KR20080081511A - 입력 영상의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력제어 방법 및 장치 및 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

백라이트를 포함하는 디스플레이 장치의 전력을 제어하기 위한 전력 제어 장치, 방법, 및 전력 제어 기능을 가지는 디스플레이 장치가 개시된다. 전력 제어 장치는 하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석부, 클리핑 계조를 이용하여 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상부 및 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절부를 포함한다. 또한, 본 발명의 일면에 의한 전력 제어 장치는, 제1 영상 신호의 색성분들 중 포화되는 색성분(color components to be saturated)들을 검출하고, 검출된 색성분들에는 계조 증가율보다 작은 소정의 색상 보상률을 적용하여 출력 영상 신호를 생성하기 위한 색상 보상부를 더 포함한다. 본 발명에 의하여 사용자가 인식하지 못하는 동안에, 백라이트의 휘도를 감소시킴으로써 소비 전력을 절감할 수 있다 .

Description

입력 영상의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법 및 장치 및 디스플레이 장치{Method and apparatus for controlling power of display device based on histogram of input image and the display device}
도 1은 본 발명의 일 면에 의한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 히스토그램 분석부의 출력에서 클리핑 계조를 결정하는 과정을 설명하는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 도면에서 영상 휘도 보상부의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 도 1에 도시된 장치에서 색상 보상부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시된 색상 보상부에서 연산한 양자화 노이즈를 예시하는 그래프들이다.
도 6은 본 발명의 다른 면에 의한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법을 개념적으로 나타내는 흐름도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 의한 출력 영상의 휘도 분포를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 또다른 면에 의한 전력 제어 기능을 가지는 디스플레이 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 특히 입력 영상 신호의 휘도 분포에 기반하여 출력 영상 신호의 휘도 및 백라이트의 휘도를 상보적으로 제어함으로써, 결과적으로 디스플레이되는 출력 영상 신호의 휘도 저하를 최소화하면서도 디스플레이 장치의 전력을 절감할 수 있는 방법, 장치, 및 이러한 기능을 가지는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
전자 기술이 발달함에 따라서 소비자 전자 제품(consumer electronics)의 성능은 급속도로 향상되고 있다. 특히, 최근 몇 년 간에 이루어진 디스플레이 장치의 고급화 및 대형화는 놀랍다.
디스플레이 장치의 고급화를 주도한 것은 LCD 및 PDP 등의 평판 디스플레이 장치들이다. 평판 디스플레이 장치의 크기는 점점 커지고 있으며, 이에 반해 가격은 더욱 저렴해지고 있다. 따라서 저가의 대형 평판 디스플레이 장치들이 가정용 디스플레이 장치 시장에서 널리 인기를 얻고 있으며, 이러한 경향은 향후 지속될 것으로 보인다.
디스플레이 장치의 크기가 증가함에 따라서, SD, HD 급 영상 신호의 해상도에서 벗어나, full HD의 해상도를 가지는 영상 소프트웨어들도 많이 제작되고 있 다. 이러한 경향은 DVD 뿐만 아니라, HD-DVD 및 BluRay 규격 등의 고용량 저장 매체가 도입되면서 더욱 가속될 것으로 보인다. 또한, 디스플레이 장치의 고급화 뿐만 아니라, 음향 장비의 고급화 및 대형화도 두드러지며, 최근에는 블루투스 등의 근거리 통신망을 이용한 무선 홈 씨어터를 이용하여 5.1 채널의 박진감 있는 음향을 즐길 수 있게 되었다. 그러므로, 고급 영상을 생생한 음향과 함께 가정에서 즐기는 것은 더 이상 소수의 매니악(maniac) 들에게만 주어진 특권이 아니며, 일반 소비자들도 자신의 거실에서도 큰 화면을 이용하여 박진감 있는 영상을 줄길 수 있다.
그런데, 이와 같은 디스플레이 장치의 대형화로 인하여, 디스플레이 장치가 소모하는 전력량 역시 커진다. 또한, 디스플레이 장치가 커질수록 소모하는 전력량은 증가되므로, 이러한 이슈는 앞으로 더욱 첨예화될 것으로 판단된다. 특히, 전력 소비량이 증가할 수록 부가되는 단위 전력량당 사용 요금은 증가하는 누진제가 적용되므로, 디스플레이 장치의 전력 소비를 감소시키기 위한 다양한 기술들이 소개되어 왔다.
예를 들어, 종래 기술에 의한 디스플레이 장치는 최대 절전모드 및 최소 절전모드에서 동작할 수 있다. 이러한 최대/최소 절전모드는 입력 영상 신호와 상관없이 백라이트의 휘도를 감소시킨다. 여기서, 절전 모드의 선택에 따라서 감소되는 휘도가 결정된다.
하지만, 종래 기술에 의한 전력 절감 방법은, 모든 입력 영상 신호에 대해서 사용자에 의하여 선택된 소정의 휘도 감소치를 일괄적으로 적용한다. 그러므로, 출력되는 영상은 전체적으로 어두워지며, 특히 밝은 장면에서 영상 신호의 밝기를 잃어버리는 왜곡 현상이 발생한다.
그러므로, 출력 영상 신호의 휘도에 영향을 주지 않으면서도 디스플레이 장치의 소비 전력을 감소시키기 위한 기술이 절실히 요구된다.
본 발명의 목적은 입력 영상 신호의 히스토그램에 적응적으로 영상 신호의 밝기를 상승시키며, 동시에 영상 신호 상승분에 반비례하게 백라이트의 휘도를 감소시킴으로써, 사용자가 밝기 손실을 인식하지 못하면서도 디스플레이 장치의 전력 소비량을 감소시킬 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반하여 출력 영상 신호의 휘도를 증가시킬 때 발생할 수 있는 출력 영상 신호의 색상의 열화를 방지할 수 있는 색상 보상 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반하여 출력 영상 신호 휘도 및 백라이트의 휘도를 상보적으로 조절함으로써 전력 소비량을 절감할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일면은, 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치의 전력을 제어하기 위한 전력 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일면에 따른 전력 제어 장치는 하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클 리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석부, 클리핑 계조를 이용하여 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상부 및 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절부를 포함한다. 또한, 본 발명의 일면에 의한 전력 제어 장치는, 제1 영상 신호의 색성분들 중 포화되는 색성분(color components to be saturated)들을 검출하고, 검출된 색성분들에는 계조 증가율보다 작은 소정의 색상 보상률을 적용하여 출력 영상 신호를 생성하기 위한 색상 보상부를 더 포함한다. 뿐만 아니라, 색상 보상부는 포화되는 색성분들 각각의 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량을 결정하고, 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량 각각에 소정의 색상 보상 가중치를 적용하여 색상 보상률을 결정하는 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 색상 보상부는 입력 영상 신호 및 포화되는 색성분들 간의 차이를 모델링하여 양자화 노이즈를 연산하고, 양자화 노이즈에 상응하는 에러 전달 함수를 결정하며, 결정된 에러 전달 함수를 입력 영상 신호에 적용하여 출력 영상 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 면은, 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치의 전력을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 면에 의한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법은 하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석 단계, 클리핑 계조를 이용하여 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 각 색성 분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상 단계, 및 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 다른 면에 의한 전력 제어 방법은 제1 영상 신호의 색성분들 중 포화되는 색성분들을 검출하고, 검출된 색성분들에는 계조 증가율보다 작은 소정의 색상 보상률을 적용하여 출력 영상 신호를 생성하기 위한 색상 보상 단계를 더 포함한다. 색상 보상 단계는, 포화되는 색성분들 각각의 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량을 결정하는 단계 및 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량 각각에 소정의 색상 보상 가중치를 적용하여 색상 보상률을 결정하는 단계를 포함한다. 더 나아가, 색상 보상 단계는, 입력 영상 신호 및 포화되는 색성분들 간의 차이를 모델링하여 양자화 노이즈를 연산하는 단계, 양자화 노이즈에 상응하는 에러 전달 함수를 결정하는 단계 및 결정된 에러 전달 함수를 입력 영상 신호에 적용하여 출력 영상 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 면은 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치로서, 하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호를 수신하는 입력 영상 수신부, 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석부, 클리핑 계조를 이용하여 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상부, 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절부 및 출력 영상 신호를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다. 히스토그램 분석부는 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 입력 영상 신호의 확률 분포 함수를 합산하고, 합산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 계조값을 결정하며, 결정된 계조값 중 최대값을 클리핑 계조로서 결정하는 것을 특징으로 한다. 또한, 히스토그램 분석부는, 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 입력 영상 신호의 확률 분포 함수에 최대 계조 및 소정 계조값 간의 거리를 승산하고, 승산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 계조값을 결정하며, 결정된 계조값 중 최대값을 클리핑 계조로서 결정하는 것을 특징으로 한다. 더 나아가, 영상 휘도 보상부는, 적어도 하나의 계조 증가율을 이용하여 출력 영상 신호를 생성하며, 계조 증가율은, 입력 영상 신호의 휘도가 증가할 수록 감소하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 본의 또다른 면에 의한 전력 제어 장치는, 클리핑 계조에 상응하여 백라이트 휘도 조절값들을 매핑시키는 룩업 테이블을 포함하며, 백라이트 휘도 조절부는, 백라이트 휘도 조절값에 기반하여 백라이트에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여 디스플레이 장치의 출력 영상의 휘도를 실질적으로 감소시키지 않으면서도 디스플레이 장치의 소비 전력을 절감할 수 있으며, 출력 영상 신호의 포화되는 색성분을 보상함으로써 출력 영상 신호의 열화를 최소화할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도 면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 면에 의한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치(100)를 개념적으로 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 전력 제어 장치(100)는 히스토그램 분석부(110), 영상 휘도 보상부(130), 색상 보상부(150), 및 백라이트 휘도 조절부(170)를 포함한다.
입력 영상 신호가 수신되면, 히스토그램 분석부(110)는 입력 영상 신호의 밝기 분포를 계산하고 이를 이용하여 클리핑 계조(IC)를 결정한다. 클리핑 계조(IC)가 결정되면 영상 휘도 보상부(130)는 결정된 클리핑 계조(IC)를 이용하여 계조 증가율을 계산하고, 그 결과를 입력 영상 신호의 각 색성분에 적용한다.
색상 보상부(150)는 계조 증가율에 따라서 계조가 증가된 영상 신호의 각 색성분 중에서, 포화가 발생한 색성분의 계조를 재조정한다. 또한, 백라이트 휘도 조절부(170)는 클리핑 계조(IC)를 이용하여 백라이트 휘도 조절 신호를 생성하여 백라이트의 휘도를 조절한다. 도 1에 도시된 전력 제어 장치(100)를 이용하면, 디스플레이 장치의 소비 전력을 절감하면서도, 사용자는 휘도의 변화를 거의 느낄 수 없다. 그 이유는 백라이트 휘도 조절부(170)가 입력 영상 신호의 밝기 분포를 고려하여 백라이트의 휘도를 감소시킴으로써 전력을 절감하는데 상응하여, 영상 휘도 보상부(130)가 입력 영상 신호의 휘도를 상승시키기 때문이다. 이하, 각 구성 요 소에 대해서 상세히 설명한다.
히스토그램 분석부(110)
히스토그램 분석부(110)는 입력 영상 신호의 밝기 분포를 이용하여 클리핑 계조(IC)를 결정한다. 클리핑 계조(IC)는 픽셀의 누적 히스토그램 또는 픽셀의 누적 왜곡값으로 결정한다. 누적 왜곡값은 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
누적 왜곡값=Sum(i-i')
수학식 1에서 (i는 입력 영상 신호의 픽셀 각각의 밝기를 나타내며, i'은 영상 신호의 휘도 상승과 백라이트의 휘도 감소가 반영된 픽셀의 밝기를 나타낸다. 수학식 1에 나타난 바와 같이, 클리핑 계조(IC)는 누적 왜곡값이 소정치가 되도록 하는 값으로 결정될 수 있다. 이 경우, 클리핑 계조(IC)는 전력 절감을 위하여 사용자가 감소하게 되는 휘도의 왜곡량을 나타낸다.
또는, 클리핑 계조(IC)는 입력 영상 신호의 전체 휘도 중에서 상위 1%의 확률 분포 함수가 속하는 휘도로서 결정할 수도 있다. 이 경우, 클리핑 계조(IC)는 사용자가 전력 절감을 위하여 손실을 감소하기로 결정하는 최대 밝기량이라고 볼 수 있다. 도 2를 참조하면, 클리핑 계조(IC)는 전체 확률 분포 함수 중에서 상위 SA의 확률을 가지는 휘도 분포값을 클리핑 계조(IC)로서 선택할 수 있다. 만일 SA가 1이라면, 입력 영상 신호가 클리핑 계조(IC) 이상의 휘도를 가질 확률이 1%라는 것을 나타낸다.
또는, 클리핑 계조(IC)는 히스토그램에 오차를 함께 고려하여 가중치 부여한 합(weighted sum)으로써 연산될 수 있다.
영상 휘도 보상부(130)
클리핑 계조(IC)가 결정되면, 영상 휘도 보상부(130)는 클리핑 계조(IC)를 히스토그램 분석부(110)로부터 수신하고, 이를 이용하여 계조 증가율을 연산한다. 또한, 연산된 계조 증가율을 입력 영상 신호의 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성한다. 계조 증가율은 다음 수학식 2와 같이 연산될 수 있다.
계조 증가율 = Imax / Ic
수학식 2에서, Imax는 영상 신호 최대 계조를 나타내며, IC는 클리핑 계조를 나타낸다. 예를 들어, 최대 계조가 255이고 클리핑 계조(IC)가 200이라면, 계조 증가율은 255/200=1.275일 수 있다.
수학식 2에서 알 수 있는 바와 같이, 계조 증가율이란 입력 영상 신호의 최대 계조의 클리핑 계조(IC)에 대한 비이다. 입력 영상 신호의 색성분에 계조 증가율을 적용하면, 모든 색성분의 휘도가 계조 증가율만큼 증가되게 된다. 이러한 과정이 도 3a에 도시된다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 도면에서 영상 휘도 보상부의 동작을 설명하기 위한 도면들이다. 도 3a에서, 입력 영상 신호의 휘도(BI)는 계조 증가율에 따라서 일정한 비율로 증가되어 출력 영상 신호의 휘도(BO)를 생성한다. 따라서, 도 3a에 따른 입력 영상 신호 및 출력 영상 신호 간의 휘도 관계를 이용하면, 입력 영상 신호의 휘도가 모두 증가된다. 이 경우, 클리핑 계조(IC) 이상의 휘도를 가진 영역(SB)은 모두 가장 밝은 휘도로 포화된다.
도 3b는 입력 영상 신호 및 출력 영상 신호의 휘도 관계를 나타내는 다른 그래프이다. 도 3a에 도시된 경우와 달리, 입력 영상 신호에는 일정한 계조 증가율이 적용되지 않을 수도 있다. 따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이, IA 및 IB의 지점에서 각각 선형적으로 변경되는 계조 증가율이 적용될 수도 있다. 도 3b에 도시된 바와 같은 계조 증가율을 이용하면, 출력 영상 신호의 휘도가 포화되는 영역을 상당부분 감소시킬 수 있다는 장점을 가진다. 즉, 입력 영상 신호가 원래 밝은 구름 등을 나타낼 경우, 구름 근처의 영역은 일정한 계조 증가율을 적용할 경우 모두 흰색으로 통일되므로 구름을 식별할 수가 없게 된다. 이 경우, 입력 영상 신호의 휘도가 높은 구간일수록 낮은 계조 증가율을 적용함으로써, 휘도 상승에 따른 색성분의 열화를 최소화할 수 있다.
색상 보상부(150)
출력 영상 신호의 색성분은 색상 보상부(150)를 통하여 보상된다. 설명의 편의를 위하여 입력 영상 신호가 R, G, B 세 개의 색성분으로 이루어져 있으며, 입력 영상 신호가 (210,250,210)인 밝은 녹색이며, 계조 증가율은 1.275라고 가정한다. 이러한 가정은 예시적인 목적으로 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것이 아님에 주의한다.
입력 영상 신호에 계조 증가율을 적용하면, (268,319,268)을 얻는다. 그런데, 최대 계조가 255이므로, 이것은 (255,255,255)으로 포화되며 이 신호는 흰색이 된다. 그러므로, 계조 증가율을 입력 영상 신호에 적용한 결과 본래의 색상을 읽어버리는 결과가 발생한다.
고계조가 무너지는 것을 방지하기 위해, 포화되어 손실되는 정보를 보상하기 위하여 입력 영상 신호 및 출력 영상 신호 간의 계조 증가율을 각 색성분에 대하여 연산하고, 그 결과를 이용하여 출력 영상 신호의 색성분을 재조정하여 색상을 보상할 수 있다.
즉, R 및 B 성분의 경우 210의 성분이 255로 증가되었으므로, 증가율은 1.21이다. 또한, G 성분의 경우 250의 성분이 255로 증가되었으므로 증가율은 1.02이다. 그러면, 얻어지는 색성분별 최대 및 최소 증가율(즉, 1.21 및 1.02)을 이용하여 새로운 증가율을 연산할 수 있다. 새로운 증가율은 최대 최소 증가율 각각에 가중치를 부여한 평균을 이용하여 다음 수학식 3과 같이 획득될 수 있다.
보상 증가율 = (A*Max+B*Min)/(A+B)
여기서, Max는 색성분 별 최대 및 최소 증가율을 나타내며, A 및 B는 임의의 실수이다. A가 B보다 크면 보상된 색성분의 휘도가 증가되지만 색성분이 포화되어 왜곡될 가능성이 높아진다. 반면에, B가 A보다 크면, 색성분이 왜곡될 가능성은 감소하지만, 보상된 색성분의 휘도가 감소된다. 따라서, A 및 B 가중치들은 사용자의 선택에 따라서 결정될 수 있다. 수학식 3의 결과에 따라 1.07의 보상 증가율이 결정되었다고 가정한다. 그러면, 최종적인 출력 영상 신호는 (225,255,225)이 되며, 이 것은 밝은 녹색이 된다. 입력 영상 신호의 각 색성분에 동일한 계조 증 가율을 승산하는 이유는 각 색성분의 증가 비율이 같아야 색상 왜곡을 감소시킬 수 있기 때문이다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며, 양자화 노이즈를 이용하여 색성분을 보상할 수도 있다.
즉, 입력 영상 신호 및 휘도가 증가된 출력 영상 신호 간의 차이를 양자화 노이즈로 모델링하면 색성분 보상 정밀도가 향상된다.
양자화 노이즈의 모델링 방법을 도 4에서와 같이 이용하여 1차원 양자화 노이즈 에러 전달 함수를 구하는 방법에 대하여 간략히 예시하면 다음과 같다. 도 4(a)에서, x(n)은 입력 영상 신호이며, y(n)은 출력 영상 신호를 나타내고, e(n)은 에러 성분이다. 도 4(a)의 블록도로부터 수학식 4를 얻을 수 있다.
y(n) = w(n) + e(n)
e(n) = y(n) - w(n)
도 4(a)에 도시된 블록도를 Z-변환한 양자화 노이즈 에러 시스템을 고려하면, 수학식 5를 얻을 수 있다.
Y(z) = W(z) + E(z)
W(z) = X(z) - H(z)E(z)
수학식 5로부터 Y(z)를 X(z) 및 E(z)를 이용하여 표현하면, 수학식 6을 얻는다.
Y(z) = X(z) - H(z)E(z) + E(z)
= X(z) + [1 - H(z)]E(z)
= X(z) + He(z)E(z)
여기서, 1-H(z)를 He(z)로 정의하였다.
도 4(b)에서, 클리핑 에러는 누적적 모델이며, 수학식 7과 같은 전달 함수를 가지는 이산 적분기 H(z)를 이용하여 표현될 수 있다. 여기서 H(z)는 도 4(b)의 블록(420)이 된다. 또한, 도 4(b)의 블록(410)은 클리핑 에러 모델을 나타낸다.
H(z) =(z-1)/(1 - z-1)= 1/(z-1)
이제, X(z) 및 Y(z) 간의 차분치인 D(z)를 고려하면(도 4(c) 참조), 수학식 8로부터,
D(z) = X(z) - Y(z)
Y(z) = H(z)D(z) + E(z)
= H(z)[X(z) - Y(z)] + E(z)
= H(z)X(z) - H(z)Y(z) + E(z)
[1 + H(z)]Y(z) = H(z)X(z) + E(z)
을 얻는다. 여기서, Hx(z) = H(z) /(1+H(z)) 및 He(z) = 1 / (1+H(z))라고 놓으면, 다음 수학식 9를 얻는다.
Hx(z) = H(z) / (1+H(z)) = z-1
He(z) = 1 / (1+H(z)) = 1 - z-1
그러므로, 수학식 9로부터, Y(z) = Hx(z)X(z) + He(z)E(z)를 얻는다.
따라서, 양자화 노이즈 ε(n) = e(n) - e(n-1) 또는 ε(z) = (1 - z-1)E(z) 및 고차원 양자화 노이즈 전달 함수인 He(z) = (1 - z-1)p 를 얻을 수 있다.
도 5a 내지 도 5b는 각각 1차 내지 4차의 양자화 노이즈 에러 전달 함수의 주파수 특성을 예시하는 도면이다. 도 4a 내지 도 4d로부터 알 수 있는 바와 같이, 차수 p를 증가시킬수록, 양자화 노이즈가 고주파 성분으로 이동한다는 것을 알 수 있다.
백라이트 휘도 조절부(170)
백라이트 휘도 조절부(170)는 히스토그램 분석부(110)에서 출력된 클리핑 계조(IC)를 이용하여 이에 상응하도록 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 제어 신호를 생성한다. 백라이트의 휘도를 제어하기 위하여는 전류 및 전압이 사용될 수 있는데, 흔히 전압을 이용하여 백라이트의 휘도를 제어할 수 있다. 그런데, 백라이트에 인가되는 전압의 크기와 백라이트의 휘도는 선형적으로 변화되지 않는다. 그러므로, 수신된 클리핑 계조(IC)에 상응하는 만큼의 백라이트 휘도 의 감소치에 대응되는 백라이트 휘도 조절 신호는 실험적으로 결정될 수 있다. 이 경우, 수신되는 클리핑 계조(IC)의 값 및 출력되는 백라이트 휘도 조절 신호 간의 관계는 룩업 테이블의 형태로 저장될 수 있다. 본 발명에서, 백라이트의 휘도를 감소시킴에 따라서 소모 전류량이 30% 절감될 때, 소모되는 전력량은 무려 50%까지 절감될 수 있다는 것을 실험적으로 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 면에 의한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법을 개념적으로 나타내는 흐름도이다.
우선, 입력 영상 신호가 수신되면(S610), 수신된 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정한다(S620). 클리핑 계조(IC)는 입력 영상 신호 중에서 상위 몇 %에 해당하는 휘도 분포를 이용하여 결정되거나, 누적 휘도 에러를 이용하여 결정될 수 있음은 전술된 바와 같다.
클리핑 계조(IC)가 결정되면 이를 이용하여 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산한다. 그러면, 연산된 계조 증가율을 이용하여 각 색성분을 승산함으로써 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성한다(S630). 이 경우 색성분에 포화가 발생되었는지를 판단하고(S640), 포화가 발생하였을 경우에 색성분을 보상한다(S650). 색성분을 보상하기 위하여는 최대 및 최소 증가율을 가중치 부여하여 신규한 계조 증가율을 연산하거나, 양자화 노이즈를 모델링할 수 있음은 전술된 바와 같다.
색성분에 포화가 발생하지 않는다면, 즉, 입력 영상 신호의 휘도가 원래 낮아서 색성분을 증가시켜도 포화가 발생하지 않는 경우에는 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시킨다(S660). 백라이트의 휘도를 감소시키기 위하여 선결 된 룩업 테이블을 이용할 수 있음은 전술된 바와 같다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 의한 출력 영상의 휘도 분포를 설명하기 위한 도면들이다. 도 7a 및 도 7b로부터 알 수 있는 바와 같이, 입력 영상 신호의 휘도를 증가시키고 백라이트의 휘도를 감소시켰기 때문에, 최종적인 출력 영상 신호의 히스토그램은 입력 영상 신호의 히스토그램과 거의 유사한 것을 알 수 있다. 다만, 클리핑 계조(IC) 상부의 휘도가 하부로 밀집되는 것만이 다르다.
도 7a 및 도 7b는 40인치 LCD 텔레비전을 이용하여 측정한 그래프이다. 도 7a 및 7b에 도시된 바와 같이 사용자는 출력되는 영상 신호의 휘도가 감소되었다는 것을 거의 인식하지 못하는데 반하여, 전력 소모량은 30% 내지 40% 감소된다는 것이 실험 결과 밝혀졌다.
도 8은 본 발명의 또다른 면에 의한 전력 제어 기능을 가지는 디스플레이 장치를 개념적으로 나타내는 블록도이다.
영상 신호 수신부(820)는 입력 영상 신호를 수신한다. 도 8에 도시된 히스토그램 분석부(810), 영상 휘도 보상부(830), 색상 보상부(850) 및 백라이트 휘도 조절부(870)의 구성 및 동작은 각각 도 1에 도시된 히스토그램 분석부(110), 영상 휘도 보상부(130), 색상 보상부(150), 및 백라이트 휘도 조절부(170)의 구성 및 동작과 유사하다. 그러므로, 명세서의 간략화를 위하여 중복된 설명이 생략된다.
색상 보상부의 출력 신호는 디스플레이부(890)에 디스플레이 된다. 디스플레이부(890)에 표시되는 신호는 휘도가 증가된 신호이다. 또한, 백라이트 휘도 조절부(870)는 백라이트(880)의 휘도를 감소시킨다. 도 8에서 백라이트(880)는 디스 플레이 장치(800)의 광원으로서 동작하는 것일 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 도 8에서, 디스플레이부(890)는 백라이트(880)와 분리되어 구성되는 것으로 도시되었으나, 이들은 하나의 디스플레이(800)내에 통합될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 의하여, 입력 영상 신호의 히스토그램에 적응적으로 영상 신호의 밝기를 상승시키며, 동시에 영상 신호 상승분에 반비례하게 백라이트의 휘도를 감소시킴으로써, 사용자가 밝기 손실을 인식하지 못하면서도 디스플레이 장치의 전력 소비량을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하여 입력 영상 신호의 휘도를 증가시킬 때 발생할 수 있는 출력 영상 신호의 색상의 열화를 방지할 수 있다.

Claims (24)

  1. 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치의 전력을 제어하기 위한 전력 제어 장치에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석부;
    상기 클리핑 계조를 이용하여 상기 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 상기 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상부; 및
    상기 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전력 제어 장치는,
    상기 제1 영상 신호의 색성분들 중 포화되는 색성분(color components to be saturated)들을 검출하고, 검출된 색성분들에는 상기 계조 증가율보다 작은 소정의 색상 보상률을 적용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하기 위한 색상 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 색상 보상부는,
    포화되는 상기 색성분들 각각의 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량을 결정하고,
    상기 최대 계조 증가량 및 상기 최소 계조 증가량 각각에 소정의 색상 보상 가중치를 적용하여 상기 색상 보상률을 결정하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 색상 보상부는,
    상기 입력 영상 신호 및 포화되는 상기 색성분들 간의 차이를 모델링하여 양자화 노이즈를 연산하고, 상기 양자화 노이즈에 상응하는 에러 전달 함수를 결정하며, 결정된 상기 에러 전달 함수를 상기 입력 영상 신호에 적용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히스토그램 분석부는,
    상기 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 상기 입력 영상 신호의 확률 분포 함수를 합산하고, 합산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 상기 계조값을 결정하며, 결정된 상기 계조값 중 최대값을 상기 클리핑 계조로서 결정하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 히스토그램 분석부는,
    상기 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 상기 입력 영상 신호의 확률 분포 함수에 상기 최대 계조 및 상기 소정 계조값 간의 거리를 승산하고, 승산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 상기 계조값을 결정하며, 결정된 상기 계조값 중 최대값을 상기 클리핑 계조로서 결정하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 영상 휘도 보상부는,
    적어도 하나의 상기 계조 증가율을 이용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하며, 상기 계조 증가율은,
    상기 입력 영상 신호의 휘도가 증가할 수록 감소하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전력 제어 장치는,
    상기 클리핑 계조에 상응하여 백라이트 휘도 조절값들을 매핑시키는 룩업 테이블을 포함하며, 상기 백라이트 휘도 조절부는,
    상기 백라이트 휘도 조절값에 기반하여 상기 백라이트에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램 에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 장치.
  9. 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치의 전력을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석 단계;
    상기 클리핑 계조를 이용하여 상기 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 상기 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상 단계; 및
    상기 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 영상 신호의 색성분들 중 포화되는 색성분들을 검출하고, 검출된 색성분들에는 상기 계조 증가율보다 작은 소정의 색상 보상률을 적용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하기 위한 색상 보상 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 색상 보상 단계는,
    포화되는 상기 색성분들 각각의 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량을 결정하는 단계;
    상기 최대 계조 증가량 및 상기 최소 계조 증가량 각각에 소정의 색상 보상 가중치를 적용하여 상기 색상 보상률을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 색상 보상 단계는,
    상기 입력 영상 신호 및 포화되는 상기 색성분들 간의 차이를 모델링하여 양자화 노이즈를 연산하는 단계;
    상기 양자화 노이즈에 상응하는 에러 전달 함수를 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 에러 전달 함수를 상기 입력 영상 신호에 적용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 히스토그램 분석 단계는,
    상기 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 상기 입력 영상 신호의 확률 분포 함수를 합산하는 단계;
    합산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 상기 계조값을 결정하는 단계;
    결정된 상기 계조값 중 최대값을 상기 클리핑 계조로서 결정하는 단계를 포 함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  14. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 히스토그램 분석 단계는,
    상기 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 상기 입력 영상 신호의 확률 분포 함수에 상기 최대 계조 및 상기 소정 계조값 간의 거리를 승산하는 단계;
    승산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 상기 계조값을 결정하는 단계; 및
    결정된 상기 계조값 중 최대값을 상기 클리핑 계조로서 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 영상 휘도 보상 단계는,
    적어도 하나의 상기 계조 증가율을 이용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하는 단계를 포함하며, 상기 계조 증가율은,
    상기 입력 영상 신호의 휘도가 증가할 수록 감소하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  16. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 백라이트 휘도 조절 단계는,
    상기 클리핑 계조에 상응하여 백라이트 휘도 조절값들을 매핑시키는 룩업 테 이블을 생성하는 단계 및
    상기 백라이트 휘도 조절값에 기반하여 상기 백라이트에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력 영상 신호의 히스토그램에 기반한 디스플레이 장치의 전력 제어 방법.
  17. 백라이트를 포함하는 디스플레이 장치에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 색성분으로 구성된 입력 영상 신호를 수신하는 입력 영상 수신부;
    상기 입력 영상 신호의 히스토그램을 분석하고, 분석된 히스토그램에 기반하여 소정의 클리핑 계조를 결정하기 위한 히스토그램 분석부;
    상기 클리핑 계조를 이용하여 상기 입력 영상 신호의 계조 증가율을 연산하고, 연산된 계조 증가율을 상기 각 색성분에 적용하여 계조가 증가된 출력 영상 신호를 생성하기 위한 영상 휘도 보상부;
    상기 계조 증가율에 기반하여 백라이트의 휘도를 감소시키기 위한 백라이트 휘도 조절부; 및
    상기 출력 영상 신호를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 디스플레이 장치는,
    상기 제1 영상 신호의 색성분들 중 포화되는 색성분(color components to be saturated)들을 검출하고, 검출된 색성분들에는 상기 계조 증가율보다 작은 소정의 색상 보상률을 적용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하기 위한 색상 보상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 색상 보상부는,
    포화되는 상기 색성분들 각각의 최대 계조 증가량 및 최소 계조 증가량을 결정하고,
    상기 최대 계조 증가량 및 상기 최소 계조 증가량 각각에 소정의 색상 보상 가중치를 적용하여 상기 색상 보상률을 결정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 색상 보상부는,
    상기 입력 영상 신호 및 포화되는 상기 색성분들 간의 차이를 모델링하여 양자화 노이즈를 연산하고, 상기 양자화 노이즈에 상응하는 에러 전달 함수를 결정하며, 결정된 상기 에러 전달 함수를 상기 입력 영상 신호에 적용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  21. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 히스토그램 분석부는,
    상기 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 상기 입력 영상 신호의 확률 분포 함수를 합산하고, 합산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 상기 계조값을 결정하며, 결정된 상기 계조값 중 최대값을 상기 클리핑 계조로서 결정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  22. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 히스토그램 분석부는,
    상기 입력 영상 신호의 최대 계조로부터 소정 계조값 까지 상기 입력 영상 신호의 확률 분포 함수에 상기 최대 계조 및 상기 소정 계조값 간의 거리를 승산하고, 승산한 결과가 소정 설정치 이상이 되는 상기 계조값을 결정하며, 결정된 상기 계조값 중 최대값을 상기 클리핑 계조로서 결정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  23. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 영상 휘도 보상부는,
    적어도 하나의 상기 계조 증가율을 이용하여 상기 출력 영상 신호를 생성하며, 상기 계조 증가율은,
    상기 입력 영상 신호의 휘도가 증가할 수록 감소하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  24. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 전력 제어 장치는,
    상기 클리핑 계조에 상응하여 백라이트 휘도 조절값들을 매핑시키는 룩업 테이블을 포함하며, 상기 백라이트 휘도 조절부는,
    상기 백라이트 휘도 조절값에 기반하여 상기 백라이트에 인가되는 전류 및 전압 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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