KR102279495B1 - 디스플레이장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

디스플레이장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널에 표시될 영상신호를 수신하는 신호 입력부; 상기 신호 입력부로 수신된 신호에 대해서 영상신호를 분리하는 신호처리부; 및 상기 영상신호의 프레임들 간의 모션 변화량을 나타내는 모션 벡터(Motion Vector)에 기초하여 현재 프레임과 이전 프레임 사이에 삽입될 인서트 프레임을 생성하는 프레임 보상부를 포함한다. 여기서, 상기 프레임 보상부는, 상기 영상신호의 프레임과 상기 MV에 기초하여 상기 인서트 프레임을 생성하는 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드를 수행하거나, 상기 MV로부터 선택된 글로벌 모션 벡터(Global Motion Vector, GLMV)에 기초하여 스케일러 값을 설정하고 상기 스케일러 값에 따라 상기 MV를 스케일링하여 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 폴백 모드를 수행한다.

Description

디스플레이장치 및 그 제어 방법{DISPLAY APPARATUS AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
액정표시장치의 액정셀들은 화소전극에 공급되는 데이터전압과 공통전극에 공급되는 공통전압의 전위차에 따라 투과율을 변화시킴으로써 화상을 표시한다. 액정표시장치는 하나의 이미지가 전체 프레임 주기 동안에 같은 RGB 휘도를 유지하며 디스플레이 되는 샘플 및 홀드 특성을 갖는다. 이러한 특성으로 인해, 액정표시장치를 통한 동영상 표시 시, 잔상(Image Sticking), 의사윤곽(False Contour) 또는 영상 흐려짐 현상(모션 블러, Motion Blur)(이하, 간단히 '잔상'이라 함)이 발생할 수 있다.
디스플레이장치의 잔상을 감소시키기 위한 방법으로는 모션 추정/보상법(Motion Estimation and Motion Compensation, MEMC)이 널리 이용되고 있다. MEMC는 2개의 원 프레임 사이에 모션 추정(Motion Estimation) 및 모션 보상(Motion Compensation)에 따라 삽입될 인서트(insert) 프레임을 생성하여 삽입한다. 삽입된 인서트 프레임만큼 시간당 표시되는 프레임 수가 증가하므로 프레임 레이트(frame rate)가 증가되므로 잔상을 감소시킬 수 있다.
그런데, 인서트 프레임을 생성하여 삽입하더라도 저더(judder)가 발생할 수 있기 때문에, 화질 개선을 위한 연구가 계속되고 있다.
본 발명은 영상 표시 시 사용자가 저더(judder)를 느끼지 않도록 하는 디스플레이장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명은 디스플레이장치는, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널에 표시될 영상신호를 수신하는 신호 입력부; 상기 신호 입력부로 수신된 신호에 대해서 영상신호를 분리하는 신호처리부; 및 상기 영상신호의 프레임들 간의 모션 변화량을 나타내는 모션 벡터(Motion Vector)에 기초하여 현재 프레임과 이전 프레임 사이에 삽입될 인서트 프레임을 생성하는 프레임 보상부를 포함한다. 여기서, 상기 프레임 보상부는, 상기 영상신호의 프레임과 상기 MV에 기초하여 상기 인서트 프레임을 생성하는 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드를 수행하거나, 상기 MV로부터 선택된 글로벌 모션 벡터(Global Motion Vector, GLMV)에 기초하여 스케일러 값을 설정하고 상기 스케일러 값에 따라 상기 MV를 스케일링하여 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 폴백 모드를 수행한다.
상기 프레임 보상부는, 상기 현재 프레임과 상기 이전 프레임을 이용하여 상기 MV를 결정하는 움직임 추정부; 상기 이전 프레임, 상기 현재 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 폴백 피처(fallback feature)를 산출하는 폴백 피처 산출부; 및 상기 폴백 피처 산출 값에 따라 상기 MC 모드와 상기 폴백 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 선택부;를 포함할 수 있다.
상기 폴백 피처 추출부는, MV0([t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t-1]-frame으로의 MV), MV1([t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t+1]-frame으로의 MV), MV2([t+1]-frame 원본 영상을 기준으로 [t]-frame으로의 MV)를 다음의 수식에 대입하여 폴백 피처를 산출할 수 있다.
Fallback Feature=c1*TMVC+c2*TMVS+c3*LMVS+c4*TMVC
c1, c2, c3, c4: 가중치.
TMVC(temporal motion vector consistency):MV0과 MV1 차이의 전체 블록 평균값
TMVS(temporal motion vector smoothness):MV1과 MV2 차이의 전체 블록 평균값
LMVS(local motion vector smoothness):MV1과 MV2의 local smoothness 평균값의 전체 블록 평균값
TMVC(temporal motion vector cost):MV1과 MV2의 코스트(cost)의 전체 블록 평균값
상기 모드 선택부는, 상기 폴백 피처 산출 값이 기준값 이상일 경우 상기 폴백 모드를 선택하고 상기 기준값 미만일 경우 상기 MC 모드를 선택할 수 있다.
상기 프레임 보상부는 상기 폴백 모드 시 인서트 프레임을 생성하는 폴백부를 포함하고, 상기 폴백부는, 백그라운드 영역으로 추정되는 영역의 GLMV로 추출하는 글로벌 MV 추출부; 및 상기 GLMV와 MV의 최대값(Max MV)의 차이 및 상기 GLMV와 MV들 간의 차이에 기초하여 0과 1사이의 스케일러 값을 설정하여 폴백 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 스케일러;를 포함할 수 있다.
상기 스케일러는 다음의 수식으로 산출될 수 있다.
Figure 112017077424893-pat00001
s1, s2는 0<s1<1, 0<s2<1를 만족하는 상수
상기 프레임 보상부는, 상기 MC 모드와 상기 폴백 모드 간 전환 시, 기 설정된 프레임 동안 상기 MV를 점차적으로 스케일링하여 모드를 전환할 수 있다.
본 발명의 디스플레이장치의 제어 방법은, 영상신호의 현재 프레임과 이전 프레임 간의 모션 변화량에 기초하여 모션 벡터(Motion Vector)를 결정하는 단계; 상기 이전 프레임, 상기 현재 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 폴백 피처(fallback feature)를 산출하는 단계; 및 상기 폴백 피처 산출 값에 따라, 상기 영상신호의 프레임과 상기 MV에 기초하여 상기 인서트 프레임을 생성하는 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드를 수행하거나, 상기 MV로부터 선택된 글로벌 모션 벡터(Global Motion Vector, GLMV)에 기초하여 스케일러 값을 설정하고 상기 스케일러 값에 따라 상기 MV를 스케일링하여 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 폴백 모드를 수행하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 글로벌 MV(GLMV)를 이용하여 MV 스케일러를 통해 폴백 출력을 결정함으로써, 폴백 시에도 ME(Motion estimation) 결과가 반영되어 출력된다. 이에, 폴백 모드일 경우에도 MEMC의 저더 감소(dejudder) 화질 향상 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 관련 회로를 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 프레임 보상부를 상세히 보여 주는 블록도이다.
도 3은 비교예에 따른 MEMC가 적용된 영상 처리방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MEMC가 적용된 영상 처리방법의 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 움직임 추정을 위한 모션 벡터를 구하는 개념도이다.
도 7 및 도 8은 폴백(Fallback) 특성을 구하는 개념도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 시, MEMC 모드와 폴백(Fallback) 간 전환방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 영상의 특성에 따른 폴백 피처의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11 내지 도 15는 인서트 프레임 삽입 시 저더가 발생하는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 폴백 영상 생성 방법과 비교 예에 따른 폴백 영상 생성 방법 적용 시, 저더 및 잡음 발생을 테스트한 결과 표이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 ' ~ 만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, ' ~ 상에', ' ~ 상부에', ' ~ 하부에', ' ~ 옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용될 수 있으나, 이 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 관련 회로를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 신호입력부(100), 신호처리부(110), 프레임 보상부(120) 및 디스플레이 패널(140)을 포함할 수 있다.
신호입력부(100)는 외부로부터 입력되는 신호를 수신하여 출력한다. 이를 위해, 안테나 또는 케이블 등을 통해 수신되는 방송 신호 중 사용자가 선택한 채널의 신호를 튜닝하기 위한 튜너(tuner) 또는 다양한 외부 소스(source)로부터 신호를 수신하기 위한 AV 단자, S-Video 단자, 컴포넌트(component) 단자 또는 PC 입력을 위한 PC-Signal 단자 등을 포함할 수 있다.
신호처리부(110)는 신호수신부(110)로부터 출력되는 신호를 디멀티플렉싱(demultiplexing)하여 영상 신호와 음성 신호로 분리하고, 상기 분리된 영상 신호를 상기 디스플레이 패널(140)에서 표시 가능한 신호로 디코딩(decoding)하는 등, 상기 수신된 신호에 대래 소정의 처리를 수행할 수 있다.
디스플레이 패널(140)은 신호처리부(110)로부터 출력되는 영상 신호에 따라 영상을 디스플레이하며, 예를 들어 디스플레이 패널(140)은 LCD(Liquid Crystal Display Device) 패널일 수 있다. LCD 패널은 백라이트 유닛으로부터 제공되는 광을 사용하여 화상을 표시할 수 있으며, 이를 위해, LCD 패널은 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 TFT 기판 및 컬러 필터 기판을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 상기한 바와 같은 액정 디스플레이 장치에 한정되지 않으며, 그 밖에 PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
프레임 보상부(120)는 연속하는 현재 프레임(frame)과 이전 프레임 사이에 새로운 인서트(insert) 프레임을 삽입함으로써 프레임 레이트를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 60Hz의 영상 신호, 즉 초당 60개의 프레임들을 포함하는 영상 신호가 수신되는 경우, 프레임 보상부(120)는 연속되는 현재 프레임과 이전 프레임 사이에 하나의 인서트 프레임을 삽입함에 의해 디스플레이 패널(140)에서 표시되는 영상의 프레임 레이트를 120Hz로 증가시킬 수 있다. 또한, 프레임 보상부(120)가 현재 프레임과 이전 프레임 사이에 2 개의 인서트 프레임들을 삽입하는 경우, 디스플레이 패널(140)에서 표시되는 영상의 프레임 레이트는 240Hz로 증가할 수 있다.
본원발명에 따른 프레임 보상부(120)는 모션 추정(Motion Estimation, 이하 ME라 함)을 통해 모션 벡터(motion vector, 이하 MV라 함)를 결정하고, 폴백 피처(fallback feature)를 산출하여, MV의 정확도에 따라 모션 보상(Motion Compensation, 이하 MC라 함) 모드를 수행하거나 폴백(fallback) 모드를 수행한다. 본원발명에 따른 프레임 보상부(120)는 폴백 모드 수행 시 글로벌 모션 벡터(이하, GLMV라 함)를 이용하여 MV 스케일러(scaler)를 통해 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성한다. 따라서 폴백 모드에서도 ME 결과가 반영되어 출력될 수 있다. 여기서, ME 결과의 반영 비중은 GLMV의 값에 따라 영상의 특성이 반영될 수 있다. 이러한 프레임 보상부(120)의 구성을 통해 폴백 모드일 경우에도 ME 결과를 반영할 수 있으므로, 폴백 모드 수행 시에도 MEMC의 저더 감소(dejudder) 효과를 얻을 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 프레임 보상부(120)를 상세히 보여 주는 블록도이다.
프레임 보상부(120)는 연속하는 현재 프레임과 이전 프레임 사이에 새로운 인서트 프레임을 삽입할 수 있다. 이러한 기능을 수행하기 위해, 프레임 보상부(120)는 움직임 추정부(200), 폴백 피처 추출부(210), 모드 선택부(212), 모드 선택부(212)에서 선택된 모드에 따라 인서트 프레임을 생성하는 움직임 보상부(214) 및 폴백부(220)를 포함한다.
움직임 추정부(200)는 ME를 통해 MV를 결정한다. ME는 일반적으로 블록 매칭(block matching) 방법, 3-D recursive search 방법, hierarchical search 방법, MAP 적용 방법 등 다양한 방법이 있다.
폴백 피처 추출부(210)는 현재 프레임과 이전 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 폴백 피처를 산출한다.
모드 선택부(212)는 폴백 피처의 산출값에 따라 MC 모드를 선택하거나 폴백 모드를 선택한다. 구체적으로는, 폴백 피처 값이 기준값 이하일 경우 MC 모드를 선택하고 미만일 경우 폴백 모드를 선택할 수 있다.
움직임 보상부(214)는 MC 모드 선택 시 활성화된다. 움직임 보상부(214)는 움직임 추정부(200)에서 결정된 MV와 원본 영상에 기초하여 인서트 프레임을 생성한다.
폴백부(220)는 폴백 모드 수행 시 활성화된다. 폴백부(220)는 글로벌 모션 벡터(이하, GLMV라 함)를 이용하여 MV 스케일러(scaler)를 통해 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성한다.
이러한 프레임 보상부(120)를 포함하는 본 발명의 디스플레이 장치는 종래기술 대비 저더(judder)를 더 감소시키는 효과를 갖는다.
도 3은 비교예에 따른 MEMC가 적용된 영상 처리방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 종래기술에 따른 디스플레이 장치는 ME를 통해 MV를 결정하고(P110), 폴백 피처를 산출한다(P112). 폴백 피처는 현재 프레임과 이전 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 산출될 수 있다.
폴백 피처 산출 결과에 따라, MC 모드 혹은 폴백 모드를 선택한다(P114). 폴백 피처 산출결과 MC의 정확도가 높은 것으로 판단되면 MC 모드가 선택되고, MC의 정확도가 떨어지는 것으로 판단되면 폴백 모드가 선택된다.
MC 모드에서는 원본 영상과 MV를 이용하여 인서트 프레임을 생성한다(P116).
폴백 모드에서는 원본 영상을 그대로 복사하여 인서트 프레임을 생성한다(P118).
이와 같이, 종래의 영상 처리방법의 경우 폴백 모드에서 단순히 원본 영상을 그대로 사용할 뿐, ME 결과는 전혀 반영되지 않는다. 이에, 본 발명에서는 폴백 모드 시에도 ME 결과를 반영하도록 함으로써 MEMC의 저더 감소 효과를 얻을 수 있도록 한다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 디스플레이 장치의 제어 방법을 더 상세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MEMC가 적용된 영상 처리방법의 흐름도이다. 도 5 내지 도 7은 움직임 추정을 위한 모션 벡터를 구하는 개념도이고, 도 8은 폴백 피처를 구하는 개념도이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 시, MC 모드와 폴백 모드 간 전환방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 ME를 통해 MV를 결정한다(S110).
이후, 결정된 MV에 기초하여 폴백 피처를 산출한다(S112). 폴백 피처는 현재 프레임과 이전 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 산출될 수 있다.
폴백 피처 산출 결과에 따라, 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드 혹은 폴백 모드를 선택한다(S114). 폴백 피처 산출결과 MC의 정확도가 높은 것으로 판단되면 MC 모드가 선택되고, MC의 정확도가 떨어지는 것으로 판단되면 폴백 모드가 선택된다.
MC 모드에서는 원본 영상과 MV를 이용하여 인서트 프레임을 생성한다(S116).
폴백 모드가 선택된 경우에는 GLMV 특성을 산출한다(S120). 이 후, GLMV 특성에 따라 MV 스케일러를 설정하여(S122) 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성한다(S122).
도 5 내지 도 7은 움직임 추정을 위한 모션 벡터를 구하는 개념도로서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제어 단계 중 ME를 통해 MV를 결정하는 S110 단계에 적용될 수 있다.
도 5는 MEMC의 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
MEMC는 복수의 Input 원본 영상을 이용하여 인서트 프레임(MEMC intermediate frame) 영상을 획득하는 기술이다. 입력 영상은 (a), (b), (c) 프레임을 포함할 수 있다. 각 프레임들 사이에 (a-b) 프레임과 (b-c) 프레임을 삽입함으로써 프레임 레이트를 증가시킬 수 있으며, 이로 인해 블러를 감소시킬 수 있다.
인서트 프레임인 (a-b) 프레임과 (b-c) 프레임을 영상을 획득하는 과정에서 Input 원본 영상들 간의 움직임을 나타내는 motion vector (MV)를 구하는 과정을 ME라고 하고, MV와 원본 영상을 이용해 인서트 프레임을 출력하는 과정을 motion compensation (MC) 이라고 한다. 예컨대, (a) 프레임에 표시된 오브젝트(Object)는 (b) 프레임에서는 다른 위치에 표시될 수 있다. 이에, (a) 프레임과 (b) 프레임 간의 MV를 산출하여 인서트 프레임인 (a-b)에서 오브젝트(Object)의 위치가 연속성을 가질 수 있도록 영상을 생성하는 과정을 MC라 한다.
도 6은 ME를 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
ME는 블록 매칭(block matching) 방법, 3-D recursive search 방법, hierarchical search 방법, MAP 적용 방법 등 다양한 방법이 있다. 이하 실시예에서는 블록 매칭 방법을 이용하여 MV를 결정하는 경우를 예시하기로 한다. 그러나, 본 발명의 움직임 추정부(200)는 블록 매칭 방법 이외에도 다양한 방법으로 MV를 결정할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 블록 매칭 방법은, 8x8 pixel을 하나의 MV block 단위로 하며, 각각의 block에서는 [t]-frame에서 [t+1]-frame으로의 영상의 움직임을 수평, 수직 방향의 값의 형태로 MV를 저장한다. 즉, MV=(mv_x, mv_y)로 표시될 수 있다. 블록 매칭은 [t]-frame에서의 영상 정보(휘도, RGB 등)와 코스트(cost)가 가장 낮은 값을 가지는 위치에서의 [t+1]-frame에서의 영상 정보를 구하는 과정이며, 코스트(Cost)는 일반적으로 sum of absolute difference (SAD) 등을 가장 널리 사용한다. SAD는 블록 내에 포함하는 모든 pixel의 영상 정보 차이의 절대값으로 정의될 수 있다. 즉, 현재 프레임 데이터의 블록을 기준으로 하여 이전 프레임 데이터의 블록을 한 픽셀씩 이동해 가며 유사도를 절대차 합(Sum of Absolute Difference, SAD)으로 구하고, 그 절대차 합(SAD)에 기초하여 MV를 산출한다. MV는 블록 단위로 현재 프레임 데이터와 이전 프레임 데이터 사이에서 객체의 움직임 방향 및 속도를 지시할 수 있다.
블록 매칭을 [t]-frame을 기준으로 구한 값을 MV1, [t+1]-frame을 기준으로 구한 값을 MV2 등으로 표현할 수 있으며, ME는 일반적으로 [t], [t+1]-frame을 포함하여 복수의 프레임을 기준으로 구한 MV를 모두 포함할 수 있다.
이에, 도 7에 도시된 바와 같이, MV0는 [t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t-1]-frame으로의 MV로 정의될 수 있다. MV1는 [t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t+1]-frame으로의 MV로 정의될 수 있다. MV2는 [t+1]-frame 원본 영상을 기준으로 [t]-frame으로의 MV로 정의될 수 있다.
도 8은 폴백 특성(fallback feature)을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 발명에 따른 디스플레이 장치의 제어 단계 폴백 피처를 구하는 S112 단계에 적용될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 폴백 피처는 MV0, MV1, MV2를 이용하여 산출될 수 있다.
폴백 피처 추출부(210)는 MV0, MV1, MV2를 이용하여 Feature1, Feature2, Feature3, Feature4를 산출한 후, 각각 설정된 가중치(c1, c2, c3, c4)를 적용하여 합산함으로써, 폴백 피처 값을 산출할 수 있다.
Feature1, Feature2, Feature3, Feature4는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Feature1=TMVC (temporal motion vector consistency) : MV0과 MV1 차이의 전체 block 평균값
Feature2=TMVS (temporal motion vector smoothness) : MV1과 MV2 차이의 전체 block 평균값
Feature3=LMVS (local motion vector smoothness) : MV1과 MV2의 local smoothness 평균값의 전체 block 평균값
여기서, LMVS는 다음의 수식을 통해 획득될 수 있다.
LMVS=
Figure 112017077424893-pat00002
Feature4=TMVC (temporal motion vector cost) : MV1과 MV2의 cost의 전체 block 평균값
최종 폴백 피처는 Feature1, Feature2, Feature3, Feature4를 산출한 후, 각각 설정된 가중치(c1, c2, c3, c4)를 적용하여 합산한 값으로 표현될 수 있다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.
Feature=c1*TMVC+c2*TMVS+c3*LMVS+c4*TMVC
이상의 과정을 통해 폴백 피처가 산출되면, 폴백 피처 산출 결과에 따라, 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드 혹은 폴백 모드를 선택한다 폴백 피처 산출결과 MC의 정확도가 높은 것으로 판단되면 MC 모드가 선택되고, MC의 정확도가 떨어지는 것으로 판단되면 폴백 모드가 선택된다.
폴백 모드 선택 시, 본 발명은 GLMV 특성을 산출하고 GLMV 특성에 따라 MV 스케일러를 설정하여 출력할 인서트 프레임을 생성한다.
GLMV는 전체 MV block 들 중에서 빈도수가 가장 높은 MV를 선택하는 방법, 백그라운드 영역으로 추정되는 영역의 MV를 추출하는 방법, MV를 클러스터링(clustering) 하는 방법 등 다양한 방법들이 있다. 본 발명의 실시예에서는 백그라운드 영역으로 추정되는 영역의 MV를 추출하는 방법을 예시로 적용하였으나, 이를 한정하지는 않는다.
폴백 모드 시 인서트 프레임을 생성하기 위한 MV 스케일러는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112017077424893-pat00003
상기 수식에서와 같이, 본 발명의 MV 스케일러는 MV의 최대값(MaxMV)과 GLMV의 절대값 차이를 가중치 s1으로 보정한 값과 GLMV와 MV의 차이의 절대값을 가중치 s2로 보정한 값이 0과 1 사이의 스케일링 값이 되도록 정의한다.
수식에 따르면, s2가 0이면 GLMV에 의한 영향력만 반영되고 s1이 0이면 GLMV와 MV의 차이에 의한 영향력만 반영이 된다. 이를 고려하여 가중치 s1과 s2는 시스템 설계 방법에 따라 0과 1 사이의 값으로 설정될 수 있으며, 스케일러 또한 0과 1 사이의 값으로 산출될 수 있다.
상기 수식에 따르면, GLMV가 클수록 스케일러의 값은 작아지므로 생성된 폴백 프레임은 상대적으로 이전 프레임과 유사하게 생성된다. 반면, GLMV가 작을수록 스케일러의 값은 커지므로 생성된 폴백 프레임은 MC를 통해 생성된 프레임에 가깝게 생성된다. 또한, |GLMV-MV|가 작을수록 스케일러의 값은 작아지므로 생성된 폴백 프레임은 상대적으로 이전 프레임과 유사하게 생성된다. 반면, |GLMV-MV|가 작을수록 스케일러의 값은 커지므로 생성된 폴백 프레임은 MC를 통해 생성된 프레임에 가깝게 생성된다.
이와 같이, 본 발명은 폴백 모드 시에도 MV를 적용하여 인서트 프레임을 생성하므로, 단순히 원본 프레임을 복사하는 방식의 종래 기술에 비해 동영상 화질을 현저히 향상시킬 수 있다.
한편, MC 모드와 폴백 모드 간 전환 시, 프레임 단위로 서서히 모드가 전환되도록 함으로써 모드 전환에 따른 화질 저하도 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 시, MC 모드와 폴백 모드 간 전환방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 디스플레이장치는 폴백 피처 산출 결과에 따라, MC 모드 혹은 폴백 모드를 선택한다. 본 발명에서의 모드 전환 시에는 폴백 모드에서 MC 모드로 전환되는 STM(Soft transition to MEMC, STM)과 MC 모드에서 폴백 모드로 전환되는 STF(Soft transition to fallback, STF) 방법이 적용될 수 있다.
폴백 피처 추출부(210)에서 산출된 폴백 피처에 따라 MC 모드 혹은 폴백 모드가 선택된다(S200). 선택된 모드에 따라 STM 또는 STF가 결정되고, 각 모드에서는 전환이 즉각 또는 복수의 프레임 동안 진행된다.
STF 모드 전환이 결정되면(S220), 모드 전환이 진행되는 프레임 수에 따라 MV가 점차적으로 스케일링 되는 형태로 폴백이 진행된다(S222). 예컨대, 최대 프레임의 수가 J일 경우, j=0부터 j=j0프레임 동안 MV가 점차적으로 스케일링 되는 형태로 폴백이 진행된다. j0 값은 스케일러에 의해 정해지며, 만약 스케일러가 0일 경우 j0=J, 스케일러가 1일 경우 j0 값은 0이 된다.
STM 모드 전환이 결정되면(S210), STF와 대칭적인 형태로 스케일링된 MV가 원래의 MV로 프레임이 진행되면서 복구된다.
도 15는 영상의 특성에 따른 폴백 피처의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, 그래프의 가로축은 프레임 번호를 나타낸다. 세로축은 폴백 피처 값을 나타낸다. 폴백 피처 값은 MC모드 혹은 폴백 모드로의 전환을 결정하는 기준이 된다.
전술했던 바와 같이, 폴백 피처 값은 Feature1, Feature2, Feature3, Feature4를 산출한 후, 각각 설정된 가중치(c1, c2, c3, c4)를 적용하여 합산함으로써 산출된다. Feature1은 MV0과 MV1 차이의 전체 블록 평균값인 TMVC, Feature2는 MV1과 MV2 차이의 전체 블록 평균값인 TMVS, Feature3은 MV1과 MV2의 local smoothness 평균값의 전체 블록 평균값인 LMVS, Feature4는 MV1과 MV2의 cost의 전체 블록 평균값인 TMVC를 의미한다.
도 10의 그래프는 각 프레임 별 TMVC, TMVS, LMVS, TMVC의 값을 표시하고 있다. 전체 그래프 상에서 폴백 피처 값이 상대적으로 큰 프레임 #20021 ~ #20034 구간은 확대하여 표시하였다.
폴백 피처 값은 MV0, MV1, MV2간의 차이에 기초하여 산출되며, 폴백 피처 값이 클수록 MC의 정확도가 낮은 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 폴백 피처 값이 클수록 폴백 모드가 선택될 가능성이 높아진다.
확대 표시된 그래프에서, #20028 프레임과 #20029 프레임을 비교해 보면, #20028 프레임은 클로즈 업(close up) 영상으로 영상의 변화가 크고, #20029 프레임은 상대적으로 영상의 변화가 적은 영상이다.
#20028 프레임과 같이 영상의 변화가 큰 영상일수록 폴백 피처 값이 상대적으로 크고, 이는 MC의 정확도가 떨어지는 것을 의미한다. 따라서, 영상의 변화가 큰 영상일 수록 폴백 모드가 적용되는 가능성이 높아진다.
#20029 프레임은 상대적으로 영상의 변화가 적은 영상의 프레임으로, #20028 프레임에 비해 폴백 피처 값이 상대적으로 작다. 이는 MC의 정확도가 높은 것을 의미하며, 이에, 영상의 변화가 적은 영상일 수록 MC 모드가 적용되는 가능성이 높아진다.
도 11 내지 도 15는 인서트 프레임 삽입 시 저더가 발생하는 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 원본 영상의 프레임을 도시한 것으로서, 원본 프레임은 1, 2, 3, 4 프레임이다. 이러한 원본 영상에 대해 MEMC 기술을 적용하여 인서트 프레임을 생성할 수 있다. 삽입되는 인서트 프레임의 개수는 다양하게 설정될 수 있으며, 도 10의 실시예는 4개의 인서트 프레임을 삽입하는 경우를 예시하고 있다. 즉, 원본 프레임 1과 원본 프레임 2 사이에는 인서트 프레임인 1.2, 1.4, 1.6, 1.8이 삽입될 수 있다.
도 12는 도 11의 원본 영상에 대해 이상적으로 MEMC가 수행된 경우 각 프레임에 표시되는 영상을 도시한 것이다. MEMC가 이상적으로 수행되면, 인서트 프레임의 영상은 원본 프레임의 움직임을 보상하는 형태로 생성된다. 보상이 완벽히 이루어지는 경우 저더가 발생하지 않으며, MEMC로 인한 노이즈도 발생하지 않는다. 그러나, 움직임을 100% 예측해 내기는 어렵고, 모든 프레임에 대해 MEMC를 적용하는 경우 계산량이 크게 증가하기 때문에 이상적인 MEMC를 수행하는 시스템을 개발하기는 용이하지 아니하다.
도 13은 리피트 폴백(Repeat fallback) 방식으로 인서트 프레임을 생성하는 경우 표시되는 영상을 도시한 것이다. 리피트 폴백 방식은 이전 프레임과 동일한 프레임 및 다음 프레임과 동일한 프레임을 반복하여 표시하는 것이다. 예컨대, 인서트 프레임 1.2 및 1.4 프레임은 원본 프레임 1과 동일하게 생성하고, 인서트 프레임 1.6 및 1.8 프레임은 원본 프레임 2와 동일하게 생성할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 리피트 폴백 방식은 저더가 심각한 수준으로 발생하게 된다.
도 14는 블렌딩 폴백(Blending fallback) 방식으로 인서트 프레임을 생성하는 경우 표시되는 영상을 도시한 것이다. 블렌딩 폴백 방식은 복수의 원본 프레임을 섞는 방식으로 인서트 프레임을 생성한다. 블렌딩 폴백 방식은 리피트 폴백 방식보다는 저더를 개선할 수 있지만, 여전히 저더가 심각한 수준으로 발생한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 인서트 프레임을 생성하는 경우 표시되는 영상을 도시한 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라, MEMC의 결과를 반영하여 폴백을 수행하는 경우 리피트 폴백, 블렌딩 폴백에 비해 저더가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 인서트 프레임을 생성하는 경우, ME를 이용하기 때문에 MEMC에 의한 잡음(artifact)가 발생할 수 있으나, 이는 MV 스케일링을 통해 조절이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, GLMV를 이용하여 MV 스케일러를 통해 폴백 출력을 결정한다. 따라서, 폴백 모드 시에도 ME 결과를 반영할 수 있어 MEMC의 저더 감소를 통한 화질 향상 효과를 얻는다.
본 발명의 저더 감소 효과를 확인하기 위해, 본원발명의 폴백 모드를 구현하는 패널의 영상을 직접 확인하는 동영상 테스트 방법을 진행할 수 있다. 테스트 영상으로는 MEMC 효과를 확인할 수 있는 panning 영상(카메라가 물체의 움직임을 따라가는 형태)을 적용하고, ME가 정확하게 동작하기 힘든 다수의 신을 표시하여 표시 결과를 확인하는 방법으로 진행될 수 있다. 테스트 결과는 도 16에 도시된 바와 같다.
도 16의 표에 개시된 바와 같이, 7개의 테스트 영상을 이용하여 테스트를 진행한 결과, 리피트 폴백 또는 블렌딩 폴백에 반해 저더가 감소됨을 알 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100 : 신호 입력부 110 : 신호 처리부
120 : 프레임 보상부 140 : 디스플레이 패널

Claims (13)

  1. 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널에 표시될 영상신호를 수신하는 신호 입력부;
    상기 신호 입력부로 수신된 신호에 대해서 영상신호를 분리하는 신호처리부; 및
    상기 영상신호의 프레임들 간의 모션 변화량을 나타내는 모션 벡터(Motion Vector)에 기초하여 현재 프레임과 이전 프레임 사이에 삽입될 인서트 프레임을 생성하는 프레임 보상부를 포함하고,
    상기 프레임 보상부는,
    상기 영상신호의 프레임과 상기 MV에 기초하여 상기 인서트 프레임을 생성하는 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드를 수행하거나, 상기 MV로부터 선택된 글로벌 모션 벡터(Global Motion Vector, GLMV)에 기초하여 스케일러 값을 설정하고 상기 스케일러 값에 따라 상기 MV를 스케일링하여 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 폴백 모드를 수행하고,
    상기 MC 모드와 상기 폴백 모드 간 전환 시, 기 설정된 프레임 동안 상기 MV를 점차적으로 스케일링하여 모드를 전환하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임 보상부는,
    상기 현재 프레임과 상기 이전 프레임을 이용하여 상기 MV를 결정하는 움직임 추정부;
    상기 이전 프레임, 상기 현재 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 폴백 피처(fallback feature)를 산출하는 폴백 피처 산출부; 및
    상기 폴백 피처 산출 값에 따라 상기 MC 모드와 상기 폴백 모드 중 어느 하나의 모드를 선택하는 모드 선택부;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 폴백 피처 추출부는,
    MV0([t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t-1]-frame으로의 MV), MV1([t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t+1]-frame으로의 MV), MV2([t+1]-frame 원본 영상을 기준으로 [t]-frame으로의 MV)를 다음의 수식에 대입하여 폴백 피처를 산출하는 디스플레이 장치.
    Fallback Feature=c1*TMVC+c2*TMVS+c3*LMVS+c4*TMVC
    c1, c2, c3, c4: 가중치.
    TMVC(temporal motion vector consistency):MV0과 MV1 차이의 전체 블록 평균값
    TMVS(temporal motion vector smoothness):MV1과 MV2 차이의 전체 블록 평균값
    LMVS(local motion vector smoothness):MV1과 MV2의 local smoothness 평균값의 전체 블록 평균값
    TMVC(temporal motion vector cost):MV1과 MV2의 코스트(cost)의 전체 블록 평균값
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모드 선택부는,
    상기 폴백 피처 산출 값이 기준값 이상일 경우 상기 폴백 모드를 선택하고 상기 기준값 미만일 경우 상기 MC 모드를 선택하는 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 프레임 보상부는 상기 폴백 모드 시 인서트 프레임을 생성하는 폴백부를 포함하고,
    상기 폴백부는,
    백그라운드 영역으로 추정되는 영역의 GLMV로 추출하는 글로벌 MV 추출부; 및
    상기 GLMV와 MV의 최대값(Max MV)의 차이 및 상기 GLMV와 MV들 간의 차이에 기초하여 0과 1사이의 스케일러 값을 설정하여 폴백 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 스케일러;
    를 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스케일러는 다음의 수식으로 산출되는 디스플레이 장치.
    Figure 112017077424893-pat00004

    s1, s2는 0<s1<1, 0<s2<1를 만족하는 상수
  7. 삭제
  8. 영상신호의 현재 프레임과 이전 프레임 간의 모션 변화량에 기초하여 모션 벡터(Motion Vector)를 결정하는 단계;
    상기 이전 프레임, 상기 현재 프레임 및 다음 프레임의 MV에 기초하여 폴백 피처(fallback feature)를 산출하는 단계;
    상기 폴백 피처 산출 값에 따라, 상기 영상신호의 프레임과 상기 MV에 기초하여 인서트 프레임을 생성하는 모션 보상(Motion Compensation, MC) 모드를 수행하거나, 상기 MV로부터 선택된 글로벌 모션 벡터(Global Motion Vector, GLMV)에 기초하여 스케일러 값을 설정하고 상기 스케일러 값에 따라 상기 MV를 스케일링하여 폴백(fallback) 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 폴백 모드를 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 MC 모드와 상기 폴백 모드 간 전환 시, 기 설정된 프레임 동안 상기 MV를 점차적으로 스케일링하여 모드를 전환하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 제어방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폴백 피처(fallback feature)를 산출하는 단계는,
    MV0([t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t-1]-frame으로의 MV), MV1([t]-frame 원본 영상을 기준으로 [t+1]-frame으로의 MV), MV2([t+1]-frame 원본 영상을 기준으로 [t]-frame으로의 MV)를 다음의 수식에 대입하여 폴백 피처를 산출하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 제어방법.
    Fallback Feature=c1*TMVC+c2*TMVS+c3*LMVS+c4*TMVC
    c1, c2, c3, c4: 가중치.
    TMVC(temporal motion vector consistency):MV0과 MV1 차이의 전체 블록 평균값
    TMVS(temporal motion vector smoothness):MV1과 MV2 차이의 전체 블록 평균값
    LMVS(local motion vector smoothness):MV1과 MV2의 local smoothness 평균값의 전체 블록 평균값
    TMVC(temporal motion vector cost):MV1과 MV2의 코스트(cost)의 전체 블록 평균값
  10. 제9항에 있어서,
    상기 폴백 피처 산출 값이 기준값 이상일 경우 상기 폴백 모드를 선택하고 상기 기준값 미만일 경우 상기 MC 모드를 선택하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제어방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 폴백 모드 시 인서트 프레임을 생성하는 단계는,
    백그라운드 영역으로 추정되는 영역의 MV를 GLMV로 추출하는 단계;
    상기 GLMV와 MV의 최대값(Max MV)의 차이 및 상기 GLMV와 MV들 간의 차이에 기초하여 0과 1사이의 스케일러 값을 설정하는 단계; 및
    상기 스케일러 값에 따라 상기 MV를 스케일링 하여 폴백 시 출력할 인서트 프레임을 생성하는 단계;
    를 포함하는 디스플레이 장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스케일러 값은 다음의 수식으로 산출되는 디스플레이 장치의 제어방법.
    Figure 112017077424893-pat00005

    s1, s2는 0<s1<1, 0<s2<1를 만족하는 상수
  13. 삭제
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