KR102511039B1 - Image processing method, image processing circuit and display device using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상 처리 기술은 입력 HDR 영상에 대한 휘도 분포를 분석하여 적응적으로 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수와 색차 보정 상수를 결정하여 입력 HDR 영상의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성에 맞는 휘도 성분으로 변환함과 아울러 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 색차 보정 상수를 이용하여 색차 성분을 보정함으로써 컬러 쉬프트(휴 쉬프트)를 방지함과 아울러 고휘도 픽셀들에서 국부적으로 과포화되는 현상을 완화시켜서 화질 열화를 최소화할 수 있다.According to the present invention, the image processing technology analyzes the luminance distribution of the input HDR image and adaptively determines the roll-off point, luminance correction constant, and color difference correction constant to convert the luminance component of the input HDR image into a luminance suitable for the gamma characteristics of the display device. In addition to converting into components, pixels corresponding to the roll-off period correct color difference components using color difference correction constants to prevent color shift (Hugh shift) and to mitigate local oversaturation in high luminance pixels, thereby improving image quality. degradation can be minimized.
Description
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 특히 휘도 다이나믹 레인지가 넓은 영상의 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 방법 및 영상 처리 회로와 그를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a display device, and more particularly, to an image processing method and an image processing circuit capable of minimizing deterioration in image quality of an image having a wide luminance dynamic range and displaying the image on the display device, and a display device using the same.
실제 자연 환경에서 사람은 대략 10-4 ~ 108 cd/m2 정도의 넓은 휘도 다이나믹 레인지를 인지할 수 있는 것으로 알려져 있고, 이러한 인지 특성을 고려한 하이 다이나믹 레인지(High Dynamic Range; 이하 HDR) 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 지금까지 HDR 기술은 대부분 카메라 분야에 집중되어 있었으나, 최근 영상 제작 및 표시 장치 개발 등까지 확장되고 있다. It is known that in a real natural environment, humans can perceive a wide luminance dynamic range of about 10 -4 to 10 8 cd/m 2 , and high dynamic range (HDR) technology considering these cognitive characteristics interest in is growing. Until now, HDR technology has been mostly concentrated in the camera field, but has recently been expanded to include video production and display device development.
그러나, 현재 표시 장치가 표현할 수 있는 휘도 다이나믹 레인지는 HDR 영상 컨텐츠 보다 상당히 낮은 수준이다. 예를 들면, 현재 HDR 영상의 피크 휘도 스펙은 10000nit.이나, 표시 장치가 표현할 수 있는 피크 휘도는 400nit. 정도이다.However, the luminance dynamic range that a current display device can express is considerably lower than that of HDR image content. For example, the peak luminance specification of the current HDR video is 10000 nit, but the peak luminance that the display device can express is 400 nit. is about
따라서, 표시 장치가 표현 가능한 휘도 레인지보다 넓은 HDR 영상 컨텐츠를 표시하기 위하여, HDR 영상 컨텐츠를 표시 장치의 좁은 휘도 레인지, 즉 감마 특성에 맞게 변환하는 영상 처리 알고리즘이 표시 장치에 요구되며, 특히 HDR 영상의 컬러 쉬프트(휴 쉬프트) 등과 같은 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 기술이 요구된다.Therefore, in order to display HDR image content that is wider than the luminance range that can be displayed by the display device, an image processing algorithm that converts the HDR image content to fit the narrow luminance range of the display device, that is, the gamma characteristic, is required for the display device. An image processing technique capable of displaying on a display device by minimizing image quality deterioration such as color shift (hue shift) of the image is required.
본 발명은 HDR 영상의 화질 열화를 최소화하여 표시 장치에 표시할 수 있는 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치를 제공한다.The present invention provides an image processing method and circuit capable of displaying an HDR image on a display device by minimizing picture quality degradation, and a display device using the same.
본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법은 하이 다이나믹 레인지(이하 HDR)를 갖는 입력 영상 데이터를 미리 정해진 디코딩 함수를 이용하여 선형화하는 단계와; 선형화된 영상 데이터를 휘도 성분과 색차 성분으로 변환하는 단계와; 상기 입력 영상의 휘도 분포를 분석한 결과를 바탕으로 휘도 맵핑 함수의 롤-오프 포인트와, 휘도 보정 상수와, 색차 보정 상수를 결정하는 단계와; 상기 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수를 이용하여 결정된 휘도 맵핑 함수를 이용하여 상기 입력 영상 데이터의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성을 갖는 휘도 성분으로 보정하는 단계와, 상기 롤-오프 포인트의 휘도 보다 높은 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 상기 색차 보정 상수를 이용하여 상기 색차 성분을 보정하는 단계와; 상기 보정된 휘도 성분 및 색차 성분을 보정된 영상 데이터로 변환하는 단계와; 상기 보정된 영상 데이터를 감마 변환하여 출력하는 단계를 포함한다.An image processing method according to an embodiment of the present invention includes linearizing input image data having a high dynamic range (HDR) using a predetermined decoding function; converting the linearized image data into a luminance component and a chrominance component; determining a roll-off point of a luminance mapping function, a luminance correction constant, and a chrominance correction constant based on a result of analyzing the luminance distribution of the input image; correcting a luminance component of the input image data to a luminance component having a gamma characteristic of a display device using a luminance mapping function determined using the roll-off point and a luminance correction constant; correcting the chrominance component of pixels corresponding to a high roll-off period using the chrominance correction constant; converting the corrected luminance component and color difference component into corrected image data; and gamma-converting the corrected image data and outputting the corrected image data.
본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 회로는 HDR 입력 영상 데이터를 미리 정해진 디코딩 함수를 이용하여 선형화하는 선형화부와, 상기 선형화된 영상 데이터를 휘도 성분과 색차 성분으로 변환하는 색공간 변환부와; 상기 입력 영상의 휘도 분포를 분석하나 결과를 바탕으로 휘도 맵핑 함수의 롤-오프 포인트와, 휘도 보정 상수와, 색차 보정 상수를 결정하는 휘도 분석부와; 상기 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수를 이용하여 결정된 휘도 맵핑 함수를 이용하여 상기 입력 영상 데이터의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성을 갖는 휘도 성분으로 보정하는 휘도 맵핑부와, 상기 롤-오프 포인트의 휘도 보다 높은 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 상기 색차 보정 상수를 이용하여 상기 색차 성분을 보정하는 색차 보정부와; 상기 보정된 휘도 성분 및 색차 성분을 보정된 영상 데이터로 변환하는 색공간 역변환부와; 상기 보정된 영상 데이터를 감마 변환하여 출력하는 감마 변환부를 구비한다.An image processing circuit according to an embodiment of the present invention includes a linearizer for linearizing HDR input image data using a predetermined decoding function, and a color space converter for converting the linearized image data into a luminance component and a chrominance component; a luminance analyzer for analyzing the luminance distribution of the input image and determining a roll-off point of a luminance mapping function, a luminance correction constant, and a chrominance correction constant based on the result; A luminance mapping unit correcting the luminance component of the input image data to a luminance component having a gamma characteristic of a display device using a luminance mapping function determined using the roll-off point and the luminance correction constant; a chrominance corrector for correcting the chrominance component of pixels corresponding to a roll-off period higher than luminance by using the chrominance correction constant; a color space inverse transform unit converting the corrected luminance component and color difference component into corrected image data; and a gamma conversion unit for gamma-converting the corrected image data and outputting the corrected image data.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 전술한 영상 처리 회로를 포함한다. A display device according to an embodiment of the present invention includes the above-described image processing circuit.
본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치는 입력 HDR 영상에 대한 휘도 분포를 분석하여 적응적으로 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수와 색차 보정 상수를 결정하여 입력 HDR 영상의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성에 맞는 휘도 성분으로 변환함과 아울러 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 색차 보정 상수를 이용하여 색차 성분을 보정함으로써 컬러 쉬프트 및 HDR 영상의 컬러 쉬프트를 방지함과 아울러 고휘도 픽셀들에서 국부적으로 과포화되는 현상을 완화시켜서 화질 열화를 최소화할 수 있다.An image processing method and circuit according to an embodiment of the present invention and a display device using the same analyze a luminance distribution of an input HDR image and adaptively determine a roll-off point, a luminance correction constant, and a chrominance correction constant to obtain an image of an input HDR image. In addition to converting the luminance component into a luminance component suitable for the gamma characteristics of the display device, the pixels corresponding to the roll-off period correct the chrominance component using the chrominance correction constant to prevent color shift and color shift of the HDR image. Deterioration of image quality may be minimized by mitigating a phenomenon of local oversaturation in high luminance pixels.
도 1은 HDR 영상을 표시 장치의 감마 커브에 따라 맵핑시 롤-오프 구간 맵핑으로 인한 컬러 쉬프트 현상을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 회로의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 휘도 맵핑 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법에 따른 컬러 쉬프트 개선 결과를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 회로를 갖는 HDR 표시 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 7은 도 6에 적용되는 LCD 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.
도 8은 도 6에 적용되는 OLED 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.1 is a diagram illustrating a color shift phenomenon due to mapping of a roll-off section when an HDR image is mapped according to a gamma curve of a display device by way of example.
2 is a flowchart illustrating an image processing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the configuration of an image processing circuit according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph for explaining a luminance mapping method according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing color shift improvement results according to an image processing method according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic block diagram of an HDR display device having an image processing circuit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram illustrating a configuration of an LCD subpixel applied to FIG. 6 .
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating the configuration of an OLED sub-pixel applied to FIG. 6 .
본 발명의 실시예에 대한 설명에 앞서서 본 발명과 관련된 선행 기술의 문제점을 먼저 살펴보기로 한다.Prior to the description of the embodiments of the present invention, the problems of the prior art related to the present invention will be first looked at.
도 1은 HDR 영상의 디코딩 커브와 표시 장치의 감마 커브를 비교하여 나타낸 그래프(a)이고, HDR 영상의 롤-오프 구간 맵핑으로 인한 휴 쉬프트 결과(b)를 예시한 도면이다.1 is a graph (a) showing a comparison between a decoding curve of an HDR image and a gamma curve of a display device, and a diagram illustrating a Hugh shift result (b) due to mapping a roll-off section of an HDR image.
HDR 영상은 최근 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Engineers) ST.(Standard) 2084로 정의된 전기-광학 전달 함수(Electro-Optical Transfer Function; 이하 EOTF)를 의미하는 지각적인 양자화(Perceptual Quantizer; 이하 PQ) 인코딩 커브를 이용하여 감마 인코딩된다. HDR video has recently been defined by the Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE) ST. ) is gamma encoded using an encoding curve.
PQ 인코딩된 HDR 영상을 2.2 감마 커브를 따르는 표시 장치에 표시하기 위해서는, 변환 룩-업 테이블(LUT)을 이용하여, PQ 인코딩 커브와 역함수 관계를 갖는 도 1(a)에 도시된 PQ 디코딩 커브를 따르는 계조 데이터를, 표시 장치의 감마 커브, 예컨데 2.2 감마 커브를 따르는 계조 데이터로 변환하는, 룩-업 테이블(Look-up table; LUT)를 이용한 데이터 맵핑 방법이 코스트 측면에서 유리하다.In order to display the PQ-encoded HDR image on a display device following the 2.2 gamma curve, the PQ decoding curve shown in FIG. A data mapping method using a look-up table (LUT), which converts grayscale data that follows a gamma curve of a display device, for example, grayscale data that follows a 2.2 gamma curve, is advantageous in terms of cost.
그러나, HDR 영상의 최대 휘도 스펙은 10000nit. 인 반면, 현재 표시 장치가 표현할 수 있는 최대 휘도는 400nit. 정도로 낮으므로, 전술한 데이터 맵핑에 의해 HDR 영상에서 400nit.를 초과하는 고계조가 모두 표시 장치의 최대 휘도(400nit.)로 포화되는 고계조 뭉침이 발생한다. However, the maximum luminance specification for HDR video is 10000nit. On the other hand, the maximum luminance that the current display device can express is 400nit. Since the above-described data mapping is low, high-grayscale aggregation in which all high-grayscales exceeding 400 nit. in the HDR image are saturated with the maximum luminance (400 nit.) of the display device occurs.
이러한 고계조 포화를 최소화하기 위하여, 표시 장치는 도 1(a)에 도시된 바와 같이 PQ 디코딩 커브를 미리 정해진 변곡점, 즉 롤-오프 포인트(Roll-off Point; RP)를 기준으로 꺽어 롤-오프 포인트 이상의 고계조 영역의 휘도를 계조 표현력은 가지면서 전체적으로 어둡게 조정하는 롤-오프(Roll-off) 처리 방식이나, 표시 장치의 최대 휘도 클립핑(Clipping)하는 클립핑 처리 방식을 이용한다.In order to minimize such high grayscale saturation, the display device bends the PQ decoding curve based on a predetermined inflection point, that is, a roll-off point (RP) as shown in FIG. A roll-off processing method that adjusts the luminance of a high-grayscale region of a point or more to be dark overall while having grayscale expressiveness, or a clipping processing method that clips the maximum luminance of a display device is used.
예를 들면, 롤-오프 처리 방식은 도 1(a)와 같이 롤-오프 구간을 포함하는 감마 커브를 따르는 변환 LUT를 이용하여 RGB 데이터를 컬러 채널별로 변환함으로써 롤-오프 포인트(RP) 이상의 고계조 데이터들을 롤-오프 처리한다 For example, the roll-off processing method converts RGB data for each color channel using a conversion LUT following a gamma curve including a roll-off section as shown in FIG. Roll-off processing of grayscale data
그러나, RGB 데이터 중 적어도 하나의 데이터가 롤-오프 구간에 맵핑되어 변환되면 롤-오프 이전의 입력 RGB 비율과 롤-오프 이후의 출력 RGB 비율이 달라지게 된다. 이로 인하여, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 색상을 나타내는 휴(Hue) 값이 롤-오프 이전과 이후에 달라짐으로써 색상이 왜곡되는 휴 쉬프트 현상(Hue Shift Artifact), 즉 컬러 쉬프트 현상이 발생하는 문제점이 있다. However, when at least one of the RGB data is mapped and converted to the roll-off period, the input RGB ratio before roll-off and the output RGB ratio after roll-off become different. As a result, as shown in FIG. 1(b), a Hue shift artifact, that is, a color shift phenomenon in which colors are distorted occurs because Hue values representing colors are different before and after roll-off. There is a problem with
도 1(a)에서 롤-오프 포인트(RP)의 데이터가 151일 때, 도 1(b)와 같이 입력 PQ 영상 R, G, B (142, 154, 166) 중 G, B (154, 166)가 롤-오프 구간에 맵핑되어 출력 영상 R', G', B' (168, 200, 207)로 변환됨으로써 입력 휴값(213°) 대비 출력 휴값(190°)이 쉬프트되어 색상이 왜곡되었음을 알 수 있다.When the data of the roll-off point (RP) in FIG. 1 (a) is 151, G and B (154, 166) among the input PQ images R, G, and B (142, 154, 166) ) is mapped to the roll-off section and converted into output images R', G', B' (168, 200, 207), so that the input idle value (213°) and the output idle value (190°) are shifted, indicating that the color is distorted. can
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 컬러 채널별 변환 LUT를 사용하지 않고 휘도 정보(Y)를 이용하며, 변환 LUT 없이 입력 영상의 휘도 분포를 분석하여 적응적으로 PQ-to-gamma 변환을 수행함으로써, 컬러 쉬프트 현상을 억제할 수 있는 표시 장치의 영상 처리 방법 및 회로를 제안한다.In order to solve this problem, the present invention uses luminance information (Y) without using conversion LUT for each color channel, and performs PQ-to-gamma conversion adaptively by analyzing the luminance distribution of the input image without conversion LUT. Accordingly, an image processing method and circuit of a display device capable of suppressing a color shift phenomenon are proposed.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 방법을 단계적으로 나타낸 플로우 챠트이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 영상 처리 회로의 구성을 간략하게 나타낸 블록도이며, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 휘도 정보(Y)의 PQ-to-gamma 맵핑을 위한 그래프를 나타낸 도면이다.2 is a flowchart showing an image processing method step by step according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram briefly showing the configuration of an image processing circuit according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram showing a graph for PQ-to-gamma mapping of luminance information (Y) according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참조하면, 입력부(10)에서 HDR 영상(R, G, B)을 수신하여 PQ 선형화부(20)로 공급한다. (S21).Referring to FIGS. 2 and 3 , HDR images (R, G, and B) are received from the
PQ 선형화부(20)는 HDR 영상의 PQ 인코딩 커브(함수)와 역함수 관계를 갖는 PQ 디코팅 커브(함수)를 이용하여 입력부(10)로부터 공급된 HDR 영상(R, G, B)을 역감마 보정함으로써 계조별 휘도 관계가 선형화된 HDR 영상 (R', G', B')을 출력한다. (S22)The
색공간 변환부(30)는 미리 정해진 색공간 변환 함수(RGB-to-YCbCr) 또는 이 함수를 적용하여 미리 정해진 색공간 변환 LUT를 이용하여 선형화된 HDR 영상(R', G', B')을 휘도 성분(Y) 및 색차 성분(Cb, Cr)으로 변환한다.(S23) 색차 성분(Cb)는 휘도 성분(Y)와 청색 성분(B)의 차이(Y-B)를, 색차 신호(Cr)은 휘도 성분(Y)과 적색 성분(R)의 차이(Y-R)를 의미한다.The color
휘도 분석부(40)는 입력 PQ 영상의 휘도(Luminance) 분포를 적어도 프레임 단위로 분석하여 롤-오프 포인트, 휘도 보정 상수, 색차 보정 상수를 결정한다. (S24)The
휘도 맵핑부(50)는 휘도 분석부(40)로부터 공급된 롤-오프 포인트, 휘도 보정 상수를 이용하여 도 3에 도시된 Y PQ-to-gamma 맵핑 함수(그래프)를 결정하고, 결정된 Y PQ-to-gamma 맵핑 함수를 이용하여 PQ 영상의 휘도 성분(Y_PQ)를 표시 장치의 휘도 성분(Y_2.2)으로 맵핑하여 출력한다. (S25)The
색차 보정부(60)는 픽셀 휘도가 롤-오프 포인트에서의 휘도 보다 높은 해당 픽셀들을 검출하고, 검출된 픽셀들에 한하여, 휘도 분석부(40)로부터 공급된 휘도 보정 상수, 색차 보정 상수를 이용하여 색차 성분(Cb, Cr)을 보정한다. (S26)The color
색공간 역변환부(70)는 미리 정해진 색공간 역변환 함수(YCbCr-to-RGB) 또는 이 함수를 적용하여 미리 정해진 색공간 역변환 LUT를 이용하여, 색차 보정부(60)로부터 공급된 휘도 성분(Y') 및 색차 성분(Cb,' Cr')을 R', G', B' 영상으로 변환하여 출력한다. (S27)The color space
감마 변환부(80)는 색공간 역변환부(70)로부터 공급된 R', G', B' 영상을 감마 변환 LUT를 이용하여 비선형화하고 비선형화된 Ro, Go, Bo 영상을 출력한다. (S28)The
전술한 휘도 분석부(40), 휘도 맵핑부(50), 색차 보정부(60)에 대한 구체적인 설명은 다음과 같다. A detailed description of the
PQ-to-gamma 맵핑을 위하여 휘도 성분(Y)은 0~1 사이의 Y값(휘도 정규화값)으로 치환된다. PQ로 인코딩된 HDR 영상(이하 PQ 영상)은 0~10000nit. 범위의 휘도 정보가 0~1의 Y값으로 치환되며, 최대 휘도 400nit.의 표시 장치는 0~400nit. 범위의 휘도 정보도 0~1 사이의 Y_2.2값으로 치환된다. For PQ-to-gamma mapping, the luminance component (Y) is replaced with a Y value (luminance normalization value) between 0 and 1. HDR video encoded with PQ (hereafter referred to as PQ video) is 0 to 10000 nit. The luminance information in the range is substituted with Y values of 0 to 1, and the display device with the maximum luminance of 400 nit. is 0 to 400 nit. Luminance information in the range is also replaced with Y_2.2 values between 0 and 1.
이때, PQ 영상과 표시 장치의 휘도 레인지가 상이함에 따라 PQ 영상의 Y값과, 표시 장치의 Y_2.2값의 절대치가 다르므로, 아래 수학식 1과 같이 0~1 사이로 치환된 PQ 영상의 Y값에, "표시 장치의 최대 휘도(Max.Display Liminance)"에 대한 "입력 PQ 영상의 최대 휘도(Max.PQ Luminance)"의 비를 보정 상수로 곱해줌으로써 도 4에 도시된 Y 맵핑 함수의 Y_PQ를 결정한다.At this time, since the Y value of the PQ image and the absolute value of the Y_2.2 value of the display device are different as the luminance range of the PQ image and the display device are different, Y of the PQ image substituted between 0 and 1 as shown in
<수학식 1><
예들 들면, PQ 영상의 최대 휘도(Max.PQ Luminance)가 10000nit, 표시 장치의 최대 휘도(Max.Display Liminance)가 400nit일 때, 상기 수학식 1과 같이 보정 상수(10000/400=25)를 산출하여 초기 Y값에 곱해줌으로써, 입력 PQ 영상의 초기 Y값 "1"은 Y_PQ값 25으로 결정된다.For example, when the maximum luminance of the PQ image (Max.PQ Luminance) is 10000 nit and the maximum luminance of the display device (Max.Display Liminance) is 400 nit, the correction constant (10000/400 = 25) is calculated as in
휘도 분석부(40)는 입력 PQ 영상의 휘도 분포를 분석하여 도 3에 도시된 도시된 Y 맵핑 그래프에서 롤-오프 구간이 시작되는 롤-오프 포인트(RP)를 결정한다. 롤-오프 포인트(RP)를 결정하기 위하여 입력 PQ 영상에서 표시 장치의 최대 휘도(Max.Display Liminance) 이상인 휘도 분포를 분석하여 아래 수학식 2와 같이 롤-오프 포인트(RP= Rolloff Point)를 결정한다. The
<수학식 2><Equation 2>
휘도 분석부(40)는 입력 PQ 영상의 각 프레임에서 "전체 픽셀수 (All Pixels)"에 대한 "표시 장치의 최대 휘도 이상인 픽셀수 (Pixels_Over Max.Display Luminace)"의 비율(Over Max. Display Luminance Ratio)를 산출하고 "1 - Over Max. Display Luminance Ratio"의 연산 결과를 롤-오프 포인트(Rolloff Point)를 결정한다. 표시 장치의 최대 휘도 이상인 고휘의 픽셀수가 많다면 롤-오프 포인트는 "0" 쪽에 가깝게 세팅되고, 그 반대이면 "1" 쪽에 가깝게 세팅된다.The
예를 들어, 각 프레임에서 전체 픽셀수에 대한 표시 장치의 최대 휘도인 400nit 이상의 픽셀수의 비율이 30%일 때, 롤-오프 포인트는 "1 - 0.3 = 0.7"로 결정된다.For example, when the ratio of the number of pixels of 400 nit or more, which is the maximum luminance of the display device, to the total number of pixels in each frame is 30%, the roll-off point is determined as "1 - 0.3 = 0.7".
그 다음, 휘도 분석부(40)는 전술한 휘도 분포를 분석한 결과를 바탕으로, 도 3에서 롤-오프 포인트로부터 Y_PQ (0~25)에서 어느 부분까지 남은 계조(1-Y_R)에 맵핑할지를 결정한다. 도 3에서 Y_PQ 25까지 맵핑하는 것이 원본 영상의 모든 정보를 표현하기에 가장 좋지만, 롤-오프 포인트(RP)로부터 남은 계조의 양이 많지 않기 때문에 실제 표시 장치에서 표현이 불가능하다. 따라서, 휘도 분석부(40)는 전술한 휘도 분포의 분석 결과를 바탕으로 휘도 보정 상수 α_Y를 산출하고, 아래 수학식 3과 같이 Y_2.2에 휘도 보정 상수 α_Y를 곱하여 Y(PQ) 상한값 "Y_PQ Pos"를 결정한다.Then, based on the result of analyzing the luminance distribution described above, the
<수학식 3> <Equation 3>
휘도 분석부(40)는 상기 수학식 3에서 휘도 보정 상수 α_Y는 아래 표 1과 같은 휘도 분포 분석 결과를 바탕으로 문턱값 3% 이하가 되는 휘도 지점을 검출하고, "표시 장치의 최대 휘도(Max.Display Liminance)"에 대한 "문턱값 3% 이하가 되는 지점의 휘도"의 비율을 휘도 보정 상수 α_Y로 산출한다. The
예를 들어, 상기 표 1과 같은 휘도 분포 분석 결과로부터 제1 영상에서 문턱값 3% 이하가 되는 휘도 지점으로 2800nit가 검출되었을 때, 휘도 보정 상수 α_Y = 2800/400=7이 산출되고, 상기 수학식 3에 의해 롤-오프 구간의 Y_PQ 상한값 "Y_PQ Pos"는 Y_2.2 최대값 "1"에 휘도 보정 상수 α_Y=7을 곱한 결과인 "Y_PQ Pos = 7"로 결정된다.For example, when 2800 nit is detected as a luminance point that is below the threshold value of 3% in the first image from the luminance distribution analysis results as shown in Table 1, the luminance correction constant α_Y = 2800/400 = 7 is calculated, and the above math According to Equation 3, the Y_PQ upper limit value "Y_PQ Pos" of the roll-off section is determined as "Y_PQ Pos = 7", which is the result of multiplying the Y_2.2 maximum value "1" by the luminance correction constant α_Y = 7.
상기 표 1에서 제2 영상에서 문턱값 3% 이하가 되는 휘도 지점으로 1200nit가 검출되었을 때, 휘도 보정 상수 α_Y = 1200/400=3이 산출되고, 상기 수학식 3에 의해 Y(PQ) 상한값 "Y_PQ Pos"는 Y_2.2 최대값 "1"에 휘도 보정 상수 α_Y=3을 곱한 결과인 "Y_PQ Pos = 3"으로 결정된다.In Table 1, when 1200 nit is detected as the luminance point below the threshold 3% in the second image, the luminance correction constant α_Y = 1200/400 = 3 is calculated, and Y (PQ) upper limit value " Y_PQ Pos" is determined as "Y_PQ Pos = 3", which is the result of multiplying the Y_2.2 maximum value "1" by the luminance correction constant α_Y=3.
여기서, Y_2.2값이 "1"일 때, 휘도 보정 상수 α_Y는 바로 Y(PQ) 상한값 "Y_PQ Pos"으로 결정된다. Here, when the value of Y_2.2 is “1”, the luminance correction constant α_Y is immediately determined as the Y(PQ) upper limit value “Y_PQ Pos”.
그 다음, 휘도 분석부(40)는 롤-오프 구간에 포함되는 픽셀들에 대한 색차 성분(Cb, Cr)을 보정하기 위한 색차 보정 상수 α_Cb,Cr를 아래 수학식 4와 같이 전술한 휘도 보정 상수 α_Y를 고려하여 결정한다 Next, the
<수학식 4> <Equation 4>
휘도 분석부(40)는 픽셀 휘도(Luminance_Pixel)가 롤-오프 포인트에서의 휘도(Luminance_Rolloffpoint) 보다 높은 해당 픽셀들을 검출한다.The
휘도 분석부(40)는 "표시 장치의 최대 휘도(Max.Display Liminance)에 휘도 보정 상수(α_Y)를 곱한 결과"에 대한 "-0.5"의 비를 산출하고, "픽셀 휘도(Luminance_Pixel)와 롤-오프 포인트에서의 휘도(Luminance_Rolloffpoint) 차이"를 산출하고, 전자의 산출값과 후자의 산출값을 곱한 다음 "1"의 상수를 더해줌으로써 -0.5~0.5 범위의 색차 보정 상수 α_Cb,Cr를 결정한다. 해당 픽셀의 휘도가 롤-오프 포인트에서의 휘도보다 높을수록 색차 보정 상수 α_Cb,Cr는 증가하고, 낮을수록 색차 보정 상수 α_Cb,Cr는 감소한다.The
이와 같이, 휘도 분석부(40)에서 입력 영상의 휘도 분포에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 롤-오프 포인트(RP)와 Y(PQ) 상한값 "Y_PQ Pos"이 결정됨으로써 휘도 맵핑부(50)에서 휘도 정보(Y)의 PQ-to-gamma 맵핑을 위한 그래프 1, 2가 결정된다. In this way, the roll-off point (RP) and the Y(PQ) upper limit value "Y_PQ Pos" are determined according to the luminance distribution of the input image in the
휘도 맵핑부(50)는 도 4에 도시된 휘도 성분(Y)의 맵핑 그래프(함수)를 이용하여 입력 PQ 영상의 휘도 성분(Y_PQ)를 표시 장치의 휘도 성분(Y_2.2)으로 맵핑하여 출력한다.The
색차 보정부(60)는 픽셀 휘도(Luminance_Pixel)가 롤-오프 포인트에서의 휘도(Luminance_Rolloffpoint) 보다 높은 해당 픽셀들에 한하여, 휘도 분석부(40)로부터 공급된 색차 보정 상수 α_Cb,Cr를 이용하여 상기 수학식 4와 같이 색차 성분(Cb, Cr)을 보정한다. 이에 따라, 롤-오프 포인트에서의 휘도(Luminance_Rolloffpoint) 보다 높은 픽셀들에서 휴값(H)은 유지하면서 채도(Saturation)만 감소하여 과포화되는 현상을 완화시킬 수 있다.The color
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법 및 회로는 입력 PQ 영상의 휘도 분포를 분석한 결과를 바탕으로 롤-오프 포인트, 휘도 보정 상수, 색차 보정 상수 등을 결정하여 PQ 영상의 휘도 성분(Y_PQ)을 표시 장치의 휘도 성분(Y_2.2)으로 맵핑하고, 롤-오프 포인트보다 휘도가 높은 픽셀들은 색차 보정 상수를 이용하여 색차 성분(Cb, Cr)을 더 보정함으로써, 휴값(H)은 유지하면서 채도(Saturation)만 감소하여 컬러 쉬프트 현상을 방지하고 과포화 현상을 완화시킬 수 있으므로 화질을 향상시킬 수 있다.As described above, the image processing method and circuit according to an embodiment of the present invention determines the roll-off point, luminance correction constant, color difference correction constant, etc. based on the result of analyzing the luminance distribution of the input PQ image to determine the luminance component of the PQ image. (Y_PQ) is mapped to the luminance component (Y_2.2) of the display device, and pixels with luminance higher than the roll-off point are further corrected for the chrominance components (Cb, Cr) using a chrominance correction constant, so that the rest value (H) It is possible to prevent a color shift phenomenon and alleviate an oversaturation phenomenon by reducing only saturation while maintaining a color shift, thereby improving image quality.
도 5는 본 발명에 따른 영상 처리 방법에 따른 휴 쉬프트 개선 결과를 보여주는 도면이다. 5 is a diagram showing the result of the Hugh shift improvement according to the image processing method according to the present invention.
도 5(a)를 참조하면, 입력 PQ 영상 R, G, B (142, 154, 166)가 기존의 RGB 롤-오프 지점(151)을 기준으로 한 롤-오프 처리의 영향을 받아 출력 R', G', B' (168, 200, 207)로 변환되어 입력 휴값(213°) 대비 출력 휴값(190°)이 쉬프트되어 색상이 왜곡되었으나, 본 발명의 전술한 영상 처리 기술을 통해서는 출력 Ro, Go, Bo (167, 205, 252)로 변환되어 휴값(213°)이 유지되어 컬러 쉬프트를 방지할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5(a), the input PQ images R, G, and B (142, 154, 166) are affected by roll-off processing based on the existing RGB roll-
도 5(b)를 참조하면, 입력 PQ 영상 R, G, B (166, 151, 146)가 기존의 RGB 롤-오프 지점(151)을 기준으로 한 롤-오프 처리의 영향을 받아 출력 R', G', B' (188, 176, 173)로 변환되어 입력 휴값(13°) 대비 출력 휴값(36°)이 쉬프트되어 색상이 왜곡되었으나, 본 발명의 전술한 영상 처리 기술을 통해서는 출력 Ro, Go, Bo (251, 195, 179)로 변환되어 휴값(13°)이 유지되어 컬러 쉬프트를 방지할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5(b), the input PQ images R, G, and B (166, 151, 146) are affected by roll-off processing based on the existing RGB roll-
도 5(c)를 참조하면, 입력 PQ 영상 R, G, B (137, 122, 61)가 기존의 RGB 롤-오프 지점(151)을 기준으로 롤-오프 처리의 영향을 받지 않아 출력 R', G', B' (154, 118, 33)로 변환되어 휴값(44°)이 유지되고, 본 발명의 전술한 영상 처리 기술을 통해서도 출력 Ro, Go, Bo (154, 119, 33)로 변환되어 휴값(44°)이 유지되어 컬러 쉬프트가 발생하지 않음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5(c), since the input PQ images R, G, and B (137, 122, 61) are not affected by the roll-off process based on the existing RGB roll-
전술한 본 발명의 영상 처리 회로 및 방법은 액정 표시 장치, 유기 발광 다이오드 표시 장치 등에 모두 적용될 수 있다. The above-described image processing circuit and method of the present invention can be applied to both a liquid crystal display device and an organic light emitting diode display device.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HDR 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 7은 도 6의 표시 패널에 적용되는 LCD 서브픽셀의 구성을, 도 8은 도 6의 표시 패널에 적용되는 OLED 서브픽셀의 구성을 예시한 등가회로도이다.6 is a block diagram schematically showing the configuration of an HDR display device according to an embodiment of the present invention, FIG. 7 is a configuration of an LCD subpixel applied to the display panel of FIG. 6, and FIG. 8 is a configuration of the display panel of FIG. It is an equivalent circuit diagram illustrating the configuration of an applied OLED sub-pixel.
도 6에 도시된 표시 장치는 타이밍 컨트롤러(100), 패널 구동부인 데이터 드라이버(200) 및 게이트 드라이버(300), 표시 패널(400), 감마 전압 생성부(500) 등을 포함한다.The display device shown in FIG. 6 includes a
표시 패널(400)은 픽셀들이 매트릭스 형태로 배열된 픽셀 어레이를 통해 영상을 표시한다. 픽셀 어레이의 각 픽셀은 R(Red), G(Green), B(Blue) 서브픽셀들(SP)로 구성되며, 휘도 향상을 위해 W(White) 서브픽셀을 추가로 구비하기도 한다. 표시 패널(400)로는 액정 표시 장치(LCD), 유기 발광 다이오드(OLED) 표시 장치, 전기영동 표시 장치(EPD) 등이 이용될 수 있다. The
예를 들어, 표시 패널(400)이 LCD 패널인 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 각 서브픽셀(SP)은 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 공통 전극 사이에 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 픽셀 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과량을 제어한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. For example, when the
이와 달리, 표시 패널(400)이 OLED 패널인 경우, 도 8에 도시된 바와 같이 각 서브픽셀(SP)은 고전위 전원(EVDD) 라인 및 저전위 전원(EVSS) 라인 사이에 접속된 OLED 소자와, OLED 소자를 독립적으로 구동하기 위하여 제1 및 제2 스위칭 TFT(ST1, ST2) 및 구동 TFT(DT)와 스토리지 커패시터(Cst)를 포함하는 픽셀 회로를 구비하며, 픽셀 회로 구성은 다양하므로 도 8의 구조로 한정되지 않는다.In contrast, when the
OLED 소자는 구동 TFT(DT)와 접속된 애노드와, 저전위 전압(EVSS)과 접속된 캐소드와, 애노드 및 캐소드 사이의 발광층을 구비하여, 구동 TFT(DT)로부터 공급된 전류량에 비례하는 광을 발생한다. The OLED element includes an anode connected to the driving TFT (DT), a cathode connected to the low potential voltage (EVSS), and a light emitting layer between the anode and the cathode, and emits light proportional to the amount of current supplied from the driving TFT (DT). Occurs.
제1 스위칭 TFT(ST1)는 한 게이트 라인(GLa)의 게이트 신호에 의해 구동되어 해당 데이터 라인(DL)으로부터의 데이터 전압을 구동 TFT(DT)의 게이트 노드에 공급하고, 제2 스위칭 TFT(ST2)는 다른 게이트 라인(GLb)의 게이트 신호에 의해 구동되어 레퍼런스 라인(RL)으로부터의 레퍼런스 전압을 구동 TFT(DT)의 소스 노드에 공급한다. 제2 스위칭 TFT(ST2)는 센싱 모드에서 구동 TFT(DT)로부터의 전류를 레퍼런스 라인(R)으로 출력하는 경로로 더 이용된다. The first switching TFT (ST1) is driven by the gate signal of one gate line (GLa) to supply the data voltage from the corresponding data line (DL) to the gate node of the driving TFT (DT), and the second switching TFT (ST2) ) is driven by a gate signal of another gate line GLb to supply a reference voltage from the reference line RL to the source node of the driving TFT DT. The second switching TFT (ST2) is further used as a path for outputting the current from the driving TFT (DT) to the reference line (R) in the sensing mode.
구동 TFT(DT)의 게이트 노드 및 소스 노드 사이에 접속된 스토리지 커패시터(Cst)는 제1 스위칭 TFT(ST1)를 통해 게이트 노드로 공급된 데이터 전압과, 제2 스위칭 TFT(ST2)를 통해 소스 노드로 공급된 레퍼런스 전압의 차전압을 충전하여 구동 TFT(DT)의 구동 전압으로 공급한다.The storage capacitor Cst connected between the gate node and the source node of the driving TFT DT transmits the data voltage supplied to the gate node through the first switching TFT ST1 and the source node through the second switching TFT ST2. The differential voltage of the reference voltage supplied to is charged and supplied as the driving voltage of the driving TFT (DT).
구동 TFT(DT)는 고전위 전원(EVDD)으로부터 공급되는 전류를 스토리지 커패시터(Cst)로부터 공급된 구동 전압에 따라 제어함으로써 구동 전압에 비례하는 전류를 OLED 소자로 공급하여 OLED 소자를 발광시킨다. The driving TFT DT controls the current supplied from the high-potential power supply EVDD according to the driving voltage supplied from the storage capacitor Cst, thereby supplying a current proportional to the driving voltage to the OLED element so that the OLED element emits light.
데이터 드라이버(200)는 타이밍 컨트롤러(100)로부터의 데이터 제어 신호(DCS) 및 영상 데이터(VD)를 공급받는다. 데이터 드라이버(200)는 데이터 제어 신호(DCS)에 따라 구동되어, 감마 전압 생성부(500)로부터 공급된 레퍼런스 감마 전압 세트를 데이터의 계조값에 각각 대응하는 계조 전압들로 세분화한 다음, 세분화된 계조 전압들을 이용하여 디지털 영상 데이터(VD)를 각각 아날로그 데이터 신호로 변환하고, 아날로그 데이터 신호를 표시 패널(400)의 데이터 라인들로 각각 공급한다. The
데이터 드라이버(200)는 표시 패널(400)의 데이터 라인들을 분할 구동하는 다수의 데이터 드라이브 IC로 구성되고, 각 데이터 드라이브 IC는 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(400)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(400) 상에 실장될 수 있다.The
게이트 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(100)로부터 공급된 게이트 제어 신호(GCS)를 이용하여 표시 패널(400)의 다수의 게이트 라인을 각각 구동한다. 게이트 드라이버(300)는 게이트 제어 신호에 응답하여 각 게이트 라인에 해당 스캔 기간에서 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 나머지 기간에서는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(300)는 타이밍 컨트롤러(100)로부터 게이트 제어 신호(GCS)를 공급받거나, 타이밍 컨트롤러(100)로부터 데이터 드라이버(200)를 경유하여 게이트 제어 신호(GCS)를 공급받을 수 있다. 게이트 드라이버(300)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(400)에 TAB 방식으로 부착되거나, COG 방식으로 표시 패널(400) 상에 실장될 수 있다. 이와 달리, 게이트 드라이버(300)는 표시 패널(400)의 픽셀 어레이를 구성하는 박막 트랜지스터 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판에 형성됨으로써 표시 패널(400)의 비표시 영역에 내장된 GIP(Gate In Panel) 타입으로 구비될 수 있다. The
타이밍 컨트롤러(100)는 외부 호스트 시스템으로부터 HDR 영상, 즉 PQ 영상 데이터 및 타이밍 신호 등을 공급받는다. 예를 들면, 외부 호스트 시스템은 컴퓨터, TV 시스템, 셋탑 박스, 태플릿이나 휴대폰 등과 같은 휴대 단말기의 시스템 중 어느 하나일 수 있다. The
타이밍 컨트롤러(100)는 입력된 타이밍 신호들을 이용하여 데이터 드라이버(200) 및 게이트 드라이버(300)의 구동 타이밍을 각각 제어하고, PQ 영상 데이터를 표시 장치의 감마 특성에 맞게 변환하여 데이터 드라이버(200)로 출력한다. The
이를 위하여, 타이밍 컨트롤러(100)는 제어 신호 생성부(110) 및 영상 처리 회로(120)를 구비한다. 한편, 영상 처리 회로(120)는 타이밍 컨트롤러(100)와 분리되어 별도의 IC로 구비될 수 있으며, 타이밍 컨트롤러(100)의 이전단에 위치할 수 있다.To this end, the
제어 신호 생성부(110)는 입력 타이밍 신호들을 이용하여 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 생성하여 데이터 드라이버(200) 및 게이트 드라이버(300)로 각각 출력한다. 제어 신호 생성부(110)가 입력받는 타이밍 신호는 도트 클럭, 데이터 인에이블 신호, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호를 포함하지만, 여기서 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호는 생략될 수 있다. 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호가 생략되는 경우 제어 신호 생성부(110)는 도트 클럭에 따라 데이터 인에이블 신호를 카운트하여 수직 동기 신호 및 수평 동기 신호를 생성하여 이용할 수 있다. 데이터 제어 신호들은 데이터 드라이버(200) 구동을 제어하는 소스 스타트 펄스, 소스 샘플링 클럭, 극성 제어 신호, 소스 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다. 게이트 제어 신호들은 게이트 드라이버(300) 구동을 제어하는 게이트 스타트 펄스, 게이트 쉬프트 클럭, 게이트 출력 인에이블 신호 등을 포함할 수 있다.The
영상 처리 회로(120)에는 도 2 내지 도 4에서 전술한 영상 처리 기술이 적용된다. 영상 처리 회로(120)는 입력 PQ 영상(RGB)를 선형화한 후 휘도 성분(Y)과 색차 성분(Cb, Cr)으로 변환하고, 입력 PQ 영상의 휘도 분포를 분석한 결과를 바탕으로 롤-오프 포인트, 휘도 보정 상수, 색차 보정 상수 등을 결정하여 PQ 영상의 휘도 성분(Y_PQ)을 표시 장치의 휘도 성분(Y_2.2)으로 맵핑하고, 롤-오프 포인트보다 휘도가 높은 픽셀들은 색차 보정 상수를 이용하여 색차 성분(Cb, Cr)을 더 보정함으로써, 휴값(H)은 유지하면서 채도(Saturation)만 감소하여 컬러 쉬프트 현상을 방지하고 과포화 현상을 완화시킬 수 있으므로 화질을 향상시킬 수 있다. 영상 처리 회로(120)는 보정된 휘도 성분(Y')과 색차 성분(Cb', Cr')을 R'G'B 데이터로 역변환한 후 비선형화하여 데이터 드라이버(200)로 출력한다.The image processing technology described above with reference to FIGS. 2 to 4 is applied to the
영상 처리 회로(120)는 소비 전력 감소나 화질 보상, 열화 보상 등과 같은 필요한 영상 처리를 더 실시한 다음 데이터 드라이버(200)로 출력할 수 있다.The
예를 들면, 선행 기술에 따른 HDR 표시 장치에서는 고계조 영역의 롤-오프 처리에 의해 피부색의 휴가 변경되어 옐로위시(Yellowish)하게 보이는 휴 쉬프트 현상이 발생하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 HDR 표시 장치에서는 전술한 영상 처리를 통해 피부색의 휴를 왜곡없이 유지할 수 있다.For example, in the HDR display device according to the prior art, the skin color is changed by the roll-off process of the high gradation region, resulting in a hue shift phenomenon that looks yellowish, but the HDR display according to the embodiment of the present invention The device can maintain the hue of the skin color without distortion through the above-described image processing.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 영상 처리 방법 및 회로와 그를 이용한 표시 장치는 입력 HDR 영상에 대한 휘도 분포를 분석하여 적응적으로 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수와 색차 보정 상수를 결정하여 입력 HDR 영상의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성에 맞는 휘도 성분으로 변환함과 아울러 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 색차 보정 상수를 이용하여 색차 성분을 보정함으로써 컬러 쉬프트 및 HDR 영상의 컬러 쉬프트를 방지함과 아울러 고휘도 픽셀들에서 국부적으로 과포화되는 현상을 완화시켜서 화질 열화를 최소화할 수 있다. As described above, the image processing method and circuit according to an embodiment of the present invention and the display device using the same analyze the luminance distribution of the input HDR image to adaptively determine the roll-off point, luminance correction constant, and color difference correction constant, and then input the input HDR image. The luminance component of the HDR image is converted into a luminance component suitable for the gamma characteristics of the display device, and the pixels corresponding to the roll-off period correct the chrominance component using a chrominance correction constant to prevent color shift and color shift of the HDR image. In addition, it is possible to minimize image quality deterioration by mitigating a phenomenon of local oversaturation in high luminance pixels.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Through the above description, those skilled in the art will understand that various changes and modifications are possible without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be determined by the claims.
10: 영상 입력부 20: PQ 선형화부
30: 색공간 변환부 40: 휘도 분석부
50: 휘도 맵핑부 60: 색차 보정부
59: 색공간 역변환부 70: 감마 변환부
110: 제어 신호 생성부 120: 영상 처리 회로
100: 타이밍 컨트롤러 200: 데이터 드라이버
300: 게이트 드라이버 400: 표시 패널
500: 감마 전압 생성부10: video input unit 20: PQ linearization unit
30: color space conversion unit 40: luminance analysis unit
50: luminance mapping unit 60: color difference correction unit
59: color space inverse conversion unit 70: gamma conversion unit
110: control signal generator 120: image processing circuit
100: timing controller 200: data driver
300: gate driver 400: display panel
500: gamma voltage generator
Claims (11)
선형화된 영상 데이터를 휘도 성분과 색차 성분으로 변환하는 단계와;
상기 입력 영상의 휘도 분포를 분석한 결과를 바탕으로 휘도 맵핑 함수의 롤-오프 포인트와, 휘도 보정 상수와, 색차 보정 상수를 결정하는 단계와;
상기 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수를 이용하여 결정된 휘도 맵핑 함수를 이용하여 상기 입력 영상 데이터의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성을 갖는 휘도 성분으로 보정하는 단계와,
상기 롤-오프 포인트의 휘도 보다 높은 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 상기 색차 보정 상수를 이용하여 상기 색차 성분을 보정하는 단계와;
상기 보정된 휘도 성분 및 색차 성분을 보정된 영상 데이터로 변환하는 단계와;
상기 보정된 영상 데이터를 감마 변환하여 출력하는 단계를 포함하고,
상기 보정된 영상 데이터는 상기 입력 영상 데이터 대비 휴값은 유지되고, 채도는 감소되는 형태로 변환되는 영상 처리 방법.linearizing input image data having a high dynamic range (HDR) using a predetermined decoding function;
converting the linearized image data into a luminance component and a chrominance component;
determining a roll-off point of a luminance mapping function, a luminance correction constant, and a chrominance correction constant based on a result of analyzing the luminance distribution of the input image;
correcting a luminance component of the input image data to a luminance component having a gamma characteristic of a display device using a luminance mapping function determined using the roll-off point and the luminance correction constant;
correcting the chrominance component of pixels corresponding to a roll-off section higher than the luminance of the roll-off point by using the chrominance correction constant;
converting the corrected luminance component and color difference component into corrected image data;
Gamma-converting the corrected image data and outputting the corrected image data;
The image processing method of claim 1 , wherein the corrected image data is converted into a form in which a rest value relative to the input image data is maintained and saturation is reduced.
프레임 단위로 상기 입력 영상 데이터의 휘도 분포를 분석하고,
전체 픽셀수에 대한 상기 표시 장치의 최대 휘도 이상인 픽셀수의 비율을 산출하고, 산출된 비율을 1로부터 차감한 결과를 상기 롤-오프 포인트로 결정하는 영상 처리 방법.The method of claim 1,
Analyzing the luminance distribution of the input image data on a frame-by-frame basis;
The image processing method of claim 1 , wherein a ratio of the number of pixels having a maximum luminance or higher of the display device to the total number of pixels is calculated, and a result obtained by subtracting the calculated ratio from 1 is determined as the roll-off point.
상기 휘도 분포의 분석 결과를 바탕으로 문턱값 이하가 되는 휘도 지점을 검출하고,
상기 표시 장치의 최대 휘도에 대한 상기 문턱값 이하가 되는 휘도 지점의 비율을 상기 휘도 보정 상수로 결정하고,
상기 휘도 보정 상수를 이용하여 상기 휘도 맵핑 함수로 맵핑될 상기 입력 영상의 휘도 성분의 상한값을 결정하는 영상 처리 방법. The method of claim 2,
Detecting a luminance point that is below a threshold value based on the analysis result of the luminance distribution;
determining a ratio of a luminance point that is less than or equal to the threshold value to a maximum luminance of the display device as the luminance correction constant;
An image processing method of determining an upper limit value of a luminance component of the input image to be mapped to the luminance mapping function using the luminance correction constant.
상기 표시 장치의 최대 휘도에 상기 휘도 보정 상수를 곱한 결과값에 대한 -0.5의 비를 제1값으로 산출하고, 픽셀 휘도와 롤-오프 포인트에서의 휘도 차이를 제2값으로 산출하고, 상기 제1 및 제2 값의 곱한 다음 1의 상수를 더해주는 연산을 통해 상기 색차 보정 상수를 결정하는 영상 처리 방법.The method of claim 1,
A ratio of -0.5 to a value obtained by multiplying the maximum luminance of the display device by the luminance correction constant is calculated as a first value, a difference between pixel luminance and luminance at a roll-off point is calculated as a second value, and the An image processing method for determining the color difference correction constant through an operation of multiplying 1 and a second value and then adding a constant of 1.
상기 선형화된 영상 데이터를 휘도 성분과 색차 성분으로 변환하는 색공간 변환부와;
상기 입력 영상의 휘도 분포를 분석하나 결과를 바탕으로 휘도 맵핑 함수의 롤-오프 포인트와, 휘도 보정 상수와, 색차 보정 상수를 결정하는 휘도 분석부와;
상기 롤-오프 포인트 및 휘도 보정 상수를 이용하여 결정된 휘도 맵핑 함수를 이용하여 상기 입력 영상 데이터의 휘도 성분을 표시 장치의 감마 특성을 갖는 휘도 성분으로 보정하는 휘도 맵핑부와,
상기 롤-오프 포인트의 휘도 보다 높은 롤-오프 구간에 해당되는 픽셀들은 상기 색차 보정 상수를 이용하여 상기 색차 성분을 보정하는 색차 보정부와;
상기 보정된 휘도 성분 및 색차 성분을 보정된 영상 데이터로 변환하는 색공간 역변환부와;
상기 보정된 영상 데이터를 감마 변환하여 출력하는 감마 변환부를 구비하고,
상기 보정된 영상 데이터는 상기 입력 영상 데이터 대비 휴값은 유지되고, 채도는 감소되는 형태로 변환되는 영상 처리 회로.A linearizer for linearizing HDR input image data using a predetermined decoding function;
a color space converter for converting the linearized image data into a luminance component and a chrominance component;
a luminance analyzer for analyzing the luminance distribution of the input image and determining a roll-off point of a luminance mapping function, a luminance correction constant, and a chrominance correction constant based on the result;
a luminance mapping unit correcting a luminance component of the input image data to a luminance component having a gamma characteristic of a display device using a luminance mapping function determined using the roll-off point and the luminance correction constant;
a chrominance corrector for correcting the chrominance component of the pixels corresponding to the roll-off section having a higher luminance than the luminance of the roll-off point by using the chrominance correction constant;
a color space inverse transform unit converting the corrected luminance component and color difference component into corrected image data;
a gamma conversion unit for gamma-converting the corrected image data and outputting the corrected image data;
The image processing circuit for converting the corrected image data into a form in which a rest value compared to the input image data is maintained and saturation is reduced.
상기 휘도 분석부는
프레임 단위로 상기 입력 영상 데이터의 휘도 분포를 분석하고,
전체 픽셀수에 대한 상기 표시 장치의 최대 휘도 이상인 픽셀수의 비율을 산출하고, 산출된 비율을 1로부터 차감한 결과를 상기 롤-오프 포인트로 결정하는 영상 처리 회로.The method of claim 5,
The luminance analyzer
Analyzing the luminance distribution of the input image data on a frame-by-frame basis;
An image processing circuit for calculating a ratio of the number of pixels having a maximum luminance or higher of the display device to the total number of pixels, and determining a result obtained by subtracting the calculated ratio from 1 as the roll-off point.
상기 휘도 분석부는
상기 휘도 분포의 분석 결과를 바탕으로 문턱값 이하가 되는 휘도 지점을 검출하고,
상기 표시 장치의 최대 휘도에 대한 상기 문턱값 이하가 되는 휘도 지점의 비율을 상기 휘도 보정 상수로 결정하고,
상기 휘도 보정 상수를 이용하여 상기 휘도 맵핑 함수로 맵핑될 상기 입력 영상의 휘도 성분의 상한값을 결정하는 영상 처리 회로. The method of claim 6,
The luminance analyzer
Detecting a luminance point that is below a threshold value based on the analysis result of the luminance distribution;
determining a ratio of a luminance point that is less than or equal to the threshold value to a maximum luminance of the display device as the luminance correction constant;
An image processing circuit for determining an upper limit value of a luminance component of the input image to be mapped to the luminance mapping function using the luminance correction constant.
상기 휘도 분석부는
상기 표시 장치의 최대 휘도에 상기 휘도 보정 상수를 곱한 결과값에 대한 -0.5의 비를 제1값으로 산출하고, 픽셀 휘도와 롤-오프 포인트에서의 휘도 차이를 제2값으로 산출하고, 상기 제1 및 제2 값의 곱한 다음 1의 상수를 더해주는 연산을 통해 상기 색차 보정 상수를 결정하는 영상 처리 회로.The method of claim 5,
The luminance analyzer
A ratio of -0.5 to a value obtained by multiplying the maximum luminance of the display device by the luminance correction constant is calculated as a first value, a difference between pixel luminance and luminance at a roll-off point is calculated as a second value, and the An image processing circuit that determines the color difference correction constant through an operation of multiplying 1 and a second value and then adding a constant of 1.
청구항 5 내지 8 중 어느 한 청구항에 기재된 상기 영상 처리 회로와,
상기 영상 처리 회로부터 공급된 영상을 상기 표시 패널에 표시하는 패널 구동부와,
상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러를 포함하고,
상기 영상 처리 회로는 상기 타이밍 컨트롤러에 내장되거나, 상기 타이밍 컨트롤러와 상기 패널 구동부 사이에 위치하거나, 상기 타이밍 컨트롤러의 앞단에 위치하는 표시 장치.a display panel;
The image processing circuit according to any one of claims 5 to 8;
a panel driver for displaying the image supplied from the image processing circuit on the display panel;
A timing controller controlling driving timing of the panel driver;
The image processing circuit is built into the timing controller, is located between the timing controller and the panel driving unit, or is located in front of the timing controller.
상기 픽셀의 휘도가 상기 롤-오프 포인트에서의 휘도보다 높을수록 상기 색차 보정 상수는 증가하고, 낮을수록 상기 색차 보정 상수는 감소하는 영상 처리 방법.The method of claim 4,
wherein the chrominance correction constant increases as the luminance of the pixel is higher than the luminance at the roll-off point, and decreases as the luminance of the pixel decreases.
상기 픽셀의 휘도가 상기 롤-오프 포인트에서의 휘도보다 높을수록 상기 색차 보정 상수는 증가하고, 낮을수록 상기 색차 보정 상수는 감소하는 영상 처리 회로.
The method of claim 8,
wherein the chrominance correction constant increases as the luminance of the pixel is higher than the luminance at the roll-off point, and decreases as the luminance of the pixel decreases.
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