KR20060070009A - 색신호 처리장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

색신호 처리장치 및 그 방법이 개시된다. 본 색신호 처리장치에서, 색신호 변환부는 입력되는 제1 색신호를 휘도 Y와 색차 성분으로 나누어진 색공간의 제2 색신호로 변환한다. 콘트라스트 향상부는 휘도 Y를 증감하여 콘트라스트를 향상시키며, 변화율 산출부는 콘트라스트 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초한 변화율을 산출한다. 그리고, 색보상부는 산출된 변화율을 반영하여, 제1 색신호를 보상한다. 이에 의해, 재현되는 영상의 색채를 왜곡시키지 않으면서 휘도를 증가 혹은 감소시킬 수 있다.

색신호, 휘도, 콘트라스트, 색역

Description

색신호 처리장치 및 그 방법{Color signal processing apparatus and method of using the same}

도 1은 종래의 색신호 처리방법의 문제점을 설명하기 위해 참조되는 도면,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 색신호 처리방법을 개념적으로 설명하기 위해 참조되는 도면,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 색신호 처리장치의 블럭도, 그리고

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 색신호 처리장치의 동작방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

300 : 선형보정부 310 : 색신호 변환부

320 : 콘트라스트 향상부 330 : 변화율 산출부

340 : 색역처리부 350 : 색신호 보상부

360 : 감마보정부

본 발명은 색신호 처리장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 색 채를 왜곡시키지 않으면서 휘도를 증가 혹은 감소시킬 수 있는 색신호 처리장치 및 그 방법에 관한 것이다.

디스플레이 장치 등에 재현되는 영상의 화질을 향상시키기 위한 색신호 처리방법에는 다양한 기법들이 존재하는데, 그 일예로서 콘트라스트 향상(Contrast Enhancement) 방법이 있다. 콘트라스트 향상 방법은 입력 영상의 히스토그램 정보를 이용하여, 해당 픽셀의 휘도를 상승 또는 감소 시킴으로써, 재현되는 영상의 콘트라스트를 향상 시키는 방법이다.

일반적으로 콘트라스트 향상 방법에서는, YCbCr 색공간과 같이 휘도 성분과 색차 성분으로 나뉘어진 색공간에서, 휘도 Y를 증가 혹은 감소시켜 콘트라스트를 향상시키고 있다. 그러나, YCbCr 색공간에서 휘도 Y와 색차 CbCr은 서로 독립적인 관계를 갖지 않기 때문에, 단순하게 휘도 Y를 증감하는 것은 휘도 뿐만 아니라 색채에도 영향을 미친다. 이에 따라, 재현되는 영상의 색채를 탈색(de-saturation)시키거나, 혹은 영상을 재현하는 타겟 장치의 색역(Color Gamut)을 벗어나게 하여, 재현되는 영상의 색채를 왜곡하는 결과를 초래한다.

도 1은 종래의 색신호 처리방법, 특히 콘트라스트 향상 방법에서 나타나는 문제점을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 도 1에서는, 삼각형으로 표시된 영역(100)은 TV 신호와 같이 휘도 Y와 색차 CbCr으로 나뉘어진 YCbCr 색공간에서, 영상을 재현하는 타겟 장치의 색역을 표시한다.

이와 같은 경우, 콘트라스트 향상 등을 위해 입력 영상의 특정 픽셀의 휘도를 증감시키면, 채도 저감(desaturation) 현상이 나타날 수 있다. 예컨대, 도 1에 서, 색좌표값이 101인 픽셀의 휘도를 증가시키면 102의 위치로 이동하게 된다. 이 경우, 색의 채도(saturation)는, 도 1에서 104로 표기된 직선의 기울기로 나타난다. 즉, 휘도의 증가 전인 101 위치에서 채도는 103으로 표시된 점선의 기울기 값이 되고, 휘도 증가 후인 102의 위치에서 채도는 104로 표시된 직선의 기울기 값이 된다. 채도는 기울기가 적을 수록 크고, 기울기가 90도에 가까울수록 그레이(gray)가 되므로, 결과적으로 101에서 102의 위치로 이동시키면, 휘도는 증가했지만 채도는 감소하게 되어, 재현되는 영상은 탈색되어 보인다. 다시 말해, 휘도 Y의 증가는 기울기 증가로 채도가 작아지게 되며, 반대로 휘도 Y의 감소는 기울기 감소로 채도가 커지는 현상을 가져 온다

또한, 105의 위치에서 106으로 휘도를 증가시킨 경우와, 107에서 108로 휘도를 감소시킨 경우, 휘도의 증가 또는 감소로 인하여 타겟 장치의 색역을 벗어나게 되는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 타겟 장치의 색역의 정보를 이용하여 색역을 벗어나지 않도록 조정해야 한다. 따라서, 일반적인 경우에는 YCbCr 색공간에서 RGB 색공간으로 변환하여, RGB값이 1보다 크거나 0보다 작을 경우 1과 0으로 그 크기를 제한하는 방법을 사용한다. 그러나, 이 경우에도 채도가 일정하게 유지되면서 그 크기가 제한되지 않으면, 색상이 틀어지거나 채도 저감될 수 있으며, 특히 노랑색(Yellow) 부분에서는 색채의 왜곡이 더욱 심각하게 나타난다. 따라서, 이러한 색채의 왜곡을 줄이기 위해서는, 휘도변화에 무관하게 채도를 일정하게 유지시킬 필요가 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 콘트라스트 향상과 같이 휘도 성분을 이용하는 색처리 과정에서, 색채가 왜곡되지 않고 그대로 유지하면서 휘도를 증감시킬 수 있는 색신호 처리장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색신호 처리장치는, 입력되는 제1 색신호를 휘도 Y와 색차 성분으로 나누어진 색공간의 제2 색신호로 변환하는 색신호 변환부, 상기 휘도 Y를 증감하여 콘트라스트를 향상시키는 콘트라스트 향상부, 상기 콘트라스트 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초한 변화율을 산출하는 변화율산출부, 및 상기 변화율을 반영하여, 상기 제1 색신호를 보상하는 색보상부를 포함한다. 바람직하게는, 상기 콘트라스트 향상의 결과, 증감된 휘도 Y가 소정 타겟 장치의 색역을 벗어나는 경우, 색역 매핑이 되도록 상기 변화율를 조정하여, 상기 색보상부가 조정된 변화율에 의해 상기 입력 색신호를 보상하도록 하는 색역처리부를 더 포함한다. 이때, 상기 제1 색신호는, 선형 RGB 색신호이며, 상기 제2 색신호는 CIE-XYZ 색공간의 xyY 색신호인 것이 가능하다.

그리고, 비선형 표준 RGB색신호를 표준 RGB색신호로 선형 보정하여 상기 입력 색신호로 제공하는 선형보정부, 및 상기 색보상부에서 출력되는 색신호를 감마보정하여 출력하는 감마보정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 색신호 처리방법은, 입력 색신호를 CIE-XYZ 색공간의 xyY색신호로 변환하는 단계, 상기 xyY색신호 중에서 휘도 Y를 증감하여 콘트라스트를 향상시키는 단계, 상기 콘트라스트 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초한 변화 율을 산출하는 단계, 상기 변화율을 반영하여, 상기 입력 색신호를 보상하는 단계, 및 상기 보상된 입력 색신호를 감마보정하여 출력하는 단계를 포함한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 색신호 처리방법을 개념적으로 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 도 2에서는, 삼각형으로 표시된 영역(200)은 휘도 Y와 색차성분 CbCr으로 나뉘어진 YCbCr와 같은 색공간에서, 영상을 재현하는 타겟 장치의 색역을 표시한다. 본 발명에 따른 색신호 처리방법에서는, 휘도 증감에 따른 색채 왜곡 문제를 해결하기 위해, 채도를 일정하게 유지하면서 휘도를 증감시키는 방법을 사용한다. 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 201의 위치에서 휘도를 증가시키는 경우, 종래와 같이 202의 위치로 이동시키는 대신 채도가 일정하게 유지되도록 203의 위치로 이동시킨다. 또한, 207에서 208의 색좌표로 이동하는 것과 같이, 휘도 증감에 따라 채도의 벡터 방향으로 이동하는 방법을 사용한다.

이러한 방법을 적용하기 위해서는, YCbCr 색좌표와 같은 감마보정된 비선형공간이 아닌, CIE-xyY 색공간 등과 같은 선형공간에서 색신호 처리를 수행해야 한다. 특히, CIE-xyY 색공간에서는 색도성분인 xy와 휘도성분인 Y가 서로 독립적으로 분리되므로, CIE-xyY 색공간에서 휘도 Y만 독립적으로 처리할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 색신호 처리장치의 블럭도이다. 도 3을 참조하면, 본 색신호 처리장치는, 선형보정부(300), 색신호 변환부(310), 콘트라스트 향상부(320), 변화율 산출부(330), 색역 처리부(340), 색신호 보상부(350), 및 감마보정부(360)를 포함한다.

선형보정부(300)는 입력되는 비선형 R'G'B' 색신호를 선형 보정하여 선형 RGB 색신호를 출력한다. 색신호 변환부(310)는 선형 보정부(300)에서 출력되는 선형 RGB 색신호를 CIE-xyY 색공간의 xyY 색신호로 변환한다.

콘트라스트 향상부(320)는 색신호 변환부(310)에서 출력되는 휘도 Y를 증감하여 콘트라스트(contrast)를 향상시킨다. 변화율 산출부(330)는 콘트라스트 향상 부(320)에서의 콘트라스 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초한 변화율(g)을 산출한다. 색역 처리부(340)는 RGB 색신호 중에서 '1'이 넘는 색신호, 즉 색역을 벗어나는 색신호에 대하여, 색역 매칭을 위해 산출된 변화율을 조정한다.

색신호 보상부(350)는 최종적으로 산출된 변화율(g')을 RGB 색신호값에 곱해서 색신호를 보상한다. 그리고, 감마보정부(360)는 색신호 보상부(350)에서 출력되는 색신호에 대하여, 역방향 비선형 보정, 즉 감마 보정을 수행하여, 최종적으로 채도는 일정하게 유지되면서 휘도만이 증감된 비선형 R"G"B"색신호를 출력한다.

도 4는 본 발명의 일실시에 따른 색신호 처리장치의 동작방법의 설명에 제공되는 흐름도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 색신호 처리장치의 동작방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 선형보정부(300)는 입력되는 표준 비선형 R'G'B'색신호를 선형 RGB색신호로 선형 보정하여 출력한다(S400). 이때, TV신호와 경우와 같이 YCbCr 색신호를 사용하는 경우, 다음의 식을 사용하여 비선형 R'G'B' 색신호로 변환하여야 하는 과정이 필요하다.

선형보정부(300)는 비선형 R'G'B' 색신호에 대하여, 2.2 gamma를 통해 선형 RGB 색신호로 변환한다. ITU-R 권고 BT 계열(ITU-R Recommendations BT Series)의 709 규격의 감마(gamma) 보정은 다음의 식과 같다.

G',B' 색신호도 [수학식 2]와 같은 방식으로 계산되며, 이의 역변환은 다음의 식과 같다.

여기서 1/0.45 = 2.22 이다.

선형보정부(300)에서 선형 보정되어 출력되는 선형 RGB색신호는, 색신호 변환부(310)로 전달되어, CIE-xyY 색공간의 xyY색신호로 변환한다(S405). RGB색신호에서 CIE-xyY색신호로의 변환은 다음과 같은 과정에 의해 수행될 수 있다.

먼저, RGB색신호에서 CIE-XYZ색신호로 변환하여야 하는데, ITU-R 권고 BT 계열의 709 규격에 따르면 다음의 식과 같이 된다.

[수학식 4]에 의해, 산출된 XYZ 색신호에서 색도 xy의 계산은 다음의 식에 의해 산출할 수 있다.

콘트라스트 향상부(320)는, 휘도 Y를 증가 또는 감소시켜, 콘트라스트를 향상시킨다(S410). 변화율 산출부(330)는 콘트라스트 향상부(320)에서 콘트라스트 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초하여 변화율(g)를 산출한다(S415). 이때, 변화율(g)은 다음의 식에 의해 산출된다.

색역처리부(340)는 콘트라스트 향상부(320)에서 증감된 휘도 Y가 타겟 장치 의 색역을 벗어나는지 여부를 판단하여(S420), 증감된 휘도 Y가 색역을 벗어나는 경우에는 변화율을 조정하고(S423), 그렇지 않는 경우에는 변화율 산출부(330)에서 산출된 변화율을 그대로 색신호 보상부(350)에 전달한다.

색신호 보상부(350)는 색역처리부에서 전달되는 변화율을 RGB 색신호에 곱해서, 색신호를 보상한다(S425). 색역처리부(340)에서 변화율을 조정하지 않는 경우, 즉 g' = g 인 경우, 색신호 보상부(350)의 출력신호는 다음의 식과 같이 된다.

감마보정부(360)는 [수학식 2]를 이용하여 감마 보정을 수행하여, 비선형 R"G"B"값을 출력한다(S430).

이와 같은 과정에 의해, 채도의 변화없이 휘도만이 증감될 수 있는데, 그 이유는 다음과 같다. 먼저, [수학식 5]에 대한 역변환은 다음의 식과 같다.

CIE-xyY 색공간에서는, 색도성분인 xy와 휘도성분인 Y가 서로 독립적으로 분리되므로, 휘도의 증감이 색도에 영향을 미치지 않는다. 따라서, [수학식 4]에서 계산된 휘도 Y를 증감하는 영상 처리한 후 변환된 Y'를 [수학식 8]의 역변환을 이용하여 X'Y'Z'을 계산하고 RGB를 구하면 된다.

여기서 g = Y'/Y 이므로, 변화량 g를 이용하면 계산량을 줄일 수 있다. 그런데, RGB 색신호와 XYZ 색신호는 서로 선형변환 관계이므로, [수학식 7]에서와 같이 g를 RGB 색신호에 곱하면 휘도만이 증감될 수 있다.

한편, S420 단계에서, 증감된 휘도 Y가 색역을 벗어나는 경우에는, 변화율을 조정하여야 한다. 예컨대, 도 2의 204에서 휘도가 증가되어 205의 위치로 되는 경우에는, 색역을 벗어나게 된다. 이 경우 RGB 색신호 중에서 1보다 큰 값을 1로 제한하면 색역 경계로 매핑되는데, 이때 앞서 설명한 바와 같이, 색상이 틀어지고 채도 저감 현상이 발생하는 등 부작용이 발생하므로, 206 같이 벡터 방향으로 색역 경계에 매핑을 하여야 한다. 그런데, 무조건 색역 클림핑(Gamut Clipping)을 시도하면, 색역 경계근처에서 휘도 향상된 경우 대부분의 값들이 색역경계로 매핑되어 계조가 사라지는 부작용이 발생할 수 있으므로, 색역경계에 가까운 경우는 변화율 g를 줄여 주는 것이 바람직하다.

이를 위해, 색역처리부(340)의 색역 처리 과정에서 RGB의 최대값을 k 라하고 변화율 g는 1보다 크므로 g=1+α라 하고, 여기서 α값에 gain값 β를 다음 식과 같이 처리해준다.

한편, 임의의 색신호 처리 과정에서, 변화율을 알 수 없는 경우, 색역 경계로 클림핑할 수 밖에 없는데, 이 경우는 다음의 식과 같이 처리한다.

또한, 임의의 색신호 처리과정에서, 도 2의 209과 같이 아래쪽에서 색역 밖 으로 나간 경우가 발생할 수도 있는데, 이 경우는 RGB의 최대 값이 음수가 되는 경우로 화이트(white) 쪽으로 210의 위치로 이동하여 주는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 다음의 [수학식 12]와 RGB 색신호를 CMY 색신호로 변환한 후, [수학식 13]과 같이 처리하면 된다.

[수학식 13]과 같은 방식으로 계산한 후, CMY 색신호를 다시 RGB 색신호로 변환하여 주면 된다. 이후의 과정은 상기한 실시예에서 설명한 바와 같다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 콘트라스트 향상의 경우와 같이 휘도 성분을 이용하는 색신호 처리 과정에서, 휘도 성분의 증감으로 인하여 색상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 휘도 성분의 증감으로 색역을 벗어나는 경우에도, 색도의 변화없이 색역 클림핑이 가능하게 되어 재현되는 영상의 색상이 왜곡되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (5)

1. 입력되는 제1 색신호를 휘도 Y와 색차 성분으로 나누어진 색공간의 제2 색신호로 변환하는 색신호 변환부;

   상기 휘도 Y를 증감하여 콘트라스트를 향상시키는 콘트라스트 향상부;

   상기 콘트라스트 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초한 변화율을 산출하는 변화율산출부; 및

   상기 변화율을 반영하여, 상기 제1 색신호를 보상하는 색보상부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색신호 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 콘트라스트 향상의 결과, 증감된 휘도 Y가 소정 타겟 장치의 색역을 벗 어나는 경우, 색역 매핑이 되도록 상기 변화율를 조정하여, 상기 색보상부가 조정된 변화율에 의해 상기 입력 색신호를 보상하도록 하는 색역처리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색신호 처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1 색신호는, 선형 RGB 색신호이며.

   상기 제2 색신호는 CIE-XYZ 색공간의 xyY 색신호인 것을 특징으로 하는 색신호 처리장치.
4. 제1항에 있어서,

   비선형 표준 RGB색신호를 표준 RGB색신호로 선형 보정하여 상기 입력 색신호로 제공하는 선형보정부; 및

   상기 색보상부에서 출력되는 색신호를 감마보정하여 출력하는 감마보정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 색신호 처리장치.
5. 입력 색신호를 CIE-XYZ 색공간의 xyY색신호로 변환하는 단계;

   상기 xyY색신호 중에서 휘도 Y를 증감하여 콘트라스트를 향상시키는 단계;

   상기 콘트라스트 향상 전후의 휘도 Y의 변화량에 기초한 변화율을 산출하는단계;

   상기 변화율을 반영하여, 상기 입력 색신호를 보상하는 단계; 및

   상기 보상된 입력 색신호를 감마보정하여 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 색신호 처리방법.

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