KR101888442B1 - 표시장치 및 그 영상처리방법 - Google Patents

Abstract

상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터를 양자화 하여 표시하는 표시장치는, 복수의 디더 마스크 중 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하고, 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 그 비교결과에 따라 캐리(Carry)를 발생하는 디더링부와, 디더링부에서 캐리(Carry)가 발생 할 때, 제1 오차 확산법을 통해서 영상 데이터를 양자화 함에 있어서, 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 제1 오차 확산부와, 디더링부에서 캐리(Carry)가 발생 하지 않을 때, 제2 오차 확산법을 통해서 영상 데이터를 양자화 함에 있어서, 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 제2 오차 확산부와, n 비트로 양자화된 상기 영상 데이터를 표시패널에 구동하는 데이터 구동부를 포함한다.

Description

표시장치 및 그 영상처리방법{METHOD AND DISPLAY DEVICE FOR PROCESSING IMAGE}

본 발명은 표시장치에 관한 것으로, 디더링 및 오차 확산법을 통해서 영상 데이터를 처리하는 기술에 관한 것이다.

연속계조의 흑백영상을 이진 출력장치로 나타내기 위해서는 검은색과 흰색만으로 구성된 이진계조의 영상으로 변환해야 한다. 이와 같이 연속계조 영상을 이진계조 영상으로 변환하는 기법을 하프톤(halftone)이라 한다. 참고적으로 칼라 영상은 각 색상별로 256 단계로 구성된 칼라 좌표계를 이용하여 표현된다.

한편, 영상의 해상도가 증가할수록 인간은 영상에서의 검은점과 흰점이 나열된 것을 그 중간 밝기로 느끼게 된다. 이러한 현상은 인간의 눈이 영상의 일정 영역에서 검은점과 흰점의 밝기를 평균하여 인지하기 때문이다. 이러한 현상은 해상도가 증가함에 따라 더욱 두드러지게 나타난다.

디지털 하프톤 중에서 디더링(Dithering)은 검은점과 흰점을 선택하는 기준이 되는 이진 문턱값들로 구성된 2차원 배열을 정의한 후, 이를 영상에 마스킹(masking)하여 영상을 이진화한다. 디더링(Dithering)은 화소의 계조값과 이진 문턱값의 비교만으로 영상을 이진화 하는 점 처리(point processing) 방법으로서 이진 문턱값 배열의 크기와 배열 방법에 따라 이진계조 영상의 화질이 결정된다.

또한, 디지털 하프톤 중에서 Floyd와 Steinberg에 의해 처음으로 제안된 오차 확산법(Error diffusion)은 적은 계산량으로 연속계조 영상의 밝기를 비교적 정확히 표현함과 동시에 인간의 시각 특성에 적합한 이진계조 영상을 생성한다. 오차 확산법(Error diffusion)은 연속 계조 값을 갖는 화소를 검은점(계조0) 또는 흰점(계조 255)으로 이진화 한 후 원 영상의 계조와 이진화 된 후의 계조간의 차이에 해당하는 이진화 오차를 주위 화소들로 전파한다. 이때, 이진화 오차가 전파될 주위 화소들의 위치와 오차의 전파량은 오차확산 계수에 의해 결정된다. 오차확산 계수에 의해 전파되는 이진화 오차는 이진화 할 주위 화소들에서의 계조값을 수정하고 수정된 계조값은 이진 문턱값과의 비교를 통해 검은점과 흰점으로 변환된다. 이와 같은 과정을 모든 화소들에 반복적으로 적용함으로써 연속계조 영상은 이진계조 영상으로 변환된다.

한편, 오차 확산법(Error diffusion)은 오차값을 누적시키고, 그 누적값이 문턱값 이상이 되었을 때 캐리(Carry)를 발생시킨다. 따라서 저계조에서는 오차값이 누적될 때까지 캐리(Carry)가 발생하지 않기 때문에 캐리(Carry)의 발생 위치가 한쪽으로 치우쳐지는 문제가 있다. 또한 디더링(Dithering)은 디더링 마스크가 동일한 계조를 가질 때만 계조 재현성에 문제가 없으며, 복잡한 모양을 가지는 일반 영상에서는 계조 재현성이 나빠진다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 디더 마스크로 캐리 발생여부를 판단 후, 캐리 발생 여부에 따라 두 가지 오차 확산법을 선택적으로 적용하는 표시장치 및 그 영상처리방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터를 양자화 하여 표시하는 표시장치에 있어서, 복수의 디더 마스크 중 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하고, 상기 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 그 비교결과에 따라 캐리(Carry)를 발생하는 디더링부; 상기 디더링부에서 캐리(Carry)가 발생 할 때, 제1 오차 확산법을 통해서 상기 영상 데이터를 양자화 함에 있어서, 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 제1 오차 확산부; 상기 디더링부에서 캐리(Carry)가 발생 하지 않을 때, 제2 오차 확산법을 통해서 상기 영상 데이터를 양자화 함에 있어서, 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 제2 오차 확산부; 및 n 비트로 양자화된 상기 영상 데이터를 표시패널에 구동하는 데이터 구동부;를 포함하는 표시장치가 제공된다.

상기 설정된 값은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 상기 화소의 계조값에 대응하는 값을 합산하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 구동부는 양자화된 상기 영상 데이터를 디지털 데이터로서 상기 표시패널에 구동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터를 처리하는 방법에 있어서, 복수의 디더 마스크 중 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하는 단계; 상기 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 캐리 발생 여부를 판단하는 단계; 및 상기 캐리 발생 여부에 따라, 제1 오차 확산법 또는 제2 오차 확산법을 선택적으로 적용하여 상기 영상 데이터를 양자화 하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 오차 확산법은, 양자화시에 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리를 발생시키고, 상기 제2 오차 확산법은, 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리를 발생시키는 것을 특징으로 하는 표시장치의 영상처리방법이 제공된다.

상기 설정된 값은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 상기 화소의 계조값에 대응하는 값을 합하여 생성되는 것을 특징으로 한다.

n 비트로 양자화된 상기 영상 데이터를 표시패널에 구동하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 영상 데이터는 디지털 데이터로서 상기 표시패널에 구동되는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용한 표시장치는 다음과 같은 효과가 있다.

디더 마스크를 이용하여 캐리의 발생 위치를 제어하고, 캐리의 발생 여부에 따라 두 가지 오차 확산법을 적용함으로써, 캐리의 발생 위치가 한쪽으로 치우쳐지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 계조 재현성이 우수하며 오차 확산법만을 적용했을 때 발생하는 벌래 모양의 문양이 표시되는 것을 방지할 수 있다. 해당기술을 반복적으로 적용하더라도 플리커(flicker)가 발생하지 않는다.

또한, 영상 데이터를 원래의 비트 수보다 줄여서 양자화 하더라도 계조의 표현력 감소를 최소화 시킬 수 있다. 영상 데이터를 원래의 비트 수보다 줄여서 양자화 하여 디지털 방식으로 구동하더라도 계조의 표현력 감소를 최소화 시킬 수 있다.

도 1은 디더 마스크 및 디더 마스크의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오차 확산법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 4a는 제1 오차 확산부의 제1 오차 확산법을 나타낸 도면이고, 도 4b는 제2 오차 확산부의 제2 오차 확산법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 영상처리방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 디더 마스크 및 디더 마스크의 패턴을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 2ㅧ2 디더 마스크에 의한 디더 마스크 패턴이 도시되어 있다.

디더링(Dithering)은 영상 데이터의 계조값을 디더 마스크의 특정 문턱(threshold)값과 비교하여 캐리(carry) 발생여부를 판별하고, 캐리(Carry)가 발생된 영상 데이터는 온(on)을, 그렇지 않은 영상 데이터는 오프(off)를 시킴으로써 부족한 계조 표현력을 높인다. 예를 들어, 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터의 경우, 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하여 영상 데이터를 처리함으로써, n 비트로 양자화된 영상 데이터를 표현할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다. 본 실시예에 따른 표시장치는 제안하고자 하는 기술적인 사상을 명확하게 설명하기 위한 간략한 구성만을 포함하고 있다.

도 2를 참조하면, 표시장치는 영상 데이터(DATA_IN)에 프레임 레이트 컨트롤(Frame Rate Control, FRC)을 적용하여, 영상 데이터의 하위 일정비트를 감소시켜 영상 데이터를 양자화하는 영상 처리부(100)와, 양자화된 영상 데이터를 표시패널(500)에 구동하는 데이터 구동부(200)와, 표시패널의 화소 어레이를 순차적으로 스캔하는 게이트 구동부(300)와, 클럭신호(DCLK), 수평동기신호(HSYNC), 수직동기신호(VSYNC) 및 데이터 인에이블 신호(DE)의 제어에 따라 데이터 구동부(200) 및 게이트 구동부(300)를 제어하는 데이터 제어신호들(DCS) 및 게이트 제어신호들(GCS)을 생성하는 타이밍 컨트롤러(400)를 포함한다.

참고적으로 영상 처리부(100)는 타이밍 컨트롤러(400)에 내장될 수 있으며, 데이터 구동부(200)는 양자화된 영상 데이터를 디지털 데이터로서 표시패널(500)에 구동한다. 또한, 표시패널은 매트릭스 형태로 배치된 액정표시소자 또는 자발광 소자로 구성될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 표시장치의 세부구성과 주요동작을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 입력되는 영상 데이터(DATA_IN)는 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는데, 본 실시예에서 한 색상의 영상 데이터가 8비트 신호로 구성된다고 가정하고, 상위 n 비트신호는 8비트 중 상위 6비트, 하위 m 비트신호는 나머지 하위 2비트 신호라고 가정한다. 즉, 입력되는 영상 데이터의 8 bit 를 상위(Most Significant Bits, MSBs) 6 bit와 하위(Least Significant Bits, LSBs) 2 bit로 분할하고, 하위 2 bit의 시간 정보 및 공간정보를 이용하여 상위 6 bit를 제안한 알고리즘으로 보상하여, 6 bit의 컬러 뎁스(Color depth)를 8 bit의 컬러 뎁스 효과와 유사하게 확장할 수 있다.

본 실시예에서 영상 처리부(100)는 디더링부(110)와, 제1 오차 확산부(120A)와, 제2 오차 확산부(120B)로 구성된다. 디더링부(110)는 디더 마스크 선택부(111)와, 캐리 발생 판단부(112)로 구성되며, 복수의 디더 마스크 중 영상 데이터(DATA_IN)의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하고, 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 그 비교결과에 따라 캐리(Carry)를 발생한다.

또한, 제1 오차 확산부(120A)는 디더링부(110)에서 캐리(Carry)가 발생 할 때, 제1 오차 확산법을 통해서 영상 데이터를 양자화 한다. 여기에서 제1 오차 확산법은 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 방식이다.

또한, 제2 오차 확산부(120B)는 디더링부(110)에서 캐리(Carry)가 발생 하지 않을 때, 제2 오차 확산법을 통해서 영상 데이터를 양자화 한다. 여기에서 제2 오차 확산법은 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 방식이다. 여기에서 제2 오차 확산법에서 사용되는 "설정된 값"은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 화소의 계조값에 대응하는 값을 합산하여 생성되는 값이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 오차 확산법을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 오차 확산법은 해당 영상 데이터가 양자화(Quantization)될 때 발생하는 오차를 이웃하는 영상 데이터에 영향을 주게 함으로써 버려지는 오차값에 대한 보정을 공간적으로 해결하고자 하는 방법이다. 여기서, 오차 확산 방법은 이웃하는 영상 데이터들 a, b, c, d에서 발생한 각각의 오차값에 특정한 계수를 곱한다. 이후, 계수를 곱한 오차값들을 i 값에 더한 후 양자화를 실시한다.

한편, 도 4a는 제1 오차 확산부(120A)의 제1 오차 확산법을 나타낸 도면이고, 도 4b는 제2 오차 확산부(120B)의 제2 오차 확산법을 나타낸 도면이다.

제1 오차 확산법 및 제2 오차 확산법의 동작 과정은 하기의 수학식 1 및 수학식 2로 표현할 수 있다.

여기에서 수학식 1, 수학식 2 , 도 4a 및 도 4b 파라미터들은 다음과 같이 정의된다.

n은 현재의 프레임(frame)을 나타낸다. 또한, F(i,j)는 영상 데이터(DATA_IN)의 계조값이다. 또한, Q1 및 Q2 블록은 양자화 블록이다. 또한, B(i,j)는 양자화된 계조값이다. 또한, E(i,j)는 양자화에서 발생되는 오차값이다. 또한, f(i,j)는 영상 데이터(DATA_IN)의 계조값에 양자화 오차값을 더한 값이다. 즉, f(i,j)는 현재 프레임에서의 F(i,j)에 이웃하는 픽셀의 오차값과 H블록에서 오차 확산 계수 h(i,j)를 곱하여 더한 값이다.

Q1 블록은 양자화시에 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리를 발생시킨다. 또한, Q2 블록은 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리를 발생시킨다. Q2 블록에서 사용되는 "설정된 값"은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 화소의 계조값에 대응하는 값을 합산하여 생성되는 값이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 영상처리방법을 나타낸 순서도이다.

즉, 본 실시예에 따라, 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터를 처리하는 방법은 하기와 같은 내부동작을 통해서 수행된다.

우선, 복수의 디더 마스크 중 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택한다(S10).

다음으로, 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 캐리 발생 여부를 판단한다(S20).

다음으로, 캐리 발생 여부에 따라, 제1 오차 확산법 또는 제2 오차 확산법을 선택적으로 적용하여 영상 데이터를 양자화 한다(S31,S32). 여기에서 제1 오차 확산법(S31)은, 양자화시에 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리를 발생시킨다. 또한, 제2 오차 확산법(S32)은, 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리를 발생시킨다. 제2 오차 확산법에서 사용되는 "설정된 값"은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 화소의 계조값에 대응하는 값을 합산하여 생성되는 값이다.

본 실시예에서 한 색상의 영상 데이터가 8비트 신호로 구성된다고 가정하고, 상위 n 비트신호는 8비트 중 상위 6비트, 하위 m 비트신호는 나머지 하위 2비트 신호라고 가정한다면, 입력되는 영상 데이터의 8 bit 를 상위(Most Significant Bits, MSBs) 6 bit와 하위(Least Significant Bits, LSBs) 2 bit로 분할하고, 하위 2 bit의 시간 정보 및 공간정보를 이용하여 상위 6 bit를 제안한 알고리즘으로 보상하여, 6 bit의 컬러 뎁스(Color depth)를 8 bit의 컬러 뎁스 효과와 유사하게 확장할 수 있다. 결과적으로 데이터 구동부(200)가 6비트로 양자화된 영상 데이터를 디지털 데이터로서 표시패널(500)에 구동할 때, 계조의 표현력 감소를 최소화 시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 영상 처리부
110 : 디더링부

Claims (7)

1. 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터를 양자화 하여 표시하는 표시장치에 있어서,
   복수의 디더 마스크 중 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하는 디더 마스크 선택부와, 상기 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 그 비교결과에 따라 캐리(Carry) 발생 여부를 판단하는 캐리 발생 판단부를 포함하여 구성되는 디더링부;
   상기 디더링부의 캐리 발생 판단부에서 캐리(Carry)가 발생한 것으로 판단할 때, 제1 오차 확산법을 통해서 상기 영상 데이터를 양자화 함에 있어서, 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 제1 오차 확산부;
   상기 디더링부의 캐리 발생 판단부에서 캐리(Carry)가 발생하지 않은 것으로 판단할 때, 제2 오차 확산법을 통해서 상기 영상 데이터를 양자화 함에 있어서, 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리값을 추가 시키는 제2 오차 확산부; 및
   n 비트로 양자화된 상기 영상 데이터를 표시패널에 구동하는 데이터 구동부;를 포함하는 표시장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 설정된 값은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 상기 화소의 계조값에 대응하는 값을 합산하여 생성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 구동부는 양자화된 상기 영상 데이터를 디지털 데이터로서 상기 표시패널에 구동하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
4. 상위 n 비트신호 및 하위 m 비트신호(n, m 은 양의 정수)로 구성되는 영상 데이터를 처리하는 방법에 있어서,
   복수의 디더 마스크 중 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 대응하는 디더 마스크를 선택하는 단계;
   상기 영상 데이터의 계조값과 선택된 디더 마스크의 임계값을 비교하여 캐리 발생 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 캐리 발생 여부에 따라, 캐리가 발생한 경우의 제1 오차 확산법 또는 캐리가 발생하지 않은 경우의 제2 오차 확산법을 선택적으로 적용하여 상기 영상 데이터를 양자화 하는 단계;를 포함하며,
   상기 제1 오차 확산법은, 양자화시에 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 하위 m 비트의 최대값을 초과할 때 캐리를 추가하여 발생시키고,
   상기 제2 오차 확산법은, 상기 영상 데이터의 하위 m 비트에 해당하는 오차값을 누적하여 누적된 값이 설정된 값을 초과할 때 캐리를 발생시키는 것을 특징으로 하는 표시장치의 영상처리방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 설정된 값은, 각각의 색상에 대응하는 랜덤값과, 화소의 공간적 위치에 대응하는 값과, 상기 화소의 계조값에 대응하는 값을 합하여 생성되는 것을 특징으로 하는 표시장치의 영상처리방법.
6. 제4항에 있어서,
   n 비트로 양자화된 상기 영상 데이터를 표시패널에 구동하는 단계;를 더 포함하는 표시장치의 영상처리방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 영상 데이터는 디지털 데이터로서 상기 표시패널에 구동되는 것을 특징으로 하는 표시장치의 영상처리방법.

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