KR20000008780A - Gamma correction device of digital video data and gamma correction method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치 및 감마보정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단한 구조의 부동승산기(floating multiplier)를 이용하여 승산기에서의 반올림 에러를 개선하고 가산기에 입력되는 오프셋데이터가 항상 양수값을 갖도록 하여 캠코더의 감마보정(Gamma Correction) 및 LCD의 역감마보정(De-Gamma Correction) 신호처리시에 신호처리의 정확도를 향상시키기 위한 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gamma correction apparatus and a gamma correction method of digital image signal data, and more particularly, by using a floating multiplier having a simple structure, the rounding error in the multiplier is improved and offset data input to the adder is added. The present invention relates to a gamma correction device for digital image signal data for improving the accuracy of signal processing during gamma correction of a camcorder and de-gamma correction of an LCD.
일반적으로 CRT(Cathode Ray Tube)에서 섀도우마스크에 방사되는 전자빔의 출력특성은 전자총에 인가되는 영상신호에 대해 응답특성이 선형적으로 주어지지 않으며, 통상 입력신호의 크기에 대해 2.2승(Y = X2.2, 여기서 Y = Output Level, X = Input Level)의 지수함수적으로 증가한다. 이에 따라 화면에 표시되는 영상의 휘도 및 색상 등은 실제와는 달리 급격하게 변화하게 된다.In general, the output characteristics of the electron beam emitted to the shadow mask in the CRT (Cathode Ray Tube) are not given linearly in response to the image signal applied to the electron gun, and are generally 2.2 power (Y = X) for the magnitude of the input signal. 2.2 , where Y = Output Level, X = Input Level) increases exponentially. As a result, the brightness and the color of the image displayed on the screen are suddenly changed.
따라서, CRT에서의 응답특성을 보상하여 화면에 표시되는 영상의 휘도 및 색상의 급격한 변화를 방지하게 되는데, 이때 캠코더와 같은 송신부에서 도 2에 도시된 바와 같은 위 지수함수의 역함수(Y = X1/2.2= X0.45, 감마계수 γ=0.45)의 응답특성을 갖는 감마보정장치를 이용하여 영상신호를 처리하게 된다.Therefore, there is that to compensate for the response characteristic of the CRT prevent image abrupt change in brightness and color of the displayed on the screen, an inverse function of the above exponential function as shown in Fig. 2 on the same transmitter and wherein the camcorder (Y = X 1 /2.2 = X 0.45 , gamma coefficient gamma correction device having a response characteristic of?
최근 들어 영상신호를 디지털적으로 처리하는 기술이 널리 이용됨에 따라 디지털 회로로 이루어진 감마보정장치가 이용되고 있는데, 대표적으로 입력영상신호를 메모리의 특정 어드레스에 대응시켜 입력 대 출력의 감마보정특성을 메모리에 미리 기억시켜둔 뒤 입력영상신호의 레벨에 따라 메모리의 해당 어드레스에 기억되어 있는 감마보정된 출력신호를 출력함으로써 영상신호의 감마특성을 얻는 매핑 시스템(mapping system)이 잘 알려져 있다. 이러한 매핑 시스템 중 원래의 감마특성곡선을 입력신호의 레벨에 따라 다수의 구간으로 분할하고 각 구간별로 감마특성곡선에 근사되는 일련의 근사직선들을 연결하여 형성된 다각선(polygonal line)으로 근사된 감마특성곡선을 이용하여 감마보정을 수행하는 감마보정장치가 알려져 있다.Recently, as the technology of processing video signals digitally is widely used, a gamma correction device composed of digital circuits is used. Typically, gamma correction characteristics of input to output are converted into memory by corresponding input video signals to specific addresses of the memory. A mapping system that obtains a gamma characteristic of a video signal by storing the data in advance in a memory and outputting a gamma-corrected output signal stored at a corresponding address in the memory according to the level of the input video signal is well known. The gamma characteristic of the mapping system is divided into a plurality of sections according to the level of the input signal, and a gamma characteristic approximated by a polygonal line formed by connecting a series of approximated straight lines approximated to the gamma characteristic curve for each section. A gamma correction device for performing gamma correction using a curve is known.
그러나, 전술한 매핑 시스템의 경우 감마보정을 위한 응답특성곡선의 모든 점을 메모리에 저장하여야 하므로 메모리의 용량이 커지게 된다. 특히, 감마보정장치를 집적회로로 구현하고자 하는 경우 증가된 메모리의 용량은 큰 장애물이 된다.However, in the above-described mapping system, since all points of the response characteristic curve for gamma correction must be stored in the memory, the memory capacity becomes large. In particular, when the gamma correction device is to be implemented as an integrated circuit, the increased memory capacity becomes a big obstacle.
한편, 오래전부터 위와 같은 비선형 신호처리를 위하여 룩업테이블(Look-up Table) 등을 이용하여 감마신호처리를 하였으나, 이러한 룩업테이블은 입력되는 영상신호가 10bit이고 출력되는 신호가 8bit이라 할 때 1024×8 bit의 대용량의 메모리를 필요로 할 뿐 아니라 이러한 데이터를 마이크로컴퓨터로부터 다운로드받는 것도 쉽지 않게 된다.On the other hand, gamma signal processing has been performed using a look-up table for the nonlinear signal processing as described above. However, when the input video signal is 10 bits and the output signal is 8 bits, 1024 × Not only does it require large amounts of 8-bit memory, it's also not easy to download this data from a microcomputer.
따라서, 메모리의 용량을 줄이기 위해 최근에 미국 특허 제 5,243,426호에 개시된 것과 같은, 승산기와 가산기를 이용하여 감마보정 신호처리를 간단하게 구현할 수 있는 감마보정장치가 발명되었는데, 이 장치의 기본적 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.Accordingly, in order to reduce the capacity of the memory, a gamma correction device has been invented which can easily implement gamma correction signal processing using a multiplier and an adder, as disclosed in US Patent No. 5,243,426, which is a basic configuration of the device. As shown in 1.
도 1에서 참조번호 10은 렌즈를 통해 캠코더 내로 들어온 광신호를 전기적 신호, 즉 영상신호로 변환하는 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서(10)(이하, '이미지 센서'라 한다)이다.In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a CCD (Charge Coupled Device) image sensor 10 (hereinafter referred to as an image sensor) that converts an optical signal introduced into a camcorder through a lens into an electrical signal, that is, an image signal.
A/D(Analog-to-Digital ) 변환기(20)는 이미지 센서(10)를 통해 들어온 영상신호를 디지털 영상신호 데이터 X로 변환하여 각각 부호기(Encoder)(30)와 승산기(50)에 인가한다.The analog-to-digital (A / D) converter 20 converts an image signal received through the image sensor 10 into digital image signal data X and applies it to the encoder 30 and the multiplier 50, respectively. .
부호기(30)는 A/D 변환기(20)로부터 인가된 디지털 영상신호 데이터 X를 메모리(40)의 특정 어드레스로 변환하여 메모리(40)에 인가한다.The encoder 30 converts the digital video signal data X applied from the A / D converter 20 into a specific address of the memory 40 and applies it to the memory 40.
메모리(40)는 예를 들어 RAM(Random Access Memory)으로 구성되며, 감마특성곡선에 근사하는 다각선(polygonal line)을 정의하기 위하여 각 구간에서의 근사직선의 기울기인 계수데이터 An와 Y절편인 오프셋데이터 Bn가 저장되어 있다. 메모리(40)에 저장된 계수데이터 An와 오프셋데이터 Bn은 부호기(30)로부터 출력된 메모리의 어드레스에 따라 저장되고 판독되어진다. 즉, 부호기(30)에 인가된 디지털 영상신호 데이터 X의 레벨에 따라 부호기(30)는 메모리(40)의 소정 어드레스를 출력하고 이에 따라 메모리(40)의 해당 어드레스에 저장된 계수데이터 An및 오프셋데이터 Bn가 각각 승산기(50)와 가산기(60)로 인가된다.The memory 40 is composed of, for example, random access memory (RAM), and coefficient data A n and Y intercepts, which are slopes of approximated straight lines in each section, to define a polygonal line approximating a gamma characteristic curve. In offset data B n is stored. The coefficient data An and the offset data B n stored in the memory 40 are stored and read in accordance with the address of the memory output from the encoder 30. That is, according to the level of the digital image signal data X applied to the encoder 30, the encoder 30 outputs a predetermined address of the memory 40 and accordingly the coefficient data A n and the offset stored at the corresponding address of the memory 40. Data B n is applied to multiplier 50 and adder 60, respectively.
승산기(50)는 A/D 변환기(20)로부터 입력된 디지털 영상신호 데이터 X와 메모리(40)로부터 입력된 계수데이터 An를 곱하여 그 결과 (An×X)를 가산기(60)에 출력한다.The multiplier 50 multiplies the digital image signal data X input from the A / D converter 20 by the coefficient data A n input from the memory 40 and outputs the result (A n × X) to the adder 60. .
가산기(60)는 승산기(50)로부터 출력된 결과에 메모리(40)로부터 출력된 오프셋데이터 Bn을 더하여 그 결과 (An×X+Bn)를 감마보정된 디지털 영상신호 데이터 Y로 출력한다.The adder 60 adds the offset data B n output from the memory 40 to the result output from the multiplier 50 and outputs the result (A n × X + B n ) as gamma-corrected digital image signal data Y. .
도 2는 도 1의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 감마특성곡선을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 도 1의 감마보정장치에 있어서의 감마특성곡선의 근사방법을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a method of approximating a gamma characteristic curve by using the gamma correction apparatus of the digital image signal data of FIG. 1. FIG. 2 illustrates an approximation method of the gamma characteristic curve in the gamma correction apparatus of FIG. If described with reference to:
근사된 감마특성곡선, 즉 원래의 감마특성곡선에 근사하는 다각선을 구하기 위해서는 입력신호의 레벨을 적정수의 구간으로 분할한 후 각 구간별로 원래의 감마특성곡선에 대응되는 근사직선들을 정의하고 이들을 인접구간의 근사직선과 연결한다.In order to obtain the approximated gamma characteristic curve, that is, the polygonal line approximating the original gamma characteristic curve, the input signal level is divided into the appropriate number of sections, and the approximate straight lines corresponding to the original gamma characteristic curve are defined for each section, Connect with approximation straight line of adjacent section.
메모리(40)의 각 어드레스에는 대응되는 구간에서의 근사직선을 정의하기 위해 도 2에 도시된 바와 같은 계수데이터 An와 오프셋데이터 Bn가 저장된다.Each address of the memory 40 stores coefficient data A n and offset data B n as shown in FIG. 2 to define an approximate straight line in a corresponding section.
도 2에서 Xn-1과 Xn은 각각 n번째 구간 {Xn-1,Xn}의 양 경계점, 즉 구간시작점과 구간끝점을 나타내고, Yn-1과 Yn은 각각 입력 영상신호의 레벨이 Xn-1와 Xn일 때의 출력신호의 레벨을 나타낸다. 또한, 승산기(50)에 인가되는 계수데이터 An은 n(n은 1 이상인 정수)번째 구간 {Xn-1,Xn}에서의 근사직선의 기울기로서 다음과 같은 수학식 1에 의하여 나타내어질 수 있으며, 가산기(60)에 인가되는 오프셋데이터 Bn는 n번째 구간 {Xn-1,Xn}에서의 근사직선의 Y절편을 의미한다.In FIG. 2, X n-1 and X n represent both boundary points of the nth section {X n-1 , X n }, that is, the section start point and the section end point, and Y n-1 and Y n respectively represent the input image signal. Indicates the level of the output signal when the levels are X n-1 and X n . In addition, the coefficient data A n applied to the multiplier 50 is an inclination of the approximate straight line in the nth interval (X n-1 , X n } where n is an integer of 1 or more, which is expressed by Equation 1 below. The offset data B n applied to the adder 60 means the Y-intercept of the approximate straight line in the n- th section {X n-1 , X n }.
따라서, 최종적으로 가산기(60)로부터 출력되는 감마보정된 디지털 영상신호 데이터 Y는 다음과 같은 수학식 2에 의하여 나타내어질 수 있다.Therefore, the gamma-corrected digital image signal data Y finally output from the adder 60 can be represented by Equation 2 below.
도 1의 감마보정장치는 근사된 감마특성곡선 상의 모든 점에 대한 출력값을 저장할 필요없이 각 구간에서의 계수데이터 An와 오프셋데이터 Bn만을 저장하면 되므로 메모리의 용량을 감소시킬 수 있으며 이에 따라 감마보정장치를 구성하는 회로의 크기도 줄어드는 장점이 있다.The gamma correction apparatus of FIG. 1 does not need to store output values for all points on the approximated gamma characteristic curve, but only the coefficient data A n and offset data B n in each section can be stored, thereby reducing the memory capacity. The size of the circuit constituting the compensator is also reduced.
그러나, 캠코더의 감마특성곡선(Gamma Curve)은 고정되어 있는 것이 아니라 저광 모드(Low Light Mode), 역광모드(Back Light Mode) 등의 이용자의 작동모드 선택이나 히스토그램 이퀄라이저의 작동에 따라 기울기가 수시로 변할 수 있으며, 특히 저광모드에서와 같이 영상신호의 에너지가 저준위에 집중될 경우 100% White를 넘는 부분에서는 감마특성곡선의 기울기, 즉 근사직선의 기울기가 매우 작은 값을 갖게 된다.However, the gamma curve of the camcorder is not fixed, but the slope may change from time to time depending on the user's operation mode selection such as low light mode and back light mode or the histogram equalizer. In particular, when the energy of the image signal is concentrated at a low level, such as in the low light mode, the slope of the gamma characteristic curve, that is, the approximate straight line, has a very small value in a portion over 100% white.
도 1의 감마보정장치를 이용하여 감마보정을 할 경우 근사직선의 기울기가 0에 가깝게 되면 승산기(50)에서 발생하는 라운드오프 에러(round-off error)가 커져 승산기(50)에서 출력되는 결과에 오류가 생기게 된다.When gamma correction is performed using the gamma correction device of FIG. 1, when the slope of the approximate straight line approaches zero, the round-off error generated by the multiplier 50 increases, resulting in an output from the multiplier 50. You will get an error.
예를 들어, 디지털 부동승산기로 감마보정기능을 수행하고자 할 경우 계수데이터 An가 8bit로 구성되어 있다면 감마특성곡선의 기울기의 정확도는 최대 1/256(=1/28)까지 조정할 수 있게 된다.For example, to perform the gamma correction function with a digital floating multiplier, if the coefficient data A n is composed of 8 bits, the slope accuracy of the gamma characteristic curve can be adjusted up to 1/256 (= 1/2 8 ). .
이때, 만약 계수데이터 An가 129/(256×8)(=16.125/256)로 주어진다면 실제 승산기(50)에 입력되는 데이터는 소수점 이하의 하위 3bit가 라운드오프된 0001 00002로 표시되며 이는 16/256에 해당되어 실제 기울기와는 라운드오프 에러만큼의 차이가 나게 된다. 이에 따라 승산기에서 수행되는 연산결과는 계수데이터 An가 0에 가까울수록 반올림 에러가 증가하게 된다.At this time, if the coefficient data A n is given as 129 / (256 × 8) (= 16.125 / 256), the data input to the real multiplier 50 is represented as 0001 0000 2 with the lower 3 bits rounded off. 16/256 corresponds to the roundoff error from the actual slope. Accordingly, the result of the calculation performed by the multiplier is that the rounding error increases as the coefficient data A n approaches zero.
한편, 도 3은 역광모드일 때의 영상신호의 에너지분포곡선의 기본적인 패턴을 나타내고, 도 4는 도 3의 영상신호처리에 이용되는 역광보정용 감마특성곡선을 나타낸다.3 shows the basic pattern of the energy distribution curve of the video signal in the backlight mode, and FIG. 4 shows the gamma characteristic curve for the backlight compensation used in the video signal processing of FIG.
도 3에 도시된 것과 같이 역광모드일 경우의 영상신호의 에너지는 저준위(L)와 고준위(H)로 크게 나누어져 집중되어 있으며, 이 경우 일반적인 감마특성곡선을 이용하여 감마보정을 할 경우 고준위(H)에 해당되는 영상신호의 처리가 제대로 이루어지지 않게 된다. 따라서, 역광모드에 이용되는 감마특성곡선은 도 4에 도시된 것과 같이 곡선의 기울기가 크게 두 부분으로 나뉘어져 변하게 된다.As shown in FIG. 3, the energy of the image signal in the backlight mode is largely divided into a low level (L) and a high level (H), and in this case, when the gamma correction is performed using a general gamma characteristic curve, the high level ( Processing of the video signal corresponding to H) is not performed properly. Therefore, the gamma characteristic curve used in the backlight mode changes as the slope of the curve is divided into two parts.
따라서, 도 1의 종래의 감마보정장치를 이용하여 감마보정을 할 경우 도 4에 나타낸 것과 같이 오프셋데이터 Bn은 동일 구간에서의 계수데이터 An의 값에 따라 음의 값을 가질 수가 있으며, 이 경우 신호처리의 구현이 복잡해지고 신호처리를 위한 하드웨어의 규모도 증가하게 되는 문제점이 있다.Therefore, when gamma correction is performed using the conventional gamma correction device of FIG. 1, as shown in FIG. 4, the offset data B n may have a negative value according to the value of the coefficient data A n in the same section. In this case, there is a problem that the implementation of signal processing becomes complicated and the scale of hardware for signal processing increases.
한편, 최근에 디스플레이 장치로 이용되고 있는 액정디스플레이(LCD) 장치의 경우 입출력 신호특성이 선형이므로 원하는 화면을 재현하기 위해서는 영상수신장치에 입력된 감마보정된 디지털 영상신호 데이터를 도 5에서와 같이 역감마보정(De-Gamma correction)을 해야 할 경우도 있다.On the other hand, in the case of a liquid crystal display (LCD) device which is recently used as a display device, since the input and output signal characteristics are linear, in order to reproduce a desired screen, the gamma corrected digital image signal data input to the image receiving device is reversed as shown in FIG. 5. There may be times when you need to perform de-gamma correction.
도 1의 감마보정장치를 이용하여 역감마보정을 할 경우 도 5에서 나타낸 것과 같이 오프셋데이터 Bn의 값이 항상 음의 값을 가지게 되고, 특히 계수데이터 An의 값이 커짐에 따라 오프셋데이터 Bn의 값이 음의 방향으로 매우 크게 되어 제한된 비트수를 가지는 종래의 감마보정장치로는 이를 표현할 수가 없게 되어 결국 신호처리가 불가능하게 되는 문제점이 생긴다.In the case of inverse gamma correction using the gamma correction device of FIG. 1, the offset data B n always has a negative value as shown in FIG. 5, and in particular, as the value of the coefficient data A n increases, the offset data B Since the value of n becomes very large in the negative direction, it cannot be expressed by a conventional gamma correction device having a limited number of bits, and thus a signal processing becomes impossible.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 목적은 승산기에서 발생하는 라운드오프 에러를 감소시켜 비선형 신호처리시 신호처리의 정확도를 높일 수 있는 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치 및 감마보정방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a gamma correction device and a gamma correction method for digital image signal data that can reduce the round-off error generated in the multiplier to increase the accuracy of signal processing in non-linear signal processing It is.
본 발명에 따른 또다른 목적은 음수값을 가지는 오프셋데이터의 발생을 방지함으로써 감마보정을 위한 신호처리의 구현을 보다 단순화할 수 있는 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치 및 감마보정방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a gamma correction apparatus and a gamma correction method for digital image signal data, which can simplify the implementation of signal processing for gamma correction by preventing generation of offset data having negative values.
도 1은 종래의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,1 is a block diagram schematically showing the configuration of a gamma correction apparatus for a conventional digital image signal data;
도 2는 도 1의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 일반적인 감마특성곡선(Y=Xγ,γ=0.45)을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면,FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a method of approximating a general gamma characteristic curve (Y = X γ , γ = 0.45) using a gamma correction apparatus of digital image signal data of FIG. 1;
도 3은 역광모드일 때의 캠코더의 디지털 영상신호 데이터의 에너지분포곡선의 기본적인 패턴을 나타낸 도면,3 is a diagram showing a basic pattern of an energy distribution curve of digital video signal data of a camcorder in the backlight mode;
도 4는 도 1의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 캠코더의 역광보정용 감마특성곡선을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면,4 is a diagram schematically illustrating a method of approximating a gamma characteristic curve for backlight compensation of a camcorder by using the gamma correction apparatus of digital image signal data of FIG. 1;
도 5는 도 1의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 역감마특성곡선(De-gamma characteristic curve)을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면,FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a method of approximating a de-gamma characteristic curve using a gamma correction apparatus of digital image signal data of FIG. 1. FIG.
도 6은 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 일실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,6 is a block diagram schematically showing the configuration of an embodiment of a gamma correction apparatus for digital image signal data according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,7 is a block diagram schematically showing the configuration of another embodiment of a gamma correction apparatus for digital video signal data according to the present invention;
도 8은 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 일반적인 감마특성곡선(Y=Xγ,γ=0.45)을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면,FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a method of approximating a general gamma characteristic curve (Y = X γ , γ = 0.45) using a gamma correction apparatus of digital image signal data of FIG. 7.
도 9는 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 역감마특성곡선을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면,9 is a diagram schematically illustrating a method of approximating an inverse gamma characteristic curve using a gamma correction apparatus of digital image signal data of FIG. 7;
도 10은 도 6 및 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 디지털 논리회로를 하나의 마이크로프로세스로 대체한 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,FIG. 10 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a gamma correction apparatus of digital image signal data in which a digital logic circuit of the gamma correction apparatus of digital image signal data of FIGS. 6 and 7 is replaced with one microprocess; FIG.
도 11은 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정방법의 일실시예를 개략적으로 나타낸 흐름도,11 is a flowchart schematically showing an embodiment of a gamma correction method of digital image signal data according to the present invention;
도 12은 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정방법의 또다른 실시예를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.12 is a flowchart schematically illustrating still another embodiment of a gamma correction method of digital image signal data according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 이용된 부호의 설명 *Explanation of symbols used in the main part of the drawing
130: 부호기 140: 메모리130: encoder 140: memory
150: 승산기 160: 가산기150: multiplier 160: adder
170: 마이크로컴퓨터 180: 제산쉬프터170: microcomputer 180: division shifter
190: 감산기190: subtractor
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 특징은 외부로부터 입력된 디지털 영상신호 데이터를 인가받아 디지털 영상신호 데이터의 레벨이 속하는 구간에 대응되는 소정의 부호신호를 출력하는 부호기와, 각 구간별 근사직선의 오프셋데이터와 각 구간별 근사직선의 계수데이터 및 증폭계수를 소정 위치에 저장하고, 부호기로부터 출력된 부호신호에 따라 디지털 영상신호 데이터의 레벨이 속하는 구간에서의 오프셋데이터와 계수데이터 및 증폭계수를 출력하는 기억수단과, 디지털 영상신호 데이터와 기억수단으로부터 입력된 계수데이터를 곱하여 그 결과를 출력하는 승산기와, 승산기 수단으로부터 출력된 결과를 기억수단으로부터 입력된 증폭계수로 나눔으로써 증폭된 영상신호 데이터를 원래대로 환원시켜 그 결과를 출력하는 제산기와, 제산기로부터 출력된 결과와 기억수단으로부터 입력된 오프셋데이터를 더하여 감마보정된 디지털 영상신호 데이터를 출력하는 가산기를 구비함에 있다.In order to achieve the above object, a gamma correction apparatus for digital video signal data according to the present invention is characterized by receiving a predetermined code signal corresponding to a section to which a level of digital video signal data is applied by receiving digital video signal data input from the outside. The encoder to output, the offset data of the approximate straight line for each section, the coefficient data and the amplification coefficient of the approximate straight line for each section, in a predetermined position, and in the section to which the level of the digital video signal data belongs according to the code signal output from the encoder. A storage means for outputting the offset data, the coefficient data and the amplification coefficient of the multiplier, a multiplier for multiplying the coefficient data input from the digital video signal data and the storage means and outputting the result, and the result output from the multiplier means Divide the amplification coefficient by the original And an adder for outputting gamma-corrected digital image signal data by adding the output from the divider and the offset data input from the storage means.
바람직하게는, 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치에 있어서 상기 기억수단은 증폭계수 N 대신 증폭지수 m을 저장하고 부호기로부터 출력된 소정의 부호신호에 따라 상기 증폭지수를 출력하며, 본 발명에 따른 감마보정장치는 기억수단으로부터 증폭지수 m을 입력받아 승산기로부터 출력된 결과를 1/2m로 감소시켜 그 결과를 가산기에 인가하는 쉬프트 수단을 더욱더 구비할 수 있다.Preferably, in the gamma correction apparatus for digital video signal data according to the present invention, the storage means stores the amplification index m instead of the amplification coefficient N and outputs the amplification index according to a predetermined code signal output from the encoder. The gamma correction device according to the present invention may further include a shift means for receiving an amplification index m from the storage means and reducing the result output from the multiplier to 1/2 m and applying the result to the adder.
더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치는 외부로부터 입력된 디지털 영상신호 데이터에서 각 구간별 구간시작점을 빼서 그 결과를 승산기에 출력하는 감산기를 더욱더 구비하고, 승산기는 감산기로부터 입력된 결과와 기억수단으로부터 입력된 계수데이터를 곱하여 그 결과를 출력하며, 가산기에 인가되는 오프셋데이터는 각 구간별 구간시작점에서의 출력값으로 주어져 오프셋데이터가 음수값이 되는 것을 방지한다.More preferably, the gamma correction apparatus for digital image signal data according to the present invention further includes a subtractor which subtracts a section start point of each section from the digital image signal data input from the outside and outputs the result to the multiplier, the multiplier The result is multiplied by the count data input from the storage means, and the result is output. The offset data applied to the adder is given as an output value at the start point of each section to prevent the offset data from becoming a negative value.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정방법은 설정된 감마특성곡선을 다수의 구간으로 분할하고 각 구간별 구간시작점, 각 구간별 증폭계수 N, 각 구간별 근사직선의 기울기의 N배로 증폭되어 주어지는 계수데이터 및 각 구간별 구간시작점에서의 근사직선의 출력값인 오프셋데이터를 설정하는 제 1단계와, 디지털 영상신호 데이터가 입력되는지를 판단하는 제 2단계와, 제 2단계의 판단결과, 디지털 영상신호 데이터가 입력된 경우 디지털 영상신호 데이터의 레벨이 속하는 구간을 판단하는 제 3단계와, 디지털 영상신호 데이터에서 디지털 영상신호 데이터의 레벨이 속하는 구간의 구간시작점을 빼서 S를 발생하는 제 4단계와, 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 계수데이터와 상기 S를 곱하여 Z를 발생하는 제 5단계와, 상기 Z를 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 증폭계수 N으로 나누어 W를 발생하는 제 6단계와, 상기 W에 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 오프셋데이터를 더하여 감마보정된 디지털 영상신호 데이터를 출력하는 제 7단계를 구비한 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the gamma correction method of digital image signal data according to the present invention divides the set gamma characteristic curve into a plurality of sections, section start point for each section, amplification coefficient N for each section, and approximation for each section. A first step of setting coefficient data amplified by N times the slope of a straight line and offset data which is an output value of an approximate straight line at each section starting point of each section; a second step of determining whether digital image signal data is input; As a result of the determination in step 2, when the digital video signal data is input, the third step of determining a section to which the level of the digital video signal data belongs, and subtracting the section start point of the section to which the level of the digital video signal data belongs from the digital video signal data A fourth step of generating S, multiplying the coefficient data of the section to which the digital video signal data belongs by S and Z A fifth step of generating, a sixth step of generating W by dividing Z by the amplification coefficient N of a section to which the digital video signal data belongs, and gamma correction by adding offset data of a section to which the digital video signal data belongs to W. And a seventh step of outputting digital image signal data.
이하 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 바람직한 하나의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of a gamma correction apparatus for digital image signal data according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a gamma correction apparatus for digital image signal data according to the present invention.
도 1에서와 같이 이미지 센서(10)를 통해 들어온 영상신호는 A/D 변환기(20)에 의해 디지털 영상신호 데이터 X로 변환된 후, 부호기(130)와 마이크로컴퓨터(170)에 인가된다.As shown in FIG. 1, an image signal input through the image sensor 10 is converted into digital image signal data X by the A / D converter 20 and then applied to the encoder 130 and the microcomputer 170.
마이크로컴퓨터(170)는 이미 알려진 신호처리 알고리즘을 이용하여 디지털 영상신호 데이터를 일정한 간격, 예를 들어 1개의 프레임 단위로 나누어 영상신호의 에너지 분포를 자동적으로 분석하거나 또는 이용자의 작동모드 선택에 따라 신호처리에 최적화된 감마특성곡선을 결정하고, 이에 따라 감마특성곡선을 입력신호의 레벨에 대하여 소정의 구간으로 분할한 다음 각 구간별로 구간경계점 Xn및 근사직선의 기울기 An와 근사직선의 Y절편인 오프셋데이터 Bn을 정의하여 이들 데이터를 부호기(130) 및 메모리(140)에 출력한다.The microcomputer 170 automatically analyzes the energy distribution of the image signal by dividing the digital image signal data into regular intervals, for example, by one frame unit, using a known signal processing algorithm, or according to a user's operation mode selection. The gamma characteristic curve optimized for processing is determined, and accordingly, the gamma characteristic curve is divided into predetermined sections with respect to the level of the input signal, and then the section boundary point X n and the slope A n of the approximate straight line and the Y intercept of the approximate straight line for each section. In offset data B n are defined and these data are output to the encoder 130 and the memory 140.
이때 분할되는 구간의 폭과 수는 감마특성곡선의 곡률에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 즉, 곡률이 큰 부분의 구간의 폭을 곡률이 작은 부분의 구간의 폭보다 작게 함으로써 보다 정확한 신호처리를 구현할 수 있게 된다.In this case, the width and number of the divided sections are preferably determined according to the curvature of the gamma characteristic curve. That is, more accurate signal processing can be realized by making the width of the section of the section having the large curvature smaller than the width of the section of the section having the small curvature.
또한, 마이크로컴퓨터(170)는 승산기(150)에 인가되는 근사직선의 기울기 An를 증폭시켜 승산기(150)에서의 반올림 에러를 최소화하기 위해 근사직선의 기울기에 따라 각 구간의 증폭지수 m(m은 0 이상인 정수)을 설정하고, 다음 수학식과 같이 근사직선의 기울기 An에 2m을 곱하여 계수데이터 An´을 정의한다.In addition, the microcomputer 170 amplifies the slope A n of the approximate straight line applied to the multiplier 150 to minimize the rounding error in the multiplier 150. Is an integer greater than or equal to 0), and the coefficient data A n ′ is defined by multiplying the approximate straight slope A n by 2 m as shown in the following equation.
이때 계수데이터 An´가 제한된 비트수를 초과하여 오버플로우가 발생하지 않도록 증폭지수 m을 설정하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to set the amplification index m such that the count data A n ′ exceeds the limited number of bits so that no overflow occurs.
예를 들어, 계수데이터가 8 bit로 설정되어 있는 경우 일반적으로 계수데이터 An´은 0부터 255/256 즉, 2진코드로 0000 00002부터 1111 11112까지의 값을 가진다.For example, when coefficient data is set to 8 bits, coefficient data A n ′ generally has a value from 0 to 255/256, that is, 0000 0000 2 to 1111 1111 2 in binary code.
만약 n번째 계수데이터 An´가 129/(256×8)(=16.125/256)로 주어진다면 마이크로컴퓨터(170)에 의해 오버플로우가 발생하지 않도록 설정되는 증폭지수는 m=3이고, 이때 메모리(140)에 저장되는 계수데이터 An´은 실제의 근사직선의 기울기보다 23배 증폭된 즉, 좌로 3 bit만큼 쉬프트된 1000 00012가 되어 반올림 에러를 최소화할 수 있게 된다.If the n th coefficient data A n ′ is given as 129 / (256 × 8) (= 16.125 / 256), the amplification index set by the microcomputer 170 so that no overflow occurs is m = 3, where the memory The coefficient data A n ′ stored at 140 is amplified by 2 3 times the actual approximate slope, that is, 1000 000 1 2 shifted by 3 bits to the left, thereby minimizing rounding errors.
부호기(130)는 마이크로컴퓨터(170)에 의해 설정된 구간경계점 Xn을 인가받아 구간경계점 Xn과 A/D 변환기(20)로부터 인가된 디지털 영상신호 데이터 X를 비교하여 디지털 영상신호 데이터의 레벨에 따라 소정의 부호신호, 예를 들어 미리 설정된 메모리(140)의 특정 어드레스로 변환하여 메모리(140)에 인가한다.The encoder 130 receives the section boundary point X n set by the microcomputer 170 and compares the section boundary point X n with the digital image signal data X applied from the A / D converter 20 to the level of the digital image signal data. Accordingly, a predetermined code signal, for example, is converted into a specific address of the preset memory 140 and applied to the memory 140.
메모리(140)는 마이크로컴퓨터(170)로부터 인가된 각 구간별 근사직선의 계수데이터 An´와 오프셋데이터 Bn, 증폭지수 m을 미리 설정된 메모리(140)의 어드레스에 저장하고 부호기(130)로부터 출력된 부호신호에 따라 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 근사직선의 계수데이터 An´와 오프셋데이터 Bn, 증폭지수 m을 각각 승산기(150)와 가산기(160), 제산쉬프터(180)로 인가한다.The memory 140 stores the approximate linear coefficient data A n ′, the offset data B n , and the amplification index m at an address of the preset memory 140 applied from the microcomputer 170, and stores the coefficient data A n ′ from the encoder 130. Approximate linear coefficient data A n ′, offset data B n , and amplification index m are applied to the multiplier 150, the adder 160, and the divider shifter 180 according to the output code signal. do.
승산기(150)는 A/D변환기(20)로부터 입력된 디지털 영상신호 데이터 X와 메모리(140)로부터 입력된 계수데이터 An´을 곱하여 그 결과 (An´×X)를 제산쉬프터(180)에 출력한다. 이때 승산기(150)로부터 출력된 결과는 2m배로 증폭되어 입력된 계수데이터 An´에 의해 실제값보다 2m배만큼 증폭된 것이며, 따라서 승산기(150)의 반올림 에러는 1/2m만큼 감소하게 된다.The multiplier 150 multiplies the digital image signal data X input from the A / D converter 20 by the coefficient data A n ′ input from the memory 140 and divides the result (A n ′ × X) by the division shifter 180. Output to At this time, the result output from the multiplier 150 is amplified by 2 m times and amplified by 2 m times the actual value by the input coefficient data A n ′, and thus the rounding error of the multiplier 150 is reduced by 1/2 m . Done.
본 발명에 따른 감마보정장치에 의해서 원하는 신호처리결과를 얻기 위해서는 2m배로 증폭되어 승산기(150)로부터 출력된 결과를 다시 2m으로 나누는 것이 필요하다. 따라서, 승산기(150)로부터 출력된 결과를 2m으로 나누기 위한 제산기가 추가로 구비되며, 바람직하게는 상기 제산기는 제산쉬프터(180)로 구성되어 간단한 회로구성만으로도 2m의 나눗셈연산을 구현할 수 있다.In order to obtain a desired signal processing result by the gamma correction device according to the present invention, it is necessary to amplify by 2 m times and divide the result output from the multiplier 150 by 2 m again. Therefore, a divider is further provided for dividing the result output from the multiplier 150 by 2 m . Preferably, the divider is composed of a divider shifter 180 to implement a division operation of 2 m even with a simple circuit configuration. Can be.
즉, 제산쉬프터(180)는 예를 들어 쉬프트 레지스터(shift register)로서, 메모리(140)로부터 증폭지수 m을 인가받아 승산기(150)로부터 출력된 결과를 m-bit만큼 우로 이동시킴으로써 승산기(150)로부터 출력된 결과를 1/2m만큼 감소시킨다. 예를 들어, 메모리(140)으로부터 인가된 증폭지수 m이 3이고 승산기(150)로부터 출력된 결과가 1 0000 0000 0000 00002= 216라면 제산쉬프터(180)에서의 연산 결과는 0 0010 0000 0000 00002= 213로서 승산기(150)로부터 출력된 결과를 23으로 나눈 것과 같게 된다.That is, the division shifter 180 is, for example, a shift register, and receives the amplification index m from the memory 140 and shifts the result output from the multiplier 150 by m-bit to the right. Reduce the output from ½ m . For example, if the amplification index m applied from the memory 140 is 3 and the result output from the multiplier 150 is 1 0000 0000 0000 0000 2 = 2 16 , the operation result in the division shifter 180 is 0 0010 0000 0000 As 0000 2 = 2 13 , the result output from the multiplier 150 is divided by 2 3 .
가산기(160)는 제산쉬프터(180)로부터 출력된 결과에 메모리(140)로부터 인가된 오프셋데이터 Bn을 더하여 그 결과를 감마보정된 디지털 영상신호 데이터 Y로 출력한다.The adder 160 adds the offset data B n applied from the memory 140 to the result output from the division shifter 180 and outputs the result as gamma-corrected digital image signal data Y.
이때 감마보정된 디지털 영상신호 데이터 Y는 다음과 같은 수학식에 의해 표현될 수 있다.In this case, the gamma-corrected digital image signal data Y may be expressed by the following equation.
다음으로 항상 양의 오프셋데이터를 갖도록 하는 본 발명에 따른 감마보정장치의 다른 실시예를 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.Next, another embodiment of the gamma correction apparatus according to the present invention which always has positive offset data will be described in detail with reference to FIGS. 7 to 9.
도 7은 본 발명에 따른 감마보정장치의 다른 실시예의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 8은 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 감마특성곡선을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 9는 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 이용하여 역감마특성곡선을 근사하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.7 is a block diagram schematically showing the configuration of another embodiment of a gamma correction device according to the present invention, and FIG. 8 schematically illustrates a method of approximating a gamma characteristic curve using the gamma correction device of digital image signal data of FIG. 7. FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a method of approximating an inverse gamma characteristic curve using a gamma correction apparatus of digital image signal data of FIG. 7.
도 7에 있어서 도 6과 동일한 참조번호를 가진 구성요소는 도 6의 그것과 동일한 작용효과를 나타내므로 상세한 설명은 생략한다.In FIG. 7, components having the same reference numerals as those of FIG. 6 show the same operational effects as those of FIG. 6, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.
마이크로컴퓨터(170)는 해당시스템의 디지털 영상신호 데이터처리에 최적화된 감마특성곡선을 결정하고 이에 따라 도 6에서와 같이 각 구간별로 구간경계점 Xn및 증폭지수 m, 근사직선의 기울기의 2m배인 계수데이터 An´와 오프셋데이터 Bn´을 정의하여 부호기(130)에는 구간경계점 Xn을 인가하고, 메모리(140)에는 각 구간별 구간시작점 Xn-1및 증폭지수 m, 근사직선의 계수데이터 An´와 오프셋데이터 Bn´을 출력한다. 이때, 오프셋데이터 Bn´은 각 구간별 구간시작점 Xn-1에서의 출력값으로 정의된다.The microcomputer 170 determines a gamma characteristic curve optimized for digital image signal data processing of the system, and accordingly, as shown in FIG. 6, the boundary point X n and the amplification index m and the slope of the approximate straight line are 2 m each. By defining the coefficient data A n ′ and the offset data B n ′, the edge boundary point X n is applied to the encoder 130, and the memory 140 has the interval starting point X n−1 , the amplification index m, and the approximate linear coefficient. Outputs data A n 'and offset data B n '. At this time, the offset data B n ′ is defined as an output value at the start point X n-1 of each section.
메모리(140)는 마이크로컴퓨터(170)로부터 인가된 각 구간별 구간시작점 Xn-1및 증폭지수 m, 근사직선의 계수데이터 An´와 오프셋데이터 Bn´를 미리 설정된 어드레스에 저장하고 부호기(130)로부터 출력된 부호신호에 따라 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 구간시작점 Xn-1및 증폭지수 m, 근사직선의 계수데이터 An´와 오프셋데이터 Bn´를 각각 감산기(190), 제산쉬프터(180), 승산기(150) 및 가산기(160)로 인가한다.The memory 140 stores the section start point X n-1 and the amplification index m, the approximate linear coefficient data A n ′ and the offset data B n ′ for each section applied from the microcomputer 170 at a preset address, A subtractor 190 and dividing the interval start point X n-1 and the amplification index m, the approximate linear coefficient data A n ′ and the offset data B n ′, respectively, in the section to which the digital image signal data belongs according to the code signal output from 130). The shifter 180 is applied to the multiplier 150 and the adder 160.
감산기(190)는 A/D변환기(20)로부터 입력된 디지털 영상신호 데이터 X로부터 메모리(140)로부터 인가된 구간시작점 Xn-1를 뺀 후 그 결과 X-Xn-1를 승산기(150)에 출력한다.The subtractor 190 subtracts the section start point X n-1 applied from the memory 140 from the digital image signal data X input from the A / D converter 20, and then outputs XX n-1 to the multiplier 150. do.
이때, n번째 구간 {Xn,Xn-1}의 구간시작점 Xn-1이 2n-1로 주어질 경우 감산기(190)는 간단하게 앤드 게이트(And Gate)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 입력신호가 9bit로 구성된 시스템에서 디지털 영상신호 데이터 X가 40=0 0010 10002일 경우 감산기(190)에 인가되는 구간시작점 Xn-1은 32=25으로 주어지며, 앤드 게이트(190)에는 구간시작점 Xn-1=25의 1의 보수인 1 1101 11112가 인가되어 그 결과 40-32=8=0 0000 10002이 출력된다.In this case, when the interval start point X n-1 of the nth section {X n , X n-1 } is given as 2 n-1 , the subtractor 190 may be simply configured as an AND gate. For example, when the digital image signal data X is 40 = 0 0010 1000 2 in a system composed of 9 bits, the interval start point X n-1 applied to the subtractor 190 is given as 32 = 2 5 , and the end gate 1 1101 1111 2, which is 1's complement of interval start point X n-1 = 2 5 , is applied to 190, resulting in 40-32 = 8 = 0 0000 1000 2 .
승산기(150)는 감산기(190)로부터 인가된 결과 X-Xn-1와 메모리(140)로부터 입력된 계수데이터 An´을 곱하여 그 결과 (An´×(X-Xn-1))를 제산쉬프터(180)에 출력한다.The multiplier 150 multiplies the result XX n-1 applied from the subtractor 190 by the coefficient data A n ′ input from the memory 140 and divides the result A n ′ × (XX n-1 ) by the division shifter ( 180).
도 7의 감마보정장치에 있어서의 감마특성곡선의 근사방법을 도 8을 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.An approximation method of the gamma characteristic curve in the gamma correction device of FIG. 7 will be described in more detail with reference to FIG. 8.
본 발명에 따른 감마보정장치에서 근사된 감마특성곡선을 구하기 위해서는 도 2에서와 같이 디지털 영상신호 데이터의 레벨을 적정수의 구간으로 분할한 후 각 구간별로 근사직선의 기울기 및 오프셋데이터를 정의하는 것이 필요하다.In order to obtain an approximated gamma characteristic curve in the gamma correction apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 2, after dividing the level of the digital image signal data into a proper number of sections, defining the inclination and offset data of the approximate straight line for each section is performed. need.
이때 도 8에서 도시된 바와 같이 근사직선의 기울기는 다음과 같은 수학식에 의해 표현된다.In this case, as shown in FIG. 8, the slope of the approximate straight line is represented by the following equation.
여기서, Xn-1, Xn은 각각 n번째 구간 {Xn-1,Xn}에서의 구간시작점과 구간끝점을 나타내고, Yn-1,Yn은 각각 Xn-1,Xn에서의 출력값을 의미한다.Here, X n-1 , X n represent the section start point and the section end point in the nth section {X n-1 , X n }, respectively, and Y n-1 , Y n are respectively at X n-1 , X n The output value of.
한편, 메모리(140)로부터 가산기(160)에 인가되는 오프셋데이터 Bn´는 도 1의 감마보정장치에서와 같은 근사직선의 Y절편이 아니라 다음 수학식에서와 같이 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 구간시작점 Xn-1에서의 출력값 Yn-1로 정의된다.On the other hand, the offset data B n ′ applied from the memory 140 to the adder 160 is not an approximate straight Y-intercept as in the gamma correction apparatus of FIG. 1, but a section of the section to which the digital image signal data belongs, as shown in the following equation. is defined as the output value Y n-1 at the starting point X n-1.
따라서, 도 7의 가산기(160)로부터 출력되는 감마보정된 디지털 영상신호 데이터 Y는 다음과 같은 수학식에 의하여 나타내어질 수 있으며, 오프셋데이터 Bn´는 감마특성곡선의 기울기와는 무관하게 항상 0보다 큰 값을 가진다.Accordingly, the gamma corrected digital image signal data Y output from the adder 160 of FIG. 7 may be represented by the following equation, and offset data B n ′ is always 0 regardless of the slope of the gamma characteristic curve. Has a greater value.
또한, 도 9에서 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 역감마보정(De-Gamma Correction) 신호처리시에 이용하더라도 종래의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치에서와 같은 과대음수 발생 등의 문제가 생기지 않고 오프셋데이터가 항상 양수값을 가지게 된다.In addition, as shown in FIG. 9, even when the gamma correction apparatus of the digital image signal data according to the present invention is used for the de-gamma correction signal processing, the same as in the conventional gamma correction apparatus of the digital image signal data. There is no problem of negative number generation, and offset data always has a positive value.
한편, 도면에 도시되어 있지는 않으나 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 또다른 실시예로서, 도 6 또는 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치에 있어서 디지털 영상신호 데이터의 감마보정 신호처리를 위한 감마특성곡선이 고정되게 설정되어 있는 경우 감마특성곡선의 근사를 위한 구간경계점 Xn, 각 구간별 근사직선의 계수데이터 An´및 오프셋데이터 Bn´등이 마이크로컴퓨터에 의한 처리를 거치지 않고 직접 부호기(130)와 메모리(140)에 저장되게 함으로써 별도의 하드웨어자원, 즉 마이크로컴퓨터(170)을 구비하지 않고도 신호처리속도를 향상시킬 수 있다.On the other hand, although not shown in the drawing as another embodiment of the gamma correction device of the digital image signal data according to the present invention, the gamma correction of the digital image signal data in the gamma correction apparatus of the digital image signal data of Figure 6 or 7 When the gamma characteristic curve for signal processing is set to be fixed, the section boundary point X n for approximating the gamma characteristic curve, the coefficient data A n ´ and the offset data B n ´ for the approximate straight line for each section are processed by the microcomputer. By directly storing the encoder 130 and the memory 140 without going through it, the signal processing speed can be improved without having a separate hardware resource, that is, the microcomputer 170.
또한, 도면에 도시되어 있지는 않으나 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 제 4의 실시예로서, 도 6 또는 도 7의 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치에 있어서 마이크로컴퓨터(170)로부터 감마특성곡선의 기울기 An를 정의하여 이를 메모리(140)에 저장한 후 이를 별도의 승산쉬프터(multiplying shifter)(미도시됨)를 거쳐 감마특성곡선의 기울기 An를 2m배함으로써 계수데이터를 승산기(150)에 인가하는 것도 가능하다. 이때 상기 승산쉬프터는 예를 들어 쉬프터 레지스터로 구성되어, 메모리(140)로부터 증폭지수 m을 인가받아 메모리(140)에서 입력된 감마특성곡선의 기울기 An를 좌로 m-bit만큼 이동시킴으로써 메모리(140)로부터 입력된 데이터를 2m배 증폭시킨다.Although not shown in the drawings, as a fourth embodiment of the gamma correction apparatus for digital image signal data according to the present invention, the microcomputer 170 in the gamma correction apparatus for digital image signal data in FIG. By defining the slope A n of the gamma characteristic curve and storing it in the memory 140, the coefficient data is obtained by multiplying the slope A n of the gamma characteristic curve 2 m through a separate multiplying shifter (not shown). It is also possible to apply to the multiplier 150. In this case, the multiplication shifter is configured of, for example, a shifter register, and receives an amplification index m from the memory 140 to move the slope A n of the gamma characteristic curve input from the memory 140 by m-bit to the left. ) the data entered from the 2 m times thereby amplified.
본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치는 도 6 또는 도 7에 도시된 것과 같은 디지털 논리회로로 구성될 수 있을 뿐만 아니라 도 10과 같이 하나의 마이크로프로세서로도 구현될 수 있다.The gamma correction apparatus of the digital image signal data according to the present invention may not only be configured with a digital logic circuit as shown in FIG. 6 or 7 but may also be implemented as a single microprocessor as shown in FIG.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치의 동작을 도 11 및 도 12의 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명한다.The operation of the gamma correction apparatus for digital image signal data according to the present invention configured as described above will be described in more detail with reference to FIGS. 11 and 12.
도 11은 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정방법의 일실시예를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.11 is a flowchart schematically illustrating an embodiment of a gamma correction method of digital image signal data according to the present invention.
먼저 마이크로컴퓨터(170)는 디지털 영상신호에 따라 근사된 감마특성곡선 및 각 구간별 구간경계점 Xn, 각 구간별 근사직선의 계수데이터 An´, 각 구간별 근사직선의 오프셋데이터 Bn및 각 구간별 증폭지수 m를 설정한다(S100).First, the microcomputer 170 is approximate the gamma characteristic curve and each piecewise interval feature points X n, each section coefficient data of each approximation line A n ', the offset data of each piecewise approximation line B n, and each in accordance with the digital video signal Amplification index m for each section is set (S100).
이를 좀더 구체적으로 설명하면, 마이크로컴퓨터(170)는 A/D 변환기(20)로부터 일단의 디지털 영상신호 Xo가 입력되면(S110), 입력되는 디지털 영상신호 데이터 Xo를 분석하여 영상신호처리를 위한 감마특성곡선을 결정하고 이를 다수의 구간으로 분할하여 각 구간별 구간경계점 Xn, 각 구간별 근사직선의 기울기 An, 각 구간별 근사직선의 Y절편인 오프셋데이터 Bn및 각 구간별 근사직선의 기울기에 따라 각 구간별 증폭지수 m을 설정한다(S120). 다음으로 마이크로컴퓨터(170)는 근사직선의 기울기를 2m배로 증폭하여 각 구간별 근사직선의 계수데이터 An´을 구한다(S130).In more detail, when the digital video signal X o is input from the A / D converter 20, the microcomputer 170 analyzes the input digital video signal data X o to perform image signal processing. The gamma characteristic curve is determined by dividing it into a plurality of sections, and the section boundary point X n for each section, the slope of the approximate straight line A n , the offset data B n , which is the Y intercept of the approximate straight line for each section, and the approximation for each section. The amplification index m for each section is set according to the slope of the straight line (S120). Next, the microcomputer 170 amplifies the slope of the approximate straight line by 2 m times to obtain coefficient data A n ′ of the approximate straight line for each section (S130).
단계(100)에 의해 근사된 감마특성곡선의 각 구간별 계수데이터 An´, 오프셋데이터 Bn및 증폭지수 m가 결정되면 마이크로프로세서(300)는 영상신호처리를 위한 디지털 영상신호 데이터 X가 입력되는지를 판단한다(S200).When the coefficient data A n ′, the offset data B n, and the amplification index m of each section of the gamma characteristic curve approximated by step 100 are determined, the microprocessor 300 inputs the digital image signal data X for image signal processing. It is determined whether or not (S200).
단계(S200)의 판단결과, 디지털 영상신호 데이터 X가 입력되었다고 판단되면 마이크로프로세서(300)는 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간 n을 판단한다(S300).If it is determined in step S200 that the digital image signal data X is input, the microprocessor 300 determines a section n to which the digital image signal data X belongs (S300).
디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간 n을 판단하는 단계(S300)는 예를 들어 다음과 같은 세부과정으로 구성될 수 있다.The determining of the section n to which the digital image signal data X belongs (S300) may be performed by the following detailed process.
먼저 하나의 변수 k를 선택하여 이를 초기값, 예를 들어 k=1로 설정한 다음(S310), 디지털 영상신호 데이터 X를 k번째 구간의 구간끝점 Xk와 비교한다(S320). 비교 결과 디지털 영상신호 데이터가 k번째 구간의 구간끝점 Xk보다 크면 변수 k와 최대구간값 nmax와 비교하여(S330), 만약 변수 k가 최대구간값 nmax보다 작으면 k값을 업카운트한 후(S340) 단계(S320)로 궤환하고, 만약 변수 k가 최대구간값 nmax보다 크거나 같으면 변수 k의 저장값, 즉 최대구간값 nmax을 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 구간값 n으로 설정한다(S350). 여기서, 최대구간값 nmax은 감마특성곡선의 분할된 구간수와 같은 값으로 주어진다.First, one variable k is selected and set to an initial value, for example, k = 1 (S310), and then the digital image signal data X is compared with the end point X k of the k-th section (S320). As a result of the comparison, if the digital video signal data is larger than the end point X k of the k-th section, the variable k and the maximum section value n max are compared (S330). If the variable k is smaller than the maximum section value n max , the value k is counted up. If the variable k is greater than or equal to the maximum interval value n max , the stored value of the variable k, that is, the maximum interval value n max , is equal to the interval value n of the section to which the digital image signal data X belongs. Set to (S350). Here, the maximum interval value n max is given by the same value as the number of divided sections of the gamma characteristic curve.
한편, 단계(S320)에서 디지털 영상신호 데이터가 k번째 구간의 구간끝점 Xk보다 작거나 같으면 변수 k의 현재저장값을 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 구간값 n으로 설정한다(S350).On the other hand, if the digital video signal data is less than or equal to the section endpoint X k of the k-th section in step S320, the current stored value of the variable k is set to the section value n of the section to which the digital video signal data X belongs (S350).
단계(S300)에 의해 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 구간값 n이 정해지면 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 계수데이터 An´와 디지털 영상신호 데이터 X를 곱한다(그 결과를 이하 Z라 칭한다.)(S400). 여기서, 계수데이터 An´는 근사직선의 기울기를 2m배만큼 증폭된 값이므로 승산기(150)에서의 반올림 에러는 1/2m만큼 감소하게 된다.If the section value n of the section to which the digital video signal data X belongs is determined by step S300, the coefficient data A n ′ of the section to which the digital video signal data X belongs is multiplied by the digital video signal data X (the result is referred to as Z below). (S400). Here, the coefficient data A n ′ is a value obtained by amplifying an approximate linear slope by 2 m times, so that the rounding error in the multiplier 150 is reduced by 1/2 m .
다음으로 원하는 신호를 얻기 위해 단계(S400)에 의해 발생된 Z를 계수데이터 An´에서의 증폭값 2m으로 나누는데(그 결과를 이하 W라 칭한다.)(S500), 바람직하게는 2진코드로 된 변수 Z를 m-bit만큼 우로 쉬프트시킴으로써 단계(S400)에 의해 발생된 값 Z를 1/2m로 감소시킨다.Next, to obtain a desired signal, Z generated by step S400 is divided by an amplification value of 2 m in coefficient data A n '(the result is referred to as W below) (S500), preferably a binary code. The value Z generated by step S400 is reduced to 1/2 m by shifting the variable Z to the right by m-bit.
단계(S500)를 수행한 후, W에 디지털 영상신호 데이터가 속하는 구간의 오프셋데이터 Bn를 더하여 감마보정된 디지털 영상신호데이터 Y를 발생시킨다(S600).After performing step S500, gamma corrected digital image signal data Y is generated by adding offset data B n of a section to which digital image signal data belongs to W (S600).
도 12는 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정방법의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 흐름도이다.12 is a flowchart schematically showing another embodiment of a gamma correction method of digital image signal data according to the present invention.
마이크로컴퓨터(170)는 근사된 감마특성곡선의 각 구간별 구간경계점 Xn, 각 구간별 근사직선의 계수데이터 An´, 각 구간별 근사직선의 오프셋데이터 Bn´ 및 각 구간별 증폭지수 m를 설정한다. 이때 도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로컴퓨터(170)에 의해 설정되는 각 구간별 근사직선의 오프셋데이터 Bn´는 각 구간별 구간시작점 Xn-1에서의 감마특성곡선의 출력값으로 주어지며 이에 따라 오프셋데이터 Bn´는 감마특성곡선의 기울기에 상관없이 항상 양수값을 가진다.The microcomputer 170 calculates the section boundary point X n of each section of the approximated gamma characteristic curve, the coefficient data A n ′ of the approximate straight line for each section, the offset data B n ′ of the approximate straight line for each section, and the amplification index m for each section. Set. In this case, as shown in FIG. 8, the offset data B n ′ of the approximate straight line for each section set by the microcomputer 170 is given as an output value of the gamma characteristic curve at the section start point X n-1 for each section. Therefore, the offset data B n ′ always have a positive value regardless of the slope of the gamma characteristic curve.
도 7의 감마보정장치는 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 구간값 n을 판별한 후(S1300), 디지털 영상신호 데이터 X로부터 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 구간시작점 Xn-1을 뺀다(그 결과를 이하 S라 칭한다.)(S1360).The gamma correction apparatus of FIG. 7 determines the section value n of the section to which the digital video signal data X belongs (S1300), and then subtracts the section start point X n-1 of the section to which the digital video signal data X belongs from the digital video signal data X. (The result is called S below.) (S1360).
단계(S1360)를 수행한 후에는 S를 계수데이터와 곱하여 그 결과를 Z에 저장하고(S1400), 다시 Z를 2m로 나누어 W에 저장한다(S1500).After performing step S1360, S is multiplied by the coefficient data, the result is stored in Z (S1400), and Z is further divided into 2 m and stored in W (S1500).
단계(S1500)에 의해 발생된 변수 W에 디지털 영상신호 데이터 X가 속하는 구간의 오프셋데이터 Bn´를 더하여 감마보정된 디지털 영상신호 데이터 Y를 발생시킨다(S1600).The gamma-corrected digital image signal data Y is generated by adding offset data B n ′ in the section to which the digital image signal data X belongs to the variable W generated in step S1500 (S1600).
한편, 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치 및 감마보정방법에 있어서 전술한 근사직선의 기울기의 증폭계수는 2m대신 1 이상의 임의의 양수 N으로 대체될 수 있다. 이 경우 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 구성하는데 사용되는 하드웨어자원은 증폭값이 2m인 경우보다 더 많이 요구되나 감마보정 신호처리의 정확도를 더 높일 수 있게 된다.On the other hand, in the gamma correction device and the gamma correction method of the digital image signal data according to the present invention, the above-mentioned amplification coefficient of the slope of the approximate straight line may be replaced by any positive number N or more instead of 2 m . In this case, hardware resources used to construct a gamma correction apparatus for digital video signal data are required more than when the amplification value is 2 m , but the accuracy of gamma correction signal processing can be further improved.
전술한 바와 같이 증폭계수가 1 이상의 임의의 양수 N으로 대체된 경우 마이크로컴퓨터(170)에서 메모리(140)에 입력되는 데이터는 각 구간별 증폭지수 m 대신 각 구간별 증폭계수 N이 되며, 본 발명에 따른 감마보정장치의 제산쉬프터(180)는 승산기(150)로부터 출력된 결과를 N으로 나누기 위한 공지의 제산기로 대체된다.As described above, when the amplification coefficient is replaced with an arbitrary positive number N or more, the data input to the memory 140 in the microcomputer 170 becomes the amplification coefficient N for each section instead of the amplification index m for each section, and the present invention The division shifter 180 of the gamma correction device according to the present invention is replaced with a known divider for dividing the result output from the multiplier 150 by N.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치 및 감마보정방법에 의하면, 승산기에 입력되는 계수데이터를 증폭시킨 후 연산 결과를 다시 감소시키는 방법을 통하여 승산기에서의 라운드오프 에러를 줄임으로써 감마보정 신호처리의 정확도를 높이는 효과가 있다.As described above, according to the gamma correction device and the gamma correction method of digital image signal data according to the present invention, the round-off error in the multiplier is reduced by amplifying coefficient data input to the multiplier and then reducing the calculation result again. This increases the accuracy of the gamma correction signal processing.
또한, 가산기에 입력되는 오프셋데이터가 항상 양수값이 되도록 함으로써 하드웨어자원을 절약하는 효과가 있으며, 역감마보정(De-Gamma Correction)시에도 하드웨어의 변경없이 본 발명에 따른 디지털 영상신호 데이터의 감마보정장치를 그대로 이용할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the offset data input to the adder is always a positive value, there is an effect of saving hardware resources, and even when de-gamma correction (Gamma correction) of the digital image signal data according to the present invention without changing the hardware The effect can be used as it is.
본 발명의 명세서에 기재한 바람직한 실시예는 예시적인 것으로서 한정적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 발명의 권리범위는 감마특성곡선에 따른 신호처리를 위한 감마보정장치 및 감마보정방법에 한정되지 않으며, 본 발명의 핵심을 변경하지 않고도 적용할 수 있는 기타 비선형 영상신호처리장치 및 영상신호처리방법에도 미친다고 해석되어야 한다.Preferred embodiments described in the specification of the present invention are illustrative and should not be interpreted in a limiting sense. Further, the scope of the present invention is not limited to the gamma correction device and the gamma correction method for signal processing according to the gamma characteristic curve, and other nonlinear video signal processing devices and video signals that can be applied without changing the core of the present invention. It should also be interpreted as being insane.
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