KR20100027317A

KR20100027317A - 영상표시장치 및 영상처리방법

Info

Publication number: KR20100027317A
Application number: KR1020080086182A
Authority: KR
Inventors: 이성영; 이덕현
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-03-11

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치는 수신된 영상의 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 변환부; 상기 제 1 신호 변환부로부터 출력되는 휘도 신호(Y)로부터 APL(Average Picture Level)을 측정하고, 측정되는 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 독출하여 상기 컨트라스트 보정 곡선에 따라 상기 영상의 휘도를 조절하기 위한 컨트라스트 조절부; 상기 컨트라스트 조절부에 의해서 보정된 YUV 신호를 RGB 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환부; 및 상기 제 2 신호 변환부를 통하여 출력되는 RGB 신호가 표시되는 디스플레이 모듈;를 포함되고, 상기 컨트라스트 조절부는 입력된 영상내에서의 각 휘도의 분포비율에 따라 상기 컨트라스트 보정 곡선의 기울기를 수정하는 것을 특징으로 한다.

컨트라스트

Description

영상표시장치 및 영상처리방법{An image display and image processing method}

본 발명은 수신되는 영상신호로부터 측정되는 APL내의 Bin 비율에 따라 컨트라스트 보정곡선의 가중치를 달리 부여하는 방법에 대해서 개시하며, 이를 이용하여 보다 선명한 화질 및 컨트라스트 레이티오(contrast ratio)를 향상시킬 수 있는 영상표시장치 및 영상처리방법에 대한 것이다.

영상표시장치에 있어서 컨트라스트라 함은 화면에 아무런 영상 신호가 입력되지 않아 검게 나타나는 부위의 밝기와 대비하여 화면에 밝게 나타나는 부위의 밝기의 비를 의미한다.

한편, 컨트라스트의 조정은 입력된 영상 신호의 게인을 조정하는 것이며, 컨트라스트를 높이게 되면, 화상을 강하게 인지되는 반면 딱딱한 느낌을 주게 된다. 그리고, 컨트라스트를 낮추게 되면, 화상이 눈에 확들어오지 않지만 부드러운 느낌을 주게 된다.

많은 경우에 있어서, 컨트라스트는 장치 외부의 입력장치를 통하여 수동으로 조정가능하지만, 근래의 디지털 영상기기는 표시되는 화상을 분석하여 최적의 상태 로 그 화상이 표시될 수 있도록 컨트라스트를 조정한다. 이와 관련하여, 많은 영상표시장치는 평균 화상 레벨(average picture level; 이하 'APL'이라 함)을 이용하여 컨트라스트를 조정한다. APL은 화면상에 표시되는 모든 화소의 RGB값들을 더하고, 이를 일정한 상수 3n으로 나눈 것을 의미한다.

도 1은 종래기술에서 APL을 기반으로 하는 컨트라스트 보정과 관련한 일 례를 나타낸 그래프이다. 도 1에서 수평축은 각 화소의 입력되는 영상 신호의 RGB 평균값이고, 수직축은 보정된 컨트라스트 값을 나타낸다.

도면부호 11', 12', 13'으로 연결되는 라인으로 표시되는 APL이 최소값이 경우(APL MIN)에는, 화상이 전반적으로 어두운 색상으로 표시된다. 이러한 경우에 통상적으로 RGB 평균값이 낮은 쪽, 즉 11'방향의 값을 가지는 화소의 경우에는 일정한 상수만큼 더하여 출력을 하게 된다.

그리고, 도면부호 14', 15', 16'으로 연결되는 APL이 최대값인 경우(APL MAX)에는, 화상이 전반적으로 밝은 색상으로 표시된다. 이러한 경우에 통상적으로 RGB 평균값이 낮은 쪽, 즉 11'방향의 값을 가지는 화소의 경우에는 일정한 상수만큼 빼서 출력을 하게 된다. APL MIN의 경우와 APL MAX의 경우에는 도 1에 예시한 그래프에서 그 기울기를 달리한다.

측정되는 APL이 APL MIN과 APL MAX 사이에 있는 경우에는 그 값의 크기에 따라 선택되는 도면부호 a'와 b' 사이의 특정한 점과 도면부호 c'으로 표시한 점을 연결하는 라인 및 그 값의 크기에 따라 선택된 도면부호 d'과 e'사이의 특정한 점과 도면부호 c'을 연결한 라인, 마지막으로 그 값의 크기에 따라 선택된 도면부호 d'과 e'사이의 특정한 점과 도면부호 f'을 연결한 라인이 컨트라스트 보정 곡선이 된다.

상술한 바와 같이, 컨트라스트 보정은 APL을 기반으로 하는 보정 곡선을 이용하여 수행된다. 컨트라스트 보정 그래프는 TV 세트의 설계에 따라 달라질 수 있는 것이기 때문에, TV 세트의 설계자는 원하는 컨트라스트 보정 곡선을 획득하기 위하여 많은 시행착오를 거칠 수 밖에 없다.

또한, 종래기술에 있어서는, 컨트라스트 보정 곡선이 화상의 전체적인 영상 밝기에 따라 특정의 컨트라스트 보정 곡선을 불러와서 각 계조를 피팅(fitting)하기 때문에 화상의 각 부분에 대한 상세한 컨트라스트 보정은 이루어지지 않게 된다.

본 발명은 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 영상을 구성하는 각 휘도 레벨을 분포 비율에 따라 적합한 컨트라스트 보정 곡선을 생성시키고, 수정된 컨트라스트 보정 곡선을 이용하여 영상 휘도 값을 출력시킴으로써 영상의 컨트라스트를 향상시킬 수 있는 영상표시장치 및 영상처리방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 영상처리방법은 입력되는 RGB 신호 영상을 YUV 신호로 변환하는 단계; 상기 영상의 휘도 신호(Y)로부터 영상의 휘도 평균 값인 APL을 측정하는 단계; 측정된 APL 값에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 독출 하는 단계; 기설정된 개수로 영상의 휘도 레벨을 분류하고, 분류된 각 휘도 레벨별 발생 빈도수를 측정하는 단계; 상기의 각 휘도 레벨별 발생 빈도수에 따른 가중치를 산출하고, 상기 가중치에 따라 상기 컨트라스트 보정 곡선을 수정하는 단계; 및

상기의 수정된 컨트라스트 보정 곡선이 반영된 영상 신호가 디스플레이 모듈을 통하여 출력되는 단계;가 포함된다.

제안되는 바와 같은 실시예들에 의해서, 영상의 평균 휘도값 뿐만 아니라 영상 내에 분포하는 휘도 레벨의 비율을 반영하여 컨트라스트 보정 곡선을 수정할 수 있고, 이렇게 수정된 컨트라스트 보정 곡선에 의해서 화면상에 표시되는 영상의 컨트라스트가 개선될 수 있다.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치의 구성을 보여주는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 영상표시장치는 CVBS 형태의 영상신호를 수신하는 경우에 대해서 도시되어 있으며, 예컨대 방송국으로부터 송출된 RF 신호를 튜너를 통하여 상기 영상표시장치가 수신하는 경우가 그 예가 될 것이지만, 이러한 사항에 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니다.

상기 영상표시장치는 수신되는 CVBS 형태의 신호를 디코딩하고 이를 스케일링 변환을 수행하게 되면, RGB 신호는 밝기 신호(Y)와 색차 신호(UV)로 분리되는데, 도시된 도면에서는 RGB to YUV 변환부(110)로 도시되어 있다.

상기 RGB to YUV 변환부(110)는 디코더와 스케일러를 포함하는 것으로 볼 수 있으며, 이하의 설명에서는 수신된 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하는 제 1 신호 변환부라고도 개시하고 있음을 참조하여야 한다.

결국, 본 실시예의 영상표시장치를 개시하기 위하여 RGB 신호를 밝기(Y)/색차신호(UV)로 분리하는 제 1 신호 변환부(110)와, 컨트라스트가 보정된 YUV 신호를 RGB 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환부(140)를 구비한다.

그리고, 상기 제 2 신호 변환부(140)를 통하여 출력되는 RGB 영상신호를 LCD 모듈 또는 PDP 모듈에 의해서 출력되도록 하는 디스플레이 모듈(150)을 포함한다.

한편, 상기 제 1 신호 변환부(110)에 의하여 밝기 신호(Y)와 색차 신호(U,V)로 분리된 영상신호는 다른 루트의 처리 블럭으로 이동하게 되는데, 상기 밝기 신호(Y)는 측정되는 APL을 이용하여 컨트라스트를 보정하기 위한 컨트라스트 조절부(120)로 제공된다.

상세히, 상기 컨트라스트 조절부(120)는 밝기 신호(Y)로부터 각 화소에 대한 APL을 측정하고, 측정되는 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 읽어들인다. 여기서, 상기 컨트라스트 조절부(120)는 측정될 수 있는 다수의 APL에 대하여 각 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 저장하고 있다.

영상의 표시에 있어서 컨트라스트를 개선시키기 위하여, 측정되는 APL의 Low, Middle, High에 따라 적절한 컨트라스트 보정 곡선을 피팅(fitting)하는 기술이 사용되고 있으나, 본 실시예에 의해서는 상기 컨트라스트 조절부(120)가 영상을 구성하는 각 휘도들의 빈도수에 따라 상기 컨트라스트 보정 곡선을 수정하는 것을 특징으로 한다.

즉, 상기 컨트라스트 조절부(120)는 입력되는 영상의 Y성분을 이용하여 APL을 측정하고, 측정되는 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 독출하며, 도시된 APL 측정부(121)에 의하여 입력된 영상에 대한 APL의 측정이 수행된다.

그리고, 입력된 상기 영상의 Y성분이 8비트인 경우에 각 픽셀은 0 ~ 255의 휘도 레벨을 갖고 있는데, 영상 내에서 높은 빈도수(비율)를 나타내는 휘도값을 검출하기 위한 동작이 APL 분석부(122)에 의하여 수행된다.

상기 APL 분석부(122)는 입력된 영상의 휘도 레벨이 8비트인 경우에, 기설정된 개수로 휘도 레벨을 양자화하여, 상기 영상내에서 높은 빈도수를 갖는 휘도 레벨을 검출하기 위한 동작을 수행한다.

예컨대, 상기 APL 분석부(122)가 입력된 영상에 대해서 16개의 휘도레벨로 분류하여 해당 영상 내에서 각 휘도 레벨이 차지는 비율을 결정하게 된다. 입력된 영상의 휘도 레벨이 8bit이고, 상기 APL 분석부(122)에 의하여 16개의 휘도 레벨로 분류되는 경우에, 제 1 단계의 휘도 레벨은 0 ~ 15가 될 것이며, 제 2 단계는 16 ~ 31이 될 것이며, 마지막의 제 16단계의 휘도 레벨은 240 ~ 255가 될 것이다. 단계가 높을수록 흰색에 가까운 휘도레벨이 될 것이다.

상기 APL 분석부(122)에 의한 영상 신호의 분석 과정 즉, 영상의 휘도 레벨 빈도수 측정 과정은 각 단계의 휘도마다 수행할수도 있겠으나, 상기 APL 분석부(122)의 데이터 처리량을 줄이기 위해서는 위에서 언급한 바와 같이 16단계로 영상의 휘도 레벨을 양자화할 수도 있을 것이다.

이에 대해서는 첨부되는 도면 3과 4를 참조하여 보기로 한다.

도 3은 상기 APL 측정부(121)에 의하여 입력된 영상에 대한 APL이 측정되는 경우에, 기저장되어 있는 컨트라스트 보정 곡선들중에서 측정된 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 예시하여 본 것이다.

상기 컨트라스트 조절부(120)는 측정된 영상의 평균 휘도 레벨에 따라 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 추출하고, 상기 컨트라스트 보정 곡선을 각 휘도의 발생 빈도수에 따라 가중치를 부여하기 위한 동작을 수행한다.

도 4는 상기 APL 분석부(122)에 의하여 측정되는 각 휘도 레벨별 발생 빈도수를 예시한 그래프이다. 입력된 영상의 휘도 레벨이 8bit이고, 이에 대해서 16단계로 각 픽셀의 휘도 레벨을 분류하는 경우에, 도 4에 도시된 그래프에서는 bin[5](휘도값 64 ~ 79), bin[6](휘도값 80 ~ 95), bin[7](휘도값 96 ~ 111)이 다소 높은 빈도수의 휘도 레벨로 관찰된다.

여기서, 상기 APL 분석부(122)는 기설정된 기준치 값 이상으로 높은 빈도수 를 나타내는 휘도 레벨과 반대로 기준치값 이하로 낮은 빈도수를 나타내는 휘도 레벨에 대해서도 판단하는 역할을 수행하는데, 기 설정된 기준치 이상으로 높은 빈도수를 나타내는 휘도 레벨을 판단하기 위한 방법에 대해서 개시하여 본다.

상기 APL 분석부(122)는 분류되는 휘도 레벨의 개수를 이용하여, 특정 휘도 레벨이 평균 빈도수 이상으로 존재하는지 여부를 확인하는 과정을 수행할 수 있다. 즉, 도 4의 경우에 영상의 휘도 레벨을 16단계의 휘도 레벨로 분류한 것이 되는데, 상기 APL 분석부(122)는 측정되는 빈도수가 1/16이상이 되는지 여부를 판단하게 된다.

결국, 상기 APL 분석부(122)는 아래의 수학식과 같이 분류한 휘도 레벨의 개수의 역수 비율보다 높은 비율의 빈도수를 갖는 휘도 레벨을 계산한다.

도 4에 도시된 영상의 휘도 레벨의 분석 그래프에서는 앞서 설명한 바와 같이 bin[5], bin[6], bin[7]이 될 수 있는 것이다.

그 다음, 상기 컨트라스트 조절부(120)의 가중치 부여부(123)는 도 3에 도시된 바와 같은 독출된 컨트라스트 보정 곡선을 높은 빈도수를 갖는 휘도 레벨에 대해서는 1+x의 가중치를 부여하여 수정하고, 낮은 빈도수를 갖는 휘도 레벨에 대해서는 1-x의 가중치를 부여하여 수정하는 역할을 수행한다.

도 5에는 영상의 입력 휘도와 그에 대한 출력 휘도를 나타내는 컨트라스트 보정 곡선의 수정전과 수정후를 비교하기 위한 도면이다. x축은 입력 휘도가 되며, y축은 출력 휘도값이 된다.

도시된 도 5에는 앞서 예시한 높은 빈도수의 휘도 레벨로 판단된 bin[5], bin[6], bin[7]의 위치가 지적되고 있고, 한편 예시적으로 낮은 빈도수의 휘도 레벨로 판단되어 '1-x'의 가중치가 부여되는 휘도레벨인 bin[3]과 bin[10]의 위치가 지적되고 있다.

높은 빈도수로 영상내에서 많은 영역에서 관찰될 수 있는 휘도레벨들에 대해서는 컨트라스트 보정 곡선에서 그 기울기가 가파르도록 하여 영상의 컨트라스트가 향상되도록 하기 위하여, 도시된 도면에서와 같이 bin[5], bin[6], bin[7]의 휘도레벨이 위하는 영역의 곡선 기울기는 원래의 곡선(original) 보다 가파르도록 수정된다.

반대로, 높은 빈도수를 나타내는 휘도 레벨에 대해서 컨트라스트 보정 곡선을 가파르게 보정함에 따라 낮은 빈도수를 나타내는 휘도 레벨에 대해서는 컨트라스트 보정 곡선을 완만하게 형성할 필요가 있으며, bin[3]과 bin[10]에 대응되는 영역의 보정 곡선의 기울기는 원래의 곡선보다 완만하도록 수정된다.

이로써, 영상내에서 존재하는 휘도 레벨중 차지하는 비율이 높은 휘도 레벨들에 대해서 contrast를 좀 더 미세하게 조절할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 실시예를 흐름도를 이용해서 정리하여 보기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영상처리방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 컨트라스트 조절부(120)는 입력되는 영상에 대해서 각 화소별 평균 휘도 값이 되는 APL을 측정한다(S100). 상기 컨트라스트 조절부(120)의 APL 측정부(121)가 입력되는 영상에 대해서 이러한 동작을 수행하며, 상기 APL 측정부(121)는 입력되는 각각의 영상에 대해서 수행할 수 있겠으나, 버퍼 용량에 따라 2프레임(내지는 그 이상)의 영상마다 한번씩 이러한 동작을 수행하도록 설정할 수 있다.

그리고, 상기 컨트라스트 조절부(120)는 측정되는 APL 값에 대응되는 기저장된 컨트라스트 보정 곡선을 메모리부에서 독출하고(S101), 입력된 영상을 휘도 레벨을 소정의 그룹으로 분류하는 동작을 수행한다(S102). 예컨대, 입력되는 영상의 휘도 레벨에 대해서 16개로 그룹핑 및 분류작업을 수행하며, 그룹핑의 개수는 입력영상의 데이터량에 따라 적절히 조절할 수 있을 것이다.

그 다음, 분류된 휘도 레벨에 따른 화소의 수가 기설정된 기준치 이상(또는 이상)이 되는지 여부를 판단하게 되는데(S103), 영상내의 휘도가 특정 휘도값 위주로 이루어진 경우에는 특정의 휘도 레벨에 대한 픽셀의 개수가 기준치 이상(또는 이하)의 비율을 갖게 될 것이다.

예를 들어, 영상의 휘도가 상대적으로 고휘도로 구성되어 있는 경우에는 기설정된 기준치보다 큰 휘도 레벨을 갖는 화소들에 대해서는 컨트라스트 보정 곡선의 기울기를 크게 하여 컨트라스트가 개선될 수 있도록 한다(S105).

영상을 구성하는 각 픽셀들의 화소값들을 기설정된 개수로 그룹핑 및 분류하 고, 이를 중심으로 영상내에서 차지하는 그 빈도수를 반영하여 컨트라스트 보정 곡선을 형성함으로써 기존에 정해져있는 컨트라스트 보정 곡선만을 단순히 반영하는 것보다는 보다 나은 컨트라스트를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래기술에서 APL을 기반으로 하는 컨트라스트 보정과 관련한 일 례를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 영상표시장치의 구성을 보여주는 블록도.

도 3은 측정된 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 예시한 도면.

도 4는 측정되는 각 휘도 레벨별 발생 빈도수를 예시한 그래프.

도 5는 컨트라스트 보정 곡선의 수정 전과 수정 후를 나타내기 위한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영상처리방법을 설명하기 위한 흐름도.

Claims

수신된 영상의 RGB 신호를 YUV 신호로 변환하기 위한 제 1 신호 변환부;

상기 제 1 신호 변환부로부터 출력되는 휘도 신호(Y)로부터 APL(Average Picture Level)을 측정하고, 측정되는 APL에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 독출하여 상기 컨트라스트 보정 곡선에 따라 상기 영상의 휘도를 조절하기 위한 컨트라스트 조절부;

상기 컨트라스트 조절부에 의해서 보정된 YUV 신호를 RGB 신호로 변환하기 위한 제 2 신호 변환부; 및

상기 제 2 신호 변환부를 통하여 출력되는 RGB 신호가 표시되는 디스플레이 모듈;가 포함되고,

상기 컨트라스트 조절부는 입력된 영상내에서의 각 휘도의 분포비율에 따라 상기 컨트라스트 보정 곡선의 기울기를 수정하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 1 항에 있어서,

상기 컨트라스트 조절부는 입력되는 영상에 대한 평균 휘도 레벨인 APL을 측정하는 APL 측정부와, 상기 영상내에서의 각 휘도별 분포비율 측정하는 APL 분석부와, 기설정된 기준치 이상 또는 기준치 이상의 빈도수를 갖는 휘도레벨에 대해서 가중치를 반영하여 상기 컨트라스트 보정 곡선을 수정하는 가중치 부여부를 포함하 는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 APL 분석부는 영상내의 휘도값들을 소정 개수 그룹핑하여 각 그룹별 휘도 레벨의 분포비율을 측정하는 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
제 2 항에 있어서,

상기 기준치는 상기 APL 분석부에 의해서 영상의 휘도 레벨이 분류되는 개수의 역수에 대한 백분율인 것을 특징으로 하는 영상표시장치.
입력되는 RGB 신호 영상을 YUV 신호로 변환하는 단계;

상기 영상의 휘도 신호(Y)로부터 영상의 휘도 평균 값인 APL을 측정하는 단계;

측정된 APL 값에 대응되는 컨트라스트 보정 곡선을 독출하는 단계;

기설정된 개수로 영상의 휘도 레벨을 분류하고, 분류된 각 휘도 레벨별 발생 빈도수를 측정하는 단계;

상기의 각 휘도 레벨별 발생 빈도수에 따른 가중치를 산출하고, 상기 가중치에 따라 상기 컨트라스트 보정 곡선을 수정하는 단계; 및

상기의 수정된 컨트라스트 보정 곡선이 반영된 영상 신호가 디스플레이 모듈을 통하여 출력되는 단계;가 포함되는 영상처리방법.
제 5 항에 있어서,

상기 각 휘도 레벨별 발생 빈도수를 측정하는 단계는 분류된 각 휘도 레벨에 속하는 영상 화소의 개수를 측정하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법.
제 5 항에 있어서,

상기의 각 휘도 레벨별 발생 빈도수에 따른 가중치를 산출하는 단계는 측정된 각 휘도 레벨별 발생 빈도수가 기설정된 기준치 이상이 되는 경우에는 '1+x'의 가중치를 산출하고, 기설정된 기준치 이하의 발생 빈도수를 갖는 휘도 레벨들에 대해서는 '1-x'의 가중치를 산출하는 것을 특징으로 하는 영상처리방법.