[논문]저가형 CSTN-LCD 동영상 프로세서 설계

김용법; 최명렬

저가형 CSTN-LCD 동영상 프로세서 설계
Implementation of Motion Picture Processor for Low-cost CSTN-LCD 원문보기

본 논문에서는 저가형 CSTN-LCD(Color Super-Twisted Nematic Liquid Crystal Display)에 사용하는 동영상 프로세서를 제안한다. 제안된 프로세서는 SFP(SubFrame Pattern) 기법을 적용하여 계조 확장을 할 뿐 아니라 플리커(flicker)현상을 제거하였고 BFI(Black Field Insertion) 기법을 적용하여 액정의 응답시간을 보상하였다. 그리고 화질 향상을 위한 에지 강조 기법과 보간기법을 적용하였다. 하드웨어 구조는 FPGA 프로토타입 보드를 사용하여 검증하였다. 제안된 동영상 프로세서는 PDA(Personal Digital Assistants), 모바일 폰과 PMP(Portable Multimedia Player) 등에 사용되어 질 수 있다.

In this paper, we proposed a motion picture processor for using low-cost color super twisted nematic liquid crystal display(CSTN-LCD). The proposed processor apply a new driving scheme using SFP(Subgroup Frame Pattern), so we extends gray scale and eliminates flicker phenomenon. In addition, we apply the BFI (Black Field Insertion) to the design compensated for response time of a LC (Liquid Crystal). We use an edge enhancement and interpolation method to improve image quality of motion picture. The hardware architecture of proposed processor has been implemented and verified on a prototype FPGA board. The proposed method can be used in the display devices such as PDA(Personal Digital Assistants), mobile phone, and PMP(Portable Multimedia Player).

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문제 정의

본 논문에서는 CSTN LCD에서 고화질 동영상 디 스플레이를 위한 새로운 구동 방법을 제안한다. 플리 커 (flicker) 현상을 제거하기 위해 SFP(SubFrame Pattern) 방법을 제안하고 액정의 응답 시간을 보상 하기 위해 BFKBlack Field Insertion)을 적용하였다.
본 논문에서는 저가격 CSTN-LCD에 사용할 동 영상 프로세서를 제안한다. 플리커 현상을 감소시키 기 위해 제안된 프로세서는 새로운 구동 방법인 SFP(SubFrame Pattern)를 제안한다.
본 논문은 CSTN LCD에서 동영상 구현을 위해 SFP와 BFI 방법의 새로운 구동 방법을 제안했다. 이 회로는 플리커 현상을 제거하고 액정 응답 시간을 보 상함으로써 고화질 동영상의 구현이 가능하다.

제안 방법

그림 11은 프로토타입 보드를 나타낸다. 성능을 검 증하기 위해 기존 방법을 사용한 영상과 제안된 방법 을 사용한 영상을 비교하였다. 표 3은 CSTN-LCD 프로세서 성능 비교를 위해 사용되는 TFT-LCD 패 널과 CSTN-LCD 패널의 성능을 나타낸다.
시스템은 메모리 생산 제품이 16비트 의 데이터 10핀을 가지기 때문에 효율적인 메모리 관리를 수행하기 위한 압축 기술이 필요하다. 적용된 압축함수는 Sigmoid 형태를 사용하여 입력 데이터 압축을 하였다. 이 함수는 RGB 입력 형식(888 비트) 을 RGB 출력 형식(5:6:5 비트)으로 변환한다.
그림 13은 TFT-LCD와 CSTN-LCD에서 구현된 동영상을 나타낸다. 제안된 CSTN-LCD 프로세서는 BFI 방법과 SFP 방법을 통 해 응답속도를 개선하여 동영상에서 생기는 움직임 열화(Motion Blur) 현상을 제거하고, 기존의 CSTN- LCD에서 동영상 구현을 어렵게 하였던 플리커 현상 을 제거하여 동영상 구현이 가능하도록 하였다.
제안된 프로세서는 VHDL을 이용하여 코딩하였 고, FPGA 디바이스를 이용하여 합성하였다. 제안된 시스템의 검증 보드는 ADC, FPGA, 메모리, 출력 버 퍼로 구성된다. 표 1은 CSTN 프로세서를 구현하기 위해 사용한 FPGA의 Hardware resource를 각 기능 블록별로 나타냈고, 표 2는 제안된 동영상 CSTN LCD 프로세서의 성능을 나타낸다.
제안된 프로세서는 VHDL을 이용하여 코딩하였 고, FPGA 디바이스를 이용하여 합성하였다. 제안된 시스템의 검증 보드는 ADC, FPGA, 메모리, 출력 버 퍼로 구성된다.
이미지와 동영상 화질을 향상시키기 위해 에지강조 기법과 보간기법을 사용한다. 제안된 프로세서는 동 기신호 검출부(Sync Detector), 이미지 압축블록 (Image Bit Compression), 프레임 응답 보상 블록 (frame Response Compensator), 계조 표현 블록 (Gray Scaler), CSTN Timing Generator와 Memory Controller로 구성된다. 프로세서의 구조는 그림 1에 보여진다.
본 논문에서는 CSTN LCD에서 고화질 동영상 디 스플레이를 위한 새로운 구동 방법을 제안한다. 플리 커 (flicker) 현상을 제거하기 위해 SFP(SubFrame Pattern) 방법을 제안하고 액정의 응답 시간을 보상 하기 위해 BFKBlack Field Insertion)을 적용하였다. 또한 고화질 이미지를 얻기 위해 에지 강조기법과 보간기법을 적용하였다.
본 논문에서는 저가격 CSTN-LCD에 사용할 동 영상 프로세서를 제안한다. 플리커 현상을 감소시키 기 위해 제안된 프로세서는 새로운 구동 방법인 SFP(SubFrame Pattern)를 제안한다. 또한 액정의 응답시간을 보상하기 위해 BFI을 회로에 적용한다.

대상 데이터

메모리 컨트롤러의 기능은 입력 데이터 와 드라이브 IC의 동기화 시키는 것이다. 사용된 메 모리는 40KS을 사용하였다.
디지털 TV 와 PC 디스플레이 시스템은 VESA 타 이밍 표준 형식에 따라 영상을 표시한다. 영상은 Vsync(Vertical Sync Timing)과 Hsync(Horizontal Sync Timing)으로 구성된다. 수직 동기 신호(Vsync) 는 영상의 첫 번째 시작신호을 나타내고, Sync 검출기 는 Sync 시작을 검출한다.

이론/모형

FOI 보간법을 사용하였을 때 이미지가 흐려지는 문제점을 해결하기 위해 에지 강조 기법을 사용하였 다. 에지 강조 방법은 고주파 성분값을 원래 화소값 에 더하여 화소의 에지를 강조하는 방법이다.
Grey scaler 블록은 그림 8과 같이 SFP(Subframe Pattern) 기법과 디더링(Dithering)을 사용하여 계조 표현을 하고 플리커를 줄였다.
일반적인 LCD 구동 시스템은 라인 어드레스 구동 방법을 적용한다. 구동방법은 RMS (Root Mean Square)전압을 이용한다. 이 장에서는 CSTN-LCD 를 위한 기존의 구동 방법을 설명한다.
동영상 구현이 가능하도록 BFI 방법을 사용하여 액정의 응답 시간을 보상한다. BFI 방법은 정상적인 프레임 사이 에 흘수 라인과 짝수 라인에 Black Line 이 삽입된 프레임을 번갈아 삽입하여 액정의 응답 시 간을 보상한다.
플리 커 (flicker) 현상을 제거하기 위해 SFP(SubFrame Pattern) 방법을 제안하고 액정의 응답 시간을 보상 하기 위해 BFKBlack Field Insertion)을 적용하였다. 또한 고화질 이미지를 얻기 위해 에지 강조기법과 보간기법을 적용하였다. 본 논문은 다음으로 2장에 서 기존 CSTN LCD 구동 방법을 소개하고 3장에서 는 제안한 프로세서를 자세히 설명하고 4장에서는 FPGA 디바이스를 기반으로 제안된 시스템 구조와 검증 결과를 보여주었다.
FRC는 보간 블록과 BFI 블록으로 구성된다. 보간 기법은 이미지 확대와 디인터레이싱(De-interlacing) 와 같은 이미지 처리 기법에 주요하게 사용되어지며 [8-10], 실시간 처리를 위하여 보다 낮은 복잡성을 가 지는 FOKFirst Order Interjeolation)을 적용한다 [11, 12], FRC 블록은 그림 4와 같이 구성되며, 적용된 FOI 기법은 그림 5에 나타낸다.
또한 액정의 응답시간을 보상하기 위해 BFI을 회로에 적용한다. 이미지와 동영상 화질을 향상시키기 위해 에지강조 기법과 보간기법을 사용한다. 제안된 프로세서는 동 기신호 검출부(Sync Detector), 이미지 압축블록 (Image Bit Compression), 프레임 응답 보상 블록 (frame Response Compensator), 계조 표현 블록 (Gray Scaler), CSTN Timing Generator와 Memory Controller로 구성된다.

성능/효과

이 회로는 플리커 현상을 제거하고 액정 응답 시간을 보 상함으로써 고화질 동영상의 구현이 가능하다. 보간기 법과 에지 강조 기법과 같은 제한된 방법을 사용함으 로써 향상된 영상을 얻었다. 합성 결과로 400, 000-gate FPGA 디바이스(Spartan3S 400E)에 충분히 적용할 수 있고 제안된 프로세서를 성공적으로 검증하였다.
보간기 법과 에지 강조 기법과 같은 제한된 방법을 사용함으 로써 향상된 영상을 얻었다. 합성 결과로 400, 000-gate FPGA 디바이스(Spartan3S 400E)에 충분히 적용할 수 있고 제안된 프로세서를 성공적으로 검증하였다.

후속연구

만약 제안된 방법이 사용된다면, CSTN-LCD에서 자연스러운 동영상 재생이 가능하 다. 제안된 방법은 휴대용 디스플레이 시장과 고성능 PDA와 휴대폰, PMP과 같은 소비 전자 제품에 사용 할 수 있다.

원문 보기

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한국멀티미디어학회 : 저널
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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