 요소(예를 들어, Pk,j, Pn,m)에서 수행될 수 있다. 패널(1250)은 이중 변조 패널(예컨대, 백라이트를 갖는 LCD), OLED 기반 패널 또는 Pixtronics MEM 기반 패널과 같은 다이렉트 뷰 디스플레이, 또는 지각 휘도를 재현하는 데 사용되는 임의의 다른 패널일 수 있다.
도 12에 도시된 예시적인 종래 기술의 디스플레이는 패널(1250)의 휘도 재현 불일치를 보상할 수 있는 감마 기준 보상 모듈(1220)을 더 포함한다. 본 기술분야에 공지된 바와 같이, 수천 개의 그러한 요소 및 관련 배선을 포함할 수 있는 패널 레이아웃 및 패널 제조 가변성과 함께, 패널(1250)의 전기-광학 요소에 사용된 기술의 차이는 전역적으로(예를 들어, 전체 패널) 및 지역적으로(예를 들어, 패널의 연속 블록) 패널의 광 출력에서 불일치를 야기할 수 있다. 이러한 불일치는 미리 결정된 보정 전압을 통해 패널(1250)의 개별 전기-광학 요소에 제공된 유효 아날로그 전압을 변경할 수 있는 감마 기준 보상 모듈(1220)을 통해 보상될 수 있다. 예를 들어, 일 예시적인 구성에서, 열 드라이버(1230)로부터의 아날로그 전압 CDj와 결합된 이러한 보정 전압은 도 12에 도시된 전기 광학 요소(Pk,j)에 유효 아날로그 제어 전압을 제공하여 감마 인코딩된 코드 워드에 따라 정확한 지각의 전면 스크린 성능을 생성한다. 미리 결정된 보정 계수는 생산 테스트 단계 동안 도출될 수 있고 디스플레이(1210)의 작동 중에 사용을 위해 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 또한, 일부 구성들에 따르면, 보정 계수는 이미지 프레임 콘텐츠(예를 들어, 평균 휘도) 및/또는 패널(1250)의 상이한 영역들에 기초할 수 있다.
전술한 바와 같이, 감마 기반 EOTF의 제한을 해결하기 위해, 감마 EOTF와는 다른 기준 EOTF에 따른 지각 공간 코드를 사용하여 디지털 이미지(PQ 인코딩)를 인코딩하는 것이 바람직할 수 있다. 감마 기반 EOTF와 상이한 상기 기준 EOTF는 상술한 기준 GSDF들 중 임의의 것에 대응할 수 있거나 GSDF로부터 유도될 수 있다.
도 13은 PQ 인코딩된 이미지를 재현하기 위한 종래 기술 구성의 단순화된 블록도를 도시한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 시스템 인터페이스 모듈은 PQ 인코딩된 코드 워드를 감마 인코딩된 코드 워드로 변환(매핑)하는 PQ-감마 컨버터 처리 유닛(1360)에 PQ 인코딩된 코드 워드 및 제어 신호(예를 들어, 동기, 클록 등)를 공급한다. 차례로, 감마 인코딩된 코드 워드 및 관련 제어 신호는 전술한 감마 기반 디스플레이(1210)에 공급된다. 따라서, 도 13에 도시된 종래 기술의 구성은 고유하게 기준 EOTF에 따른 지각 공간 코드에서 동작하지 않고 오히려 도 12에 도시된 종래 기술 구성에서 사용된 것과 동일한 감마 공간 코드에서 동작한다. 따라서, PQ 인코딩된 이미지를 재현하기 위한 종래 기술의 구성은 PQ 인코딩된 코드 워드로부터 감마 인코딩된 코드 워드로, 그리고 감마 인코딩된 코드 워드로부터 감마 기반 디스플레이에 대한 아날로그 구동 전압으로 2 단계 변환 프로세스를 수행한다. 후자의 디지털-아날로그 변환은 디스플레이가 감마 기반이기 때문에, 즉 감마 기반 디스플레이의 감마 곡선(파워 곡선)에 대해 감마 인코딩된 코드 워드가 이미 조정 되었기 때문에 선형일 수 있다.
PQ 인코딩된 이미지 데이터(코드 워드)가 도 13의 종래 기술의 구성에 제공되지만, PQ 인코딩된 코드 워드로부터 감마 인코딩된 코드 워드로의 변환에서의 부정확성은 이미지 데이터의 PQ 인코딩을 비효율적으로 만드는 불량한 화질을 초래할 수 있다. 이러한 비효율성은 감마 인코딩된 신호가 지각적으로 필요한 광 출력과 점점 불일치하는, 더 높은 다이내믹 레인지 및 보다 높은 레벨의 휘도(예를 들어, 밝기)를 갖는 디스플레이에서보다 두드러질 수 있다. 예를 들어, 값이 1000인 제1 PQ 인코딩된 코드 워드와 값이 1001인 제2 PQ 인코딩된 코드 워드를 얻는 2000 nit 디스플레이에서, 두 코드 워드의 한 단위 값의 차이는 PQ 인코딩된 코드 워드에 의해 규정된 하나의 레벨(1 JND) 대신 2개의 밝기 레벨(2 JND)의 지각 시각 차이를 야기할 수 있다. 하늘의 이미지와 같은 부드러운 그래디언트를 갖는 이미지의 경우, 도 13에 도시된 종래 기술 구성에 의해 상기 제1 및 제2 코드 워드를 재현시의 이러한 부정확성은 밴딩을 야기할 수 있고 따라서 열악한 화질을 야기할 수 있다. 본 개시내용에 따른 디스플레이(예를 들어, 도 14의 1410)는 디스플레이를 통해 PQ 인코딩된 코드 워드의 네이티브 처리(native processing)를 제공함으로써 이러한 결함을 해결한다.
도 14는 기준 EOTF에 따른 지각 공간 코드에서 동작하며(예를 들어, 표 3에 설명된 것 같이 상술한 바와 같은 더 높은 성능의 지각 양자화), 따라서, 관련 기준 EOTF에 의해 표현되는 대응하는 광을 재현하도록 PQ 인코딩된 디지털 코드 워드를 처리하는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 디스플레이(1410)의 블록도의 간략화된 버전을 나타낸다. 도 14에 도시된 바와 같이, 시스템 인터페이스 모듈(1405)을 통해 본 개시내용에 따라 디스플레이(1410)에 PQ 인코딩된 이미지 데이터(예를 들어, RGB) 및 제어 신호(예를 들어, 싱크, 클록 등)가 제공된다. 시스템 인터페이스 모듈은 도 12와 관련하여 이전에 설명된 시스템 인터페이스 모듈(1205)과 유사할 수 있고, 따라서, 본 기술 분야의 통상의 숙련자에게 공지된 바와 같이, TV 시스템의 프론트 엔드 부분, 재생 시스템 또는 디스플레이 상에 최종적으로 렌더링하기 위해 비디오 신호를 수신/디코딩하거나 달리 조작하기 위해 사용되는 임의의 다른 시스템에 대한 인터페이스일 수 있다. 이러한 시스템은 지각 공간 코드로 인코딩된 이미지 신호를 처리하는 데 적합하다는 점에 유념해야 한다.
계속해서 도 14를 참조하면, 시스템 인터페이스 모듈(1405)로부터의 PQ 인코딩된 디지털 데이터는 디스플레이(1410)의 타이밍 제어기(TCON) 처리 유닛(1415)에 제공된다. TCON 처리 유닛(1415)은 차례로 시스템 인터페이스 모듈로부터 수신된 정보를 패널(1250)(예를 들어, 도 12에 도시된 패널과 유사)에 포맷팅하고 분배하며, 패널은 전기 신호를 패널(1250)의 전면에서의 관찰을 위한 광학 신호로 변환한다. 도 14의 예시적인 디스플레이(1410)의 경우에, 패널(1250)의 전기-광학 요소(예를 들어, 픽셀, 서브 픽셀)는 도 12와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이 패널의 연관된 열과 행을 통해 어드레싱된다. 본 기술 분야의 숙련자는 다른 전기-광학 요소 어드레싱 체계가 또한 가능하고 패널(1250)에서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 14에 도시된 본 개시내용에 따른 디스플레이(1410)의 패널(1250)의 개별 전기-광학 요소의 어드레싱 및 활성화에 대한 설명은 도 12의 패널(1250)에 대해 위에서 제공되었다.
도 14에 도시된 본 개시내용에 따른 예시적인 디스플레이(1410)는 패널(1250)의 휘도 재현 불일치를 보상할 수 있는 PQ 기준 보상 모듈(1420)을 더 포함한다. 도 12의 모듈(1220)과 관련하여 설명된 바와 같이, 수천 개의 그러한 요소 및 관련 배선을 포함할 수 있는 패널 레이아웃 및 패널 제조 변동성과 함께, 디스플레이(1410)의 패널(1250)의 전기 광학 요소에 사용된 기술의 차이는 전역적으로(예를 들어, 전체 패널) 및 지역적으로(예를 들어, 패널의 연속 블록) 패널의 광 출력에서 불일치, 그리고, 따라서 코드 워드의 부정확한 지각적인 해석을 야기할 수 있다. 이러한 불일치는 더 양호한 패널 전면 정확도를 위해 미리 결정된 보정 전압을 통해 패널(1250)의 개별 전기-광학 요소에 제공된 유효 아날로그 전압을 변경할 수 있는 PQ 기준 보상 모듈(1220)을 통해 보상될 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 구성에서, 열 드라이버(1230)로부터의 아날로그 전압 CDj와 결합된 이러한 보정 전압은 도 14에 도시된 전기-광학 요소(Pk,j)에 유효 아날로그 제어 전압을 제공하여 PQ 인코딩된 코드 워드에 따라 정확한 지각 프론트 스크린 성능을 생성한다. 도 12에 도시된 종래 기술의 구성의 경우에서와 같이, 미리 결정된 보정 계수는 패널/디스플레이의 제조 테스트 단계 동안 도출될 수 있고, 디스플레이(1410)의 동작 동안 사용을 위한 룩업 테이블에 저장될 수 있다. 또한, 일부 구성들에 따르면, 보정 계수는 이미지 프레임 콘텐츠(동적, 예를 들어, 프레임의 평균 휘도) 및/또는 패널(1250)의 상이한 영역들에 기초할 수 있다. 보정 계수는 디지털 보정, 아날로그 전압/전류 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다. 일반적으로, PQ 기준 보상 모듈(PQ 기준 보상 유닛)은 기준 EOTF(지각 곡선 EOTF)에 기초한 보상 데이터를 제공한다고 말할 수 있다. 즉, 보상 데이터는 정확한 지각 전면 스크린 성능을 보장하기 위해 기준 EOTF에 적어도 부분적으로 기초하여 생성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 패널(1250)은 상이한 전기-광학 요소(예를 들어, 픽셀, 서브 픽셀)를 포함하는 많은 가능한 기술 중 하나에 기초할 수 있다. 다양한 기술이 패널의 시스템 설계에 영향을 줄 수 있고, 따라서 도 15a 및 도 15b에 도시된 구성 같이 도 14에 도시된 예시적인 구성과는 다른 구성을 제공할 수 있다.
도 15a는 기준 EOTF에 따라(예를 들어, 표 3에 따라 또는 위에 설명된 Cotton에 따라) 지각 공간 코드에서 동작하고, 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 디스플레이(1510A)를 포함하는 예시적인 디지털 이미지 처리 구성(1500A)의 본 개시내용에 따른 단순화된 블록도를 나타낸다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 디스플레이(1510A)의 패널(1550)은 패널의 각 픽셀(예를 들어, 픽셀 Pk,l 및 Pn.m)을 직접 구동할 수 있는 픽셀 어드레스 및 드라이버 모듈(1530)에 의해 구동된다. 도 15a에 도시된 본 개시내용에 따른 구성에서, PQ 기준 보상 모듈(1420)은 픽셀 어드레스 및 드라이버 모듈(1530)에 보정 계수를 제공하여 패널(1250)의 휘도 재현 불일치를 보상한다. 이러한 보정은 디지털 값 보정, 아날로그 전압/전류 또는 이들의 조합의 형태일 수 있다.
도 15b는 기준 EOTF에 따라(예를 들어 표 3에 따라 또는 전술한 Cotton에 따라) 지각 공간 코드에서 동작하고, 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 디스플레이(1510B)를 포함하는 또 다른 예시적인 디지털 이미지 처리 구성(1500B)의 본 개시내용에 따른 단순화된 블록도를 나타낸다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 디스플레이(1510B)의 패널(1550)은 패널의 각 픽셀(예를 들어, 픽셀 Pk,l 및 Pn.m)을 직접 구동할 수 있는 픽셀 어드레스 및 드라이버 모듈(1530)에 의해 구동된다. 도 15b에 도시된 본 개시내용에 따른 구성에서, PQ 기준 보상 모듈의 기능성 및 TCON 처리 유닛의 기능성은 단일 처리 유닛인 TCON & PQ 기준 유닛(1555)으로 결합되며, 이는 이에 의해 미리 보상된 구동 신호를 픽셀 어드레스 및 드라이버 모듈(1530)에 제공할 수 있다.
도 14, 도 15a 및 도 15b는 기준 EOTF에 따른 지각 공간 코드에서 동작하며(예를 들어, 표 3에 설명된 것 같이 상술한 바와 같은 더 높은 성능의 지각 양자화), 따라서, 관련 기준 EOTF에 의해 표현되는 바와 같은 대응하는 광을 재현하도록 PQ 인코딩된 디지털 코드 워드를 처리하는 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 상이한 예시적인 디스플레이 구성을 도시한다. 이러한 모든 실시예는 도 14 및 도 15a에 도시된 별도의 기능 블록(하드웨어, 회로, 칩)을 통해 또는 도 15b에 도시된 바와 같은 결합된 기능 블록을 통해 도 14의 TCON(1515) 및 PQ 기준(1420)의 기능성을 제공한다. 또한, 이러한 실시예는 상이한 기술에 기초할 수 있는 다양한 패널에 대한 구동 기능성을 포함한다. 본 기술 분야의 숙련자는 그러한 상이한 기술이 직접적으로(예를 들어, OLED, Pixtronics MEM) 또는 원하는 PQ 인코딩된 코드 워드 값에 따른 2차 광 변조(예를 들어, 백라이트 LCD 패널)를 통해 패널 전면에 광 에너지를 생성하기 위해 픽셀 및/또는 서브 픽셀 기능성을 제공하는 전기 광학 요소를 포함할 수 있음을 이해할 것이다. PQ 인코딩된 코드 워드의 값에 따른 광 에너지(휘도 레벨)의 생성을 위한 그러한 요소의 활성화는 아날로그 전압 레벨, 아날로그 전류 레벨, 펄스 폭 변조 신호 또는 전기 광학 요소에 사용되는 기초 기술에 의해 지정되는 다른 유형의 신호를 필요로할 수 있다. 하나의 예시적인 경우에, 전기 광학 요소에 대한 요구된 활성화(구동) 신호에 대한 PQ 인코딩된 디지털 코드 워드의 값의 변환은 도 14에 도시된 열 드라이버(1235) 및 행 드라이버(1230)의 기능성들의 조합에 의해 또는 다른 예시적인 경우에, 도 15a 및 도 15b에 도시된 드라이버(1530)의 기능성에 의해 제공될 수 있다.
도 12 및 도 13에 도시된 종래 기술의 구성과는 대조적으로, 도 14, 도 15a 및 도 15b에 도시된 본 개시내용에 따른 예시적인 디스플레이 구성은 PQ 인코딩된 코드 워드로부터 감마 인코딩된 코드 워드로의 변환 단계를 제거한다. 달리 말하면, PQ 인코딩된 코드 워드는 패널에 대한 아날로그 구동 전압(구동 신호)으로 직접 변환되고, 디스플레이(1410)는 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 고유하게 지원한다고 말할 수 있다. 여기서, '직접 변환'이라는 표현은 PQ 인코딩된 코드 워드를 감마 인코딩된 코드 워드로 변환하는 개입 단계가 없는 직접 디지털-아날로그 변환을 나타내는 것으로 이해된다. 결과적으로, 기초 패널 기술(예를 들어, LED, OLED)에 대한 아날로그 구동 신호(구동 전압)는 도 15a 및 도 15b의 입력 PQ 인코딩된 코드 워드에 대해 직접 맞추어진다고 할 수 있다. 이 경우, PQ 인코딩된 코드 워드로부터 아날로그 구동 전압(구동 신호)으로의 디지털-아날로그 변환은 비선형일 수 있다. 예를 들어, 디지털-아날로그-변환은 지각 곡선 EOTF에 기초(예를 들어, 그를 사용)할 수 있다. 즉, 디지털-아날로그 변환은 지각 곡선 EOTF에 따라 수행될 수 있다. PQ 인코딩된 코드 워드로부터 감마 인코딩된 코드 워드로의 변환 단계를 생략함으로써, 화질을 저하시키고 이미지 데이터의 PQ 인코딩을 비효율적으로 만드는 변환의 부정확성이 회피될 수 있다.
또한, 도 14, 도 15a 및 도 15b에 도시된 본 개시내용에 따른 디스플레이는 하나보다 많은 기준 EOTF에 따른 PQ 인코딩된 코드 워드의 네이티브 처리를 지원할 수 있다. 본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 시스템 인터페이스 모듈(1405)은 TCON 처리 유닛(1415, 1515, 1555)에 기준 EOTF 식별 플래그를 (예를 들어, 제어 데이터의 일부로서) 제공할 수 있고, TCON 처리 유닛은 차례로 수신된 식별 플래그에 따라 디스플레이(1410, 1510A, 1510B)의 동작을 구성할 수 있다. 이는 TCON 처리 유닛의 일부이거나 그와 별개일 수 있는 구성 제어기를 통한 식별 플래그 값에 따른 대응하는 PQ 기준 보상의 선택을 포함할 수 있다.
도 16a 내지 도 16c는 도 14 내지 도 15b에 도시된 예시적인 디스플레이와 같은, 본 개시내용에 따른 디스플레이(위에 설명 됨)의 내장된 기능성을 통해 수행되는 디지털 PQ 인코딩된 코드 워드의 예시적인 신호 처리를 나타내는 흐름도(1600A-1600C)이다. 본 기술 분야의 숙련자라면, 연관된 EOTF 지각 곡선 마다의 정확한 패널 전면 지각 연출을 위한 PQ 인코딩된 코드 워드의 처리시 유사한 디스플레이 기능성을 제공하기 위해 이러한 흐름도의 변형이 사용될 수 있으므로, 이러한 흐름도가 본 발명자가 발명한 것으로 간주하는 것에 대해 본질적으로 제한하지 않는 예시적인 것임을 이해할 것이다.
도 16a에 도시된 본 개시내용의 예시적인 실시예에 따른 흐름도(1600A)를 계속 참조하면, PQ 코드 워드 처리는 단계 160A에서의 디지털 PQ 인코딩된 코드 워드의 수신, 후속하는 단계 165A에서의 코드 워드의 디지털 도메인에서의 PQ 기준 보상, 후속하는 단계 170A에서의 PQ 기준 보상된 디지털 코드 워드의 디바이스 특정 신호로의 (직접적, 그리고, 가능하게는 비선형적) 변환 및 단계 175A에서의 디바이스 특정 신호를 통한 디바이스(패널의 전기 광학 요소)의 활성화를 포함하고, 디바이스 특정 신호는 전술한 바와 같이 예를 들어 아날로그 신호(전압, 전류), 디지털 신호, 펄스 폭 변조 신호, 또는 패널의 물리적 디바이스(전기 광학 요소)에 필요한 다른 것 중 하나 또는 이들의 조합일 수 있다.
도 16b의 흐름도(1600B)로 나타낸 본 개시내용의 또 다른 예시적인 실시예에 따른 처리는, 먼저 단계 160B에서 디지털 PQ 인코딩된 코드 워드를 수신하고, 단계 165B에서의 수신된 디지털 PQ 코드 워드의 디바이스 특정 신호로의 (직접적 및 가능하게는 비선형적) 변환이 뒤따르고, 단계 170B에서의 대응하는 코드 워드 표현의 디바이스 특정 신호 도메인에서의 PQ 기준 보상 및 단계 175B에서의 PQ 기준 보상 디바이스 특정 신호를 통한 디바이스(패널의 전기 광학 요소)의 활성화가 뒤이어지며, PQ 기준 보상 디바이스 특정 신호는 예를 들어, 아날로그 신호(전압, 전류), 디지털 신호, 펄스 폭 변조 신호 또는 패널의 물리적 디바이스에 요구되는 다른 것 중 하나 또는 조합일 수 있다.
흐름도(1600C)는 상술한 본 발명의 발명된 디스플레이를 통해 PQ 인코딩된 코드 워드를 처리하기 위한 본 개시내용에 따른 또 다른 실시예를 나타내며, 이는 디지털 PQ 인코딩된 코드 워드를 수신하는 단계(160C), 수신된 디지털 PQ 코드 워드를 디바이스 특정 신호로 (직접적 및 가능하게는 비선형적) 변환하는 단계(165C), PQ 기준 보상 신호로 패널의 물리적 디바이스를 바이어싱하는 단계(170C) 및 단계 165C로부터의 디바이스 특정 신호들을 통해 PQ 기준 바이어싱된 물리적 디바이스들을 활성화시키는 단계(175C)를 포함한다.
상술한 흐름도(1600A-1600C)에 의해 대표되는 예시적인 처리는 패널의 하나의 개별 물리적 요소의 광 출력을 나타내는(이미지 프레임의) 단일 PQ 인코딩된 코드 워드에 기초하여 수행될 수 있거나, 또는 패널의 복수의 대응하는 물리적 요소의 광 출력을 나타내는 (동일한 이미지 프레임의) 복수의 PQ 인코딩된 코드 워드에 기초하여 수행될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 이러한 직렬 또는 병렬 처리는 패널 특정 물리적 요소의 물리적 및 전기적 인터페이스 요건을 포함하여, 본 개시내용에 따른 디스플레이의 설계 요건에 기초할 수 있다. 또한, 하나보다 많은 지각 곡선 EOTF에 따라 PQ 인코딩된 코드 워드를 지원하기 위해 타겟 디스플레이가 구성 가능한 네이티브 동작 모드를 포함하는 경우, 단계(160A, 160B, 160C)에는 연관된 PQ 기준 보상의 선택을 추가로 포함할 수 있는 대응하는 EOTF에 따라 동작을 구성하는 단계가 선행하거나 바로 뒤이어질 수 있다. 본 개시내용의 일 실시예에 따르면, 연관된 PQ 기준 보상은 연관된 룩업 테이블에 저장될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시내용의 일부 실시예에 따르면, 도 14 내지 도 15b의 패널(1250, 1550)은 예를 들어 LED 기반 백라이팅을 사용하는 이중 변조 LCD 패널일 수 있다. 일부 구성에서, 백라이트 LED 어레이의 광 필드 시뮬레이션 및 LCD 패널에 의한 광 출력을 변조하는 데 사용된 PQ 인코딩된 코드 워드의 대응하는 보상을 통해 정확한 패널 전면 지각 연출에 대한 광 최적화가 제공될 수 있다. 이중 변조 LCD 패널 및 광 필드 시뮬레이션 기반 보상 방법에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어, 발명의 명칭이 "Methods and Apparatus for Backlighting Dual Modulation Display Devices"인 국제 공보 WO 2013/056117 A1호, 발명의 명칭이"Techniques for Dual Modulation Display with Light Conversion"인 미국 특허 출원 14/370,115, 발명의 명칭이 "Locally Dimmed Display"인 미국 특허 8,277,056, 발명의 명칭이 "Edge Lit Locally Dimmed Display"인 미국 특허 8,172,401, 및 발명의 명칭이 "Quantum Dot/Remote Phosphor Display System Improvements"인 미국 특허 출원 14/030,896에서 찾을 수 있으며, 이들 모두는 전체가 본원에 참고로 포함된다.
도 17a는 감마 공간상에서 동작하는 이중 변조 LCD 디스플레이(1710A)의 간략화된 블록도를 나타낸다. 이러한 디스플레이는 패널의 전면에 원하는 광 출력을 생성하기 위해 LCD 서브 픽셀에 의해 후속적으로 변조되는 광원을 생성하기 위해 LED 기반 백라이트를 사용하는 이중 변조 백라이트 패널(1750)을 포함한다. 본 기술 분야의 숙련자는 LCD 디스플레이(1710A)에서 전술한 도 12의 디스플레이(1210)와 유사한 기능 블록을 인지할 것이다. 감마 기반 디스플레이(1710A)는 유입 이미지 코드 워드에 따라 LED 백라이트를 제어하는 기능 블록(1760), 개별 LED 요소를 구동하는 기능 블록(1710), 및 패널의 LCD 요소에 대한 드라이브를 추가로 보상하는 데 사용되는 LED 요소에 대한 드라이브를 기반으로 광 필드 시뮬레이션을 수행하는 기능 블록(1765)을 추가로 포함한다. 따라서, 도 17a에 도시된 예시적인 구성에서, 2개의 별도 보상이 수행되며; 하나는 감마 기준(1220)을 기반으로 하고 하나는 광 필드 시뮬레이션(1765)을 기반으로 한다. 전술한 바와 같이, 이러한 구성에 대한 추가 설명은 전체 내용이 본원에 참고로 인용된 참고 문헌에서 발견될 수 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 광 필드 시뮬레이션과 관련된 계산이 고강도일 수 있고, 따라서 여분의 전력을 소비할 수 있고 추가된 자원을 요구할 수 있다는 것을 알 것이다.
도 17b는 기준 EOTF에 따른 지각 공간 코드에서 동작하며(예를 들어, 표 3 또는 Cotton 참고 문헌에 설명된 것 같이 상술한 바와 같은 더 높은 성능의 지각 양자화), 따라서, 관련 기준 EOTF에 의해 표현되는 대응하는 광을 재현하도록 PQ 인코딩된 디지털 코드 워드를 처리하는 본 개시내용에 따른 이중 변조 LCD 디스플레이(1710B)의 간략화된 블록도를 나타낸다. 본 기술 분야의 숙련자는 백라이트를 보상하기 위해 광 필드 시뮬레이션(도 17a의 블록 1765)을 포함하지 않는 디스플레이(1710A)와 비교하여 디스플레이(1710B)의 단순화된 블록도를 이해할 것이다. 본 발명의 디스플레이(1710B)에서, 백라이트 보상은 기능 블록 1720에서 PQ 기준 보상과 함께 그리고 광 필드 시뮬레이션을 요구하지 않고 수행된다. 이러한 보상은 디스플레이(1710B)의 제조에 포함된 테스트 및 교정 단계를 기반으로 할 수도 있다. 본 기술 분야의 숙련자는 도 14 내지 도 15b 및 관련 설명에 제공된 변형예에 기초하여 디스플레이(1710B)에 대한 다른 블록 구성이 실현될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
전술한 명세서에서, 본 발명의 실시예들은 구현에 따라 다양할 수 있는 수많은 특정 세부사항을 참조하여 설명되었다. 따라서, 발명이 무엇인지 및 본 출원인이 발명으로 의도하는 바를 유일하고 전적으로 나타내고 있는 것은 청구범위 세트이며, 이는 임의의 후속 보정을 포함하여 이런 청구범위가 제기하고 있는 특정 형태로 본 출원으로부터 제기된다. 그러한 청구범위에 포함된 용어에 대해 본원에 명시적으로 정의된 임의의 정의는 청구범위에서 사용된 용어의 의미를 지배한다. 따라서 청구항에 명시적으로 언급되지 않은 제한, 요소, 특성, 장점 또는 속성은 어떠한 방식으로든 이런 청구범위의 범위를 제한하지 않아야 한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
본 발명의 다양한 양태는 다음의 번호가 매겨진 예시적인 실시예(NEE)로부터 인식될 수 있다.
NEE 1. 이미징 디바이스로서,
적어도 하나의 지각 곡선 전기-광학 전달 함수(EOTF)에 기초하여(예를 들어, 각각의 지각 곡선 EOTF에 기초하여) 지각 양자화된(PQ) 인코딩된 이미지 데이터를 수신하도록 구성된 데이터 수신기;
(예를 들어, 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF에 기초하거나 또는 각각의 지각 곡선 EOTF에 기초하여) 패널 특정 보상 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 PQ 기준 보상 유닛;
복수의 전기 광학 요소 각각에 제공된 구동 신호에 기초하여 광 에너지를 생성하도록 구성된 복수의 전기 광학 요소를 포함하는 디스플레이 패널; 및
인코딩된 이미지 데이터 및 보상 데이터에 기초하여 구동 신호를 생성하도록 구성된(예를 들어, 인코딩된 이미지 데이터 및 보상 데이터를 구동 신호로 변환 및 결합하도록 구성된) 데이터 컨버터를 포함하고;
구동 신호에 의해 구동될 때 디스플레이 패널에 의해 생성된 광 에너지는 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 정확하게 표현하는(예를 들어, 정확하게 재현 또는 렌더링하는) 이미징 디바이스.
여기에서, 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF의 임의의 2개의 별개의 디지털 코드 워드는 시각적인 지각의 차이로 재현될 수 있는(예를 들어, 시각적 지각이 상이하거나 시각적으로 구별 가능한) 별개의 휘도 값들을 나타낼 수 있다. 데이터 컨버터는 인코딩된 이미지 데이터를 변환하고 변환된 인코딩된 이미지 데이터와 보상 데이터를 결합하거나, 인코딩된 이미지 데이터와 보상 데이터를 결합하고 결합된 데이터를 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구동 신호의 생성은 인코딩된 이미지 데이터로부터 구동 신호로의 직접 디지털-아날로그 변환(예를 들어, 보상 데이터와 결합하기 전의 인코딩된 이미지 데이터의 직접 디지털-아날로그 변환, 또는 보상 데이터와 결합된 인코딩된 이미지 데이터의 직접 디지털-아날로그 변환)을 포함할 수 있다. 인코딩된 이미지 데이터의 구동 신호로의 디지털-아날로그 변환(예를 들어, 단독으로 또는 보상 데이터와의 결합 이후)은 비선형적일 수 있다. 디지털-아날로그 변환은 지각 곡선 EOTF에 기초(예를 들어, 그를 사용)할 수 있다. 보상 데이터는 디스플레이 패널의 휘도 재현 불일치를 보상하기 위해 제공될 수 있다.
NEE 2. NEE1의 이미징 디바이스로서, 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF가 적어도 2개의 지각 곡선 EOTF를 포함하며, 이미징 디바이스는,
적어도 2개의 지각 곡선 EOTF의 지각 곡선 EOTF에 대응하여 식별 플래그를 수신하고, 식별 플래그에 따라 이미징 디바이스의 동작을 구성하도록 구성된 구성 제어기를 포함하는 이미징 디바이스.
NEE 3. NEE 2의 이미징 디바이스로서, 구성 제어기는 식별 플래그에 따라 적어도 하나의 PQ 기준 보상 유닛의 관련 PQ 기준 보상 유닛을 선택하도록 적응되는 이미징 디바이스. 즉, 구성 제어기에 의해 이미징 디바이스의 동작을 구성하는 것은 관련된 기준 보상 유닛을 선택하는 것을 포함한다.
NEE 4. NEE 2의 이미징 디바이스로서, 관련 PQ 기준 보상 유닛이 PQ 기준 보상 데이터를 포함하는 하나 이상의 룩업 테이블을 포함하는 이미징 디바이스.
NEE 5. NEE 3의 이미징 디바이스로서, PQ 기준 보상 데이터는 이미징 디바이스의 교정 단계 중에 생성되는 이미징 디바이스.
NEE 6. NEE1의 이미징 디바이스로서, 디스플레이 패널은 백라이트를 포함하는 이중 변조 패널인 이미징 디바이스.
NEE 7. NEE 6의 이미징 디바이스로서, 전기-광학 요소들은 액정 디스플레이(LCD) 요소들을 포함하고, 백라이트는 발광 다이오드(LED)를 통해 생성되는 이미징 디바이스.
NEE 8. NEE 1의 이미징 디바이스로서, 디스플레이 패널은 다이렉트 뷰 패널인 이미징 디바이스.
NEE 9. NEE8의 이미징 디바이스로서, 전기 광학 요소는 a) 유기 발광 다이오드(OLED), 및 b) Pixtronics 마이크로 전자 기계(MEM) 요소 중 하나를 포함하는 이미징 디바이스.
NEE 10. NEE 1의 이미징 디바이스로서, 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF는 명세서의 표 3의 지각 곡선 EOTF를 포함하는 이미징 디바이스.
NEE 11. NEE 10의 이미징 디바이스로서, PQ 인코딩된 이미지 데이터는 10 비트의 비트 깊이에 기초하는 이미징 디바이스.
NEE 12. NEE 11의 이미징 디바이스로서, 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF에 기초하여 기준 레벨들과 PQ 인코딩된 코드 워드의 값들 사이의 매핑을 결정하는 대응하는 기준 데이터 변환 함수가 명세서의 표 4에 의해 제공되는 이미징 디바이스.
NEE 13. 이미징 디바이스의 디스플레이 패널 전면에 광을 생성하는 방법으로서,
지각 곡선 전자-광학 전달 함수(EOTF)에 기초하여 지각 양자화된(PQ) 인코딩된 이미지 데이터를 수신하는 단계;
상기 수신 단계에 기초하여, PQ 인코딩된 이미지 데이터를 보상하는 단계;
상기 보상 단계에 기초하여, 이미징 디바이스의 전기 광학 요소들을 구동하는 단계; 및
상기 구동에 기초하여, 지각 곡선 EOTF에 대응하여 디스플레이 패널의 전면에 정확한 광을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
즉, 이 방법은,
지각 곡선 EOTF에 기초한 패널 특정 보상 데이터를 제공하여, 디스플레이 패널의 휘도 재현 불일치를 보상하는 단계; 및
인코딩된 이미지 데이터 및 보상 데이터에 기초하여 디스플레이 패널의 복수의 전기 광학 요소에 대한 구동 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
패널 특정 보상 데이터는 구동 신호에 의해 구동될 때 디스플레이 패널의 전기-광학 요소에 의해 생성된 광 에너지가 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 정확하게 나타내도록 제공될 수 있다.
NEE 14. NEE 13에 따른 방법으로서, 수신 단계는,
적어도 2개의 지각 곡선 EOTF에 기초하여 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 수신하는 단계;
상기 수신에 기초하여, 적어도 2개의 지각 곡선 EOTF 중 하나를 결정하는 단계; 및
상기 결정에 기초하여, 보상 단계를 수행하는 단계를 포함하는 방법.
NEE 15. 지각 곡선 EOTF가 명세서의 표 3의 지각 곡선 EOTF를 포함하는 NEE 13의 방법.
NEE 16. NEE 13의 방법으로서, 상기 보상 단계는,
메모리 디바이스에 액세스하는 단계;
상기 액세스에 기초하여, PQ 기준 보상 데이터를 판독하는 단계, 및
상기 판독에 기초하여, PQ 인코딩된 이미지 데이터를 보상하는 단계를 포함하는 방법.
NEE 17. NEE 16의 방법으로서, PQ 기준 보상 데이터는 이미징 디바이스의 교정 단계 중에 생성되는 방법.
NEE 18. NEE 13의 방법으로서, 디스플레이 패널은 백라이트를 포함하는 이중 변조 패널인 방법.
NEE 19. NEE 18의 방법으로서, 전기-광학 요소들은 액정 디스플레이(LCD) 요소들을 포함하고, 백라이트는 발광 다이오드(LED)를 통해 생성되는 방법.
NEE 20. NEE 13의 방법으로서, 디스플레이 패널은 다이렉트 뷰 패널인 방법.
NEE 21. NEE 20의 이미징 디바이스로서, 전기 광학 요소는 a) 유기 발광 다이오드(OLED), 및 b) Pixtronics 마이크로 전자 기계(MEM) 요소 중 하나를 포함하는 이미징 디바이스.
NEE 22. NEE 13의 이미징 디바이스로서, 지각 곡선 EOTF는 명세서의 표 3의 지각 곡선 EOTF를 포함하는 이미징 디바이스.
NEE 23. NEE 13의 이미징 디바이스로서, PQ 인코딩된 이미지 데이터는 10 비트의 비트 깊이에 기초하는 이미징 디바이스.
NEE 24. NEE 13의 이미징 디바이스로서, 구동 단계는 a) 디지털-아날로그 변환, b) 아날로그-디지털 변환, 및 c) 펄스 폭 변조 중 하나 이상을 포함하는 이미징 디바이스.
Claims (19)
- 이미징 디바이스로서,
적어도 하나의 지각 곡선 전자광학 전달 함수(EOTF)에 기초하여 지각 양자화된(PQ) 인코딩된 이미지 데이터를 수신하도록 구성된 데이터 수신기 - 상기 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF의 임의의 2개의 별개의 디지털 코드 워드는 시각적 지각의 차이로 재현될 수 있는 별개의 휘도 값들을 나타냄 -;
복수의 전기 광학 요소를 포함하는 디스플레이 패널 - 상기 복수의 전기 광학 요소는 상기 복수의 전기 광학 요소 각각에 제공된 각각의 구동 신호에 기초하여 광 에너지를 생성하도록 각각 구성됨 -;
상기 디스플레이 패널의 휘도 재현 불일치들을 보상하기 위해, 패널 특정 보상 데이터를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 PQ 기준 보상 유닛; 및
상기 인코딩된 이미지 데이터 및 상기 보상 데이터에 기초하여 상기 구동 신호들을 생성하도록 구성된 데이터 컨버터 - 상기 구동 신호의 생성은 상기 인코딩된 이미지 데이터로부터 상기 구동 신호들로의 직접 디지털-아날로그 변환을 포함함 -
를 포함하고,
상기 구동 신호들은 상기 구동 신호들에 의해 구동될 때 상기 디스플레이 패널의 상기 전기 광학 요소들에 의해 생성된 광 에너지들이 상기 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 정확하게 표현하도록 구성되는, 이미징 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 데이터 컨버터는 상기 인코딩된 이미지 데이터와 상기 보상 데이터를 변환하고 결합하여 상기 구동 신호들을 생성하도록 구성된, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 구동 신호들의 생성은 상기 인코딩된 이미지 데이터와 상기 보상 데이터의 결합 및 결과적인 결합된 데이터의 후속 직접 디지털-아날로그 변환을 포함하거나, 또는, 상기 인코딩된 이미지 데이터의 직접 디지털-아날로그 변환 및 변환된 인코딩된 이미지 데이터와 상기 보상 데이터의 후속 결합을 포함하는, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 직접 디지털-아날로그 변환은 비선형적인, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 PQ 기준 보상 유닛은 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF에 기초하여 패널 특정 보상 데이터를 제공하도록 구성되는, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF는 적어도 2개의 지각 곡선 EOTF를 포함하고,
상기 이미징 디바이스는, 상기 적어도 2개의 지각 곡선 EOTF 중 일 지각 곡선 EOTF에 대응하는 식별 플래그를 수신하고, 상기 식별 플래그에 따라 상기 이미징 디바이스의 동작을 구성하도록 구성된 구성 제어기를 추가로 포함하는, 이미징 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 구성 제어기는 상기 식별 플래그에 따라 상기 이미징 디바이스의 동작을 구성할 때, 상기 보상 데이터를 제공하기 위한 상기 식별 플래그에 따라 상기 적어도 하나의 PQ 기준 보상 유닛의 연관된 PQ 기준 보상 유닛을 선택하도록 적응되고, 상기 보상 데이터는 상기 식별 플래그에 대응하는 상기 지각 곡선 EOTF에 기초하는, 이미징 디바이스. - 제7항에 있어서,
상기 연관된 PQ 기준 보상 유닛은 PQ 기준 보상 데이터를 포함하는 하나 이상의 룩업 테이블들을 포함하고, 상기 연관된 PQ 기준 보상 유닛에 의해 제공된 상기 보상 데이터는 상기 하나 이상의 룩업 테이블로부터 판독되는, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 PQ 기준 보상 유닛은 상기 이미징 디바이스의 교정 단계 동안 생성된 PQ 기준 보상 데이터를 저장하는, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은 백라이트를 포함하는 이중 변조 패널인, 이미징 디바이스. - 제10항에 있어서,
상기 전기-광학 요소들은 액정 디스플레이(LCD) 요소들을 포함하고, 상기 백라이트는 발광 다이오드(LED)들을 통해 생성되는, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은 다이렉트 뷰 패널인, 이미징 디바이스. - 제12항에 있어서,
상기 전기-광학 요소들은 a) 유기 발광 다이오드(OLED)들, 및 b) Pixtronics 마이크로 전자 기계(MEM) 요소들 중 하나를 포함하는, 이미징 디바이스. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF는 아래의 표에 기재된 바와 같은
지각 곡선 EOTF를 포함하는, 이미징 디바이스. - 제14항에 있어서,
상기 PQ 인코딩된 이미지 데이터는 10 비트의 비트 깊이에 기초하는, 이미징 디바이스. - 제15항에 있어서,
상기 적어도 하나의 지각 곡선 EOTF에 기초하여 상기 PQ 인코딩된 코드 워드들의 값들과 기준 레벨들 사이의 매핑을 결정하는 대응 기준 데이터 변환 함수는 명세서의 표 4에 제공되는, 이미징 디바이스. - 이미징 디바이스의 디스플레이 패널 전면에 광을 생성하는 방법으로서,
지각 곡선 전자-광학 전달 함수(EOTF)에 기초하여 지각 양자화된(PQ) 인코딩된 이미지 데이터를 수신하는 단계 - 상기 지각 곡선 EOTF의 임의의 2개의 별개의 디지털 코드 워드는 시각적 지각의 차이로 재현될 수 있는 별개의 휘도 값을 나타냄 -;
상기 수신하는 단계에 기초하여, 상기 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 보상하는 단계;
상기 보상하는 단계에 기초하여, 상기 이미징 디바이스의 전기 광학 요소들을 구동하는 단계; 및
상기 구동하는 단계에 기초하여, 상기 지각 곡선 EOTF에 대응하여 상기 디스플레이 패널의 전면에 정확한 광을 생성하는 단계
를 포함하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 수신하는 단계는,
적어도 2개의 지각 곡선 EOTF에 기초하여 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 수신하는 단계;
상기 수신하는 단계에 기초하여, 상기 적어도 2개의 지각 곡선 EOTF 중 하나를 결정하는 단계; 및
상기 결정하는 단계에 기초하여, 상기 보상 단계를 수행하는 단계
를 포함하는 방법. - 제17항 또는 제18항에 있어서,
상기 보상하는 단계는,
메모리 디바이스에 액세스하는 단계;
상기 액세스하는 단계에 기초하여, PQ 기준 보상 데이터를 판독하는 단계, 및
상기 판독하는 단계에 기초하여, 상기 PQ 인코딩된 이미지 데이터를 보상하는 단계
를 포함하는 방법.
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