KR102301925B1 - 톤 맵핑 방법과 이를 이용한 표시장치 - Google Patents

Abstract

톤 맵핑 방법과 이를 이용한 표시장치에 관한 것으로, 선형 맵핑 구간과 롤 오프 맵핑 구간을 갖는 톤 맵핑 커브를 이용하여 입력 영상의 동적 범위를 표시패널의 동적 범위로 톤 맵핑한다. 상기 표시패널의 픽셀들 각각은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, 및 W 서브 픽셀을 포함한다. 톤 맵핑하는 단계는 스펙트럼 교환(spectrum exchange) 방식으로 입력 영상의 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하여 RGBW 데이터를 생성하고, 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각에서 최대값을 계산하고, 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각의 최대값을 이용하여 최대 디지털 코드를 계산하며, 상기 최대 디지털 코드를 이용하여 상기 입력 영상과 상기 표시패널 각각에서 최대 동적 범위를 계산한다.

Description

톤 맵핑 방법과 이를 이용한 표시장치{TONE MAPPING METHOD AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 톤 맵핑 방법과 이를 이용한 표시장치에 관한 것이다.

UHD 해상도의 고화질 표시장치가 개발되면서 HDR(High　Dynamic Range) 콘텐츠(contents)가 많아지고 있다. HDR 영상은 기존 영상 소스에 비하여 대비비(contrast ratio)가 크고 더 밝은 영상을 포함한다. 이러한 HDR 영상에서 각각의 픽셀 데이터는 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 및 청색(Blue, B)의 3 원색을 포함한다.

입력 영상의 동적 범위(dynamic range)가 표시장치의 그것과 다를 때 입력 영상 의 휘도 범위를 표시장치에서 표현 가능한 휘도 범위로 맵핑하는 톤 맵핑 방법(tone mapping method)이 적용된다. 입력 영상의 동적 범위가 표시장치의 그 것 보다 클 때, 톤 맵핑 방법은 입력 영상과 표시장치의 휘도가 동일한 선형 맵핑(linear mapping) 구간과, 입력 영상에 비하여 표시장치의 휘도 표현 범위가 압축된 롤-오프 맵핑(roll-off mapping) 구간으로 나뉘어진다.

예를 들면, HDR 콘텐츠의 영상 데이터는 0~10,000 nits의 동적 범위(dynamic range)를 갖는 반면, 대부분의 표시장치의 동적 범위는 0~500 nits 정도이다. 이 경우, 톤 맵핑 방법으로 HDR 표시장치의 동적 범위를 표시장치에 맞게 축소(shrinkage)하여 표시장치에 입력한다.

HDR 콘텐츠를 표시장치에 표시할 때 톤 맵핑이 실시될 수 있다. HDR 콘텐츠와 동일한 컬러 체계를 갖는 3 원색 표시장치(이하, “RGB 표시장치”라 함)에 적용되는 톤 맵핑 방법은 픽셀 데이터의 컬러 체계가 동일하기 때문에 휘도와 색도에서 왜곡이 거의 없다.

한편, 최근 표기장치는 소비 전력을 줄이고 밝기를 높이기 위하여 하나의 픽셀이 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 및 청색(Blue, B) 서브 픽셀들 포함하고, 추가로 백색(White, W) 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 이하에서, 이러한 표시장치를 “RGBW 표시장치”라 한다. RGBW 표시장치의 경우에 RGB 표시장치와 같은 방법으로 톤 맵핑 방법을 적용하면, 무채색의 고휘도 범위가 압축이 심하게 발생된다. 따라서, 이렇게 톤 맵핑된 콘텐츠를 RGBW 표시장치에 입력하면, 고계조에서 휘도 표현이 구분되지 않는다.

RGB 표시장치의 경우에, 동일한 컬러 체계를 갖는 HDR 콘텐츠의 입력 영상에 서 동적 범위가 일정한 비율로 유지되기 때문에 컬러(color)와 무관하게 동일한 톤 맵핑 커브로 영상 데이터의 동적 범위가 변환될 수 있다.

RGBW 표시장치는 컬러(color)에 따라 동적 범위가 달라진다. RGBW 표시장치에서, 백색 서브 픽셀의 추가로 인하여 무채색의 동적 범위는 넓은데 반하여, 유채색은 상대적으로 동적 범위가 작다. 기존의 RGB 컬러 기반의 톤 맵핑 방법은 이러한 RGBW 표시장치의 특성을 고려하지 않기 때문에 HDR 영상의 콘텐츠를 RGBW 표시장치에 표시할 때 밝은 부분에서 계조간 구분이 되지 않고 피크(peak) 휘도가 저하되는 등의 화질 저하를 초래한다.

RGBW 표시장치에서 RGB 기반의 톤 맵핑 방법으로 RGB 입력 영상의 동적 범위를 변환할 경우, 픽셀 게인 알고리즘을 이용하여 원하는 수준으로 피크 휘도를 얻을 수 있으나 입력 영상에서 무채색 고휘도에서 계조들 간의 구분이 없어지기 때문에 고계조에서 사용자 인지 영상에서 계조 차이를 구분하지 못한다.

본 발명은 RGB 입력 데이터의 색공간과 다른 색공간(color space)를 갖는 다원색(multi-primary color) 표시장치에서 독립적으로 적용이 가능하고, HDR 영상의 동적 범위를 RGBW 표시장치의 동적 범위에 맞게 변환하여 영상을 표시할 때 화질을 향상시킬 수 있는 톤 맵핑 방법과 이를 이용한 표시장치를 제공한다.

본 발명의 톤 맵핑 방법은 RGB 입력 데이터를 포함한 입력 영상의 동적 범위와 RGBW 데이터가 표시되는 표시패널의 동적 범위를 계산하는 단계; 상기 RGB 데이터를 상기 RGBW 데이터로 변환하고, 선형 맵핑 구간과 롤 오프 맵핑 구간을 갖는 톤 맵핑 커브를 이용하여 상기 입력 영상의 동적 범위를 상기 표시패널의 동적 범위로 톤 맵핑하는 단계; 및 상기 톤 맵핑 후 RGBW 데이터에 소정의 프레임 게인을 곱하여 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 단계를 포함한다. 상기 픽셀들 각각은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, 및 W 서브 픽셀을 포함한다. 상기 선형 맵핑 구간에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위와 상기 표시패널의 동적 범위가 같다. 무채색에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위에 대한 상기 표시패널의 동적 범위 비율이, 유채색에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위에 대한 상기 표시패널의 동적 범위 비율 보다 크다.
상기 톤 맵핑하는 단계는 스펙트럼 교환(spectrum exchange) 방식으로 입력 영상의 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하여 RGBW 데이터를 생성하는 단계와, 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각에서 최대값을 계산하는 단계와, 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각의 최대값을 이용하여 최대 디지털 코드를 계산하는 단계와, 상기 최대 디지털 코드를 이용하여 상기 입력 영상과 상기 표시패널 각각에서 최대 동적 범위를 계산하는 단계를 포함한다.

본 발명의 표시장치는 표시패널의 픽셀들에 상기 표시패널의 동적 범위 보다 큰 동적 범위를 갖는 입력 영상의 RGB 데이터를 기입하는 표시패널 구동부를 구비한다. 상기 표시패널 구동부는 RGB 입력 데이터를 포함한 입력 영상의 동적 범위와 RGBW 데이터가 표시되는 표시패널의 동적 범위를 계산하고,

상기 RGB 데이터를 상기 RGBW 데이터로 변환하고, 상기 톤 맵핑 커브를 이용하여 상기 입력 영상의 동적 범위를 상기 표시패널의 동적 범위로 톤 맵핑하고, 상기 톤 맵핑 후 RGBW 데이터에 소정의 프레임 게인을 곱하여 상기 표시패널의 픽셀들에 기입한다.

본 발명은 HDR 콘텐츠와 같이 동적 범위가 큰 RGB 입력 데이터를 RGBW 표시장치에서 재현할 때 어두운 계조 영역에 해당하는 선형 맵핑 구간에서 HQD 영상(PQ space)의 휘도를 정확하게 재현할 수 있고 피크 휘도를 더 밝게 그리고, 피크 휘도를 포함한 밝은 영역에서 계조 표현력을 더 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치에서 RGB 입력 데이터를 RGBW 데이터로 변환하는 방법을 보여 주는 도면이다.
도 2는 도 1에서 S01 및 S02 단계를 상세히 보여 주는 도면이다.
도 3은 HDR 영상의 동적범위를 RGBW 표시장치의 동적 범위로 변환하기 위한 톤 맵핑 커브를 보여 주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 효과를 검증하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여 주는 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 RGB 표시장치와 RGBW 표시장치에서 톤 맵핑된 영상의 정량적 평가 결과를 보여 주는 도면들이다.
도 8a 내지 도 9b는 RGB 표시장치와 RGBW 표시장치의 동적 범위 커버리지를 비교한 시뮬레이션 결과를 보여 주는 도면들이다.
도 10은 본 발명과 비교군1, 2에서 무채색과 유채색에서 톤 맵핑 커브를 비교한 도면들이다.
도 11은 본 발명의 톤 맵핑 방법이 처리되는 하드웨어 구현 방법의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 톤 맵핑 방법이 처리되는 하드웨어 구현 방법의 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 13은 프레임 게인을 보여 주는 도면이다.
도 14는 uv별 최대 계조의 일 예를 보여 주는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 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 발명은 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 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 설명을 생략한다.

본 명세서 상에서 언급된 "구비한다", "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 복수로 해석될 수 있다.

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 구성요소들 간에 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 그 구성요소들 사이에 하나 이상의 다른 구성 요소가 개재될 수 있다.

구성 요소들을 구분하기 위하여 제1, 제2 등이 사용될 수 있으나, 이 구성 요소들은 구성 요소 앞에 붙은 서수나 구성 요소 명칭으로 그 기능이나 구조가 제한되지 않는다.

이하의 실시예들은 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하다. 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 구성요소자들을 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.

본 발명은 입력 영상의 데이터와 과 다른 색공간을 갖는 표시장치의 동적 위에 맞게 입력 데이터를 톤 맵핑한다. 이하의 실시예는 RGB 입력 데이터를 RGBW 표시장치의 동적 범위에 맞게 톤 맵핑하는 예를 중심으로 설명되나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

이하의 실시예에서, HDR 영상은 PQ space(SMPTE standard 2084)로 인코드되어 표시장치에 입력된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치에서 RGB 입력 데이터를 RGBW 데이터로 변환하는 방법을 보여 주는 도면이다. 도 2는 도 1에서 S01 및 S02 단계를 상세히 보여 주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, HDR 영상(PQ space)의 선형 RGB 입력 데이터가 RGBW 표시장치에 입력된다. HDR 영상(PQ space)의 픽셀 데이터 각각은 RGB 데이터를 포함한다.

선형 RGB 입력 데이터는 감마 보상전 데이터로서 계조 대 휘도가 선형적인 특성을 갖는 데이터이다.

SO1 단계는 HDR 영상(PQ space)의 입력 색과 RGBW 표시장치의 특성을 고려하여 HDR 영상(PQ space)과 RGBW 표시장치의 동적 범위를 계산한다. S02 단계는 톤 맵핑 커브를 생성하고, 톤 맵핑 커브를 이용하여 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위를 RGBW 데이터의 동적 범위로 변환한다. S03 단계는 선형 RGBW 데이터를 다시 RGB 데이터로 변환한다. 무채색의 경우 RGB 데이터의 크기가 기존 대비 2 배 가까이 커질 수 있기 때문에, 약 1/2의 스케일 다운(scale down) 처리가 필요하다. S03 단계는 선형 RGBW 데이터가 선형 RGB 데이터로 변환된 후에 입력 HDR 영상(PQ space)의 RGB 데이터를 RGBW 표시패널에 표시하기 위해 RGB 데이터를 감마 인코딩한다. 감마 인코딩된 RGBW 데이터가 최종적으로 V-by-1 인터페이스(interface)를 통해 타이밍 콘트롤러로 전송된다.

타이밍 콘트롤러는 V-by-1 인터페이스를 통해 호스트 시스템으로부터 RGB 데이터를 수신 받아 RGBW 변환 알고리즘을 이용하여 RGBW 데이터를 발생할 수 있다. 이는 호스트 시스템과 타이밍 콘트롤러 간의 V-by-1 인터페이스가 RGB 기준이기 때문에 이 인터페이스를 통해 RGBW 데이터를 전송하기 위해서는 대역폭(bandwidth)이 부족하기 때문이다.

S02 및 SO3 단계는 도 2와 같은 톤 맵핑 알고리즘을 구현하는 장치로 구현된다. 이 장치는 호스트 시스템 또는 표시패널 구동 회로의 타이밍 콘트롤러(timing controller)의 연산 회로로 구현될 수 있다.

S04 단계는 감마 보정된 RGBW 데이터에 소정의 프레임 게인(frame gain)을 곱하여 RGBW 데이터의 휘도를 높인다. 프레임 게인은 1 프레임 데이터의 히스토그램에서 계산될 수 있다. 히스토그램의 최상위 계조부터 픽셀 개수를 카운트하여, 그 카운트 값이 미리 설정된 문턱값을 넘을 때까지 히스토그램에서 계조를 낮추면서 카운트를 반복한다. 문턱값을 넘는 계조 직전의 계조가 프레임 최대값(Frame max)으로 정해질 수 있다. 프레임 게인은 최대 계조값 예를 들어, 255를 프레임 최대값으로 나눈 값으로 계산될 수 있다. 프레임 게인은 대한민국 특허 출원 10-2014-0154650에 제안된 바와 같이, 사용자의 인지 화질을 고려하여 가변될 수 있다.

도 2를 참조하면, S01 단계는 최대 동적 범위를 고려하여 스펙트럼 교환(spectrum exchange) 방식으로 RGB 이력 데이터를 RGBW 데이터로 변환하여 RGBW 데이터를 생성하는 단계(S11), RGB 입력 데이터와 변환된 RGBW 데이터 각각에서 최대값을 계산하는 단계(S12), 최대값을 이용하여 해당 입력 색(color)의 최대 디지털 코드(digital code)를 계산하는 단계(S13), 및 최대 디지털 코드를 이용하여 해당 색에서 입력 HDR 영상(PQ space)과 RGBW 표시장치의 최대 동적 범위를 계산하는 단계(S14)를 포함한다.

도 2에서, 선형 RGB 입력 데이터는 0~1 사이에서 정규화된(normalize) RGB 데이터(R_in, G_in, B_in)로 가정한다.

S11 단계에서 RGB 입력 데이터는 아래와 같이 RGBW 데이터(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’)로 변환된다.

(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’) = (R_in-W_in’, G_in-W_in’, B_in-W_in’, W_in’), where W_in’ = min(max(R_in, G_in, B_in)/2, min(R_in, G_in, B_in))

이 식은 R_in’= R_in-W_in’, G_in’= G_in-W_in’, B_in’= B_in-W_in’으로 표현될 수 있다. W_in’은 R_in, G_in, B_in 중에서 가장 큰 값(max)의 1/2 값과, R_in, G_in, B_in 중에서 최소값 중 더 작은 값으로 결정된다.

S12 단계는 RGB 입력 데이터(R_in, G_in, B_in)와 변환된 RGBW 데이터(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’) 각각에서 최대값을 계산한다. 최대값은 최대 휘도(Maximum luminance)를 의미한다.

RGB 입력 데이터(R_in, G_in, B_in)의 최대값은 R_in, G_in, B_in 중에서 최대값을 의미하는 max(R_in, G_in, B_in)으로 나타낼 수 있다. RGBW 데이터의 최대값은 R_max’, G_max’, B_max’, W_max’중에서 최대값을 의미하는 max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’)으로 나타낼 수 있다.

S13 단계는 S12 단계에서 산출된 최대값을 바탕으로 각 색별로 최대 디지털 코드를 계산한다.

RGB 입력 데이터의 최대 디지털 코드를 (R_max, G_max, B_max)라 하고, RGBW 데이터의 최대 디지털 코드를 (R_max’, G_max’, B_max’, W_max’)이라 할 때 최대 디지털 코드는 아래와 같은 방법으로 계산된다.

(R_max, G_max, B_max) = (R_in, G_in, B_in)/max(R_in, G_in, B_in)

이 식을 RGB 별로 분리하면, R_max = R_in/max(R_in, G_in, B_in), G_max = G_in/max(R_in, G_in, B_in), B_max = B_in/max(R_in, G_in, B_in)으로 표현될 수 있다. RGB 각각에서 최대값은 각 색별로 입력값을 최대값으로 나눈값이다.

(R_max’, G_max’, B_max’, W_max’) = (R_in’, G_in’, B_in’, W_in’)/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’)

이 식을 RGBW 별로 분리하면, R_max’ = R_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’), G_max’ = G_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’), B_max’ = B_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’), W_max’ = W_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’)으로 표현될 수 있다. RGBW 각각에서 최대값은 각 색별로 입력값을 최대값으로 나눈값이다.

S14 단계는 S13 단계에서 산출된 최대 디지털 코드를 바탕으로 HDR 영상(PQ space)의 RGB 입력 데이터와 RGBW 표시장치에 표시될 RGBW 데이터 각각의 최대 휘도(Intensity)를 계산한다. Intensity는 명도 또는 휘도와 같은 의미로 해석될 수 있다. I_{PQ .max}는 RGB 입력 데이터의 동적 범위(b)를 정의하는 RGB 입력 데이터의 최대 휘도값이라 하고, I_D.max는 RGBW 표시장치에 표시될 RGBW 데이터의 동적 범위(a)를 정의하는 RGBW 데이터의 최대 휘도값이라 할 때, I_{PQ .max}와 I_D.max는 아래와 같은 방법으로 계산된다.

I_PQ.max = (R_max * R_PQ.lum + G_max * G_PQ.lum + B_max * B_PQ.lum)

여기서, R_{PQ . lum}, G_{PQ . lum}, B_PQ.lum는 PQ space에서 R, G, B 각각의 컬러의 최대 휘도를 의미한다. 예를 들어 PQ space가 10000nits이고, R, G, B의 휘도 비율이 2 : 7 : 1이면, 위 값들은 각각 2000nits, 7000nits, 1000nits를 의미한다.

I_D.max = (R_max’ * R_D.lum + G_max’ * G_D.lum + B_max’ * B_D.lum + W_max’ * W_D.lum)

여기서, R_{D. lum}, G_{D . lum}, B_{D . lum}, W_{D . lum}는 RGBW 표시장치의 픽셀에서 R, G, B, W 를 표시할 때 픽셀의 최대 휘도를 의미한다.

S02 단계는 도 3에 도시된 바와 같이 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위(b)를 x축으로, RGBW 표시장치의 동적 범위(a)를 y축으로 설정된 톤 맵핑 좌표계를 생성하는 단계(S21), 톤 맵핑 좌표계에서 미리 정해진 규칙에 따라 톤 맵핑 커브를 생성하는 단계(S22), 톤 맵핑 좌표계에서 입력 RGB 데이터의 입력 휘도값(I_in)을 산출하는 단계(S23), 톤 맵핑 커브에서 입력 휘도값(I_in)과 대응되는 출력 휘도값(I_out)을 선택하는 단계(S24), 및 출력 휘도값(I_out)을 갖는 상대 선형 RGBW 데이터(Relative linear RGBW)를 계산하는 단계(S25)를 포함한다.

도 3은 S21 및 S22 단계에서 생성된 톤 맵핑 좌표계와 톤 맵핑 커브의 일예를 보여 준다. 이 좌표계에서 I_{PQ .max}는 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위(b)를 정의하고, I_D.max 는 RGBW 표시장치의 동적 범위(a)를 정의한다. 도 3에서, a'는 선형 맵핑 구간(linear mapping)에서 RGBW 표시장치의 동적 범위이며, b'는 선형 맵핑 구간(linear mapping)에서 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위이다.

도 3에서 α* I_D.max 는 톤 맵핑 커브에서 선형 맵핑(linear mapping) 구간과 롤-오프 맵핑(roll-off mapping) 구간 사이의 경계를 정의한다. α는 선형 맵핑 구간과 롤-오프 맵핑 구간을 정의하기 위한 파라미터로서 적절한 값으로 선택될 수 있다.

S23 단계에서 입력 휘도값(I_in)은 아래와 같이 RGB 입력 데이터의 최대 휘도값(I_PQ.max)에 max(R_in, G_in, B_in)를 곱한 값으로 계산될 수 있다. 입력 휘도값(I_in)은 도 3에 도시된 톤 맵핑 좌표계의 x축에 맵핑된다.

I_in = I_PQ.max * max(R_in, G_in, B_in)

S24 단계에서 출력 휘도값(I_out)은 도 3과 같은 톤 맵핑 좌표계에서 x축의 입력 휘도값(I_in)과 만나는 y축의 휘도값으로 선택된다. S25 단계는 아래와 같이 I_D.max에 대한 I_out의 비율(I_out/I_D.max)에 (R_max’, G_max’, B_max’, W_max’)를 곱하여 상대적인 선형 RGBW(Relative linear RGBW)데이터를 계산한다. S24 단계에서 생성되는 RGBW 데이터(R_out, G_out, B_out, W_out)는 아래와 같이 표현될 수 있다.

(R_out, G_out, B_out, W_out) = I_out / I_D.max * (R_max’, G_max’, B_max’, W_max’)

이 식을 RGBW 별로 분리하면, R_out = I_out / I_D.max * R_max’, G_out = I_out / I_D.max * G_max’, B_out = I_out / I_D.max * B_max’, W_out = I_out / I_D.max * W_max’이다.

S25 단계는 RGBW 데이터(R_out, G_out, B_out, W_out)를 아래와 같이 RGB 데이터로 환산한다. S25 단계에서 생성되는 RGBW 데이터(R_final, G_final, B_final)는 아래와 같이 표현될 수 있다.

(R_final, G_final, B_final) = ((R_out + W_out)/2, (G_out + W_out)/2, (B_out + W_out)/2)

RGBW 표시장치의 한 픽셀에 기입될 RGBW 데이터는 R_final, G_final, B_final 데이터가 TCON 또는 SoC에 있는 RGBW conversion 알고리즘 과정을 거쳐 다시 RGBW 데이터를 생성한 후, 프레임 게인이 곱해진 데이터이다. 이러한 최종 RGBW 데이터 각각은 데이터 구동부의 DAC(Digital to Analog converter)를 통해 아날로그 데이터 전압으로 변환되어 표시패널의 픽셀들에 인가된다.

RGB 표시장치의 경우에, 입력 영상과 표시장치 간에 픽셀 데이터의 프라이머리 컬러 체계가 동일하기 때문에 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위(b)에 대한 RGB 표시장치(a)의 동적 범위가 모든 색상(hue)과 채도(saturation)에서 일정한 비율(a/b)을 갖는다.

RGBW 표시장치의 경우에, HDR 영상(PQ space)의 동적 범위(b)와 RGBW 표시장치의 동적 범위(a)의 비율(a/b)이 색상(hue)과 채도(saturation)에 따라 다르다.

동일한 백라이트 유닛(Back light unit)을 적용한 RGB 디스플레이(500nits)와 RGBW 표시장치(750nits)의 예를 들어 설명하기로 한다. 이 예에서, 표시장치와 입력 영상의 RGB별 휘도가 2(R):7(G):1(B)이라고 가정한다. 한편, 이 예는 RGB LCD와 RGBW LCD에서 동일한 백라이트 유닛사용할 때 동적 범위의 차이를 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 전계 발광 표시장치는 자발광 소자이기 때문에 백라이트 유닛이 필요 없다.

RGB 표시장치의 경우에, HDR 영상(PQ space)의 최대 동적 범위가 10,000nits이므로, RGB 표시장치는 모든 채도(saturation)에서 10000 : 500의 동적 범위 비율이 유지된다.

RGB 입력 데이터의 (R, G, B)가 (1, 0, 0) 인 적색 데이터일 때 RGB 표시장치의 휘도는 100nits 이고, HDR 영상(PQ space)의 휘도는 2,000nits이다. 이 경우에, 동적 범위 비율(a/b)은 2000 : 100 이다.

RGB 입력 데이터의 (R, G, B)가 (1, 1, 1)인 백색(white) 데이터일 때 RGB 표시장치의 휘도는 500nits이고, HDR 영상(PQ space)의 휘도는 10000nits이다. 이 경우에, 동적 범위 비율(a/b)은 10,000 : 500 이다.

따라서, RGB 표시장치와 HQD 영상(PQ space)의 경우에 유채색과 무채색에서 동적 범위 비율(a/b)이 일정하다.

본 발명의 실시예에 따른 RGBW 표시장치의 경우에, HDR 영상(PQ space)의 채도(saturation)에 따라 HDR 영상(PQ space)와 표시장치의 동적 범위 비율(a/b)이 달라진다. 본 발명에서 HDR 영상(PQ space)의 RGB 픽셀 데이터를 RGBW 표시장치의 특성에 맞게 톤 맵핑한 결과, 무채색에서의 동적 범위 비율(a/b)이 유채색에서의 동적 범위 비율(a/b) 보다 크다. 또한, 유채색에서의 동적 범위 비율(a/b)은 RGB 표시장치에 맞게 톤 맵핑한 결과 보다 작고, 무채색에서의 동적 범위 비율(a/b)은 RGB 표시장치에 맞게 톤 맵핑한 결과 보다 크다.

RGB 입력 데이터의 (R, G, B)가 (1, 0, 0) 인 적색 데이터일 때 RGBW 표시장치의 휘도는 75nits이고, HDR 영상(PQ space)의 휘도는 2000nits이다. , 이 경우의 동적 범위 비율(a/b)은 RGB 표시장치와 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위 비율 보다 작은(less than RGB) 2000 : 75 이다.

RGB 입력 데이터의 (R, G, B)가 (1, 1, 1)인 백색(white) 데이터일 때 RGBW 표시장치의 휘도는 750nits이고, HDR 영상(PQ space)의 휘도는 10,000nits이다. 이 경우의 동적 범위 비율(a/b)은 RGB 표시장치와 HDR 영상(PQ space)의 동적 범위 비율 보다 큰(larger than RGB) 10,000 : 750 이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 효과를 검증하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여 주는 테스트 샘플 이미지들이다. 이 시뮬레이션에서 RGB 표시장치의 500nits panel(RGB 패널)과 RGBW 표시장치의 750nits 패널(RGBW 패널)을 타겟 디스플레이로 선정하여 톤 맵핑한 영상 데이터를 표시하였다.

도 4 내지 도 6에서 (A)는 원본(original) HDR 영상을 HDR과 같은 동적 범위를 갖는 RGB 패널(PQ 패널)에 표시한 이미지이다. (B)는 원본 HDR 영상 데이터를 RGB 패널 기준으로 톤 맵핑하여 RGB 패널에 표시한 비교군1의 시뮬레이션 결과를 보여 주는 이미지이다. (C)는 원본 HDR 영상 데이터를 RGB 패널 기준으로 톤 맵핑하여 RGBW 패널에 표시한 비교군2의 시뮬레이션 결과를 보여 주는 이미지이다. (D)는 본 발명의 실시예에서 설명한 톤 맵핑 방법으로 원본 HDR 영상 데이터를 RGBW 패널 특성에 맞게 톤 맵핑하여 RGBW 패널에 표시한 시뮬레이션 결과를 보여 주는 이미지이다.

이 시뮬레이션 결과에서 확인된 바에 의하면, 비교군1(도 4 내지 6의 (B))은 피크 휘도가 낮고 피크 휘도의 표현력과 피크 휘도를 포함한 밝은 영역(적색 원 부분)에서 계조들 간에 구분이 되지 않아 고 계조의 표현력이 떨어진다. 비교군 1은 톤 맵핑 커브에서 선형 맵핑(linear mapping) 구간(어두운 영역)에서 HQD 영상(PQ space)의 휘도를 정확하게 재현하였다.

비교군2(도 4 내지 6의 (C))는 피크 휘도의 표현력이 비교군1 보다 좋지만 피크 휘도를 포함한 밝은 영역(적색 원 부분)에서 계조 표현력이 떨어진다. 비교군 2의 경우, 톤 맵핑 커브의 선형 맵핑 구간(어두운 영역)에서의 휘도가 HQD 영상(PQ space)에서 의도된 휘도 보다 밝게 보인다.

본 발명(도 4 내지 6의 (D))의 톤 맵핑 방법을 적용한 결과, 비교군1 대비 피크 휘도의 표현력 및 피크 휘도를 포함한 밝은 영역(적색 원 부분)에서 계조 표현력이 우수하고, 비교군2 대비 피크 휘도 표현력은 동등 수준이고, 어두운 계조 영역에 해당하는 선형 맵핑 구간에서 HQD 영상(PQ space)의 휘도를 정확하게 재현할 수 있고, 피크 휘도를 더 밝게 그리고 피크 휘도를 포함한 밝은 영역에서 계조 표현력을 더 향상시킬 수 있다. 본 발명의 톤 맵핑 방법은 선형 맵핑 구간에서 HQD 영상(PQ space)에서 의도된 휘도로 HQD 영상을 재현하였다.

도 7a 및 도 7b는 RGB 표시장치와 RGBW 표시장치에서 톤 맵핑된 영상의 정량적 평가 결과를 보여 주는 도면들이다. 이 평가 방법에서 적용된 화질 평가 지표는 Covergae, Annoyance mean(%), Annoyance STD(%), Annoyance max(%)이다.

이러한 화질 평가 지표와 관련 있는 기호를 정의하면 다음과 같다.

I_D.max(C) : 임의의 색(color) C에 대한 표시장치의 최대 동적 범위

I_PQ.max(C) : 임의의 색 C에 대한 HDR 영상(PQ space)의 최대 동적 범위

I_in(C) : 임의의 색 C에 대한 표시장치의 입력 휘도(intensity)

I_out(C) : 임의의 색 C에 대한 표시장치의 출력 휘도(ton-mapped intensity)

커버리지(PQC)는 아래와 같이 정의된다.

PQC = number of linear mapping / number of total pixels

여기서, “number of linear mapping”은 선형 맵핑 구간에 맵핑되는 픽셀들의 개수를 의미한다. “number of total pixels”는 표시장치의 전체 픽셀 개수이다.

HDR 영상의 mapping annoyance (HDRMA), Annoyance mean(%), Annoyance STD(%), Annoyance max(%)는 아래와 같다.

표시장치의 성능을 입력 영상의 콘텐츠(contents)를 얼마나 그대로 재현해 낼 수 있느냐로 평가할 때, 이 평가 방법은 콘텐츠의 컬러 포인트(color point) 중 몇 %가 표시장치의 표현 영역 내에 들어 오는지를 정의하기 위한 측정 기준(metric)을 이용한다. PQC(PQ coverage)는 표시장치의 전체 픽셀 중 자기 휘도로 제대로 표현되는 픽셀의 비율 즉, 선형 맵핑되는 픽셀들을 정의한다. HDR mapping annoyance(HDRMA)는 실제 입력 영상 데이터 대비 표시장치에서 출력되는 휘도의 차이를 PQ space에서 해당 컬러(color)의 최대 휘도로 노말라이즈(normalize)하여 모두 더한 값을 의미한다. Annoyance mean은 HDRMA의 평균 값이다. Annoyance STD와 Max는 Annoyance의 표준 편차(standard deviation)와 최대값(max)을 의미한다. 통계에서 평균의 오류를 범하지 않기 위해 위의 두 값을 같이 표시하였다. 도 7a 및 도 7b에서 굵은 색 글씨와 빨간 색은 차이가 두드러지는 부분을 강조한다. 커버리지(coverage)가 높을수록, Annoyance 는 낮을수록 입력 영상의 콘텐츠가 표시장치에 재현될 때 화질이 좋다는 것을 의미한다.

도 8a 내지 도 9b는 RGB 표시장치와 RGBW 표시장치의 동적 범위 커버리지를 비교한 시뮬레이션 결과를 보여 주는 도면들이다. 도 8a는 고휘도 순색 부분과 반사면(Specular highlight) 부분을 포함한 원본 HDR 영상이다. 도 8b는 도 8a의 원본 HDR 영상을 RGB 패널과 RGBW 패널에 표시할 때 RGB 표시장치와 RGBW 표시장치 각각에서 고휘도 순색 부분과 반사면의 색좌표(u'v')와 휘도(Lum)를 보여 주는 시뮬레이션 결과이다. 도 9a는 반사면(Specular highlight) 부분을 포함한 다른 샘플의 원본 HDR 영상이다. 도 9b는 도 9a의 원본 HDR 영상을 RGB 패널과 RGBW 패널에 표시할 때 RGB 표시장치와 RGBW 표시장치 각각에서 고휘도 순색 부분과 반사면의 색좌표(u'v')와 휘도(Lum)를 보여 주는 시뮬레이션 결과이다.

도 8a에서, 적색 점들이 HDR 영상의 입력 컬러 포인트들이다. RGB 패널의 경우, 백색 부분에서 입력이 표시장치의 표현 범위를 넘어간다. 이 부분은 도 8a에서 새가 앉아 있는 봉 부분이고, RGB 표시장치에서 계조가 구분되지 않는 문제로 나타난다. 반면에, 도 8b와 같이 순색 부분의 경우, RGBW 표시장치가 RGB 표시장치 대비 표현 범위가 작지만 일반적인 콘텐츠를 표현하기에 충분한 크기를 가지고 있음을 알 수 있다. 즉 본 발명의 톤 맵핑 방법을 RGBW 표시장치에 적용하면 일반적인 RGB 표시장치 대비 원 영상을 충실히 표현하는 것이 가능하다는 것이 시뮬레이션을 통해 확인되었다. 도 9a의 자동차 이미지도 입력이 두 표시장치의 표시 범위를 모두 벗어나지만 RGBW 표시장치의ㅏ 커버리지가 더 우수한 것이 확인되었다.

도 10은 본 발명과 비교군1, 2에서 무채색과 유채색에서 톤 맵핑 커브를 비교한 도면들이다. 도 10에 도시된 톤 맵핑 커브에서 선형 맵핑(linear mapping) 구간은 RGBW 표시장치의 최대 동적 범위 대비 0~80% 구간으로 설정된 예이지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 도 10에서 “X5 scaling”은 우측 그래프의 휘도 축 끝이 2000 인데 좌측 그래프의 10000이랑 같은 크기로 표시하기 위하여 좌측 그래프의 스케일이 X5 scaling 로 변환되었다.

도 10에서, (A)는 HDR 영상에서 백색(white) 계조 값의 픽셀 데이터를 RGB 패널 기준으로 생성된 톤 맵핑 커브이다. (B)는 HDR 영상에서 적색 계조 값의 픽셀 데이터를 RGB 패널 기준으로 톤 맵핑하기 위한 비교군1의 톤 맵핑 커브이다.

(C)는 HDR 영상에서 백색(white) 계조 값의 픽셀 데이터를 RGB 패널 기준으로 톤 맵핑하여 RGBW 패널에 기 위한 비교군2의 톤 맵핑 커브이다. (D)는 HDR 영상에서 적색 계조 값의 픽셀 데이터를 RGB 패널 기준으로 톤 맵핑하기 위한 비교군2의 톤 맵핑 커브이다.

(E)는 HDR 영상에서 백색(white) 계조 값의 픽셀 데이터를 RGBW 패널 기준으로 톤 맵핑하여 RGBW 패널에 기 위한 본 발명의 톤 맵핑 커브이다. (D)는 HDR 영상에서 적색 계조 값의 픽셀 데이터를 RGB 패널 기준으로 톤 맵핑하기 위한 본 발명의 톤 맵핑 커브이다.

도 10은 본 발명과 같이 입력 컬러에 대한 표시장치의 동적 범위를 계산하여 매핑하는 방식이 아니면 RGB 표시장치 이외의 다원색 표시장치는 입력 콘텐츠의 의도를 그대로 재현하지 못한다는 것을 보여 준다.

RGB 표시장치(A, B)는 무채색이든 유채색이든 적어도 선형 맵핑 구간 에서 입력 콘텐츠와 표시장치의 휘도가 동일하지만 RGBW와 같이 입력 RGB와 매칭(matching)되지 않는 표시장치는 RGB와 동일하게 톤 맵핑했을 경우에 어떤 컬러는 정상적으로 맵핑되는(C) 반면, 다른 컬러가 비정상적으로 맵핑된다(D).

본 발명의 톤 맵핑 방법에 의하면, 도 10의 (E) 및 (F)에서 무채색과 유채색을 포함한 모든 컬러에서 선형 맵핑 구간의 동적 범위 비율(a'/b')이 a'/b'= 1로 동일하다. 따라서, 본 발명은 입력 영상의 컬러 체계와 다른 컬러 체계를 갖는 다원색 표시장치에서 입력 영상의 콘텐츠가 의도하는 색과 휘도로 입력 영상을 다원색 표시장치에 재현할 수 있다.

도 11은 본 발명의 톤 맵핑 방법이 처리되는 하드웨어 구현 방법의 일 예를 보여 주는 도면이다.

도 11을 참조하면, 호스트 시스템은 HDR 영상(PQ space)의 RGB 입력 데이터에 대한 RGBW 데이터의 동적 범위를 계산하는 단계(S100)와, 톤 맵핑 커브를 이용하여 RGBW 패널 기준으로 RGB 입력 데이터의 동적 범위를 RGBW 데이터의 동적 범위로 변환하는 단계(S200)를 처리한다. 호스트 시스템은 S100 단계 및 S200 단계를 처리하는 SoC(System on chip; SOC)로 구현될 수 있다. S100 단계는 도 2에서 S11 내지 S14 단계를 포함한다. S200 단계는 도 2에서 S21 단계 내지 S25 단계를 포함한다.

표시패널 구동 회로의 타이밍 콘트롤러(Timing controller)는 호스트 시스템으로부터 수신된 톤 맵핑 후 선형 RGBW 데이터를 수신 받아 감마 보정한다. 이어서, 타이밍 콘트롤러(Timing controller)는 RGBW 데이터에 프레임 게인을 곱하여 표시패널의 픽셀들에 곱한다. 프레임 게인이 2로 설정되면 HDR 영상(PQ space)에서 의도한 휘도로 RGBW 표시장치에서 HQD 영상이 재현된다. 프레임 게인이 3으로 설정되면 RGBW 표시장치의 최대 휘도로 HQD 영상이 재현된다.

도 12는 본 발명의 톤 맵핑 방법이 처리되는 하드웨어 구현 방법의 다른 예를 보여 주는 도면이다.

도 12를 참조하면, 호스트 시스템은 HQD 영상(PQ space)의 RGB 데이터를 RGBW 패널의 최대 휘도(750 nit)와 동일한 최대 휘도의 RGB 데이터에 톤 맵핑한다(S300). 표실패널 구동 회로는 RGBW 패널의 최대 휘도 기준으로 톤 맵핑된 HDR 영상(PQ space)의 RGB 입력 데이터에 대한 RGBW 데이터의 동적 범위를 계산하는 단계(S300)와, 톤 맵핑 커브를 이용하여 RGBW 패널 기준으로 RGB 입력 데이터의 동적 범위를 RGBW 데이터의 동적 범위로 변환하는 단계(S400)를 처리한다. 호스트 시스템은 S300 단계를 처리하는 SoC로 구현될 수 있다. S100 단계는 도 2에서 S11 내지 S14 단계를 포함한다. S200 단계는 도 2에서 S21 단계 내지 S25 단계를 포함한다.

표시패널 구동 회로의 타이밍 콘트롤러(Timing controller)는 호스트 시스템으로부터 수신된 톤 맵핑 후 선형 RGBW 데이터를 수신 받아 감마 보정한다. 이어서, 타이밍 콘트롤러(Timing controller)는 RGBW 데이터에 프레임 게인을 곱하여 표시패널의 픽셀들에 곱한다. 프레임 게인이 2로 설정되면 HDR 영상(PQ space)에서 의도한 휘도로 RGBW 표시장치에서 HQD 영상이 재현된다. 프레임 게인이 3으로 설정되면 RGBW 표시장치의 최대 휘도로 HQD 영상이 재현된다.

도 13은 프레임 게인을 보여 주는 도면이다. 도 14는 uv별 최대 계조의 일 예를 보여 주는 도면이다.

도 13에서 k는 RGB 색공간에서 입력 픽셀 데이터의 uv값을 구하여 히스토그램 상에서 최대 계조를 의미한다. 최대 계조값은 RGBW 변환 이후에 구해진다. uv값은 색상(hue)과 채도(saturation) 정보를 포함한다. 도 13에서 uv별 최대값은 도 14의 "최대 계조"와 같은 의미이다.

도 14에서 최대 계조는 해당 uv 값을 갖는 픽셀 중 최대 휘도를 의미한다. u / v 각각 4bit 정도로, uv는 총 256 개로 나뉜다(binning). 중간 값은 보간(interpolation)으로 구해진다. u, v 각각은 MSB 4bit 정도로 인코딩될 숭 있고, u, v 각각은 총 256개로 비닝(binning)될 수 있다. uv 각각의 소수값은 보간 방법(interpolation)을 이용하여 해당 bin과 그 bin에서 1을 더한 값 사이에서 구해질 수 있다.

본 발명의 표시장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 및 전계 발광 표시지장치(Electroluminescence Display) 등의 표시장치를 기반으로 구현될 수 있다. 전계 발광 표시장치는 발광층의 재료에 따라 무기발광 표시장치와 유기 발광 표시장치로 구별될 수 있다. 유기 발광 표시장치의 픽셀들 각각은 스스로 발광하는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: 이하, "OLED"라 함)를 포함한다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타내는 도면이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100)과, 표시패널 구동부를 구비한다.

표시패널(100)에서 입력 영상이 표시되는 화면을 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터라인들(DL), 데이터라인들(DL)과 교차되는 게이트라인들(또는 스캔라인들, GL), 및 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함하여 입력 이미지를 표시한다. 픽셀들 각각은 컬러 구현을 위하여 적색(R) 서브 픽셀, 녹색(G) 서브 픽셀, 청색(B) 서브 픽셀, 및 백색(W) 서브 픽셀을 포함한다.

표시 패널(100) 상에 터치 센서들이 배치될 수 있다. 터치 입력은 별도의 터치 센서들을 이용하여 센싱되거나 픽셀들을 통해 센싱될 수 있다. 터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시 패널의 화면 상에 배치되거나 픽셀 어레이에 내장되는 인-셀(In-cell type) 터치 센서들로 구현될 수 있다.

표시패널 구동부는 표시패널(100)의 픽셀들에 데이터를 기입한다. 표시패널 구동부는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104), 타이밍 콘트롤러(110) 등을 포함한다.

데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(110)로부터 수신되는 변조된 디지털 비디오 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압들을 발생하고 그 데이터전압을 표시패널(100)의 데이터라인들(DL)에 공급한다. 게이트 구동부(104)는 타이밍 콘트롤러(110)의 제어 하에 데이터라인들(DL)에 공급되는 데이터전압과 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(GL)에 공급하고, 그 게이트펄스를 순차적으로 시프트시킨다.

타이밍 콘트롤러(110)는 호스트 시스템(120)으로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동부(102)로 전송한다. 타이밍 콘트롤러(110)는 디지털 비디오 데이터와 동기되어 호스트 시스템(120)으로부터 수신된 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍신호를 이용하여 데이터 구동부(102)와 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 제어한다. 타이밍 콘트롤러(110)는 전술한 톤 맵핑 방법을 이용하여 입력 영상의 픽셀 데이터를 변조하여 데이터 구동부(102)로 전송한다.

호스트 시스템(120)은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템(120)은 스케일러(scaler)를 이용하여 입력 이미지의 해상도를 표시패널(100)의 해상도에 맞게 변환하여 타이밍 신호와 함께 타이밍 콘트롤러(110)로 전송한다.

표시패널(100)의 동적 범위 보다 큰 RGB 영상 예를 들어, HQD 영상(PQ space)의 데이터가 타이밍 콘트롤러(110)에 수신되면, 타이밍 콘트롤러(110)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 톤 맵핑 방법으로 RGB 입력 영상의 동적 범위와 RGBW 픽셀 구조의 표시패널(100)의 동적 범위를 맵핑한다.

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 : 표시패널 102 : 데이터 구동부
104 : 게이트 구동부 110 : 타이밍 콘트롤러
120 : 호스트 시스템

Claims (10)

1. RGB 입력 데이터를 포함한 입력 영상의 동적 범위와 RGBW 데이터가 표시되는 표시패널의 동적 범위를 계산하는 단계;
   상기 RGB 데이터를 상기 RGBW 데이터로 변환하고, 선형 맵핑 구간과 롤 오프 맵핑 구간을 갖는 톤 맵핑 커브를 이용하여 상기 입력 영상의 동적 범위를 상기 표시패널의 동적 범위로 톤 맵핑하는 단계; 및
   상기 톤 맵핑 후 RGBW 데이터에 소정의 프레임 게인을 곱하여 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하는 단계를 포함하고,
   상기 픽셀들 각각은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, 및 W 서브 픽셀을 포함하고,
   무채색과 유채색을 포함한 모든 컬러에서 상기 선형 맵핑 구간에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위와 상기 표시패널의 동적 범위가 같고,
   상기 톤 맵핑하는 단계는,
   스펙트럼 교환(spectrum exchange) 방식으로 입력 영상의 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하여 RGBW 데이터를 생성하는 제1 단계;
   상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각에서 최대값을 계산하는 제2 단계; 및
   상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각의 최대값을 이용하여 최대 디지털 코드를 계산하는 제3 단계; 및
   상기 최대 디지털 코드를 이용하여 상기 입력 영상과 상기 표시패널 각각에서 최대 동적 범위를 계산하는 제4 단계를 포함하는 톤 맵핑 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 무채색에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위에 대한 상기 표시패널의 동적 범위 비율이, 상기 유채색에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위에 대한 상기 표시패널의 동적 범위 비율 보다 큰 톤 맵핑 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 단계는,
   상기 RGB 데이터를 R_in, G_in, B_in라 하고, 상기 RGBW 데이터를 R_in’, G_in’, B_in’, W_in’라 할 때 상기 RGBW 데이터를 R_in’= R_in-W_in’, G_in’= G_in-W_in’, B_in’= B_in-W_in’으로 생성하고,
   상기 W_in’은 R_in, G_in, B_in 중에서 가장 큰 값의 1/2 값과, R_in, G_in, B_in 중에서 최소값 중 더 작은 값으로 결정되는 톤 맵핑 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2 단계는,
   상기 RGB 데이터의 최대값을 R_in, G_in, B_in 중에서 최대값을 선택하고,
   상기 RGBW 데이터의 최대값은 R_max’, G_max’, B_max’, W_max’중에서 최대값을 선택하는 톤 맵핑 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제3 단계는,
   상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각의 상기 최대값을 바탕으로 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각의 최대 디지털 코드를 계산하고,
   상기 RGB 데이터의 최대 디지털 코드가 R_max, G_max, B_max라 하고, 상기 RGBW 데이터의 최대 디지털 코드가 R_max’, G_max’, B_max’, W_max’이라 할 때
   상기 RGB 데이터의 최대 디지털 코드는 R_max = R_in/max(R_in, G_in, B_in), G_max = G_in/max(R_in, G_in, B_in), B_max = B_in/max(R_in, G_in, B_in)으로 계산되고,
   상기 RGBW 데이터의 최대 디지털 코드는 R_max’ = R_in’/ max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’), G_max’ = G_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’), B_max’ = B_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’), W_max’ = W_in’/max(R_in’, G_in’, B_in’, W_in’)으로 계산되는 톤 맵핑 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제4 단계는,
   상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각에서 상기 최대 디지털 코드를 바탕으로 상기 입력 영상(PQ space)의 RGB 데이터와 RGBW 표시장치에 표시될 RGBW 데이터 각각의 최대 휘도(Intensity)를 계산하고,
   상기 RGB 데이터의 동적 범위(b)를 정의하는 최대 휘도값을 I_{PQ .max}라 하고, I_D.max는 상기 RGBW 데이터의 동적 범위를 정의하는 최대 휘도값을 이라 I_{D. max}이라 할 때, I_PQ.max와 I_D.max는
   I_PQ.max = (R_max * R_PQ.lum + G_max * G_PQ.lum + B_max * B_PQ.lum)
   I_D.max = (R_max’ * R_{D. lum} + G_max’ * G_{D . lum} + B_max’ * B_{D . lum} + W_max’ * W_{D . lum})으로 계산되고,
   여기서, R_{PQ . lum}, G_{PQ . lum}, B_{PQ . lum}는 상기 RGB 데이터 RGB 각각의 휘도고, R_{D. lum}, G_D.lum, B_D.lum, W_D.lum는 상기 RGBW 데이터의 RGBW 각각의 휘도인 톤 맵핑 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 톤 맵핑하는 단계는,
   상기 입력 영상의 동적 범위가 x축으로, 상기 RGBW 표시장치의 동적 범위가 y축으로 설정된 톤 맵핑 좌표계를 생성하는 단계;
   상기 톤 맵핑 좌표계에서 상기 선형 맵핑 구간과 상기 롤 오프 구간을 포함하는 톤 맵핑 커브를 생성하는 단계;
   상기 톤 맵핑 좌표계에서 상기 RGB 데이터의 입력 휘도를 산출하는 단계; 및
   상기 톤 맵핑 커브에서 입력 휘도값과 대응되는 출력 휘도를 선택하는 단계; 및
   상기 출력 휘도를 갖는 상기 RGBW 데이터를 계산하는 단계를 포함하는 톤 맵핑 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 선형 맵핑 구간에서 상기 표시패널의 동적 범위를 a'라 하고, 상기 선형 맵핑 구간에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위를 b'라 할 때 상기 무채색과 상기 유채색을 포함한 모든 컬러에서,
   a'/b'= 1을 만족하는 톤 맵핑 방법.
10. 표시패널의 픽셀들에 상기 표시패널의 동적 범위 보다 큰 동적 범위를 갖는 입력 영상의 RGB 데이터를 기입하는 표시패널 구동부를 구비하고,
    상기 표시패널 구동부는,
    RGB 입력 데이터를 포함한 입력 영상의 동적 범위와 RGBW 데이터가 표시되는 표시패널의 동적 범위를 계산하고,
    스펙트럼 교환(spectrum exchange) 방식으로 입력 영상의 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하고, 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각에서 최대값을 계산하고, 상기 RGB 데이터와 상기 RGBW 데이터 각각의 최대값을 이용하여 최대 디지털 코드를 계산하고, 상기 최대 디지털 코드를 이용하여 상기 입력 영상과 상기 표시패널 각각에서 최대 동적 범위를 계산한 결과를 이용하여 상기 입력 영상의 동적 범위를 상기 표시패널의 동적 범위로 톤 맵핑하고,
    상기 톤 맵핑 후 RGBW 데이터에 소정의 프레임 게인을 곱하여 상기 표시패널의 픽셀들에 기입하며,
    상기 픽셀들 각각은 R 서브 픽셀, G 서브 픽셀, B 서브 픽셀, 및 W 서브 픽셀을 포함하고,
    무채색과 유채색을 포함한 모든 컬러에서 선형 맵핑 구간에서 상기 RGB 입력 데이터의 동적 범위와 상기 표시패널의 동적 범위가 같은 표시장치.

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