KR20180041413A - Efficient low power contrast enhancement apparatus and method for transmissive LCDs - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 투과형 LCD에서 표시할 입력 영상을 수신하는 영상 입력부; 상기 영상 입력부에서 수신한 입력 영상에 기반하여 백라이트의 밝기를 감소시키고 화소값을 증가시켜 밝기를 보정하는 밝기 보정부; 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 구하는 대조비 개선부; 및 상기 대조비 개선부에서 산출한 대조비 변환 함수를 입력 영상에 적용하여 출력 영상을 생성하여 출력하는 영상 출력부를 포함하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치 및 방법을 제공한다.The present invention relates to an apparatus and a method for improving a low power contrast ratio for a transmissive LCD.
According to another aspect of the present invention, there is provided a display device comprising: an image input unit receiving an input image to be displayed on a transmissive LCD; A brightness corrector for correcting brightness by reducing the brightness of the backlight and increasing the pixel value based on the input image received by the image input unit; Closing the optimization problem considering brightness correction, contrast ratio improvement, and information loss - a contrast ratio improvement part that obtains a contrast ratio conversion function by using a format solution; And an image output unit for generating an output image by applying the contrast ratio conversion function calculated by the contrast ratio improving unit to an input image and outputting the output image.
Description
본 발명은 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for improving a low power contrast ratio for a transmissive LCD.
일반적으로 LCD(Liquid Crystal Display)와 같은 디스플레이장치는 TV나 노트북, 데스크탑 컴퓨터 등에 영상을 디스플레이하기 위해 사용된다. Generally, a display device such as a liquid crystal display (LCD) is used for displaying an image on a TV, a notebook computer, a desktop computer, or the like.
이러한 LCD와 같은 디스플레이장치는 스스로 빛을 발생시키지 못하기 때문에 별도의 광원으로부터 나오는 빛을 이용하여, 영상을 디스플레이하게 된다. Since a display device such as an LCD can not generate light by itself, an image is displayed using light emitted from a separate light source.
즉, LCD는 액정패널과 액정패널의 후면에 백라이트를 포함하는 발광소자를 구비하며, 액정패널이 발광소자로부터 발산되는 빛의 투과율을 조정함으로써, 영상을 디스플레이하게 된다.That is, the LCD includes a liquid crystal panel and a light emitting element including a backlight on the rear surface of the liquid crystal panel, and the liquid crystal panel displays an image by adjusting the transmittance of light emitted from the light emitting element.
이처럼 투과형 LCD는 형상을 표현하는 패널 부분과 밝기를 표현하는 백라이트로 구성되며, 대부분의 전력을 백라이트가 소비하고 그 소비전력을 백라이트 밝기에 비례한다.In this way, the transmissive LCD is composed of a panel portion representing a shape and a backlight expressing brightness. Most of the power is consumed by the backlight and its power consumption is proportional to the brightness of the backlight.
따라서, LCD에서 소비하는 전력을 줄이기 위해서 백라이트의 밝기를 어둡게 하고, 이를 보상하기 위해서 화소값을 증가시켜 영상을 밝게 하는 기법이 밝기보상이다.Accordingly, in order to reduce the power consumed by the LCD, the brightness of the backlight is reduced, and in order to compensate the brightness of the backlight, brightness compensation is performed by increasing the pixel value to brighten the image.
이와 같이 밝기 보상을 하면 실제로는 결과 영상의 대조비가 감소하기 때문에, 추가적으로 대조비 개선 기법을 적용해야 한다.In this way, since the contrast ratio of the resultant image is actually reduced when the brightness compensation is performed, the contrast ratio improvement technique should be additionally applied.
일반적인 모바일 디바이스에서 디스플레이가 가장 큰 전력을 소비하기 때문에, 모바일 디바이스의 사용시간을 늘리기 위해서는 디스플레이가 소비하는 전력을 줄이는 것이 중요하다.Because the display consumes the most power in a typical mobile device, it is important to reduce the power consumed by the display in order to increase the use time of the mobile device.
하지만, 최근 고급 밝기 보상 기법들은 계산 복잡도가 높아서 모바일 디바이스와 같은 계산 자원이 부족한 디바이스에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.However, recent advanced brightness compensation techniques have a problem in that they are difficult to apply to a device having a low calculation resource such as a mobile device due to high computational complexity.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 밝기 보상과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 방정식을 폐쇄-형식 풀이를 통하여 대조비 변환 함수를 산출함으로 성능은 동일하게 유지하면서 계산 속도를 획기적으로 줄일 수 있는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.In order to solve the above problems, the present invention proposes a method of reducing the calculation speed while maintaining the same performance by calculating the contrast ratio conversion function through the closure-type solution of the brightness compensation and the contrast ratio improvement and the optimization equation considering the information loss And to provide a low-power contrast ratio improvement apparatus and method for a transmissive LCD having the same.
본 발명의 일 측면은 투과형 LCD에서 표시할 입력 영상을 수신하는 영상 입력부; 상기 영상 입력부에서 수신한 입력 영상에 기반하여 백라이트의 밝기를 감소시키고 화소값을 증가시켜 밝기를 보정하는 밝기 보정부; 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 구하는 대조비 개선부; 및 상기 대조비 개선부에서 산출한 대조비 변환 함수를 입력 영상에 적용하여 출력 영상을 생성하여 출력하는 영상 출력부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an LCD comprising: an image input unit receiving an input image to be displayed on a transmissive LCD; A brightness corrector for correcting brightness by reducing the brightness of the backlight and increasing the pixel value based on the input image received by the image input unit; Closing the optimization problem considering brightness correction, contrast ratio improvement, and information loss - a contrast ratio improvement part that obtains a contrast ratio conversion function by using a format solution; And an image output unit for generating an output image by applying the control ratio conversion function calculated by the control ratio improving unit to an input image and outputting the output image.
또한, 본 발명의 다른 측면은 (A) 영상 입력부가 투과형 LCD에서 표시할 입력 영상을 수신하는 단계; (B) 밝기 보정부가 상기 영상 입력부에서 수신한 입력 영상에 기반하여 백라이트의 밝기를 감소시키고 화소값을 증가시켜 밝기를 보정하는 단계; (C) 대조비 개선부가 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 구하는 단계; 및 (D) 영상 출력부가 상기 대조비 개선부에서 산출한 대조비 변환 함수를 입력 영상에 적용하여 출력 영상을 생성하여 출력하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of driving a liquid crystal display comprising the steps of: (A) receiving an input image to be displayed on a transmissive LCD; (B) correcting the brightness by decreasing the brightness of the backlight and increasing the pixel value based on the input image received by the brightness input unit; (C) Improvement of contrast ratio Clarification of optimization problem considering additional brightness correction, improvement of contrast ratio, and information loss; And (D) generating an output image by applying the control ratio conversion function calculated by the image output unit to the input image, and outputting the output image.
본 발명에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치 및 방법은 종래 기술 대비 계산 복잡도가 현저히 낮기 때문에 모바일 디바이스 등 낮은 성능을 갖는 장치에 적용하여 전력 소비를 낮추면서도 높은 품질의 영상을 표현할 수 있다.The apparatus and method for reducing the power consumption of the transmissive LCD according to the present invention can be applied to a device having a low performance such as a mobile device because the computational complexity is significantly lower than that of the prior art,
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치의 구성도이다.
도 2는 밝기 보상과 대조비 개선의 결과를 보여주는 그래프이다.
도 3은 도 1의 대조비 개선부의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법의 흐름도이다.
도 5는 종래 기술과 본 발명에 따른 밝기 보상된 결과를 보여주는 도면이다.
도 6은 종래 기술과 본 발명에 따른 대조비 변환 함수를 비교한 도면이다.
도 7은 종래 기술과 본 발명에 따른 대조비 변환 함수의 계산 복잡도 및 실행시간 비교표이다.FIG. 1 is a block diagram of a low power contrast ratio improving apparatus for a transmissive LCD according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a graph showing the results of the brightness compensation and the contrast ratio improvement.
3 is a detailed configuration diagram of the contrast ratio improving unit of FIG.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of improving a low power control ratio for a transmissive LCD according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating brightness compensated results according to the prior art and the present invention.
6 is a diagram showing a comparison between the conventional technique and the control ratio conversion function according to the present invention.
Figure 7 is a comparison of the computational complexity and run time of the conventional technique and the control ratio conversion function according to the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.First, the terminology used in the present application is used only to describe a specific embodiment, and is not intended to limit the present invention, and the singular expressions may include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. Also, in this application, the terms "comprise", "having", and the like are intended to specify that there are stated features, integers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치의 구성도이다.FIG. 1 is a configuration diagram of a low power control ratio improving apparatus for a transmissive LCD according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치는 영상 입력부(100), 밝기 보정부(200), 대조비 개선부(300), 백라이트 구동부(400) 및 영상 출력부(500)를 구비하고 있다.Referring to FIG. 1, a low power contrast ratio improvement apparatus for a transmissive LCD according to an exemplary embodiment of the present invention includes an
상기 영상 입력부(100)는 투과형 LCD를 통하여 표시해야 할 입력 영상을 수신한다.The
그리고, 영상 입력부(100)는 입력 영상을 밝기 보정부(200)와 대조비 개선부(300)로 전송한다.Then, the
상기 밝기 보정부(200)는 백라이트 구동부(400)를 제어하여 백라이트 밝기를 어둡게 하고, 이를 보상하기 위해서 입력 화소값을 증가시켜 밝기 보정을 수행한다.The
이를 좀더 상세히 살펴보면, 밝기 보정부(200)는 입력 화소값 k에 대한 투과함수 t(k)는 다음 수학식 1과 같이 구한다.In more detail, the
(수학식 1)(1)
t(k)=ω1-ω2 ·(k/255) γ t (k) =? 1 -? 2 (k / 255) ?
여기에서, ω1, ω2, γ는 투과형 LCD 장치 종속적인 파라미터이다. 입력 화소값(k)을 0에서부터 255까지 변화시키면서 투과형 LCD의 투과도(transmission)를 관찰한다. Here,? 1 ,? 2 ,? Are transmission-type LCD device-dependent parameters. Transmission of the transmissive LCD is observed while changing the input pixel value (k) from 0 to 255.
그러면 투과도는 입력 화소값 k의 함수로 표현될 수 있으며, 수학식 1의 t(k)가 이를 나타낸다.Then, the transmittance can be expressed as a function of the input pixel value k, and t (k) in Equation 1 represents this.
그런데, 투과형 LCD가 모두 같은 것이 아닐 뿐만 아니라 같은 LCD라도 밝기 설정에 따라서 투과 함수 t(k)가 다르게 표현된다. However, not only the transmissive LCD is the same but also the transmissive function t (k) is expressed differently according to the brightness setting even in the same LCD.
이때 함수 자체가 변하는 것은 아니며, 장치 종속적인 파라미터 3개만 조절해 주면 모든 투과형 LCD에 대해서 원하는 함수를 얻을 수 있다.At this point, the function itself does not change, but you can get the desired function for all transmissive LCDs by adjusting only three device-dependent parameters.
이처럼 투과형 LCD에 따라서 다른 값을 갖는 세개의 파라미터를 장치 종속적인 파라미터라고 표현했다. 즉, 서로 다른 투과형 LCD는 동일하게 표현된 함수에서 서로 다른 ω1, ω2, γ 값을 갖는다.Thus, three parameters with different values according to the transmissive LCD are referred to as device-dependent parameters. That is, different transmissive LCDs have different values of ω 1 , ω 2 , and γ in the same function.
또한, 화소값 k에 대한 투과 휘도 L은 다음 수학식 2와 같이 구해진다.Further, the transmission luminance L with respect to the pixel value k is obtained by the following equation (2).
(수학식 2)(2)
L=Bmax·t(k)L = B max · t (k)
여기에서, Bmax는 백라이트의 최대 강도이다.Where B max is the maximum intensity of the backlight.
상기 밝기 보정부(200)는 백라이트의 최대 강도를 0보다 크거나 같고 1보다 작거나 같은 디밍 인자(dimming factor) b를 곱한 만큼 감소시켜 전력을 절감한다.The
그리고, 밝기 보정부(200)는 입력 화소값 k를 yk로 증가시켜 투과 휘도를 유지시킨다.Then, the
보정된 투과 휘도(보정 투과 휘도) L'은 L'=b·Bmax·t(yk)가 되며, L=L'가 된다.The corrected transmission luminance (corrected transmission luminance) L 'becomes L' = b · B max · t (y k ), and L = L '.
(수학식 3)(3)
입력 화소값 k에 대하여 눈에 의해서 인지되는 밝기가 동일하도록 화소값을 증가시킨 출력 화소값을 yk라 하면, 모든 입력 화소값에 대한 출력 화소값의 밝기 변환 함수를 벡터 y=[y0, y1,…,y255]T로 나타낼 수 있다.Let y k be the output pixel value that increases the pixel value so that the brightness perceived by the eye is the same for the input pixel value k . The brightness conversion function of the output pixel value with respect to all input pixel values is expressed as a vector y = [y 0 , y 1 , ... , y 255 ] T.
도 2에서 "Brightness compensation"으로 표현된 것이 y의 예시이다.In Fig. 2, the expression "Brightness compensation" is an example of y.
한편, 대조비 개선부(300)는 밝기 보상을 하면 실제로는 결과 영상의 대조비가 감소하기 때문에 추가적으로 대조비를 개선한다.On the other hand, when the contrast
이러한 대조비 개선부(300)는 히스토그램 생성부(310), 히스토그램 수정부(320), 누적분포함수 산출부(330) 및 변환함수 산출부(340)를 포함한다.The contrast
상기 히스토그램 생성부(310)는 입력영상(데이터)의 히스토그램을 생성한다. 여기서, 입력영상의 히스토그램(hk)은 확률밀도함수(pk)로 나타낼 수 있으며, 확률밀도함수(pk)는 입력영상의 히스토그램(hk)을 전체 픽셀수로 나누어 얻어질 수 있다. 확률밀도함수(pk)는 하기 수학식 4와 같이 정의될 수 있다.The
(수학식 4)(4)
여기서, k번째에 해당하는 히스토그램(hk)은 화소값이 k를 가진 픽셀의 수를 나타낸다.Here, the histogram (h k ) corresponding to the k-th represents the number of pixels having a pixel value k.
또한, 1은 행(column) 벡터를 나타내고, 해당 모든 요소들은 1값을 나타낸다. T(Transpose)는 전치 행렬을 만드는 연산자이다.Also, 1 represents a column vector, and all of the elements represent a 1 value. T (Transpose) is an operator that creates transposed matrices.
히스토그램 수정부(320)는 입력영상의 히스토그램 값을 증감시키며, 수정된 히스토그램 값 mk인 m=f(h)에 의해 구해질 수 있다.The
예컨대, 히스토그램 수정부(320)는 로그 기반함수에 기초하여 입력영상의 히스토그램 값 중에서 기준치를 초과하여 돌출된 화소 영역의 히스토그램 빈(bin)의 큰 값을 감소시키거나, 기준치 미만의 히스토그램 빈의 작은 값을 증가시킬 수 있다. For example, the
여기서, 다른실시 예에서 히스토그램 수정부(220)는 상술한 입력영상의 히스토그램 값을 증감시키는 데에 사용될 수 있다.Here, in another embodiment, the histogram corrector 220 can be used to increase or decrease the histogram value of the input image described above.
이를 통해 히스토그램 균등화를 기반으로 한 화질 개선을 수행할 때 영상의 밝기가 과도하게 변화되고, 잡음의 증가 및 원본 영상의 분위기 소실 등이 발생하였던 종래의 문제점을 해결할 수 있다.Accordingly, when the image quality improvement based on the histogram equalization is performed, the brightness of the image is excessively changed, and the conventional problem that the noise is increased and the atmosphere of the original image is lost is solved.
그리고, 이 상술한 수정된 히스토그램을 나타낸다고 정의하면, 원본 영상의If it is defined that the modified histogram described above is represented,
히스토리그램(hk)대신 수정된 히스토그램(mk)에 의해 히스토그램 처리 절차가 수행될 수 있다. By a histogram (m k) instead of the history modification grams (h k) it may be carried out a histogram processing procedure.
한편, 누적분포함수 산출부(330)는 입력영상의 히스토그램에 대한 누적분포함수를 산출한다. 여기서, 누적분포함수 산출부(330)는 입력영상의 밝기 분포로부터 정규화된 누적 분포를 산출할 수 있다. Meanwhile, the cumulative distribution
즉, 수학식 4의 확률밀도 함수(pk)를 차례로 더하여 생성된 화소값 (k)의 누적분포함수(ck)는 하기 수학식 5와 같이 정의될 수 있다.That is, the cumulative distribution function c k of the pixel value k generated by sequentially adding the probability density function p k of Equation (4) can be defined as Equation (5).
[수학식 5] &Quot; (5) "
변환함수 산출부(340)는 입력영상(또는 원본 영상)의 각 대조비의 동적 영역을 재조정하는 변환 함수를 생성한다. 즉, 누적분포함수에 최대 대조비를 곱하면 변환 함수가 생성되며, 입력영상의 각 입력 화소를 출력 화소로 변환하면 높은 대조비를 가지는 출력영상을 얻을 수 있다.The conversion
이와 같이, 변환 함수를 통해 입력영상의 각 대조비들의 동적 영역이 재조정되며, 이를 위하여 대조비 변환 함수는 하기 수학식 6과 같이 정의될 수 있다.In this way, the dynamic range of each of the contrast ratios of the input image is readjusted through the conversion function. For this, the contrast ratio conversion function can be defined as Equation (6).
[수학식 6] &Quot; (6) "
여기서, (2b-1)은 최대 대조비를 나타내고, 예컨대 8비트 영상에서는 255값을 나타낸다. Here, (2 b -1) represents the maximum contrast ratio, and, for example, represents an 255 value in an 8-bit image.
그리고, 대조비 변환 함수(xk)는 x=[x0,x1,…,x255]T로 표현되며, 이를 차분 행렬(R)을 이용하여 벡터로 나타내면, 하기 수학식 7과 같이 정의할 수 있다.Then, the control ratio conversion function (x k ) is expressed by x = [x 0 , x 1 , ... , x 255 ] T , which can be expressed as a vector using a difference matrix R, as shown in Equation (7).
[수학식 7]&Quot; (7) "
여기서, 는 수정된 히스토그램의 합이 최대 밝기 값인 255가 되도록 하는 정규화된 열벡터로서 하기 수학식8과 같이 정의될 수 있다. 이와 같은 정규화된 열벡터는 0부터 y255값을 가진다.here, May be defined as a normalized column vector such that the sum of the modified histograms is 255, which is the maximum brightness value, as shown in Equation (8). These normalized column vectors have values from 0 to y 255 .
(수학식 8)(8)
또한, R은 차분 행렬로 이며, 이다.Further, R denotes a difference matrix Lt; to be.
따라서 밝기 변환 함수와 대조비 변환 함수를 같은 범위를 가진다. Therefore, the brightness conversion function and the contrast conversion function have the same range.
예를 들어, m=h일 경우에, 히스토그램 등화가 된다. 도 2에서 "contrast enhancement'로 표현된 것이 x의 예시이다.For example, when m = h, the histogram equalization is performed. In Fig. 2, "contrast enhancement" is an example of x.
따라서, 구하고자 하는 최종 대조비 변환 함수 x는 위의 두가지 조건(밝기 보상 및 대조비 개선)을 모두 만족해야 한다. 따라서 아래와 같은 최적화 문제로 변환한다.Therefore, the final control ratio conversion function x to be obtained must satisfy both of the above two conditions (brightness compensation and control ratio improvement). Therefore, it converts to the following optimization problem.
(수학식 9)(9)
여기에서, α는 밝기 보상과 대조비 개선의 상대적 중요성을 제어하는 상수이다. 또한 두 함수를 동일하게 비교하기 위해 대신 를 사용한다.Where α is a constant controlling the relative importance of brightness compensation and contrast ratio improvement. Also, to compare the two functions equally instead Lt; / RTI >
여기에서, 는 대조비 최대 인자이다.From here, Is the maximum control factor.
도 2에서 보면 255보다 변환 함수들이 일반적인 디스플레이가 표현할 수 있는 최대값인 255보다 큰 값으로 변환된다.2, the conversion functions are converted to values larger than 255, which is the maximum value that can be expressed by a general display.
따라서, 255보다 큰 값으로 변환된 값은 최대값인 255로 세팅한 후에 이때 발생하는 오차를 측정한다. Therefore, the value converted to a value larger than 255 is set to the maximum value of 255, and then the error occurring at this time is measured.
즉, 변환 함수 xk에 의해서 발생하는 정보 손실을로 정의하고, 변환함수 x를 이용하여 하나의 영상을 변환할 때 발생하는 전체 정보 손실 을 아래 수학식 10로 정의한다.That is, the information loss caused by the transform function x k , And the total information loss that occurs when converting one image using the transform function x Is defined by Equation (10) below.
(수학식 10)(10)
여기에서, 이며, H는 히스토그램 대각행렬이다.From here, And H is a histogram diagonal matrix.
최종적으로 위의 수학식 9으로 표현된 최적화 문제를 풀면서 동시에 정보 손실을 최소화 할 수 있는 새로운 최적화 문제를 아래와 같이 표현할 수 있다.Finally, a new optimization problem that solves the optimization problem expressed by Equation (9) and at the same time minimizes information loss can be expressed as follows.
(수학식 11) (11)
제한 조건은 x0=y0이고, x255=y255이며, Rx≥0은 대조비 변환 함수가 단조증가 함수가 되도록 하는 제한 조건이다. 여기에서, λ는 저전력 대조비 개선 및 정보 손실량을 조절하는 파라미터이다.The constraint condition is x 0 = y 0 , x 255 = y 255 , and R x? 0 is a constraint condition such that the control ratio conversion function is a monotone increasing function. Here, [lambda] is a parameter for improving the low power control ratio and controlling the information loss amount.
이를 풀기 위해 먼저 라그랑지안(Lagrangian)을 에서 아래와 같이 정의한다.In order to solve this problem, Lagrangian Is defined as follows.
(수학식 12) (12)
여기에서, 및 는 라그랑지안 멀티플라이어이고, 는 첫번째와 마지막 원소만 1이고, 나머지는 모두 0인 행렬이다.From here, And Is a Lagrangian multiplier, Is a matrix in which only the first and last elements are 1s, and all others are 0s.
크루쉬-툰-터커(Karush-Kuhn-Tucker:KKK) 조건은 아래 수학식 13 ~수학식 17과 같다.The condition of the Karush-Kuhn-Tucker (KKK) is expressed by the following equations (13) to (17).
(수학식 13)(13)
(수학식 14)(14)
(수학식 15)(15)
(수학식 16)(16)
(수학식 17)(17)
이다.to be.
여기에서, N은 v의 대각행렬, N=diag(v)이며,이다.Where N is the diagonal matrix of v, N = diag (v) to be.
상기 변환 함수 산출부(340)는 수학식 17의 벡터를 풀고 (k+1) 번째 항에서 k번째 항을 빼면 다음과 같이, μ255가 소거된 아래 수학식 18의 순환식을 얻을 수 있으며, 수식을 간단하게 표현하기 위해서 μ=μ0로 표현한다.The converting
(수학식 18)(18)
수학식 12에서 x0는 상수 y0로 고정되었기 때문에 역시 상수이다. In equation (12), x 0 is also a constant since it is fixed at constant y 0 .
수학식 18의 좌변을 다음 단계의 우변에 있는 xk-xk -1에 순환적으로(recursively) 대입하면 수학식 18은 다음 수학식 19와 같이 표현된다.If the left side of the equation (18) is recursively substituted into x k -x k -1 on the right side of the next step, the equation (18) is expressed as the following equation (19).
(수학식 19)(19)
여기에서, k≥0이다.Here, k? 0.
수학식 14 ~16을 이용하여 수학식 19에서 k≥1인 모든 vk를 소거할 수 있으며, 최종적으로 아래와 같이 {x0, x1,…,xk -1}이 주어지면 폐쇄-형식 풀이 xk를 단일 변수 μ에 대한 함수를 아래 수학식 20과 같이 얻을 수 있다.Can erase all the k≥1 v k In Equation 19 by using Equation 14 to 16, and finally as follows: {x 0, x 1, ... , x k -1 }, a closed-form solution x k can be obtained for a single variable μ as shown in Equation 20 below.
(수학식 20)(20)
여기에서, k≥0이다.Here, k? 0.
수학식 11에서 제한 조건이 x255=y255이므로, 이를 만족하는 μ를 구한다. 즉, μ에 대한 함수 f(μ)=x255-y255를 정의하고, f(μ)=0을 만족하는 μ를 방정식의 해를 구하는 방법인 할선법(secant method)를 이용하여 구한다.In Equation (11), since the constraint condition is x 255 = y 255 , μ satisfying this condition is obtained. In other words, we define the function f (μ) = x 255 -y 255 for μ, and obtain the solution satisfying f (μ) = 0 by using the secant method, which is a method of finding the solution of the equation.
일단 μ를 구하면, x0를 알고 있기 때문에 수학식 20에 의해서 모든 xk를 구하고 최종적으로 대조비 변환 함수 x를 구한다.Once μ is obtained, since x 0 is known, all x k are obtained by the expression (20 ) , and finally the control conversion function x is obtained.
한편, 백라이트 구동부(400)는 상기 밝기 보정부(200)의 제어에 따라 백라이트의 밝기를 감소시킨다.On the other hand, the
그리고, 출력영상 생성부(500)는 상기 대조비 변환 함수(x)에 기초하여 입력영상으로부터 출력영상을 생성한다.The output
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법의 흐름도이다.FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of improving a low power control ratio for a transmissive LCD according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법은 먼저 영상 입력부가 입력 영상을 수신한다(S100).Referring to FIG. 4, in step S100, an image input unit receives an input image, in step S100, a low power control ratio improvement method for a transmissive LCD according to another exemplary embodiment of the present invention.
그리고, 밝기 보정부가 밝기 보정을 수행한다(S200).Then, the brightness correction unit performs brightness correction (S200).
다음으로, 대조비 개선부가 대조비 개선을 수행한다(S300).Next, the comparison ratio improvement section performs the comparison ratio improvement (S300).
출력 영상 생성부가 대조비 개선 결과를 반영한 출력 영상을 생성하여 출력한다(S400).The output image generator generates and outputs an output image reflecting the result of the comparison ratio improvement (S400).
이와 같이 이루어지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법에 있어서 각 단계의 상세 내용은 위에서 상세히 설명하고 있으며 동일하다.The details of each step of the low power control ratio improvement method for a transmissive LCD according to another embodiment of the present invention are described and described in detail above.
한편 도 5는 밝기 보상된 결과를 비교하는 도면으로, (a)는 입력영상을, (b)는 Tsai의 방법을 , (c)는 Iterative 방법을, (d)는 approximate 방법을, (e)는 본 발명에 따른 결과를 보여준다. 본 발명에 따른 결과가 다른 방법들과 성능 면에서 큰 차이가 없음을 알 수 있다.(A), (b), (c) and (d) show the Iterative method and the approximate method, respectively. Show the results according to the present invention. It can be seen that the results of the present invention are not significantly different in performance from other methods.
그리고, 도 6은 종래 기법의 변환함수와 본 발명에 따른 대조비 변환함수를 비교하기 위한 도면으로 본 발명에 따른 변환함수를 Iterative 방법과 동일함을 알 수 있다.FIG. 6 is a diagram for comparing the conversion function of the conventional technique with the conversion ratio conversion function according to the present invention. It can be seen that the conversion function according to the present invention is the same as the Iterative method.
도 7은 종래 기술과 본 발명에 따른 대조비 변환 함수의 계산 복잡도 및 실행시간 비교표이다. Figure 7 is a comparison of the computational complexity and run time of the conventional technique and the control ratio conversion function according to the present invention.
계산 복잡도 및 실행 시간에 있어서 본 발명이 Iterative 방법에 비해서 매우 빠른 결과를 보여주고 있다.The computation complexity and the execution time show that the present invention is much faster than the Iterative method.
이처럼 본 발명에 따른 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치 및 방법은 종래 기술 대비 계산 복잡도가 현저히 낮기 때문에 모바일 디바이스 등 낮은 성능을 갖는 장치에 적용하여 전력 소비를 낮추면서도 높은 품질의 영상을 표현할 수 있다.As described above, the apparatus and method for reducing the power consumption of the transmissive LCD according to the present invention can be applied to a device having low performance such as a mobile device, so that a high quality image can be displayed while reducing power consumption.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention but to limit the scope of the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
100 : 영상 입력부 200 : 밝기 보정부
300 : 대조비 개선부 310 : 히스토그램 생성부
320 : 히스토그램 수정부 330 : 누적분포 함수 산출부
340 : 변환함수 산출부 400 : 백라이트 구동부
500 : 영상 출력부100: image input unit 200: brightness correction unit
300: contrast ratio improving unit 310: histogram generating unit
320: histogram corrector 330: cumulative distribution function calculating unit
340: conversion function calculating unit 400: backlight driving unit
500: Video output unit
Claims (13)
상기 영상 입력부에서 수신한 입력 영상에 기반하여 백라이트의 밝기를 감소시키고 화소값을 증가시켜 밝기를 보정하는 밝기 보정부;
밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 구하는 대조비 개선부; 및
상기 대조비 개선부에서 산출한 대조비 변환 함수를 입력 영상에 적용하여 출력 영상을 생성하여 출력하는 영상 출력부를 포함하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.An image input unit for receiving an input image to be displayed on a transmissive LCD;
A brightness corrector for correcting brightness by reducing the brightness of the backlight and increasing the pixel value based on the input image received by the image input unit;
Closing the optimization problem considering brightness correction, contrast ratio improvement, and information loss - a contrast ratio improvement part that obtains a contrast ratio conversion function by using a format solution; And
And an image output unit for generating an output image by applying the contrast ratio conversion function calculated by the contrast ratio improving unit to the input image and outputting the output image.
상기 대조비 개선부는
입력영상에 대한 히스토그램을 생성하는 히스토그램 생성부;
상기 입력영상의 히스토그램 값을 증감시키는 히스토그램 수정부; 및
상기 히스토그램 수정부에 의하여 수정된 히스토그램의 균등화를 통해 대조비 변환 함수를 산출하고, 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 산출하는 변환함수 산출부를 포함하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.The method according to claim 1,
The control-
A histogram generation unit for generating a histogram of an input image;
A histogram modifier for increasing or decreasing a histogram value of the input image; And
A conversion function calculating unit for calculating a control ratio conversion function by equalizing the histogram corrected by the histogram correcting unit and calculating a control ratio conversion function using the brightness correction and the contrast ratio improvement and the optimization problem considering the information loss using a closed- A low power contrast ratio improvement device for a transmissive LCD.
상기 변환 함수 산출부는 대조비 변환 함수를 x라 하고, 차분행렬을 R이라하며, y는 밝기 변환 함수라 하고, k를 입력 화소값이라 하며, xk를 입력 화소값 k의 대조비 변환 함수라하고, 대조비 변환 함수 xk에 의해서 발생하는 정보 손실을 xc ,k라 하며, 라 하고, T는 전치 행렬이며, α는 밝기 보상과 대조비 개선의 중요도 제어 상수이며, H는 히스토그램 대각행렬이고, λ는 저전력 대조비 개선 및 정보 손실량 크기를 조절하는 파라미터라고 할 때 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 아래 수학식 12로 표현되는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.
(수학식 11)
제한 조건은 x0=y0이고, x255=y255이며, Rx≥0은 대조비 변환 함수가 단조증가 함수가 되도록 하는 제한 조건임.The method according to claim 2,
The conversion function calculating unit may be configured such that the conversion ratio conversion function is x, the difference matrix is R, y is a brightness conversion function, k is an input pixel value, x k is a control conversion function of the input pixel value k, The information loss caused by the co-efficient conversion function x k is denoted by x c , k , Where H is a histogram diagonal matrix, and λ is a parameter for adjusting the low power control ratio and the information loss magnitude, the brightness correction and the contrast ratio improvement The optimization problem considering the information loss is expressed by Equation (12) below.
(11)
The constraint condition is x 0 = y 0 , x 255 = y 255 , and R x? 0 is a constraint condition such that the control ratio conversion function is a monotone increasing function.
상기 변환 함수 산출부는 상기 수학식 11을 아래 수학식 12의 라그랑지안으로 표현하고, 크루쉬-툰-터커(Karush-Kuhn-Tucker:KKK) 조건을 아래 수학식 13 내지 수학식 17과 같이 설정한 후에, 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 산출하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.
(수학식 12)
여기에서, 및 는 라그랑지안 멀티플라이어이고, 는 첫번째와 마지막 원소만 1이고, 나머지는 모두 0인 행렬임.
(수학식 13)
(수학식 14)
(수학식 15)
(수학식 16)
(수학식 17)
여기에서, N은 v의 대각행렬, N=diag(v)이며,임.The method according to claim 3,
The transform function calculator may express the equation (11) as a Lagrangian of the following equation (12) and set the Karush-Kuhn-Tucker (KKK) condition as shown in the following equations (13) to , Brightness correction and contrast ratio improvement, and optimization problem considering information loss. A low power contrast ratio improvement device for a transmissive LCD that calculates a contrast ratio conversion function using a form solution.
(12)
From here, And Is a Lagrangian multiplier, Is a matrix in which only the first and last elements are 1 and the rest are all 0s.
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
Where N is the diagonal matrix of v, N = diag (v) being.
상기 변환 함수 산출부는 수학식 17의 벡터를 풀고 (k+1) 번째 항에서 k번째 항을 감산하여 수학식 18의 순환식을 얻고, 수학식 18의 좌변을 다음 단계의 우변에 있는 xk-xk -1에 순환적으로(recursively) 대입하여 수학식 18을 수학식 19와 같이 표현하고, 수학식 14 내지 16을 이용하여 수학식 19에서 k≥1인 모든 vk를 소거하고, {x0, x1,…,xk -1}이 주어지면 폐쇄-형식 풀이 xk를 단일 변수 μ에 대한 함수로 수학식 20과 같이 산출하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.
(수학식 18)
(수학식 19)
여기에서, k≥0임.
(수학식 20)
여기에서, k≥0임.The method of claim 4,
Calculating the transfer function unit x in the left side of the unpacking vector of Equation 17 (k + 1) by subtracting the k th term in the second term to obtain a circulation of the equation (18), equation (18) on the right side of the following steps: k - x k -1 so as to express Equation (18) as shown in Equation (19), and erase all v k in Equation (19) using Equation (14) 0 , x 1 , ... , x k -1 } is given, the closed-form solution x k is calculated as a function of a single variable μ as shown in equation (20).
(18)
(19)
Here, k? 0.
(20)
Here, k? 0.
상기 변환 함수 산출부는 μ에 대한 함수 f(μ)=x255-y255를 정의하고, f(μ)=0을 만족하는 μ를 방정식의 해를 할선법(secant method)를 이용하여 구한 후에, 수학식 20에 의해서 모든 xk를 구하고 대조비 변환 함수 x를 산출하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.The method of claim 5,
The conversion function calculating section defines a function f () = x 255 -y 255 for μ, obtains a solution of the equation satisfying f (μ) = 0 by using a secant method, A low power contrast ratio improvement device for a transmissive LCD for calculating all x k by equation (20) and calculating a control ratio conversion function x.
상기 밝기 보정부의 제어에 따라 백라이트의 밝기를 감소시키는 백라이트 구동부를 더 포함하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 장치.The method according to claim 1,
And a backlight driving unit for reducing the brightness of the backlight under the control of the brightness correction unit.
(B) 밝기 보정부가 상기 영상 입력부에서 수신한 입력 영상에 기반하여 백라이트의 밝기를 감소시키고 화소값을 증가시켜 밝기를 보정하는 단계;
(C) 대조비 개선부가 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 구하는 단계; 및
(D) 영상 출력부가 상기 대조비 개선부에서 산출한 대조비 변환 함수를 입력 영상에 적용하여 출력 영상을 생성하여 출력하는 단계를 포함하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법.(A) receiving an input image to be displayed on a transmission type LCD;
(B) correcting the brightness by decreasing the brightness of the backlight and increasing the pixel value based on the input image received by the brightness input unit;
(C) Improvement of contrast ratio Clarification of optimization problem considering additional brightness correction, improvement of contrast ratio, and information loss; And
(D) applying a control ratio conversion function calculated by the image contrast output unit to the input image to generate an output image and outputting the output image.
상기 (C) 단계는
(C-1) 상기 대조비 개선부가 입력영상에 대한 히스토그램을 생성하는 단계;
(C-2) 상기 대조비 개선부가 상기 입력영상의 히스토그램 값을 증감시켜 히스토그램을 수정하는 단계; 및
(C-3) 상기 대조비 개선부가 수정된 히스토그램의 균등화를 통해 대조비 변환 함수를 산출하고, 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 산출하는 단계를 포함하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법.The method of claim 8,
The step (C)
(C-1) generating a histogram of the input image by the contrast ratio improving unit;
(C-2) modifying the histogram by increasing or decreasing the histogram value of the input image; And
(C-3) calculating a control ratio conversion function through equalization of the histogram corrected with the control ratio improving unit, calculating a control ratio conversion function using the brightness correction, the control ratio improvement, and the optimization problem considering information loss, / RTI > for a transmissive LCD.
상기 대조비 개선부는 대조비 변환 함수를 x라 하고, 차분행렬을 R이라하며, y는 밝기 변환 함수라 하고, k를 입력 화소값이라 하며, xk를 입력 화소값 k의 대조비 변환 함수라하고, 대조비 변환 함수 xk에 의해서 발생하는 정보 손실을 xc ,k라 하며, 라 하고, T는 전치 행렬이며, α는 밝기 보상과 대조비 개선의 중요도 제어 상수이며, H는 히스토그램 대각행렬이고, λ는 저전력 대조비 개선 및 정보 손실량 크기를 조절하는 파라미터라고 할 때 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 아래 수학식 11로 표현되는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법.
(수학식 11)
제한 조건은 x0=y0이고, x255=y255이며, Rx≥0은 대조비 변환 함수가 단조증가 함수가 되도록 하는 제한 조건임.The method of claim 9,
The control ratio improving unit may be configured such that the control ratio converting function is x, the differential matrix is R, y is a brightness converting function, k is an input pixel value, x k is a control ratio conversion function of the input pixel value k, The information loss caused by the transform function x k is denoted by x c , k , Where H is a histogram diagonal matrix, and λ is a parameter for adjusting the low power control ratio and the information loss magnitude, the brightness correction and the contrast ratio improvement A method for improving the low power contrast ratio for a transmissive LCD is shown in Equation (11) below.
(11)
The constraint condition is x 0 = y 0 , x 255 = y 255 , and R x? 0 is a constraint condition such that the control ratio conversion function is a monotone increasing function.
상기 대조비 개선부는 상기 수학식 11을 아래 수학식 12의 라그랑지안으로 표현하고, 크루쉬-툰-터커(Karush-Kuhn-Tucker:KKK) 조건을 아래 수학식 13 내지 수학식 17과 같이 설정한 후에, 밝기 보정과 대조비 개선 그리고 정보 손실을 고려한 최적화 문제를 폐쇄-형식 풀이를 사용하여 대조비 변환 함수를 산출하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법.
(수학식 12)
여기에서, 및 는 라그랑지안 멀티플라이어이고, 는 첫번째와 마지막 원소만 1이고, 나머지는 모두 0인 행렬임.
(수학식 13)
(수학식 14)
(수학식 15)
(수학식 16)
(수학식 17)
여기에서, N은 v의 대각행렬, N=diag(v)이며,임.12. The method of claim 10,
The contrast ratio improving unit may express the Equation (11) as Lagrangian of Equation (12) and set the Karush-Kuhn-Tucker (KKK) condition as Equation (13) to Equation (17) Improvement of Low Power Contrast Ratio for Transmissive LCDs that Calculate the Coefficient of Conversion Function Using Closed Form - Solving.
(12)
From here, And Is a Lagrangian multiplier, Is a matrix in which only the first and last elements are 1 and the rest are all 0s.
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
Where N is the diagonal matrix of v, N = diag (v) being.
상기 대조비 개선부는 수학식 17의 벡터를 풀고 (k+1) 번째 항에서 k번째 항을 감산하여 수학식 18의 순환식을 얻고, 수학식 18의 좌변을 다음 단계의 우변에 있는 xk-xk -1에 순환적으로(recursively) 대입하여 수학식 18을 수학식 19와 같이 표현하고, 수학식 14 내지 16을 이용하여 수학식 19에서 k≥1인 모든 vk를 소거하고, {x0, x1,…,xk -1}이 주어지면 폐쇄-형식 풀이 xk를 단일 변수 μ에 대한 함수로 수학식 20과 같이 산출하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법.
(수학식 18)
(수학식 19)
여기에서, k≥0임.
(수학식 20)
여기에서, k≥0임.12. The method of claim 11,
The daejobi improved unpacking unit vector of equation 17 (k + 1) th term in the k-th subtracting wherein to obtain a circulation of the equation (18), x in the left-hand side of equation (18) on the right side of the following steps: k -x k -1 to express Equation 18 as shown in Equation 19, and all v k in k Equation 19 in Equation 19 are canceled using Equations 14 to 16, and {x 0 , x 1 , ... , x k -1 } is given, a closed-form solution x k is calculated as a function of a single variable μ as shown in equation (20).
(18)
(19)
Here, k? 0.
(20)
Here, k? 0.
상기 대조비 개선부는 μ에 대한 함수 f(μ)=x255-y255를 정의하고, f(μ)=0을 만족하는 μ를 방정식의 해를 할선법(secant method)를 이용하여 구한 후에, 수학식 20에 의해서 모든 xk를 구하고 대조비 변환 함수 x를 산출하는 투과형 LCD를 위한 저전력 대조비 개선 방법.The method of claim 12,
The control ratio improving unit defines a function f () = x 255 -y 255 for μ, obtains a solution of the equation satisfying f (μ) = 0 by using a secant method, how to improve low power daejobi for a transmission type LCD for calculating a transfer function daejobi x obtain all x k by equation 20.
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