KR20010087645A

KR20010087645A - 화면 표시 장치

Info

Publication number: KR20010087645A
Application number: KR1020000011518A
Authority: KR
Inventors: 한동일; 이인호
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-21
Also published as: KR100364778B1; US6724438B2; US20010020983A1

Abstract

화면 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 선형 센터 기준에서의 거리에 관한 1차 함수를 이용하여 매 클럭당 각각의 x,y 좌표에 대한 음영 반영 비율을 계산하는 음영 반영 비율 계산부와, 상기 음영 반영 비율값(r)과 밝기 조정 폭(Yrate)을 입력 디지털 영상 신호에 적용하여 밝기가 보정된 디지털 영상 신호를 출력하는 밝기 보정부를 영상 신호를 처리하는 영상 신호 처리부나 그 외의 디지털 신호 처리부에 구성하여 입력 영상의 밝기를 보정함으로써, 실시간으로 처리되면서 회로 구현이 용이하고 또한, 최종 스크린으로 출력되는 화면의 화질을 향상시킬 수 있다.

Description

화면 표시 장치{Apparatus for expressing screen}

본 발명은 화상 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 균일한 밝기 분포를 갖도록 하는 화면 표시 장치에 관한 것이다.

최근 디지털 영상 처리 기법의 발달과 디스플레이 장치의 기술 향상 등으로 인하여 모든 디스플레이 장치들이 급속도로 대형화의 추세로 가고 있다. 이러한 디스플레이 장치의 대형화는 처리되는 영상 신호 해상도의 증가와 그에 따른 기술의 진일보를 통해서 계속되어 질 것이다.

특히, 디지털 TV 송/수신 기술이 정립되고 디지털 TV의 보급이 시작되면, 높은 해상도의 영상을 디스플레이하고자 할 때 대형 스크린의 필요성에 의해서 프로젝션 TV가 디지털 TV의 수신 스크린으로 많은 각광을 받을 것이다.

도 1은 영상의 디스플레이 과정을 보인 일반적인 영상 디스플레이 장치의 구성 블록도로서, 영상 처리부는 아날로그 방식과 디지털 방식 둘 다 사용되고 있고, 지금은 대부분이 디지털 방식으로 구현이 되고 있으나, 직접 영상을 스크린에 뿌리는 역할을 하는 디스플레이 처리부는 프로젝션의 경우 모두 아날로그 방식으로 처리되고 있다.

그런데, 상기 디스플레이 처리부가 아날로그 회로로 구성되어 있기 때문에 스크린의 각 위치에 따른 밝기 값이 원 영상 신호의 밝기 레벨을 제대로 표현하지 못하고 있다.

그래서, 시청을 하는 사람의 입장에서 상대적으로 스크린의 가운데 부분은 밝아 보이고 주변으로 갈수록 어두워 보인다. 시각적으로만 그런 것이 아니라, 실제 밝기 값을 측정하여도 스크린의 중심부와 스크린의 가장 자리부는 많은 차이가 난다.

도 2는 풀 화이트(Full white) 영상을 입력으로 하였을 때 디스플레이되는 화면의 위치에 따른 밝기 값을 나타낸 것이다. (a)가 영상을 디스플레이하는 스크린이라고 할 때, (b)는 (a)의 1차원 단면상에서 실제 디스플레이되는 영상의 밝기 값을 나타낸 것이다. 대체로 모든 디스플레이 장치는 가운데 부분에서 밝기의 값이 크고 주변으로 갈수록 그 밝기 값이 잘 반영이 되지 않아 어두워지는 특성을 가지고 있다.

이와 같이, 종래의 프로젝션 TV는 전자총의 수와 전자총과 스크린의 거리차에 의하여 스크린의 위치에 따라서 밝기의 차가 심한 문제점을 가지고 있다. 이러한 현상은 전자총에서 스크린까지의 거리 차이와 모든 지점에서 RGB 각각의 전자빔의 초점을 서로 맞추기 어려운 문제 등으로 인하여 나타나는 복합적인 현상이다.

이러한 밝기 차에 대한 문제점은 프로젝션 TV의 경우에 가장 많이 지적 받고있으며, 특히 프로젝션 TV가 대형화되면 될수록 밝기 차이가 더욱 심하게 나타난다. 일 예로, 대형 프로젝션 TV의 경우 가운데 부분의 밝기와 가장 자리의 밝기 차이는 거의 30% 이상의 차이를 보인다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 디스플레이 장치의 각 위치에 따른 밝기 값을 보정하여 중심 부분과 주변 영역 사이의 밝기 차이를 없애는 화면 표시 장치를 제공함에 있다.

도 1은 일반적인 영상 디스플레이 장치의 구성 블록도

도 2는 풀 화이트 영상을 입력으로 하였을 때 디스플레이되는 화면의 위치에 따른 밝기 값을 나타낸 도면으로, (a)가 영상을 디스플레이하는 스크린이라고 할 때, (b)는 (a)의 1차원 단면상에서 실제 디스플레이되는 영상의 밝기 값을 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 밝기 보정을 위한 화면 표시 장치의 구성 블록도

도 4는 스크린의 1차원 단면상의 밝기 값의 변화가 선형 함수 형태를 가진다고 가정할 때의 본 발명에 따른 역함수의 예를 보인 그래프

도 5는 도 4의 밝기 차를 실제 2차원 상에서 표시할 때 풀 화이트 입력 영상인 경우 센터 지점을 기준으로 거리가 멀어질수록 점점 더 어두워지는 예를 보인 도면

도 6은 본 발명에 따른 음영 반영 비율 값들을 센터점이 정 중앙에 위치할 때를 가정하여 나타낸 그래프

도 6의 (b)는 본 발명에 따른 음영 반영 비율 값을 제곱한 결과를 나타낸 그래프

도 6의 (c)는 본 발명에 따른 음영 반영 비율 값을 4제곱한 결과를 나타낸그래프

도 7은 도 3의 음영 반영 비율 계산부와 밝기 보정부의 상세 회로도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

301 : 음영 반영 비율 계산부 302 : 밝기 보정부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화면 표시 장치는, 선형 센터 기준에서의 거리에 관한 1차 함수를 이용하여 매 클럭당 각각의 x,y 좌표에 대한 음영 반영 비율을 계산하는 음영 반영 비율 계산부와, 상기 음영 반영 비율값(r)과 밝기 조정 폭(Yrate)을 입력 디지털 영상 신호에 적용하여 밝기가 보정된 디지털 영상 신호를 출력하는 밝기 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 영상의 밝기 보정을 스크린에 영상을 디스플레이하는 디스플레이 처리부가 아니라 영상 신호를 처리하는 영상 처리부 즉, 디지털 회로 쪽에서 미리 수행하여 디스플레이 처리부의 아날로그 회로의 부담을 줄이면서 영상의 화질을 높이고자 하는데 있다. 즉, f1의 역함수 f2를 디지털 회로로 구성하여 영상신호 처리부에서 미리 주변 밝기의 차를 보정한 후 보정된 영상 데이터 값을 디스플레이부로 출력하여 디스플레이부의 부담을 덜어 주고, 보다 나은 결과 영상을 얻어내는데 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

일반적으로 프로젝션 스크린에 디스플레이되는 영상은 가운데 부분이 밝고, 가장 자리로 갈수록 급격하게 어두운 값을 가지는 비선형(non-linear) 특성을 가진다. 따라서, 상기 밝기 값 변화 함수의 식만 알 수 있다면 그 역함수를 구하여 보정해주면 된다. 그런데, 밝기 값 변화의 정확한 함수를 구하기가 어렵다.

그래서, 어떤 형식화된 함수를 구하기 위해 프로젝션 TV의 실제 밝기 값을 측정하여 본 결과, 가운데 부분에서 어느 일정한 거리내의 부분은 일정하게 밝고 거리가 가장 먼 가장자리 부분인 4 모서리 부분 근처에서 밝기 값이 현저하게 낮아짐을 알 수 있었는데 이 결과에 맞도록 본 발명의 밝기 차 함수를 설정하였다.

즉, 도 2에서 스크린의 1차원 단면상의 밝기 값의 변화 그래프를 f1이라고 하고, 이 f1이 수학적인 함수 형태로 표현될 때, 상기 f1의 역함수인 f2를 이용하여 영상 처리부나 그 외 디지털 신호 처리부에서 각 위치에 따른 밝기 값을 보정하여 주면 최종 디스플레이되는 결과인 영상의 밝기에 대한 함수는 f3 즉, 모든 위치에서 동일한 밝기 값을 가지는 영상을 얻게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 밝기 보정을 위한 화면 표시 장치의 구성 블록도로서, 음영 반영 비율 계산부(301)와 밝기 보정부(302)로 구성된다.

상기 음영 반영 비율 계산부(301)는 디스플레이되는 영역을 나타내는 hsync, vsync, clock신호를 입력받아 매 클럭마다 hsync, vsync를 카운트하여 매 클럭 처리해야 하는 화소의 x,y 좌표값에 따른 음영 반영비율(r)을 구한다. 즉, 도 2의 f2에 해당하는 역함수를 가지고 각 위치의 r값을 구하게 된다.

그리고, 상기 밝기 보정부(302)는 상기 음영 반영 비율 계산부(301)에서 계산한 r값을 해당하는 입력 디지털 영상 신호에 반영해주며, 주로 조합 로직(combination logic)으로 구성된다.

이때, 상기 음영 반영 비율 계산부(301)와 밝기 보정부(302) 사이의 동기를 맞추기 위하여, 음영 반영 비율 계산부(301)의 정확한 지연(Latency)를 구하여 hsync와 vsync를 실제 디지털 영상 신호보다 빨리 밝기 보정부(302)로 전달하여야 한다.

즉, 도 2의 f1이 도 4의 g1과 같이 선형 함수 형태를 가진다고 가정하면, g1의 역함수 g2는 도 4와 같이 구할 수 있다. 이때, 영상을 디스플레이하는 스크린은 일반적으로 2차원 평면이므로, 도 4의 밝기 차를 실제 2차원 상에서 표시하면 풀 화이트 입력 영상인 경우 도 5와 같이 센터 지점(Xc, Yc)을 기준으로 거리(r)가 멀어지면 점점 더 어두워진다.

이 경우, 도 3의 음영 반영 비율 계산부(301)에서는 선형 센터 기준에서의 거리에 관한 1차 함수를 이용하여 매 클럭당 각각의 x,y 좌표에 대한 음영 반영 비율(r)을 계산하여 밝기 보정부(302)로 출력하게 된다.

그러면, 상기 밝기 보정부(302)에서는 r값과 Yrate 값을 입력 디지털 영상 신호에 반영하여 위치에 따른 보정된 디지털 영상 신호를 계산한다.

이를 위해 상기 음영 반영 비율 계산부(301)에서는 먼저 센터(center) 지점과 각 위치의 거리(r)를 하기의 수학식 1과 같이 구한 후 가장 먼 거리를 '1'로 정량화 하여 각 위치와 센터와의 거리를 '0'~'1'사이의 값으로 정규화(normalize)한다.

이 값들을 센터점이 정 중앙에 위치할 때를 가정하여 그래프로 나타내면 도 6의 (a)와 같다

r = sqrt(Xc-x)²+(Yc-y)²) / sqrt(Xc²+Yc²)

Xc, Yc : 센터점의 x,y 좌표값

x, y : 현 화소의 x, y 좌표값

이때, 실제 밝기 값은 거리가 먼 부분에서 급격히 떨어지므로 상기 밝기 보정부(302)에서는 '0'~'1'사이의 값으로 정량화된 r값을 제곱을 하거나 또는, 3제곱 보다 하드웨어 구조가 간단한 4제곱을 한 경우를 본 발명에서는 밝기 차의 함수로 제안하다.

도 6의 (b)는 r값을 제곱한 결과를 나타낸 것이고, 도 6의 (c)는 r값을 4제곱한 결과를 나타낸 것이다. 본 발명에서는 실시예로, 밝기 보정을 위한 함수를 도 6의 (b)나 (c)와 같이 제안한다.

일 예로, 상기 밝기 보정부(302)에서는 r을 4제곱한 결과인 r"값을 사용하여 입력 디지털 영상 신호의 밝기를 보정하는데, 만일 디지털 영상 신호가 YUV의 형태를 가질 때에는 밝기 성분인 Y-성분에 대해서만 보정을 해 준다. 또한, 영상 신호가 밝기 성분이 따로 분리되지 않을 경우에는(예 : RGB 포맷) 각각의 신호에 모두 밝기 보정을 한다.

예를 들어, Y-성분을 보정해 주는 방법은 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.

Yo = Yi - Yi * (Yrate * (1-r"))

Yo : 각 위치의 보정된 밝기 값

Yi : 입력 화소의 값

Yrate : 밝기 조정 폭

상기 수식 2의 Yrate는 Y-성분이 가질 수 있는 값의 폭을 1로 정량화 하였을 때(예를 들어 8-비트 입력 영상이면 0~255 사이의 값을 0~1사이의 값으로 정량화 함) 가장 어둡게되는 영상의 비를 나타낸 것이다. 만약, Yrate 값이 0.6이라면 풀 화이트(Y=255) 영상이 입력될 경우 최고 어두운 부분의 화소 값은 255x0.6 =153을 가지게 한다는 의미다. 이 값은 외부로부터 로딩받을 수 있는 값으로 유저가 실제 디스플레이 결과를 조절할 수 있게 하기 위한 것이다. Xc나 Yc값도 Yrate와 마찬 가지로 유저 인터페이스(user interface) 값이다.

또한, 상기 수식 2에서 Yo값은 Yi값이 풀 화이트 영상인 경우, 제안한 함수의 역함수의 형태를 가짐을 알 수 있다.

도 7은 상기된 음영 반영 비율 계산부(301)와 밝기 보정부(302)의 상세 회로도로서, 상기된 수학식 1과 수학식 2를 하드웨어로 구성한 것이다.

즉, 도 7은 각각의 단계를 하나의 플립 플롭(flip-flop)단으로 구성하고, 파이프라인(pipeline) 구조로 각 위치에 대한 Yo 값을 연속적으로 구하면 된다. 이때, 시스템 스펙(spec.)에 따라서 각각의 연산은 내부적으로 다시 여러 단의 단계(stage)로 나눌 수 있기 때문에 최소 10-단계를 가지는 파이프라인의 하드웨어 구조를 가진다.

이때, 좌표 값은 디스플레이 액티브(display active) 신호(즉, 데이터 계산을 위한 데이터 밸리드 신호)를 사용하여 구하게 되는데, 실제 Yi 데이터와 동기를 맞춘 신호를 사용해서는 안되고, 도 2를 10-단계를 가지는 파이프라인 구조라고 할 때 Yi신호가 사용되기 7-클럭 이전의 디스플레이 액티브 신호를 사용하여 좌표 값을 구해야 한다. 즉, 동기를 맞추기 위해 실제 디스플레이 액티브 신호보다 빨리 좌표값을 구한다.

한편, 본 발명에서 제안하는 방법으로 디지털 영상을 처리하는 경우 전체적인 밝기 레벨은 Yrate값만큼 어두어지게 되는데, 이 차이는 디스플레이 처리부인 아날로그 회로에서 전체적인 밝기 값을 올리면 된다.

이와 같이 본 발명은 측정 결과로 추론하여 밝기차의 함수를 구한 후 위치에 따른 밝기 값의 차이를 보정함으로써, 하드웨어 구현이 용이해진다.

또한, 응용 주문형 집적회로(Application Specific Intergrated Circuit ; ASIC) 기술이 놀라울 속도로 발전하고, 디지털 회로를 보다 쉽게 구현하기 위한 여러 툴(tool)들이 계속 등장하는 한, 실시간으로 영상을 처리하고자 하는 경우 본 발명에서 제안하는 함수와 하드웨어 구조를 적용하면 디스플레이의 효과를 극대화 할 수 있으며, 특히 프로젝션 TV같은 경우 가장 문제가 되는 위치에 따른 밝기 값의 차이를 개선할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 화면 표시 장치에 의하면, 영상 신호를 스크린에 디스플레이하는 경우에 가장 큰 문제점으로 지적되었던 위치에 따른 밝기 값의 차이 보정을 디스플레이 처리부에서 처리하지 않고, 수학적 구현이 용이한 디지털로 되어 있는 영상 신호 처리부에서 미리 밝기차의 역함수를 사용하여 보정함으로써, 실시간으로 처리되면서 회로 구현이 용이하고 또한, 최종 스크린으로 출력되는 화면의 화질을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims

선형 센터 기준에서의 거리에 관한 1차 함수를 이용하여 매 클럭당 각각의 x,y 좌표에 대한 음영 반영 비율을 계산하는 음영 반영 비율 계산부; 그리고

상기 음영 반영 비율값(r)과 밝기 조정 폭(Yrate)을 입력 디지털 영상 신호에 적용하여 밝기가 보정된 디지털 영상 신호를 출력하는 밝기 보정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화면 표시 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 음영 반영 비율 계산부는

하기의 수학식을 적용하여 음영 반영 비율값(r)을 계산하는 하드웨어를 구성하며, 다단계의 파이프라인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 화면 표시 장치.

r = sqrt(Xc-x)²+(Yc-y)²) / sqrt(Xc²+Yc²)

Xc, Yc : 센터점의 x,y 좌표값

x, y : 현 화소의 x, y 좌표값
제 1 항에 있어서, 상기 밝기 보정부는

하기의 수학식을 적용하여 휘도 신호(Y)의 밝기를 보정하는 하드웨어를 구성하며, 다단계의 파이프라인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 화면 표시 장치.

Yo = Yi - Yi * (Yrate * (1-r"))

Yo : 각 위치의 보정된 밝기 값

Yi : 입력 화소의 값

Yrate : 밝기 조정 폭으로서, Y-성분이 가질 수 있는 값의 폭을 1로 정량화 하였을 때 가장 어둡게되는 영상의 비
제 1 항에 있어서, 상기 밝기 보정부는

상기 음영 반영 비율값(r)을 정량화하고 정량화된 값에 적어도 제곱 이상을 수행한 후 입력 디지털 신호의 밝기 보정에 이용하는 것을 특징으로 하는 화면 표시 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 밝기 보정부는

입력 디지털 영상 신호의 밝기 성분이 분리된 경우에는 휘도 성분(Y)에 대해서만 밝기 보정을 하는 것을 특징으로 하는 화면 표시 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 밝기 보정부는

입력 디지털 영상 신호의 밝기 성분이 따로 분리되지 않은 경우에는 각각의 신호에 모두 밝기 보정을 하는 것을 특징으로 하는 화면 표시 장치.