KR102379774B1 - 영상 처리 방법 및 영상 처리 회로와 그를 이용한 표시 장치 - Google Patents

영상 처리 방법 및 영상 처리 회로와 그를 이용한 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HDR 영상의 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치에 관한 것으로, 실시예에 따른 영상 처리 방법은 HDR를 갖는 제1 영상 데이터를 입력하고 그 제1 영상 데이터로부터 제1 휴값을 산출하는 단계와, 미리 정해진 고계조 부분을 롤-오프처리하는 롤-오프 구간을 포함하여 컬러 채널별로 미리 설정된 룩-업 테이블을 이용하여 제1 영상 데이터를 제2 영상 데이터로 변환하는 단계와, 제2 영상 데이터로부터 제2 휴값을 산출하는 단계를 포함한다. 그리고, 제1 휴값과 제2 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양을 미리 정해진 임계값과 비교하여 인지적 휴 쉬프트의 유무 여부를 판단하는 단계와; 인지적 휴 쉬프트가 무로 판단되면 제2 영상 데이터를 출력하는 단계와; 인지적 휴 쉬프트가 유로 판단되면 제1 영상 데이터와 제2 영상 데이터를 이용하여 제1 영상 데이터를 제3 영상 데이터로 변환하는 단계를 더 포함한다.

Description

영상 처리 방법 및 영상 처리 회로와 그를 이용한 표시 장치{IMAGE PROCESSING METHOD, IMAGE PROCESSING CIRCUIT AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 휘도 다이나믹 레인지가 넓은 영상의 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 방법 및 영상 처리 회로와 그를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
실제 자연 환경에서 사람은 대략 10-4 ~ 108 cd/m2 정도의 넓은 휘도 다이나믹 레인지를 인지할 수 있는 것으로 알려져 있고, 이러한 인지 특성을 고려한 하이 다이나믹 레인지(High Dynamic Range; 이하 HDR) 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 지금까지 HDR 기술은 대부분 카메라 분야에 집중되어 있었으나, 최근 영상 제작 및 표시 장치 개발 등까지 확장되고 있다.
그러나, 현재 표시 장치가 표현할 수 있는 휘도 다이나믹 레인지는 HDR 영상 컨텐츠 보다 상당히 낮은 수준이다. 예를 들면, 현재 HDR 영상의 피크 휘도 스펙은 10000 cd/m2 이나, HDR 표시 장치가 표현할 수 있는 피크 휘도는 1000 cd/m2 정도이다.
따라서, 표시 장치가 표현 가능한 휘도 레인지보다 넓은 HDR 영상 컨텐츠를 표시하기 위하여, HDR 영상 컨텐츠를 표시 장치의 좁은 휘도 레인지, 즉 감마 특성에 맞게 변환하는 영상 처리 알고리즘이 표시 장치에 요구되며, 특히 HDR 영상의 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 알고리즘이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 HDR 영상의 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법은 HDR를 갖는 제1 영상 데이터를 입력하고 그 제1 영상 데이터로부터 제1 휴값을 산출하는 단계와, 미리 정해진 고계조 부분을 롤-오프처리하는 롤-오프 구간을 포함하여 컬러 채널별로 미리 설정된 룩-업 테이블을 이용하여 제1 영상 데이터를 제2 영상 데이터로 변환하는 단계와, 제2 영상 데이터로부터 제2 휴값을 산출하는 단계를 포함한다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법은 제1 휴값과 제2 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양을 미리 정해진 임계값과 비교하여 인지적 휴 쉬프트의 유무 여부를 판단하는 단계와; 인지적 휴 쉬프트가 무로 판단되면 제2 영상 데이터를 출력하는 단계와; 인지적 휴 쉬프트가 유로 판단되면 제1 영상 데이터와 제2 영상 데이터를 이용하여 제1 영상 데이터를 제3 영상 데이터로 변환하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 회로는 제1 휴값 산출부, 제1 데이터 변환부, 제2 휴값 산출부, 휴 쉬프트 판단부, 제2 데이터 변환부를 구비한다.
제1 휴값 산출부는 HDR를 갖는 제1 영상 데이터를 입력하고 그 제1 영상 데이터로부터 제1 휴값을 산출한다.
제1 데이터 변환부는 미리 정해진 고계조 부분을 롤-오프처리하는 롤-오프 구간을 포함하여 컬러 채널별로 미리 설정된 룩-업 테이블을 이용하여 제1 영상 데이터를 제2 영상 데이터로 변환한다.
제1 휴값 산출부는 제2 영상 데이터로부터 제2 휴값을 산출한다.
휴 쉬프트 판단부는 제1 휴값과 제2 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양을 미리 정해진 임계값과 비교한 결과에 따라 인지적 휴 쉬프트의 유무 신호를 출력한다.
제2 데이터 변환부는 인지적 휴 쉬프트 유 신호가 입력되면, 제1 영상 데이터와 상기 제2 영상 데이터를 이용하여 제1 영상 데이터를 제3 영상 데이터로 변환하여 출력한다. 이와 달리, 제2 데이터 변환부는 인지적 휴 쉬프트 무 신호가 입력되면, 제2 영상 데이터를 출력한다.
휴 쉬프트 판단부는 제1 휴값과 상기 제2 휴값의 차이를 산출하고, 산출된 차이를 제1 휴값으로 나누어 휴 쉬프트 양을 산출한다. 또한, 휴 쉬프트 판단부는 휴 쉬프트 양을 임계값과 비교하여, 휴 쉬프트 양이 임계값 이하이면 인지적 휴 쉬프트 무 신호를 출력하고, 휴 쉬프트 양이 임계값을 초과하면 인지적 휴 쉬프트 유 신호를 출력한다. 휴 쉬프트 양의 임계값은 휴 쉬프트의 인지 수준에 해당하는 5%~10% 사이이다.
제2 데이터 변환부는 제1 영상 데이터와 제2 영상 데이터의 비율을 컬러 채널별로 산출하고, 산출된 컬러 채널별 비율 중 최소값을 기준 비율로 선택하는 기준 비율 검출부를 구비한다. 또한, 제2 데이터 변환부는 선택된 기준 비율을 제1 영상 데이터와 컬러 채널별로 곱하여 제3 영상 데이터로 변환하는 컬러 채널별 데이터 변환부를 구비한다. 제3 영상 데이터는 제1 영상 데이터의 컬러 비율을 동일하게 유지한다.
본 발명의 실시예에 다른 표시 장치는 표시 패널과, 전술한 영상 처리 회로와, 그 영상 처리 회로부터 공급된 영상을 표시 패널에 표시하는 패널 구동부와, 상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치는 HDR 영상을 표시 장치의 감마 특성에 맞게 변환하기 이전과 이후의 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고 검출된 휴 쉬프트 양이 사람이 인지 가능한 수준(임계값) 이상일 때 휴 쉬프트가 감소하도록 데이터를 동일 비율로 보정함으로써 고계조 영역의 롤-오프 처리로 인한 휴 쉬프트 현상을 방지하여 화질 열화를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용되는 HDR 표시 장치의 감마 커브와 그 감마 커브의 롤-오프 구간 맵핑으로 인한 휴 쉬프트 결과를 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 회로의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 처리 방법에 따른 휴 쉬프트 개선 결과를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 회로를 갖는 HDR 표시 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 6은 도 5에 적용되는 LCD 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.
도 7은 도 5에 적용되는 OLED 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.
본 발명의 실시예에 대한 설명에 앞서서 본 발명과 관련된 선행 기술을 먼저 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명에 적용되는 HDR 표시 장치의 감마 커브(a)와 그 감마 커브의 롤-오프 구간 맵핑으로 인한 휴 쉬프트 결과(b)를 예시한 도면이다.
HDR 영상은 최근 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers) ST.(Standard) 2084로 정의된 전기-광학 전달 함수(Electro-Optical Transfer Function; 이하 EOTF)를 의미하는 지각적인 양자화(Perceptual Quantizer; 이하 PQ) 인코딩 커브를 이용하여 감마 인코딩된다. HDR 표시 장치는 PQ 인코딩 커브와 역함수 관계를 갖는 도 1(a)에 도시된 PQ 디코딩 커브, 즉 PQ 감마 커브를 이용하여 감마 레퍼런스 전압을 결정함으로써 HDR 영상을 감마 디코딩하여 표시한다.
그러나, HDR 영상의 피크 휘도 스펙은 10000 cd/m2 인 반면, 현재 HDR 표시 장치가 표현할 수 있는 피크 휘도는 1000 cd/m2 정도로 낮으므로, HDR 영상에서 1000 cd/m2를 초과하는 고계조 휘도가 모두 표시 장치의 피크 휘도(1000 cd/m2)로 포화되어 고계조 뭉침이 발생한다.
이러한 고계조 포화를 최소화하기 위하여, HDR 표시 장치는 도 1(a)에 도시된 바와 같이 PQ 감마 커브를 미리 설정된 변곡점(P)을 기준으로 꺽어 변곡점(P) 이상의 고계조 영역의 휘도를 전체적으로 어둡게 조정하는 롤-오프(Roll-off) 알고리즘을 이용한다. 롤-오프 알고리즘은 도 1(a)와 같이 롤-오프 구간을 포함하는 감마 커브를 따라 미리 설정된 감마 변환 룩-업 테이블(Look-up table; 이하 LUT)을 이용하여 RGB 데이터를 컬러 채널별로 변환함으로써 변곡점(P) 이상의 고계조들을 롤-오프 처리한다.
그러나, RGB 데이터 중 적어도 하나의 데이터가 롤-오프 구간에 맵핑되어 변환되면 롤-오프 이전의 입력 RGB 비율과 롤-오프 이후의 출력 RGB 비율이 달라지게 된다. 이로 인하여, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 색상을 나타내는 휴(Hue) 값이 롤-오프 이전과 이후에 달라짐으로써 색상이 왜곡되는 휴 쉬프트 현상(Hue Shift Artifact)이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 롤-오프 이전과 이후의 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고 검출된 휴 쉬프트 양이 사람이 인지 가능한 수준(임계값) 이상일 때 휴 쉬프트가 감소하도록 데이터를 보정함으로써 롤-오프 처리로 인한 휴 쉬프트 현상을 억제할 수 있는 표시 장치의 영상 처리 방법 및 회로를 제안한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법을 단계적으로 나타낸 플로우 챠트이다.
단계 S32에서 HDR 영상을 입력하고, 단계 S34에서 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 입력 HDR 영상의 제1 RGB 데이터로부터 제1 휴값(H)을 산출한다.
RGB-to-XYZ, XYZ-to-Lab, Lab-to-LCH로 변환하는 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 입력 HDR 영상의 제1 RGB 데이터로부터 제1 휴값(H)을 산출한다. XYZ는 삼자극치를 의미하고, Lab에서 'L'은 밝기(Lightness)를, 'a'는 적색(Red)-녹색(Green)의 색차 성분을, 'b'는 황색(Yellow)-청색(Blue)의 색차 성분을 의미하고, LCH에서 'L'은 밝기(Lightness)를, 'C'는 채도(Chroma)를, 'H'는 색상(Hue)을 의미한다.
단계 S36에서 HDR 표시 장치의 감마 특성에 맞추어 롤-오프 구간이 설정된 컬러 채널별 감마 변환(PQ to Display) LUT(R), LUT(G), LUT(B)를 이용하여 입력 HDR 영상의 제1 RGB 데이터를 변환함으로써 변곡점 이상의 고계조가 롤-오프 처리된 제2 R'G'B' 데이터를 출력한다.
단계 S38에서 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 롤-오프 처리된 제2 R'G'B' 데이터로부터 제2 휴값(H')을 산출한다. 예를 들면, RGB-to-XYZ, XYZ-to-Lab, Lab-to-LCH로 변환하는 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 롤-오프 처리된 제2 R'G'B' 데이터로부터 제2 휴값(H')을 산출한다.
단계 S40에서 전술한 롤-오프 이전의 제1 RGB 데이터로부터 계산된 제1 휴값(H)과, 롤-오프 이후의 제2 R'G'B' 데이터로부터 계산된 제2 휴값(H')을 비교하여 롤-오프로 인한 휴 쉬프트 양(ΔH)을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양(ΔH)이 사람이 인지 가능한 수준인지를, 즉 임계값(TH)을 초과하는지를 판단한다.
여기서, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 임계값(TH)을 초과하는 경우 휴 쉬프트가 보정되도록, 즉 휴 쉬프트 양(ΔH)이 감소하도록 제1 RGB 데이터와 제2 R'G'B' 데이터를 이용하여 제1 RGB 데이터를 그와 동등한 R:G:B 비율을 갖는 제3 R"G"B" 데이터로 변환하여 출력한다(S44, S46, S48). 반면, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 인지 가능한 수준이 아닌 경우, 즉 임계값(TH) 이하인 경우 제2 R'G'B' 데이터를 출력한다(S42, S48).
구체적으로, 단계 S40에서 롤-오프 이전의 제1 휴값(H)과, 롤-오프 이후의 제2 휴값(H')의 차이(H-H')를 산출하고, 산출된 휴값 차이(H-H')를 제1 휴값(H1)으로 나누어 줌으로써 롤-오프로 인한 휴 쉬프트 양(ΔH)을 검출한 다음, 검출된 휴 쉬프트 양(ΔH)은 미리 설정된 임계값(TH)을 초과하는지 여부를 판단한다.
임계값(TH)을 결정하기 위한 많은 실험 결과, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 5% 이하이면 사람이 휴 변화를 인지하기 어려우나, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 5%를 초과하면 사람이 휴 변화를 인지할 수 있고, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 10%를 초과하면 사람이 휴 변화를 더욱 잘 인지함을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명에서 휴 쉬프트 양(ΔH)에 대한 임계값(TH)은 5%로 미리 설정될 수 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 5%~10% 사이에서 미리 설정될 수 있다.
단계 S40에서 휴 쉬프트 양(ΔH)이 임계값(TH)을 초과하지 않는 경우 인지 가능한 휴 쉬프트가 없는 것으로 판단하고 단계 S42 및 S48에서 전술한 제2 R'G'B' 데이터를 출력한다.
한편, 단계 S40에서 휴 쉬프트 양(ΔH)이 임계값(TH)을 초과하는 경우 롤-오프로 인하여 인지 가능한 휴 쉬프트가 있는 것으로 판단하고 단계 S44, S46을 진행하여 휴 쉬프트가 감소되도록 데이터 변환을 수행한다.
단계 S44에서 롤-오프 이전의 제1 RGB 데이터에 대한 롤-오프 이후의 제2 R'G'B' 데이터의 비율(R'/R, G'/G, B'/B)을 컬러 채널별로 산출하고 R'/R, G'/G, B'/B 중 최소값(Min)을 기준 비율(MinRatio)로 선택하여 출력한다.
그 다음 단계 S46에서 입력 제1 RGB 데이터 각각에 선택된 기준 비율(MinRatio)을 동일하게 곱함으로써 입력 제1 RGB 데이터의 R:G:B 비율을 동등하게 유지하는 제3 R"G"B" 데이터로 변환하여 출력한다. 이에 따라, 입력 제1 RGB 데이터와 출력 제3 R"G"B" 데이터는 R:G:B 비율이 동등하므로 휴 쉬프트를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 회로의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3을 참조하면, 영상 처리 회로는 영상 입력부(10), 제1 데이터 변환부(30), 제2 데이터 변환부(50), 제1 휴값 산출부(20), 제2 휴값 산출부(40), 휴 쉬프트 판단부(60), 영상 출력부(70)를 구비한다.
영상 입력부(10)는 입력 HDR 영상의 제1 RGB 데이터를 수신하고, 수신된 제1 RGB 데이터를 제1 데이터 변환부(30), 제2 데이터 변환부(50), 제1 휴값 산출부(20)로 출력한다. 영상 입력부(10)는 제1 RGB 데이터를 프레임 단위로 저장하여 출력하는 프레임 메모리를 포함할 수 있다.
제1 휴값 산출부(20)는 영상 입력부(10)로부터의 제1 RGB 데이터를 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 변환함으로써 제1 휴값(H)을 산출한다. 예를 들면, 제1 휴값 산출부(20)는 RGB-to-XYZ, XYZ-to-Lab, Lab-to-LCH로 변환하는 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 제1 RGB 데이터로부터 제1 휴값(H)을 산출한다.
제1 데이터 변환부(30)는 HDR 표시 장치의 감마 특성에 맞추어 고계조 롤-오프 구간이 설정된 감마 변환(PQ to Display) R LUT(32), G LUT(34), B LUT(36)를 컬러 채널별로 이용하여, 영상 입력부(10)로부터의 제1 RGB 데이터를 제2 R'G'B' 데이터로 변환함으로써 변곡점 이상의 고계조가 롤-오프 처리된 제2 R'G'B' 데이터를 출력한다.
제2 휴값 산출부(40)는 제1 데이터 변환부(30)에서 롤-오프 처리된 제2 R'G'B' 데이터를 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 변환함으로써 제2 휴값(H')을 산출한다. 예를 들면, 제2 휴값 산출부(40)는 RGB-to-XYZ, XYZ-to-Lab, Lab-to-LCH로 변환하는 공지된 색공간 변환 함수를 이용하여 롤-오프 처리된 제2 R'G'B' 데이터로부터 제2 휴값(H')을 산출한다.
휴 쉬프트 판단부(60)는 제1 휴값 산출부(20)로부터의 롤-오프 이전의 제1 휴값(H)과, 제2 휴값 산출부(40)로부터의 롤-오프 이후의 제2 휴값(H')을 비교하여 롤-오프로 인한 휴 쉬프트 양(ΔH)을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양(ΔH)이 임계값(TH)을 초과하는지를 판단하고, 판별 신호를 제2 데이터 변환부(50)로 출력한다.
구체적으로, 휴 쉬프트 판단부(60)는 롤-오프 이전의 제1 휴값(H)과, 롤-오프 이후의 제2 휴값(H')의 차이(H-H')를 산출하고, 산출된 휴값 차이(H-H')를 제1 휴값(H1)으로 나누어 줌으로써 롤-오프로 인한 휴 쉬프트 양(ΔH)을 검출한 다음, 검출된 휴 쉬프트 양(ΔH)은 미리 설정된 임계값(TH)을 초과하는지 여부를 판단한다. 예를 들면, 휴 쉬프트 양(ΔH)에 대한 임계값(TH)은 5%로 미리 설정될 수 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 5%~10% 사이에서 미리 설정될 수 있다.
휴 쉬프트 판단부(60)는 휴 쉬프트 양(ΔH)이 임계값(TH)을 초과하지 않는 경우 인지 가능한 휴 쉬프트가 없는 것으로 판단하고 인지적 휴 쉬프트 무 신호를 출력하고, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 임계값(TH)을 초과하면 롤-오프로 인하여 인지 가능한 휴 쉬프트가 있는 것으로 판단하고 인지적 휴 쉬프트 유 신호를 출력한다.
제2 데이터 변환부(50)는 영상 입력부(10)로부터의 제1 RGB 데이터와, 제1 데이터 변환부(30)로부터의 제2 R'G'B' 데이터를 입력받고, 휴 쉬프트 판단부(60)로부터의 인지적 휴 쉬프트 유무 신호에 응답하여 제2 R'G'B' 데이터를 영상 출력부(70)로 출력하거나, 제1 RGB 데이터와 제2 R'G'B' 데이터를 이용하여 제1 RGB 데이터를 그와 동등한 R:G:B 비율을 갖는 제3 R"G"B" 데이터로 변환하여 영상 출력부(70)로 출력한다.
이를 위하여, 제2 데이터 변환부(50)는 기준 비율 검출부(52)와, R 변환부(54), G 변환부(56), B 변환부(58), 선택부(59)를 구비한다.
기준 비율 검출부(52)는 롤-오프 이전의 제1 RGB 데이터에 대한 롤-오프 이후의 제2 R'G'B' 데이터의 비(R'/R, G'/G, B'/B)를 컬러 채널별로 산출하고 R'/R, G'/G, B'/B 중 최소값(Min)을 기준 비율(MinRatio)을 선택하여 출력한다.
R 변환부(54), G 변환부(56), B 변환부(58) 각각은 제1 RGB 데이터 각각에 기준 비율 검출부(52)로부터의 기준 비율(MinRatio)을 곱함으로써 제1 RGB 데이터의 RGB 비율을 동일하게 유지하는 제3 R"G"B" 데이터로 변환하여 출력한다.
선택부(59)는 휴 쉬프트 판단부(60)로부터의 인지적 휴 쉬프트 유무 신호에 응답하여 제1 데이터 변환부(30)로부터 입력된 제2 R'G'B' 데이터를 선택하여 영상 출력부(70)로 출력하거나, R 변환부(54), G 변환부(56), B 변환부(58)로부터의 제3 R"G"B" 데이터를 선택하여 영상 출력부(70)로 출력한다.
구체적으로, 선택부(59)는 휴 쉬프트 판단부(60)로부터 인지적 휴 쉬프트 무 신호가 입력되면 제1 데이터 변환부(30)로부터 입력된 제2 R'G'B' 데이터를 선택하여 영상 출력부(70)로 출력한다.
이와 달리, 선택부(59)는 휴 쉬프트 판단부(60)로부터 인지적 휴 쉬프트 유 신호가 입력되면 R 변환부(54), G 변환부(56), B 변환부(58)로부터의 제3 R"G"B" 데이터를 선택하여 영상 출력부(70)로 출력한다.
영상 출력부(70)는 제2 데이터 변환부(50)로부터의 제2 R'G'B' 데이터 또는 제3 R"G"B" 데이터를 출력한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법 및 회로는 롤-오프 이전과 이후의 휴값을 비교하여 검출된 휴 쉬프트 양이 사람이 인지 가능한 수준(임계값) 이상일 때 휴 쉬프트가 감소되도록 데이터를 변환함으로써 롤-오프 처리로 인한 휴 쉬프트 현상을 방지하여 화질을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 처리 방법에 따른 휴 쉬프트 개선 결과를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 롤-오프 이전의 제1 휴값(0.5742)이 고계조 영역의 롤-오프 처리에 의해 제2 휴값(0.5152)로 변경된 경우, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 10.3%가 되어 블루 계열의 색상이 변경되었으나, 본 발명의 전술한 영상 처리 기술을 통해 휴 쉬프트 양(ΔH)이 인지 수준 이하로 감소함으로써 블루 계열을 유지함을 알 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 롤-오프 이전의 제1 휴값(0.4369)이 고계조 영역의 롤-오프 처리에 의해 제2 휴값(0.4791)로 변경된 경우, 휴 쉬프트 양(ΔH)이 9.7%가 되어 그린 계열의 색상이 변경되었으나, 본 발명의 전술한 영상 처리 기술을 통해 휴 쉬프트 양(ΔH)이 인지 수준 이하로 감소하여 그린 계열을 유지함을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 영상 처리 회로 및 방법은 액정 표시 장치, 유기 발광 다이오드 표시 장치 등에 모두 적용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 HDR 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 6은 도 5의 표시 패널에 적용되는 LCD 서브픽셀의 구성을, 도 7은 도 5의 표시 패널에 적용되는 OLED 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.
도 5에 도시된 표시 장치는 타이밍 컨트롤러(100), 패널 구동부인 데이터 드라이버(200) 및 게이트 드라이버(300), 표시 패널(400), 감마 전압 생성부(500) 등을 포함한다.
표시 패널(400)은 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이를 통해 영상을 표시한다. 픽셀 어레이의 각 픽셀은 R(Red), G(Green), B(Blue) 서브픽셀들(SP)로 구성되며, 휘도 향상을 위해 W(White) 서브픽셀을 추가로 구비하기도 한다. 표시 패널(10)로는 액정 표시 장치(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 표시 장치, 전기영동 표시 장치(EPD) 등이 이용될 수 있다.
예를 들어, 표시 패널(400)이 LCD 패널인 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 각 서브픽셀(SP)은 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 공통 전극 사이에 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 픽셀 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과량을 제어한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다.
이와 달리, 표시 패널(400)이 OLED 패널인 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 각 서브픽셀(SP)은 고전위 전원(EVDD) 라인 및 저전위 전원(EVSS) 라인 사이에 접속된 OLED 소자와, OLED 소자를 독립적으로 구동하기 위하여 제1 및 제2 스위칭 TFT(ST1, ST2) 및 구동 TFT(DT)와 스토리지 커패시터(Cst)를 포함하는 픽셀 회로를 구비하며, 픽셀 회로 구성은 다양하므로 도 3의 구조로 한정되지 않는다.
OLED 소자는 구동 TFT(DT)와 접속된 애노드와, 저전위 전압(EVSS)과 접속된 캐소드와, 애노드 및 캐소드 사이의 발광층을 구비하여, 구동 TFT(DT)로부터 공급된 전류량에 비례하는 광을 발생한다.
제1 스위칭 TFT(ST1)는 한 게이트 라인(GLa)의 게이트 신호에 의해 구동되어 해당 데이터 라인(DL)으로부터의 데이터 전압을 구동 TFT(DT)의 게이트 노드에 공급하고, 제2 스위칭 TFT(ST2)는 다른 게이트 라인(GLb)의 게이트 신호에 의해 구동되어 레퍼런스 라인(RL)으로부터의 레퍼런스 전압을 구동 TFT(DT)의 소스 노드에 공급한다. 제2 스위칭 TFT(ST2)는 센싱 모드에서 구동 TFT(DT)로부터의 전류를 레퍼런스 라인(R)으로 출력하는 경로로 더 이용된다.
구동 TFT(DT)의 게이트 노드 및 소스 노드 사이에 접속된 스토리지 커패시터(Cst)는 제1 스위칭 TFT(ST1)를 통해 게이트 노드로 공급된 데이터 전압과, 제2 스위칭 TFT(ST2)를 통해 소스 노드로 공급된 레퍼런스 전압의 차전압을 충전하여 구동 TFT(DT)의 구동 전압으로 공급한다.
구동 TFT(DT)는 고전위 전원(EVDD)으로부터 공급되는 전류를 스토리지 커패시터(Cst)로부터 공급된 구동 전압에 따라 제어함으로써 구동 전압에 비례하는 전류를 OLED 소자로 공급하여 OLED 소자를 발광시킨다.
데이터 드라이버(200)는 타이밍 컨트롤러(100)로부터의 데이터 제어 신호(DCS) 및 영상 데이터(VD)를 공급받는다. 데이터 드라이버(200)는 데이터 제어 신호(DCS)에 따라 구동되어, 감마 전압 생성부(500)로부터 공급된 레퍼런스 감마 전압 세트를 데이터의 계조값에 각각 대응하는 계조 전압들로 세분화한 다음, 세분화된 계조 전압들을 이용하여 디지털 영상 데이터(VD)를 각각 아날로그 데이터 신호로 변환하고, 아날로그 데이터 신호를 표시 패널(400)의 데이터 라인들로 각각 공급한다.
데이터 드라이버(200)는 표시 패널(400)의 데이터 라인들을 분할 구동하는 다수의 데이터 드라이브 IC로 구성되고, 각 데이터 드라이브 IC는 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(400)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(400) 상에 실장될 수 있다.
게이트 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(100)로부터 공급된 게이트 제어 신호(GCS)를 이용하여 표시 패널(400)의 다수의 게이트 라인을 각각 구동한다. 게이트 드라이버(300)는 게이트 제어 신호에 응답하여 각 게이트 라인에 해당 스캔 기간에서 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 나머지 기간에서는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(100)로부터 게이트 제어 신호(GCS)를 공급받거나, 타이밍 컨트롤러(100)로부터 데이터 드라이버(200)를 경유하여 게이트 제어 신호(GCS)를 공급받을 수 있다. 게이트 드라이버(300)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(400)에 TAB 방식으로 부착되거나, COG 방식으로 표시 패널(400) 상에 실장될 수 있다. 이와 달리, 게이트 드라이버(300)는 표시 패널(400)의 픽셀 어레이를 구성하는 박막 트랜지스터 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판에 형성됨으로써 표시 패널(400)의 비표시 영역에 내장된 GIP(Gate In Panel) 타입으로 구비될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(100)는 외부 호스트 시스템으로부터 HDR 영상 데이터 및 타이밍 신호(TCS) 등을 공급받는다. 예를 들면, 외부 호스트 시스템은 컴퓨터, TV 시스템, 셋탑 박스, 태플릿이나 휴대폰 등과 같은 휴대 단말기의 시스템 중 어느 하나일 수 있다.
타이밍 컨트롤러(100)는 입력된 타이밍 신호들(TCS)을 이용하여 데이터 드라이버(200) 및 게이트 드라이버(300)의 구동 타이밍을 각각 제어하고, HDR 영상 데이터를 표시 장치의 감마 특성에 맞게 변환하여 데이터 드라이버(200)로 출력한다.
이를 위하여, 타이밍 컨트롤러(100)는 제어 신호 생성부(110) 및 영상 처리 회로(120)를 구비한다. 한편, 영상 처리 회로(120)는 타이밍 컨트롤러(100)와 분리되어 별도의 IC로 구비될 수 있으며, 타이밍 컨트롤러(100)의 이전단에 위치할 수 있다.
제어 신호 생성부(110)는 입력 타이밍 신호들(TCS)을 이용하여 데이터 제어 신호(DCS) 및 게이트 제어 신호(GCS)를 생성하여 데이터 드라이버(200) 및 게이트 드라이버(300)로 각각 출력한다. 제어 신호 생성부(110)가 입력받는 타이밍 신호(TCS)는 도트 클럭, 데이터 인에이블 신호, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호를 포함하지만, 여기서 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호는 생략될 수 있다. 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호가 생략되는 경우 제어 신호 생성부(110)는 도트 클럭에 따라 데이터 인에이블 신호를 카운트하여 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호를 생성하여 이용할 수 있다. 데이터 제어 신호들(DCS)은 데이터 드라이버(200) 구동을 제어하는 소스 스타트 펄스, 소스 샘플링 클럭, 극성 제어 신호, 소스 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다. 게이트 제어 신호들(GCS)은 게이트 드라이버(300) 구동을 제어하는 게이트 스타트 펄스, 게이트 쉬프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다.
영상 처리 회로(120)에는 도 2 내지 도 3에서 전술한 영상 처리 기술이 적용된다. 영상 처리 회로(120)는 입력 HDR 영상의 제1 RGB 데이터를 표시 장치의 감마 특성에 맞게 컬러 채널별로 미리 설정된 LUT를 이용하여 제2 R'G'B' 데이터로 변환하며, 이때 미리 설정된 특정 변곡점 이상의 고계조 데이터는 롤-오프 구간으로 맵핑되어 롤-오프 처리된다. 영상 처리 회로(120)는 롤-오프 이전과 이후의 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고 검출된 휴 쉬프트 양이 사람이 인지 가능한 수준(임계값) 이상일 때 제1 RGB 데이터와 제2 R'G'B' 데이터를 이용하여 제1 RGB 데이터를 그와 R:G:B 비율을 동일하게 유지하는 제3 R"G"B" 데이터로 보정함으로써 고계조 영역의 롤-오프 처리로 인한 휴 쉬프트 현상을 방지하여 화질 열화를 최소화할 수 있다.
영상 처리 회로(120)는 소비 전력 감소나 화질 보상, 열화 보상 등과 같은 필요한 영상 처리를 더 실시한 다음 데이터 드라이버(200)로 출력할 수 있다.
예를 들면, 선행 기술에 따른 HDR 표시 장치에서는 고계조 영역의 롤-오프 처리에 의해 피부색의 휴가 변경되어 옐로위시(Yellowish)하게 보이는 휴 쉬프트 현상이 발생하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 HDR 표시 장치에서는 전술한 영상 처리를 통해 피부색의 휴를 왜곡없이 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치는 HDR 영상을 표시 장치의 감마 특성에 맞게 변환하기 이전과 이후의 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고 검출된 휴 쉬프트 양이 사람이 인지 가능한 수준(임계값) 이상일 때 휴 쉬프트가 감소하도록 데이터를 동일 비율로 보정함으로써 고계조 영역의 롤-오프 처리로 인한 휴 쉬프트 현상을 방지하여 화질 열화를 최소화할 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 청구 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 영상 입력부 20: 제1 휴값 산출부
30: 제1 데이터 변환부 40: 제2 휴값 산출부
50: 제2 데이터 변환부 60: 휴 쉬프트 판단부
59: 선택부 70: 영상 출력부
110: 제어 신호 생성부 120: 영상 처리 회로
100: 타이밍 컨트롤러 200: 데이터 드라이버
300: 게이트 드라이버 400: 표시 패널
500: 감마 전압 생성부

Claims (9)

  1. 하이 다이나믹 레인지(이하 HDR)를 갖는 제1 영상 데이터를 입력하고 그 제1 영상 데이터로부터 제1 휴값을 산출하는 단계와;
    미리 정해진 고계조 부분을 롤-오프처리하는 롤-오프 구간을 포함하여 컬러 채널별로 미리 설정된 룩-업 테이블을 이용하여 상기 제1 영상 데이터를 제2 영상 데이터로 변환하는 단계와,
    상기 제2 영상 데이터로부터 제2 휴값을 산출하는 단계와;
    상기 제1 휴값과 제2 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양을 미리 정해진 임계값과 비교하여 인지적 휴 쉬프트의 유무 여부를 판단하는 단계와;
    상기 인지적 휴 쉬프트가 무로 판단되면 상기 제2 영상 데이터를 출력하는 단계와;
    상기 인지적 휴 쉬프트가 유로 판단되면 상기 제1 영상 데이터와 상기 제2 영상 데이터를 이용하여 상기 제1 영상 데이터를 제3 영상 데이터로 변환하여 출력하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 영상 데이터를 상기 제3 영상 데이터로 변환하는 단계는
    상기 제1 영상 데이터와 상기 제2 영상 데이터의 비율을 컬러 채널별로 산출하고, 산출된 컬러 채널별 비율 중 최소값을 기준 비율로 선택하는 단계와,
    상기 선택된 기준 비율을 상기 제1 영상 데이터와 컬러 채널별로 곱하여 상기 제3 영상 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인지적 휴 쉬프트의 유무 여부를 판단하는 단계는
    상기 제1 휴값과 상기 제2 휴값의 차이를 산출하고, 산출된 차이를 상기 제1 휴값으로 나누어 상기 휴 쉬프트 양을 산출하는 단계와,
    상기 휴 쉬프트 양을 상기 임계값과 비교하여, 상기 휴 쉬프트 양이 상기 임계값 이하이면 상기 인지적 휴 쉬프트의 무로 판단하고, 상기 휴 쉬프트 양이 상기 임계값을 초과하면 상기 인지적 휴 쉬프트의 유로 판단하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 휴 쉬프트 양의 임계값은 상기 휴 쉬프트의 인지 수준에 해당하는 5%~10% 사이인 영상 처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 영상 데이터는 상기 제1 영상 데이터의 컬러 비율을 동일하게 유지하는 영상 처리 방법.
  5. 삭제
  6. HDR를 갖는 제1 영상 데이터를 입력하고 그 제1 영상 데이터로부터 제1 휴값을 산출하는 제1 휴값 산출부와;
    미리 정해진 고계조 부분을 롤-오프처리하는 롤-오프 구간을 포함하여 컬러 채널별로 미리 설정된 룩-업 테이블을 이용하여 상기 제1 영상 데이터를 제2 영상 데이터로 변환하는 제1 데이터 변환부와,
    상기 제2 영상 데이터로부터 제2 휴값을 산출하는 제2 휴값 산출부와;
    상기 제1 휴값과 상기 제2 휴값을 비교하여 휴 쉬프트 양을 검출하고, 검출된 휴 쉬프트 양을 미리 정해진 임계값과 비교한 결과에 따라 인지적 휴 쉬프트의 유무 신호를 출력하는 휴 쉬프트 판단부와;
    상기 인지적 휴 쉬프트 유 신호가 입력되면, 상기 제1 영상 데이터와 상기 제2 영상 데이터를 이용하여 상기 제1 영상 데이터를 제3 영상 데이터로 변환하여 출력하고, 상기 인지적 휴 쉬프트 무 신호가 입력되면, 상기 제2 영상 데이터를 출력하는 제2 데이터 변환부를 구비하고,
    상기 제2 데이터 변환부는
    상기 제1 영상 데이터와 상기 제2 영상 데이터의 비율을 컬러 채널별로 산출하고, 산출된 컬러 채널별 비율 중 최소값을 기준 비율로 선택하는 기준 비율 검출부와,
    상기 선택된 기준 비율을 상기 제1 영상 데이터와 컬러 채널별로 곱하여 상기 제3 영상 데이터로 변환하는 컬러 채널별 데이터 변환부를 구비하는 영상 처리 회로.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 휴 쉬프트 판단부는
    상기 제1 휴값과 상기 제2 휴값의 차이를 산출하고, 산출된 차이를 상기 제1 휴값으로 나누어 상기 휴 쉬프트 양을 산출하고,
    상기 휴 쉬프트 양을 상기 임계값과 비교하여, 상기 휴 쉬프트 양이 상기 임계값 이하이면 상기 인지적 휴 쉬프트 무 신호를 출력하고, 상기 휴 쉬프트 양이 상기 임계값을 초과하면 상기 인지적 휴 쉬프트 유 신호를 출력하며,
    상기 휴 쉬프트 양의 임계값은 상기 휴 쉬프트의 인지 수준에 해당하는 5%~10% 사이인 영상 처리 회로.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제3 영상 데이터는 상기 제1 영상 데이터의 컬러 비율을 동일하게 유지하는 영상 처리 회로.
  9. 표시 패널과,
    청구항 6 내지 8 중 어느 한 청구항에 기재된 상기 영상 처리 회로와,
    상기 영상 처리 회로부터 공급된 상기 제2 영상 데이터 또는 상기 제3 영상 데이터를 상기 표시 패널에 표시하는 패널 구동부와,
    상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함하고,
    상기 영상 처리 회로는 상기 타이밍 컨트롤러에 내장되거나, 상기 타이밍 컨트롤러와 상기 패널 구동부 사이에 위치하거나, 상기 타이밍 컨트롤러의 앞단에 위치하는 표시 장치.
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