KR102490304B1 - 디스플레이장치와 기록매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치는, 디스플레이부와; 영상신호를 수신하는 신호수신부와; 신호수신부를 통해 수신되는 영상신호를 처리하는 신호처리부와; 외부 환경의 밝기를 감지하는 제1감지부와; 제1감지부에 의해 측정된 외부 환경의 밝기 및 디스플레이부의 휘도에 따른 눈부심 레벨이 기 설정된 임계치보다 크면, 영상신호의 특성 및 디스플레이장치의 특성에 따라 디스플레이부에 표시되는 출력 영상의 계조를 변경하도록 신호처리부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이장치와 기록매체 {DISPLAY APPARATUS AND RECORDING MEDIA}
본 발명은 콘텐츠 신호를 처리하여 콘텐츠 영상을 표시하는 디스플레이장치와 기록매체에 관한 것으로서, 상세하게는 사용자가 콘텐츠 영상을 시청할 때에 인지할 수 있는 눈부심 현상을 줄이면서도 콘텐츠 영상의 명암비가 저하되는 것을 방지할 수 있게 개선된 구조의 디스플레이장치와 기록매체에 관한 것이다.
소정의 정보를 특정 프로세스에 따라서 연산 및 처리하기 위해, 연산을 위한 CPU, 칩셋, 메모리 등의 전자부품들을 기본적으로 포함하는 전자장치는, 처리 대상이 되는 정보가 무엇인지에 따라서 다양한 종류로 구분될 수 있다. 예를 들면, 전자장치에는 범용의 정보를 처리하는 PC나 서버 등의 정보처리장치가 있고, 영상 정보를 처리하는 영상처리장치가 있다.
영상처리장치는 영상데이터를 포함하는 콘텐츠 신호를 외부로부터 수신하며, 콘텐츠 신호로부터 추출되는 영상데이터를 다양한 영상처리 프로세스에 따라서 처리한다. 영상처리장치는 처리된 영상데이터를 자체 구비한 디스플레이 패널(display panel) 상에 영상으로 표시하거나, 또는 디스플레이 패널을 구비한 타 디스플레이장치에서 영상으로 표시되도록 이 처리된 영상데이터를 해당 디스플레이장치에 출력한다. 디스플레이 패널을 가지지 않은 영상처리장치의 대표적인 예시로는 셋탑박스(set-top box)가 있다. 디스플레이 패널을 가진 영상처리장치를 특히 디스플레이장치라고 지칭하며 그 예시로는 TV, 모니터, 휴대용 멀티미디어 재생기, 태블릿(tablet), 모바일 폰(mobile phone) 등이 있다.
디스플레이장치의 성능이 향상됨에 따라서, 디스플레이장치의 제조사들은 디스플레이 패널의 최대 휘도가 상대적으로 높은 디스플레이장치를 출시하고 있다. 종래의 디스플레이장치는 디스플레이 패널의 최대 휘도가 수백 니트(nit) 단위의 수준이었으나, 근래에 출시 또는 제안되는 디스플레이장치는 디스플레이 패널의 최대 휘도가 수천 니트에 달한다. 이와 같이 디스플레이 패널의 최대 휘도가 증가함에 따라서, 몇 가지 사용상의 문제점이 발생할 수 있다. 이러한 문제점의 예시로서, 디스플레이장치에 표시되고 있는 콘텐츠 영상을 사용자가 보고 있을 때에 사용자가 시각적으로 느끼는 눈부심 현상이 있다.
종래 기술에 따른 디스플레이장치는 사용자가 눈부심을 느낄 것으로 예상되는 조건을 만족한다고 판단하면, 디스플레이 패널에 표시되는 영상의 휘도를 낮춘다. 이에 의하여 디스플레이 패널로부터 나오는 광량이 줄어들게 되므로 사용자가 느끼는 눈부심의 정도는 줄어든다. 그러나, 디스플레이 패널로부터 나오는 광량이 줄어들게 되면 표시 영상의 명암비 또한 감소되는 바, 결과적으로 디스플레이장치는 화질이 저하된 영상을 사용자에게 제공하게 된다. 따라서, 디스플레이장치는 콘텐츠 영상을 표시함에 있어서, 사용자가 느끼는 눈부심 현상을 줄이면서도 명암비의 감소를 최소화할 수 있는 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치는, 디스플레이부와; 영상신호를 수신하는 신호수신부와; 상기 신호수신부를 통해 수신되는 상기 영상신호의 입력 영상을 처리하는 신호처리부와; 외부 환경의 밝기를 감지하는 제1감지부와; 상기 제1감지부에 의해 측정된 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도에 따른 눈부심 레벨이 기 설정된 임계치보다 크면, 상기 영상신호의 특성 및 상기 디스플레이장치의 특성에 따라 상기 디스플레이부에 표시되는 출력 영상의 계조를 변경하도록 상기 신호처리부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 디스플레이장치는 눈부심 현상이 발생하는 것을 억제하면서도, 영상의 명암비가 저하되는 것을 최소화시킬 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 입력 영상의 고계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율이 상기 입력 영상의 저계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율과 상이하도록 조정할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는, 상기 고계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율을 상기 저계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율보다 커지게 조정할 수 있다. 이로써, 디스플레이장치는 출력 영상의 휘도가 전체적으로 저하된 상태 하에서도 선명한 명암비를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 입력 영상의 계조값들의 분포에 기초하여 상기 입력 영상 내에서 고계조 범위 및 저계조 범위를 구분하는 계조값을 도출할 수 있다. 이로써, 디스플레이장치는 영상 내에서 고계조 범위 및 저계조 범위를 용이하게 구분할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 입력 영상의 고계조 범위 및 저계조 범위 중에서 상기 고계조 범위가 차지하는 면적의 비율에 반비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 디스플레이부의 픽셀 피치의 크기에 비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정할 수 있다.
또한, 상기 눈부심 레벨은, 상기 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도 사이의 차이에 비례하게 결정될 수 있다.
또한. 사용자의 위치를 감지하는 제2감지부를 더 포함하며, 상기 눈부심 레벨은, 상기 제2감지부에 의해 감지되는 상기 디스플레이부 및 사용자 사이의 거리에 반비례하고, 상기 디스플레이부의 크기에 비례하게 결정될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 프로세서에 의해 실행 가능한 방법의 프로그램 코드가 저장된 기록매체에 있어서, 상기 방법은, 입력 영상에 관한 영상신호를 수신하는 단계와; 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이장치의 디스플레이부의 휘도에 따른 눈부심 레벨이 기 설정된 임계치보다 큰지 여부를 판단하는 단계와; 상기 눈부심 레벨이 상기 임계치보다 크면, 상기 영상신호의 특성 및 상기 디스플레이장치의 특성에 따라 출력 영상의 계조를 변경하는 단계와; 상기 계조가 변경된 출력 영상을 상기 디스플레이부에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 출력 영상의 계조를 변경하는 단계는, 상기 입력 영상의 고계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율이 상기 입력 영상의 저계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율과 상이하도록 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율은 상기 저계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율보다 커지게 조정될 수 있다.
또한, 상기 출력 영상의 계조를 변경하는 단계는, 상기 입력 영상의 계조값들의 분포에 기초하여 상기 입력 영상 내에서 고계조 범위 및 저계조 범위를 구분하는 계조값을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 영상의 계조를 변경하는 단계는, 상기 입력 영상의 고계조 범위 및 저계조 범위 중에서 상기 고계조 범위가 차지하는 면적의 비율에 반비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 출력 영상의 계조를 변경하는 단계는, 상기 디스플레이부의 픽셀 피치의 크기에 비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 눈부심 레벨은, 상기 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도 사이의 차이에 비례할 수 있다.
또한, 상기 눈부심 레벨은, 상기 디스플레이부 및 사용자 사이의 거리에 반비례하고, 상기 디스플레이부의 크기에 비례할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 소정의 사용 환경 하에서 영상을 표시하는 모습을 나타내는 예시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 구성 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 영상을 처리하는 구조를 나타내는 구성 블록도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 표시하는 세 영상의 휘도 분포 비교를 나타내는 예시도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치에 표시되는 일 영상프레임의 계조값 분포를 나타내는 히스토그램,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 톤 맵핑 기법을 수행하기 위한 톤 맵핑 커브를 나타내는 그래프,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이장치가 톤 맵핑 기법을 수행하기 위한 톤 맵핑 커브를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들에 관해 상세히 설명한다. 이하 실시예들의 설명에서는 첨부된 도면들에 기재된 사항들을 참조하는 바, 각 도면에서 제시된 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 나타낸다.
만일, 실시예에서 제1구성요소, 제2구성요소 등과 같이 서수를 포함하는 용어가 있다면, 이러한 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용되는 것이며, 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용되는 바, 이들 구성요소는 용어에 의해 그 의미가 한정되지 않는다. 실시예에서 사용하는 용어는 해당 실시예를 설명하기 위해 적용되는 것으로서, 본 발명의 사상을 한정하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치(100)가 소정의 사용 환경 하에서 영상(C)을 표시하는 모습을 나타내는 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이장치(100)는 콘텐츠 신호를 처리하여 디스플레이 패널(130) 상에 콘텐츠 영상(C)을 표시한다.
디스플레이장치(100)는 개략적으로 다음과 같은 프로세스에 따라서 콘텐츠 영상(C)을 표시한다. 디스플레이장치(100)는 콘텐츠 신호를 디멀티플렉싱함으로써 콘텐츠 신호 내의 신호성분들로부터 영상신호를 분류한다. 디스플레이장치(100)는 영상신호를 디코딩한다. 영상신호 내의 일 영상프레임은 각 픽셀에 대한 계조값을 가진다. 디스플레이장치(100)는 톤 맵핑(tone mapping) 기법을 사용하여, 영상프레임의 각 픽셀 별 계조값을 디스플레이 패널(130)의 특성에 대응하도록 조정한다. 디스플레이 패널(130)의 특성의 예시로는, 디스플레이 패널(130)이 출력 가능한 최대휘도가 될 수 있다. 디스플레이장치(100)는 조정된 픽셀 별 계조값에 대응하는 휘도로, 디스플레이 패널(130)에 해당 영상프레임을 표시한다. 이와 같은 프로세스를 각 영상프레임들에 대해 순차적으로 수행함으로써, 디스플레이장치(100)는 콘텐츠 영상(C)을 디스플레이 패널(130) 상에 표시한다.
톤 맵핑 기법은 입력 영상프레임의 각 픽셀 별 계조값을 디스플레이 패널(130)에서 표현 가능한 휘도 범위(range)로 맵핑하는 기법이다. 예를 들어 HDR(high dynamic range)의 영상프레임을 LDR(low dynamic range)의 디스플레이 패널(130)에 표시하고자 한다면, 디스플레이장치(100)는 영상프레임의 저계조 범위에서는 충분한 레인지를 보존하고, 고계조 범위로 갈수록 레인지를 제한한다. 어떠한 형태로 톤 맵핑 기법을 적용할지에 관해서는 여러 가지 방식이 가능하다.
디스플레이 패널(130)이 낼 수 있는 최대 휘도는 제품 또는 모델에 따라서 각기 상이할 수 있다. 최대휘도가 얼마나 되는 디스플레이 패널(130)이 디스플레이장치(100)에 적용될 것인가에 관한 것은, 여러 가지 원인에 따라서 결정될 수 있다. 예를 들면, 디스플레이장치(100)의 사용 환경에 따라서 디스플레이 패널(130)에 요구되는 최대 휘도가 결정될 수 있다. TV와 같이 실내 환경에서 사용되는 디스플레이장치(100)는, 1000니트(nit) 미만의 수백 니트 수준의 최대휘도를 낼 수 있는 성능의 디스플레이 패널(130)을 가진다. 여기서, 니트는 1cd/m2의 광도를 가지는 표면의 밝기를 나타낸다. 반면, 디지털 사이니지(digital signage)와 같이 실외 환경에서 사용되는 디스플레이장치(100)는, 2000니트 이상의 최대휘도를 낼 수 있는 디스플레이 패널(130)을 필요로 할 수 있다.
그런데, 디스플레이 패널(130)의 최대휘도가 수천 니트 정도로 상대적으로 높은 레벨인 경우에, 사용자(U)는 콘텐츠 영상(C)을 시청하는 동안에 눈부심 현상을 느낄 수 있다. 예를 들면, 사용자(U)는 디스플레이 패널(130)에 유효평균 휘도레벨이 높은 영상프레임이 표시될 때에, 디스플레이장치(100)의 주변 환경의 밝기 및 디스플레이 패널(130)로부터 사용자(U)까지의 거리 등에 따라서 눈부심 현상을 느낄 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치는 눈부심 현상이 발생하지 않는 통상적인 조건 하에서, 입력 영상의 계조값들을 톤 맵핑에 따라서 출력 영상의 계조값들로 변환하고, 변환된 출력 영상의 계조값에 따라서 출력 영상을 디스플레이 패널에 표시한다. 반면, 디스플레이장치는 눈부심 현상이 발생하는 것으로 감지되면,입력 영상의 특성 및 디스플레이장치의 특성에 따라서 톤 맵핑의 설정을 조정하고 이 조정된 톤 맵핑을 입력 영상의 계조값들의 변환에 적용함으로써, 출력 영상의 계조를 변경시킨다.
눈부심 현상은 개략적으로 디스플레이장치(100)의 주변 환경의 밝기에 대한 디스플레이장치(100)의 표시 영상의 휘도의 비로 나타낼 수 있다. 양자간의 차이가 클수록 사용자가 느끼는 눈부심 현상은 현저하게 나타난다. 예를 들어 주변 환경의 밝기를 E, 표시 영상의 휘도를 L, 눈부심 현상의 판단을 위한 기 설정된 제1임계치를 Th1이라고 할 때, 눈부심 현상은 (L/E)로 나타낼 수 있다. (L/E)≤Th1이라면 눈부심 현상이 발생하지 않는 것이며, (L/E)>Th1이라면 눈부심 현상이 발생하는 것이라고 판단이 가능하다.
제1임계치는, 눈부심 현상이 발생하였는지 판단하기 위해 기준이 되는, 눈부심 인지 레벨의 비교값이다. 예를 들면, 눈부심 인지 레벨은 0부터 10까지의 값으로 산출될 수 있는데, 눈부심 인지 레벨이 예를 들어 6보다 높으면 눈부심 현상이 발생하였다고 판단될 수 있다. 이 경우에, 레벨 6이 눈부심 현상의 발생 여부를 판단하는 임계치가 된다.
디스플레이장치가 출력 영상의 유효평균 휘도레벨이 저감되도록 출력 영상의 계조를 변경시키면 (L/E)에서 L의 값이 낮아지는 것이며, (L/E)>Th1인 상태에서부터 (L/E)≤Th1이 되도록 L을 낮추게 되면 눈부심 현상이 해소된다는 것을 의미한다.
여기서, 디스플레이장치(100)는 출력 영상의 유효평균 휘도레벨의 저감을 위한 출력 영상의 계조가 단순히 선형적으로 일정하게 변화하도록 조정하는 것이 아니라, 입력 영상의 특정 계조값을 기준으로 출력 영상의 계조가 비선형적으로, 전체적으로 일정하지 않게 변화하도록 조정한다. 즉, 디스플레이장치(100)는 입력 영상의 고계조 범위에 대한 출력 영상의 계조값의 변화율이, 입력 영상의 저계조 범위에 대한 출력 영상의 계조값의 변화율과 상이하도록 조정한다. 고계조 범위 및 저계조 범위의 구분에 관해서는 후술한다.
이로써, 디스플레이장치(100)는 콘텐츠 영상의 눈부심 현상을 해소하면서도 명암비 저하를 최소화할 수 있다.
이하, 디스플레이장치(100)의 구성 및 동작에 관해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치(100)의 구성 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치(100)는 다양한 콘텐츠소스(10)로부터 콘텐츠 신호를 제공받는다. 본 실시예에서는 디스플레이장치(100)가 TV로 구현되는 경우를 고려하지만, 이러한 실시예는 본 발명의 사상이 구현될 수 있는 유일한 예시가 아니며, 콘텐츠 신호를 처리하여 콘텐츠 영상을 표시할 수 있는 태블릿(tasblet), PC, 모바일 폰(mobile phone), 웨어러블 디바이스(wearable device) 등 다양한 종류의 장치에 본 발명의 사상이 적용될 수 있다.
디스플레이장치(100)는 콘텐츠소스(10)로부터 콘텐츠 신호를 수신하는 신호수신부(110)와, 신호수신부(110)를 통해 수신되는 콘텐츠 신호를 처리하는 신호처리부(120)와, 신호처리부(120)에 의해 처리되는 콘텐츠 신호에 의한 콘텐츠 영상을 표시하는 디스플레이 패널(130)와, 신호처리부(120)에 의해 처리되는 콘텐츠 신호에 의한 콘텐츠 음향을 출력하는 스피커(140)와, 사용자에 의한 입력 동작이 수행되는 사용자입력부(150)와, 데이터가 저장되는 저장부(160)와, 외부 밝기를 감지하는 제1감지부(170)와, 외부의 소정 오브젝트를 감지하는 제2감지부(180)와, 신호처리부(120)의 처리를 위한 연산 및 디스플레이장치(100)의 제반 동작의 제어를 수행하는 제어부(190)를 포함한다. 이들 구성요소들은 시스템 버스를 통해 상호 접속된다.
신호수신부(110)는 콘텐츠소스(10)와 같은 외부장치로부터 콘텐츠 신호를 수신하기 위한 통신모듈을 포함한다. 신호수신부(110)는 기본적으로 외부로부터의 신호나 데이터를 수신하기 위한 구성이지만, 이에 한정되지 않고 양방향 통신을 구현할 수 있다. 신호수신부(110)는 예를 들면 RF 방송신호를 지정된 주파수로 튜닝하게 마련된 튜닝 칩(tuning chip), 인터넷으로부터 패킷 데이터를 유선으로 수신하는 이더넷(Ethernet) 모듈, 패킷 데이터를 무선으로 수신하는 무선통신모듈, USB 메모리와 같은 외부 메모리가 접속되는 접속포트 등의 구성요소 중에서 적어도 하나 이상을 포함한다. 즉, 신호수신부(110)는 다양한 종류의 통신 프로토콜에 각기 대응하는 통신모듈 또는 포트 등이 조합된 데이터 입력 인터페이스를 포함한다.
신호처리부(120)는 신호수신부(110)에 수신되는 콘텐츠 신호에 대해 다양한 프로세스를 수행함으로써 콘텐츠를 재생한다. 신호처리부(120)는 인쇄회로기판 상에 장착되는 칩셋, 버퍼, 회로 등으로 구현되는 하드웨어 프로세서를 포함하며, 설계 방식에 따라서는 SOC(system on chip)으로 구현될 수도 있다. 기본적으로, 신호처리부(120)는 콘텐츠 영상이 디스플레이 패널(130)에 표시되고 콘텐츠 오디오가 스피커(140)로부터 출력되도록 콘텐츠 신호를 처리한다.
신호처리부(120)는 콘텐츠 신호를 디멀티플렉싱하여 영상신호 및 오디오신호로 분리하는 디먹스(DEMUX)(121)와, 디먹스(121)로부터 출력되는 영상신호를 영상처리 프로세스에 따라서 처리함으로써 디스플레이 패널(130)에 콘텐츠 영상이 표시되게 하는 영상처리부(123)와, 디먹스(121)로부터 출력되는 오디오신호를 오디오신호 프로세스에 따라서 처리함으로써 스피커(140)로부터 콘텐츠 오디오가 출력되게 하는 음향처리부(125)를 포함한다.
디먹스(121)는 멀티플렉싱된 상태의 콘텐츠 신호 내의 각 패킷들을 PID에 따라서 구분함으로써, 콘텐츠 신호를 영상신호, 오디오신호, 부가데이터신호 등의 하위 신호들로 분류시킨다. 디먹스(121)는 분류된 하위 신호들 중에서, 영상신호는 영상처리부(123)로 출력하고, 오디오신호는 음향처리부(125)로 출력한다. 다만, 모든 콘텐츠 신호가 디먹스(121)에 의해 분리되어야 하는 것은 아니며, 콘텐츠 신호가 영상신호 및 오디오신호로 각기 구분되어 디스플레이장치(100)에 제공되는 경우라면 디먹스(121)에 의한 디멀티플렉싱 처리가 불필요할 수 있다.
영상처리부(123)는 하드웨어 프로세서 칩으로 구현되며, 영상신호에 대해 디코딩, 영상강화, 스케일링 등의 영상처리 프로세스를 수행하고, 디스플레이 패널(130)에 출력한다. 영상처리부(123)는 설계 방식에 따라서 복수의 프로세서 칩의 조합을 포함할 수 있다.
음향처리부(125)는 하드웨어 DSP로 구현되며, 오디오신호에 대해 채널 별 구분, 증폭, 볼륨 조정 등의 오디오처리 프로세스를 수행하고, 스피커(140)에 출력한다. 스피커(140)가 복수 개의 단위 스피커를 포함하는 경우에, 음향처리부(125)는 오디오신호를 채널 별로 구분 및 처리하고, 처리된 채널 별 신호들을 개별 단위 스피커에 각기 출력한다.
디스플레이 패널(130)은 영상처리부(123)에 의해 처리되는 영상신호를 영상으로 표시한다. 디스플레이 패널(130)의 구현 방식은 한정되지 않으며, 액정 방식과 같은 수광 구조 또는 OLED 방식과 같은 자발광 구조의 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(130)은 구현 방식에 따라서 부가적인 구성을 추가적으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 패널(130)이 액정 방식인 경우에, 디스플레이 패널(130)은 광을 공급하는 백라이트유닛과, 디스플레이 패널(130)을 구동시키는 패널구동기판 등을 포함한다.
스피커(140)는 신호처리부(120)에 의해 처리되는 오디오데이터를 음향으로 출력한다. 스피커(140)는 어느 한 오디오채널의 오디오데이터에 대응하게 마련된 단위 스피커를 포함하며, 복수 오디오채널의 오디오데이터에 각기 대응하도록 복수의 단위 스피커를 포함할 수 있다.
사용자입력부(150)는 사용자의 조작 또는 입력에 따라서 기 설정된 다양한 제어 커맨드 또는 정보를 제어부(190)에 전달한다. 즉, 사용자입력부(150)는 사용자의 의도에 따라서 사용자의 조작에 의해 발생하는 다양한 이벤트를 신호처리부(120)에 전달함으로써, 제어부(190)가 해당 이벤트에 대응하여 동작하도록 한다.
사용자입력부(150)는 정보의 입력방식에 따라서 다양한 형태로 구현될 수 있는 바, 예를 들면 사용자입력부(150)는 디스플레이장치(100) 외측에 설치된 키, 디스플레이 패널(130)에 설치된 터치스크린, 사용자의 발화가 입력되는 마이크로폰, 사용자의 제스쳐 등을 촬영 또는 감지하기 위한 카메라, 센서 등과 같은 디스플레이장치(100)에 설치된 사용자 인터페이스 환경을 포함한다. 리모트 컨트롤러 또한 사용자 인터페이스 환경의 한 가지 구성이라고 볼 수 있다. 다만, 리모트 컨트롤러는 디스플레이장치(100)의 본체와 분리된 구성이므로, 디스플레이장치(100) 본체에 마련된 별도의 제어신호 수신부를 통해 디스플레이장치(100)에 제어신호를 전송한다.
저장부(160)는 신호처리부(120) 및 제어부(190)의 처리 및 제어에 따라서 다양한 데이터가 저장된다. 저장부(160)는 신호처리부(120) 및 제어부(190)에 의해 억세스됨으로써, 데이터의 독취, 기록, 수정, 삭제, 갱신 등이 수행된다. 저장부(160)는 디스플레이장치(100)의 시스템 전원의 제공 유무와 무관하게 데이터를 보존할 수 있도록 플래시메모리(flash-memory), 하드디스크 드라이브(hard-disc drive), SSD(solid-state drive) 등과 같은 비휘발성 메모리와, 신호처리부(120)에 의해 처리되는 데이터가 임시로 로딩되기 위한 버퍼, 램 등과 같은 휘발성 메모리를 포함한다.
제1감지부(170)는 디스플레이장치(100)의 외부 환경의 밝기를 감지하고, 감지된 밝기를 수치화한 정보를 출력한다. 제1감지부(170)로부터 출력된 정보에 기초하여, 현재 디스플레이장치(100) 외부 환경의 광량이 어느 정도인지가 정량적으로 판단될 수 있다. 제1감지부(170)는 조도센서, 포토센서 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 설계 방식에 따라서는, 제1감지부(170)가 독립적인 장치로 구현됨으로써 디스플레이장치(100)와 이격되게 설치될 수도 있으며, 이 경우에는 제1감지부(170)로부터의 정보가 디스플레이장치(100)에 유선 또는 무선으로 전달된다.
제2감지부(180)는 디스플레이장치(100)의 외부 환경에서 소정의 오브젝트의 위치 또는 이동 여부 등을 감지한다. 제2감지부(180)는 예를 들면 디스플레이장치(100)를 기준으로 하여, 사용자의 상대적인 위치 및 사용자의 이격 거리를 감지할 수 있다. 이를 위하여, 제2감지부(180)는 카메라나 초음파 센서 등으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서는 제1감지부(170) 및 제2감지부(180)가 모두 디스플레이장치(100)의 구성요소인 것으로 나타내고 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다. 제1감지부(170) 및 제2감지부(180) 중 적어도 어느 하나가 디스플레이장치(100)와 별개의 장치로서 마련되며, 감지 정보를 디스플레이장치(100)에 전송하도록 통신을 수행하는 것도 가능하다. 즉, 디스플레이장치(100)는 제1감지부(170) 또는 제2감지부(180)를 포함하지 않고, 외부 환경의 밝기 정보 또는 사용자의 위치 정보 등을 외부로부터 수신할 수도 있다.
제어부(190)는 CPU, 마이크로 프로세서 등으로 구현됨으로써, 신호처리부(120)를 비롯한 디스플레이장치(100) 내의 구성요소들의 동작을 제어한다.
이하, 본 실시예에 따른 디스플레이장치(100)는 입력 영상의 톤 맵핑을 수행함에 있어서 다음과 같은 프로세스를 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치의 제어방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 3에 도시된 바와 같이, S110 단계에서 디스플레이장치는 입력 영상을 수신한다. 입력 영상은 콘텐츠 신호로부터 추출되는 영상신호를 의미하며, 출력 영상은 최종적으로 디스플레이 패널 상에 표시되는 영상을 의미한다.
S120 단계에서 디스플레이장치는 기 설정된 톤 맵핑 알고리즘에 의해 입력 영상 내의 각 픽셀의 계조값을 출력 영상의 계조값으로 변환한다. 예를 들면, 디스플레이장치는 기 설정된 톤 맵핑 커브에 따라서, 입력 영상의 일 픽셀의 계조값을 디스플레이 패널의 특성에 맞게 제1값으로 조정한다.
S130 단계에서 디스플레이장치는 변환된 계조값으로 출력 영상을 표시한다.
S140 단계에서 디스플레이장치는 눈부심 현상이 발생하는지 여부를 감지 또는 판단한다. 이와 같은 판단 기준은, 입력 영상의 평균 계조값, 입력 영상의 계조 분포, 주변 환경의 밝기, 사용자 대비 디스플레이 패널의 상대적 크기 등 다양한 패러미터를 종합하여 마련된다.
눈부심 현상이 발생하지 않은 것으로 판단되면, 디스플레이장치는 톤 맵핑 커브를 조정하지 않는다. 반면, 눈부심 현상이 발생하는 것으로 감지되면, 디스플레이장치는 다음과 같은 프로세스에 따라서 기 설정된 톤 맵핑 커브를 조정한다.
눈부심 현상이 발생하는 것으로 판단되면, 디스플레이장치는 입력 영상에서 저계조 범위 및 고계조 범위을 구분하기 위한 계조값을 산출한다. 본 계조값을 본 실시예에서는 기준 계조값이라고 지칭하나, 이러한 용어는 실시예에서의 설명을 위해 편의상 적용된 것임을 밝힌다. 이러한 기준 계조값의 산출 방식은 다양한 알고리즘이 적용될 수 있으며, 구체적인 예시에 관해서는 후술한다.
디스플레이장치는 눈부심 발생 현상에 응답하여 입력 영상의 각 계조값에 대응하는 출력 영상의 계조값을 감소시킴으로써, 출력 영상의 유효평균 휘도레벨이 눈부심 현상이 발생하지 않을 때의 유효평균 휘도레벨보다 기 설정 값만큼 낮아지게 한다. 즉, 디스플레이장치는 입력 영상의 일 픽셀의 계조값 대비 출력 영상의 계조값을 디폴트인 제1값이 아닌, 제1값보다 작은 제2값으로 결정한다. 유효평균 휘도레벨이 원 상태보다 낮아지게 되므로 사용자가 느끼는 눈부심 현상은 해소될 수 있다. 그러나, 이 상태로는 전체적인 출력 영상에서 명암비의 저하 현상이 나타날 수 있다.
이에, S150 단계에서 디스플레이장치는 입력 영상의 고계조 범위에서 출력 영상의 계조 변화율이 입력 영상의 저계조 범위에서의 경우와 상이하게 조정한다. 구체적으로, 디스플레이장치는 출력 영상의 계조 변화율이 저계조 범위에서보다 고계조 범위에서 상대적으로 커지게 조정한다. 이와 같은 조정에 의해, 입력 영상의 일 픽셀의 계조값 대비 출력 영상의 계조값은 제1값으로부터 제2값으로 결정된 이후, 제2값을 유지하거나 또는 새로운 제3값으로 재조정될 수 있다.
여기서, S150 단계의 동작은 다른 관점에서 여러 가지로 표현될 수 있다. 예를 들면, 8비트 입력 영상에 있어서 0부터 소정의 기준값 A까지인 계조값의 범위가 저계조 범위이고, 기준값 A부터 255까지인 계조값의 범위가 고계조 범위라고 한다. 입력 영상의 계조값에 대응하는 출력 영상의 계조값이 디폴트 값보다 저감되는 정도는, 저계조 범위에서 입력 영상의 계조값이 0부터 A까지 증가함에 따라서 점점 커지며, 고계조 범위에서 입력 영상의 계조값이 A로부터 255까지 증가함에 따라서 점점 작아진다.
S160 단계에서 디스플레이장치는 조정된 계조값으로 출력 영상을 표시한다. 일반적으로 사람은 어두운 곳의 차이는 잘 구분하지만, 밝은 곳의 차이는 잘 구분하지 못한다. 디스플레이장치는 고계조 범위에서의 출력 휘도의 변화를 상대적으로 급격하게 함으로써, 고계조 범위에서의 각 픽셀들의 명암 차이가 보다 명확하게 한다. 이에 비해, 디스플레이장치는 저계조 범위에서의 출력 휘도의 변화를 상대적으로 완만하게 함으로써, 고계조 범위에서의 조정으로 인한 평균 출력 휘도의 증가를 억제할 수 있다.
따라서, 상기와 같은 조정 동작에 의해, 디스플레이장치는 눈부심 방지를 위해 표시 영상의 유효평균 휘도레벨이 저감된 상태 하에서도, 표시 영상이 상대적으로 선명한 명암비를 나타내도록 할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 디스플레이장치가 수행하는 구체적인 처리 동작에 관해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 영상을 처리하는 구조를 나타내는 구성 블록도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 디스플레이장치는 주변환경 밝기 측정부(210), 임계치 결정부(220), 눈부심 모델 저장부(230), 평균휘도 계산부(240), 장치정보 저장부(250), 휘도 동적범위 조절부(260), 디스플레이 패널(270)을 포함한다. 상기한 구성요소들은 기능 별로 구분된 것으로서, 실제로 하드웨어, 소프트웨어, 하드웨어 및 소프트웨어의 조합 등으로 구현될 수 있으며, 앞서 설명한 디스플레이장치의 구성요소들로 대체될 수 있다.
예를 들면, 앞선 도 2에서 설명한 바와 같은 디스플레이장치의 구조 내에서, 영상처리부(123)는 임계치 결정부(220), 평균휘도 계산부(240), 휘도 동적범위 조절부(160)를 포함하고, 저장부(160)는 눈부심 모델 저장부(230), 장치정보 저장부(250)를 저장한다.
주변환경 밝기 측정부(210)는 디스플레이장치의 주변 환경의 밝기를 측정하는 센서로 구현되는 바, 제1감지부(170)가 주변환경 밝기 측정부(210)를 포함한다. 만일 주변환경 밝기 측정부(210)가 제1감지부(170)로부터의 감지 결과에 따라서 주변 환경의 밝기를 산출하는 구조라면, 주변환경 밝기 측정부(210)는 영상처리부(123)에 포함되는 구성일 수도 있다. 주변환경 밝기 측정부(210)는 측정된 휘도값을 임계치 결정부(220)에 전달한다.
임계치 결정부(220)는 눈부심 모델 저장부(230)의 데이터를 기초로 하여 제2임계치를 결정한다. 여기서, 제2임계치는 눈부심 현상의 발생에 대응하여 감소되는 출력 영상의 유효평균 휘도레벨의 상한을 의미하는 바, 눈부심 현상을 해소하기 위해서는 출력 영상의 유효평균 휘도레벨이 제2임계치보다 낮아져야 한다. 즉 앞서 설명한 바와 같이 눈부심 레벨이 제1임계치보다 작아져서 (L/E)≤Th1의 상태가 되도록 하기 위해 L값이 가질 수 있는 상한을 의미한다.
즉, 임계치 결정부(220)에서 결정하는 제2임계치는 출력 영상의 유효평균 휘도레벨을 어느 레벨까지 감소시킬지에 관한 값인 바, 디스플레이장치는 눈부심 현상이 발생하면 출력 영상의 유효평균 휘도레벨을 제2임계치 이하까지 감소시킨다. 임계치 결정부(220)는 주변환경 밝기 측정부(210)로부터의 데이터, 눈부심 모델 저장부(230)의 데이터, 평균휘도 계산부(240)로부터의 데이터 등에 기초하여 제2임계치를 판단한다.
눈부심 모델 저장부(230)는 눈부심 현상을 결정하는 요소에 따른 눈부심 현상의 인지에 관한 정보를 저장한다. 눈부심 현상을 결정하는 요소로는, 주변 환경의 휘도, 디스플레이 패널의 평균휘도 레벨, 사용자의 시청 거리, 디스플레이 패널의 크기, 디스플레이 패널의 픽셀 피치 등이 있다. 픽셀 피치는 서로 인접하는 두 픽셀 사이의 거리를 나타낸다. 픽셀 피치가 상대적으로 작은 디스플레이 패널은 픽셀 피치가 상대적으로 큰 디스플레이 패널에 비해 출력 영상의 선명도가 높다. 따라서, 사용자는 픽셀 피치가 상대적으로 작은 디스플레이 패널에 표시되는 출력 영상에서 외곽 아티팩트(contour artifact)를 현저히 인지하게 된다. 이에 관한 내용은 후술한다.
눈부심 모델 저장부(230)는 임계치 결정부(220)가 제2임계치, 즉 출력 영상의 유효평균 휘도레벨을 저감시키는 정도를 결정하기 위한 눈부심 모델 정보를 저장하고 있지만, 반드시 눈부심 모델 정보가 눈부심 모델 저장부(230)에 저장되어 있어야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 눈부심 모델 정보가 눈부심 모델 저장부(230)에 저장되어 있지 않고, 별도의 구성요소들에 의해 실시간으로 취득되어 임계치 결정부(220)에 전달될 수도 있다. 예를 들면, 사용자의 시청 거리 등의 정보는 카메라 또는 초음파 센서 등으로 마련된 제2감지부(180)에 의해 감지될 수 있고, 픽셀 피치 정보는 장치정보 저장부(250)와 같은 별도의 구성요소로부터 취득될 수 있다.
눈부심 모델 저장부(230)는 이러한 요소들로부터 눈부심 인지 레벨을 계산하는 수식을 포함할 수 있으며, 또는 이러한 요소들에 대응하는 눈부심 인지 레벨의 구체적인 수치를 테이블 형태로 가질 수 있다. 예를 들어 눈부심 인지 레벨이 앞서 설명한 바와 같이 특정한 제1임계치를 넘는다면, 현재 표시 영상에 대해 눈부심 현상이 발생하는 것으로 판단될 수 있다.
눈부심 결정 요소들로부터 눈부심 인지 레벨 Br을 계산하는 방법은 여러 가지가 가능하며, 예를 들면 다음 수식의 원리에 따를 수 있다.
[수학식 1]
Br∝log[(Ls)a(Ws)b/(Lb)c]
Ls는 사용자가 인지하는 디스플레이 패널(270)의 유효평균 휘도레벨이며, Lb는 주변환경의 휘도이며, Ws는 사용자의 시청거리에 따른 디스플레이 패널(270)의 상대적인 크기로서 디스플레이 패널(270)의 면적에 비례하고 시청거리의 제곱에 반비례한다. 위 수식에서 a, b, c는 실험을 통해 얻어지는 데이터에 기초하여 결정되는 상수이다. 눈부심 인지 레벨 Br은 디스플레이 패널(270)가 밝을수록, 시청거리가 가깝거나 디스플레이 패널(270)의 크기가 클수록, 주변환경이 어두울수록 심해진다.
평균휘도 계산부(240)는 입력 영상을 분석하여, 예를 들면 다음 수식에 따라서 Ls를 계산한다.
[수학식 2]
Ls=MAX[Ihvs(x,y)｜0≤x≤W, 0≤y≤H]
Ihvs=n(I*Whvs)
I는 출력 영상을 의미하는 바, I(x,y)는 입력 영상의 (x,y)번째 픽셀이 디스플레이 패널(270)에 표시될 때의 휘도값을 나타낸다. '*'는 콘볼루션(Convolution) 기호이며, W는 입력 영상의 가로 픽셀 개수이고 H는 입력 영상의 세로 픽셀 개수이다. n은 정규화를 위한 임의의 상수이고, Whvs는 입력 영상과 동일한 크기로 마련되는 매트릭스로서, 출력 영상에 대한 사용자의 시선에 따라서 사용자가 인지하는 휘도의 비율값을 나타낸다. 일반적으로 Whvs(x,y)는 (x,y)가 사용자의 응시 지점에 근접할수록 커지며, (x,y)가 사용자의 응시 지점으로부터 멀어질수록 작아진다. 영상에 대한 사용자의 응시 지점은 실험에 따라서 결정될 수 있지만, 일반적으로 영상의 중앙 영역으로 간주된다.
따라서, Ihvs(x,y)는 사용자가 출력 영상을 응시했을 때에 사용자가 (x,y) 지점에 대해 느끼는 밝기를 나타내며, Ls는 사용자가 출력 영상을 볼 때에 느끼는 최대 밝기를 나타낸다.
사용자가 인지하는 영상의 유효평균 휘도레벨은, 실제로 디스플레이 패널(270)에 표시되는 영상의 유효평균 휘도레벨과 반드시 동일한 것은 아니며, 영상 내 고계조 범위의 분포에 따라서 달라질 수 있다. 이에 관한 설명은 후술한다.
장치정보 저장부(250)는 디스플레이 패널(270)의 픽셀 사이의 간격인 픽셀 피치 값, 디스플레이 패널(270)의 크기와 최대휘도 등의 밝기 특성에 관한 정보를 포함한다.
휘도 동적범위 조절부(260)는 앞서 설명한 각 구성요소들에 의한 판단 결과에 기초하여, 눈부심 현상의 발생 여부를 판단하고 이에 따라서 톤 맵핑 커브를 조절한다. 휘도 동적범위 조절부(260)는 조절한 톤 맵핑 커브에 따라서 입력 영상의 각 픽셀의 계조값을 조정함으로써 입력 영상의 계조값을 출력 영상의 계조값으로 변환하고, 변환된 계조값에 따라서 출력 영상이 디스플레이 패널(270)에 표시되게 한다.
이하, 영상 내 고계조 범위의 분포에 따라서 사용자가 인지하는 영상의 유효평균 휘도레벨에 차이가 발생하는 예시에 관해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 표시하는 세 영상(310, 320, 330)의 휘도 분포 비교를 나타내는 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 디스플레이장치는 휘도 분포가 상이한 세 영상(310, 320, 330)을 각기 표시할 수 있다. 여기서, 세 영상(310, 320, 330)은 흑색 또는 해칭 상태로 나타나는 저계조 범위 대비 백색으로 나타나는 고계조 범위의 비율이 동일하므로, 디스플레이 패널에 표시됨에 있어서 유효평균 휘도레벨이 동일하다. 그러나, 각 영상(310, 320, 330)의 중앙에 있는 원이 사용자가 응시하는 응시 지점이라고 할 때, 사용자가 느끼는 유효평균 휘도레벨은 각 영상(310, 320, 330)이 동일하지 않다.
세 영상(310, 320, 330)은 저계조 범위 대비 고계조 범위의 비율이 상호 동일한 반면, 저계조 범위 및 고계조 범위의 분포가 상이하다. 제1영상(310)에서는 응시 지점을 중심으로 하는 소정 범위 내에 고계조 범위의 비율이 상대적으로 크다. 제2영상(320)에서는 해당 범위 내에 고계조 범위 및 저계조 범위의 비율이 거의 동일하다. 제3영상(330)에서는 해당 범위 내에 저계조 범위의 비율이 상대적으로 크다. 따라서, 실제로 사용자가 느끼는 유효평균 휘도레벨은 제1영상(310)이 가장 높고, 제2영상(320)이 그 다음이며, 제3영상(330)이 가장 낮다.
예를 들어 각 영상(310, 320, 330)이 디스플레이 패널에 표시될 때의 실제 평균휘도레벨이 800니트라고 가정한다. 그러나, 사용자가 인지하는 평균휘도레벨은 제1영상(310)의 경우에 600니트, 제2영상(320)의 경우에 400니트, 제3영상(330)의 경우에 300니트로 각각 나타날 수 있다. 만일 눈부심 현상의 발생 여부를 판단하기 위한 문턱값이 500니트라고 설정되어 있다면, 디스플레이장치는 사용자가 인지하는 평균휘도레벨이 문턱값보다 높은 제1영상(310)이 표시될 때에 눈부심 현상이 발생하였다고 판단하지만, 제2영상(320) 또는 제3영상(330)이 표시될 때에 눈부심 현상이 발생하였다고 판단하지 않을 수 있다.
이와 같이, 디스플레이장치는, 디스플레이 패널에 표시되는 영상의 실제 유효평균 휘도레벨이 특정 수치보다 높은 조건 하에서, 사용자의 응시 지점을 포함하는 소정 면적의 영역, 예를 들면 해당 영상의 중앙영역 내에서 고계조 범위가 점유하는 면적이 저계조 범위가 점유하는 면적보다 상대적으로 소정 비율 이상 높으면, 눈부심 현상이 발생하였다고 판단할 수 있다. 물론, 이러한 방법은 한 가지 예시일 뿐인 바, 눈부심 현상의 판단을 위한 기준은 다양한 기술 및 방법이 적용될 수 있다.
이하, 일 영상프레임 내에서 저계조 범위 및 고계조 범위를 구분하는 방법에 관해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치에 표시되는 일 영상프레임의 계조값 분포를 나타내는 히스토그램(400)이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 입력 영상의 일 영상프레임으로부터, 영상프레임 내 각 픽셀의 계조값 분포를 나타내는 히스토그램(400)이 작성될 수 있다. 히스토그램(400)의 가로축은 계조값으로서 일반적으로 0부터 255까지의 수치를 나타내며, 히스토그램(400)의 세로축은 픽셀 개수를 나타낸다. 즉, 본 히스토그램(400)은 어떤 계조값을 가지는 픽셀이 영상프레임 내에서 몇 개가 되는지를 나타낸다. 이러한 히스토그램(400)을 통해, 영상프레임 내에서 가장 많이 나타나는 계조값이 무엇인지 용이하게 도출될 수 있다.
이러한 히스토그램(400)에 기초하여, 디스플레이장치는 영상프레임 내의 저계조 범위 및 고계조 범위를 구분하기 위한 기준이 되는 계조값 A1을 판단할 수 있다. 계조값 A1이 판단되면, 계조값 A1보다 작은 계조값을 가지는 픽셀은 저계조 범위가 되고, 계조값 A1보다 큰 계조값을 가지는 픽셀은 고계조 범위가 된다.
계조값 A1을 판단하는 구체적인 알고리즘은 여러 가지 방법이 적용될 수 있는데, 한 가지 방법으로는 'Otsu Thresholding Algorithm'이 있다. 본 알고리즘은 오츠(Otsu)라는 사람이 제안한 방법으로서, 어떠한 영상의 히스토그램 형태가 두 개의 현저한 피크(peak)를 가지는 쌍봉형(bimodal)으로 나타날 때에, 두 피크 사이의 계곡점(valley)을 찾아서 그 점을 두 피크 사이를 구분하기 위한 기준값으로 판단하는 방법이다. 본 알고리즘에 따르면, 어떤 집합을 두 부류로 구분할 때에, 상대적으로 몰려있는 부분들은 같은 부류로 분류된다. 본 알고리즘의 구체적인 방법에 관한 자세한 설명은 생략한다.
영상프레임마다 계조값의 분포가 달라지므로, 기준 계조값 A1의 수치 또한 고정된 값이 아니며 영상프레임마다 달라진다. 즉, 영상프레임 내에서 어떤 영역이 저계조 범위이고 어떤 영역이 고계조 범위인지는 영상프레임마다 달라지게 된다.
이하, 디스플레이장치가 눈부심 현상이 발생하는 것으로 판단되면, 톤 맵핑 커브를 조정하는 방법에 관해 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이장치가 톤 맵핑 기법을 수행하기 위한 톤 맵핑 커브를 나타내는 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 디스플레이장치는 입력 영상의 계조값을 출력 영상의 계조값으로 변환하기 위한 톤 맵핑 설정을 가진다. 이러한 설정은 톤 맵핑 그래프 상의 커브 또는 직선의 형태로 나타낼 수 있다.
본 그래프에서, 가로축은 입력 영상의 영상프레임 내의 각 픽셀의 계조값을 나타내며, 가로축 상에서 나타낼 수 있는 값은 최소 0부터 최대 255까지 가능하다. 반면, 세로축은 디스플레이 패널에 표시되기 위한 출력 영상의 계조값을 나타내며, 단위는 니트이다. 출력 영상의 최대 계조값인 B3 값은 실제로 영상을 표시하는 디스플레이 패널이 낼 수 있는 최대휘도를 넘을 수 없다. 다만, 가로축 상에서 나타낼 수 있는 값이 0부터 255의 범위인 것은 8비트 영상인 경우이며, 입력 영상이 몇 비트인지에 따라서 가로축 상에서 나타낼 수 있는 계조값의 범위는 달라진다. 예를 들면, 입력 영상이 10비트라면, 계조값은 최소 0부터 최대 1023까지 가능하다.
눈부심 현상이 발생하지 않은 동안에, 디스플레이장치는 예를 들면 직선 L1에 기초하여 입력 영상의 계조값을 출력 영상의 계조값으로 조정한다. 본 실시예에서는 톤 맵핑 커브가 직선인 것으로 표현하였지만, 곡선으로 나타날 수 있다. 설계 방식에 따라서는, 디스플레이장치는 각각의 값을 맵핑하는 LUT(look-up table)를 이용하여 입력 영상의 계조값들을 각각 출력 영상의 계조값들로 변환할 수도 있다. 디스플레이장치는 직선 L1에 기초하여 영상프레임의 일 픽셀의 계조값에 대응하는 값을 세로축에서 찾음으로써, 출력 영상의 계조값을 얻는다. 본 실시예에서의 톤 맵핑 설정은 직선으로 나타나는 바, 이 경우에 입력 영상의 계조값과 출력 영상의 계조값은 선형으로 대응한다.
그런데, 눈부심 현상이 발생하면, 직선 L1에 기초하여 톤 맵핑을 수행하는 것이 곤란해진다. 만일, 단순히 디스플레이장치가 출력 영상의 최대 계조값을 낮추고 직선 L1에 비해 보다 작은 기울기의 새로운 직선에 기초하여 톤 맵핑을 수행하면, 출력 영상의 평균 계조값이 상대적으로 감소되는 것이므로 눈부심 현상이 해소될 수 있다. 그러나, 이와 같이 출력 영상의 최대 계조값을 낮춘 상태에서 입력 영상의 계조값과 출력 영상의 계조값을 선형으로 대응시키면, 출력 영상이 전체적으로 어두워지고 명암비가 저하된다.
이에, 디스플레이장치는 다음과 같이 톤 맵핑 커브를 조정한다.
디스플레이장치는 영상프레임 내의 저계조 범위 및 고계조 범위를 구분하기 위해, 이를 구분하는 기준이 되는 계조값인 A1값을 산출한다. 영상프레임 내에서 저계조 범위는 0부터 A1 사이의 계조값을 가지는 픽셀을 포함하며, 고계조 범위는 A1부터 A2 사이의 계조값을 가지는 픽셀을 포함한다. A2값은 영상프레임 내에서의 최대 계조값으로서 255의 값을 넘지 않는다. A1값을 산출하는 방법은 앞서 설명한 Otsu Thresholding Algorithm이 적용될 수 있다.
그리고, 직선 L1보다 낮은 기울기를 가지는 직선 L2가 생성된다. 여기서, 직선 L2의 기울기는 디스플레이장치의 제조 단계에서 실험을 통해 정해질 수 있는데, 기본적으로는 직선 L2에 의해 톤 맵핑된 출력 영상의 유효평균 휘도레벨이 앞서 설명한 임계치 결정부(220)의 제2임계치에 비해 작도록 결정된다. 디스플레이장치는 저계조 범위에 대해서는 직선 L2에 기초하여 톤 맵핑을 수행한다.
그런데, 사람은 일반적으로 저계조 범위에서의 명암 구분을 용이하게 하는 반면에 고계조 범위에서의 명암 구분을 잘 하지 못한다. 따라서, 디스플레이장치는 A2값에 대응하는 최대휘도를 직선 L2에 기초하는 B1a값이 아닌, 이보다 높은 B2값으로 정하고, 직선 L2에 기초하여 A1값에 대응하는 B1값을 정한다. 그러면, (A1,B1) 및 (A2,B2)를 연결하는 직선 L3이 도출된다. 디스플레이장치는 고계조 범위에 대해서는 직선 L3에 기초하여 톤 맵핑을 수행한다.
B2값은 출력 영상의 눈부심 정도에 의해 결정된다. 출력 영상의 눈부심 정도는 영상프레임 내 고계조 범위의 넓이에 비례하므로, B2값은 고계조 범위의 넓이와 반비례하도록 결정된다. 즉, 디스플레이장치는 B1a값 및 B3값 사이에서 B2값을 정함에 있어서, 영상프레임 내 고계조 범위의 비율이 높을수록 B2값을 낮추고, 영상프레임 내 고계조 범위의 비율이 낮을수록 B2값을 높인다.
또한, B2값은 디스플레이 패널의 픽셀 피치를 추가적으로 고려하여 결정될 수 있는 바, 픽셀 피치의 크기에 비례하도록 결정된다. 픽셀 피치는 B2값의 최대값을 제한하는 바, 픽셀 피치가 클수록 B2값이 커지게 조정되며, 픽셀 피치가 작을수록 B2값이 작아지게 조정된다. 직선 L3의 기울기가 클수록 톤 맵핑 과정에서 발생하는 일종의 화면왜곡현상인 외곽 아티팩트(contour artifact)가 두드러지게 나타난다. 그러나, 디스플레이 패널의 픽셀 피치가 클수록 사용자가 인지하는 외곽 아티팩트가 감소하게 되므로, 디스플레이장치는 픽셀 피치의 값에 따라서 B2값을 제어함으로써 화질을 개선한다.
저계조 범위의 톤 맵핑을 위한 직선 L2 및 고계조 범위에서의 톤 맵핑을 위한 직선 L3를 비교하면, 직선 L2는 상대적으로 완만한 기울기를 가지는 반면에 직선 L3는 상대적으로 급격한 기울기를 가진다. 이 때문에, 저계조 범위에서는 입력 영상의 계조값이 증가함에 따라서 출력 영상의 휘도값이 상대적으로 완만하게 변화하는 것에 비해, 고계조 범위에서는 입력 영상의 계조값이 증가함에 따라서 출력 영상의 휘도값이 상대적으로 급격하게 변화한다.
이와 같이 영상프레임의 유효평균 휘도레벨이 눈부심 현상이 발생하지 않은 경우에 비해 저하되었으므로, 디스플레이장치는 눈부심 현상을 방지할 수 있다. 그리고, 입력 영상의 고계조 범위에서 출력 영상의 계조 변화율이 상대적으로 커지게 하였으므로, 디스플레이장치는 유효평균 휘도레벨의 저하에 따라서 발생하는 명암비의 저하를 최소화시킬 수 있다.
여기서, 고계조 범위에서의 계조 변화율이 상대적으로 커짐으로써 발생하는 유효평균 휘도레벨의 증가분은, 저계조 범위에서의 계조 변화율을 상대적으로 낮춤으로써 발생하는 감소분을 보상한다. 따라서, 고계조 범위에서의 직선 L3의 기울기가 상대적으로 급격하게 조정되더라도, 눈부심 현상이 나타날 정도로 출력 영상의 유효평균 휘도레벨이 높아지지는 않는다.
한편, 앞선 실시예에서는 톤 맵핑 커브가 저계조 범위 및 고계조 범위에서 연속적으로 나타나는 경우에 관해 설명하였다. 그러나, 본 발명의 사상은 이러한 방식으로만 한정되는 것은 아니며, 톤 맵핑 커브가 불연속적인 경우에서도 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이장치가 톤 맵핑 기법을 수행하기 위한 톤 맵핑 커브를 나타내는 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 디스플레이장치는 입력 영상의 계조값에 대응하는 출력 영상의 계조값을 결정하기 위한 톤 맵핑 설정을 가지며, 이러한 설정은 그래프로 나타낼 수 있다. 본 그래프에 관한 기본적인 사항은 앞선 도 7의 경우를 응용할 수 있으므로, 자세한 설명을 생략한다.
입력 영상 내의 최대 계조값이 A5이고 출력 영상의 최대 휘도값이 B5라고 할 때, 눈부심 현상이 발생하지 않은 상태에 대응하는 톤 맵핑 커브 L4는 원점과 (A5,B5)를 잇는 선으로 나타낼 수 있다. 본 실시예에서는 L4가 직선으로 나타나지만, 곡선으로 나타날 수도 있다.
눈부심 현상이 발생하는 경우에, 직선 L4의 기울기를 낮춘 상태에서 톤 맵핑이 수행되면 눈부심 현상에 대처할 수 있다. 입력 영상 내에서 저계조 범위과 고계조 범위를 구분하는 기준이 되는 계조값 A4가 특정되고, 이에 따라서 출력 영상의 계조값 B4와, 저계조 범위에 대응하는 직선 L5가 결정된다. 또한, 출력 영상의 눈부심 정도에 따라서 B7값이 결정된다. 이와 같은 결정방법은 앞선 실시예와 동일한 원리에 따른다.
여기서, (A4,B4)와 (A5,B7)을 잇는 직선이 아닌, (A4,B6)와 (A5,B7)을 잇는 직선으로 직선 L6가 결정된다. 즉, A4값을 기준으로, 저계조 범위에 대응하는 직선 L5와 고계조 범위에 대응하는 직선 L6가 불연속하도록 조정된다. 직선 L4에 기초하여 계조값 A4에 대응하는 휘도값이 B8이라고 할 때, 휘도값 B6는 B4 및 B8 사이에 존재하는 휘도값이다. B6는 여러 가지 방식에 따라서 결정될 수 있는데, 입력 영상 내의 고계조 범위의 비율에 반비례하여 결정될 수 있다.
예를 들면, 입력 영상 내에서 고계조 범위가 차지하는 면적의 비율이 기 설정된 값보다 적은 경우에, 디스플레이장치는 B6값을 상대적으로 높임으로써 영상 전체의 명암비를 향상시킨다. 반면, 입력 영상 내에서 고계조 범위가 차지하는 면적의 비율이 기 설정된 값보다 높은 경우에, 디스플레이장치는 B6값을 상대적으로 낮춤으로써 눈부심 현상을 억제한다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 디스플레이장치는 다양한 방식으로 톤 맵핑 커브를 조정함으로써, 눈부심 현상을 억제하고 명암비를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 판독 가능 매체는 삭제 가능 또는 재기록 가능 여부와 상관없이, ROM 등의 저장 장치와 같은 휘발성 또는 비휘발성 저장 장치, 또는 예를 들어, RAM, 메모리 칩, 장치 또는 집적 회로와 같은 메모리, 또는 예를 들어 CD, DVD, 자기 디스크 또는 자기 테이프 등과 같은 광학 또는 자기적으로 기록 가능함과 동시에 기계(예를 들어, 컴퓨터)로 읽을 수 있는 저장 매체에 저장될 수 있다. 이동 단말 내에 포함될 수 있는 메모리는 본 발명의 실시 예들을 구현하는 지시들을 포함하는 프로그램 또는 프로그램들을 저장하기에 적합한 기계로 읽을 수 있는 저장 매체의 한 예임을 알 수 있을 것이다. 본 저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어의 기술 분야에서 숙련된 기술자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.
상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 디스플레이장치
110 : 신호수신부
120 : 신호처리부
121 : 디먹스
123 : 영상처리부
125 : 음향처리부
130 : 디스플레이 패널
140 : 스피커
150 : 사용자입력부
160 : 저장부

Claims (16)

  1. 디스플레이장치에 있어서,
    디스플레이부와;
    영상신호를 수신하는 신호수신부와;
    상기 신호수신부를 통해 수신되는 상기 영상신호의 입력 영상을 처리하는 신호처리부와;
    외부 환경의 밝기를 감지하는 제1감지부와;
    상기 입력 영상의 계조를 변경하여 상기 입력 영상을 상기 디스플레이부에 표시되는 출력 영상으로 변환하도록 상기 신호처리부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제1감지부에 의해 측정된 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도에 따른 눈부심 레벨이 기 설정된 임계치보다 크면, 상기 출력 영상의 계조값을 감소시키고, 상기 입력 영상의 고계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율을 상기 입력 영상의 저계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율보다 커지게 조정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 입력 영상의 계조값들의 분포에 기초하여 상기 입력 영상 내에서 고계조 범위 및 저계조 범위를 구분하는 계조값을 도출하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 입력 영상의 고계조 범위 및 저계조 범위 중에서 상기 고계조 범위가 차지하는 면적의 비율에 반비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 디스플레이부의 픽셀 피치의 크기에 비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 눈부심 레벨은, 상기 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도 사이의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  8. 제1항에 있어서,
    사용자의 위치를 감지하는 제2감지부를 더 포함하며,
    상기 눈부심 레벨은, 상기 제2감지부에 의해 감지되는 상기 디스플레이부 및 사용자 사이의 거리에 반비례하고, 상기 디스플레이부의 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 디스플레이장치.
  9. 디스플레이장치의 프로세서에 의해 실행 가능한 방법의 프로그램 코드가 저장된 기록매체에 있어서,
    상기 방법은,
    입력 영상에 관한 영상신호를 수신하는 단계와;
    상기 입력 영상의 계조를 변경하여 상기 입력 영상을 상기 디스플레이장치의 디스플레이부에 표시되는 출력 영상으로 변환하는 단계를 포함하고,
    상기 입력 영상을 상기 출력 영상으로 변환하는 단계는,
    외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도에 따른 눈부심 레벨이 기 설정된 임계치보다 큰지 여부를 판단하는 단계와;
    상기 눈부심 레벨이 상기 임계치보다 크면, 상기 출력 영상의 계조값을 감소시키고, 상기 입력 영상의 고계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율을 상기 입력 영상의 저계조 범위에 대한 상기 출력 영상의 계조의 변화율보다 커지게 조정하는 단계와;
    상기 계조가 변경된 출력 영상을 상기 디스플레이부에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 입력 영상을 상기 출력 영상으로 변환하는 단계는, 상기 입력 영상의 계조값들의 분포에 기초하여 상기 입력 영상 내에서 고계조 범위 및 저계조 범위를 구분하는 계조값을 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 입력 영상을 상기 출력 영상으로 변환하는 단계는, 상기 입력 영상의 고계조 범위 및 저계조 범위 중에서 상기 고계조 범위가 차지하는 면적의 비율에 반비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 입력 영상을 상기 출력 영상으로 변환하는 단계는, 상기 디스플레이부의 픽셀 피치의 크기에 비례하도록 상기 출력 영상의 계조값의 상한을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 눈부심 레벨은, 상기 외부 환경의 밝기 및 상기 디스플레이부의 휘도 사이의 차이에 비례하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제9항에 있어서,
    상기 눈부심 레벨은, 상기 디스플레이부 및 사용자 사이의 거리에 반비례하고, 상기 디스플레이부의 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 기록매체.
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