[논문]룩업 테이블 및 서브필드 맵핑을 이용한 계조 레벨 간 3D 크로스토크 저감 기술 구현

홍재근; 정해

doi:10.7840/kics.2013.38c.10.928

룩업 테이블 및 서브필드 맵핑을 이용한 계조 레벨 간 3D 크로스토크 저감 기술 구현
Implementation of Gray-to-Gray 3D Crosstalk Reduction using Look-Up Table and Sub-Field Mapping 원문보기

한국통신학회논문지. The Journal of Korea Information and Communications Society. 통신이론 및 시스템, v.38C no.10, 2013년, pp.928 - 936

홍재근 (금오공과대학교 전자공학과 통신망연구실) , 정해 (금오공과대학교 전자공학과 통신망연구실)

초록
AI-Helper

3D crosstalk (크로스토크)는 입체영상 인지를 방해하는 요소 중의 하나이다. 입력 영상의 좌안에 반영되어야 하는 영상이 디스플레이 매체의 특성으로 인해 완전하게 분리되지 못하고 우안으로 나와 생기는 현상과 우안에 반영되어야 할 영상이 좌안에 반영되어 생기는 현상이다. 본 논문은 능동형 셔터 안경 방식을 사용하고 있는 PDP(plasma display panel)에서의 3D 동작 구조와 크로스토크 측정 방법 및 3D 크로스토크의 발생 원인을 살펴보고, 풀 화이트와 풀 블랙으로 측정하는 기존 3D 크로스토크를 계조 레벨 간 3D 크로스토크로 확장하였다. 본 논문은 PDP에서 입력 영상에 대한 룩업 테이블과 서브필드 맵핑을 조절하는 방법으로 계조 레벨 간 3D 크로스토크 줄이는 방법을 제시한다. 실험영상과 수치결과를 통하여 계조 레벨 간 3D 크로스토크의 감소 정도를 측정함으로써 제시된 방법을 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

3D crosstalk is one of the disturbing things to recognize 3D images. This is caused by the phenomenon that input image for left eye is transferred at the right eye and right eye is transferred at the left eye because of the imperfect isolation by the device characteristics. In this paper, we review the 3D PDP (Plasma Display Panel) operation using active shutter glasses and crosstalk measurement method and investigate the major cause of 3D crosstalk and extend conventional 3D crosstalk using full white and full black image input to Gray-to-Gray (GtoG) 3D crosstalk. We suggest a specific method to reduce Gray-to-Gray 3D crosstalk by using Look up Table (LUT) and sub-field mapping in PDP. And then, we verify the method by measuring GtoG 3D crosstalk rate through specific test images and numerical results.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 디스플레이 매체 관점에서 3D 크로스토크를 개선하기 위해서 현재 영상의 광에서 이전 영상에서 발생한 잔광을 빼주는 방식을 이용하여 크로스토크를 줄이고자 하였다. 또한 서브필드 배치에 있어서 가중치를 서브필드 앞쪽에는 많이 적용하고 뒤쪽에는 적게 적용하는 것과 영상의 잔광 특성 및 평균 후)현재 영상으로">현재영상으로 넘어오는 광의 양을 빼주고 현재 영상이 생성하는 광을 더해주면 현재 영상의 사용되어야 할 전체 광이며 이것을 PDP 모듈의 구동회로에 어드레스 기간에 보내도록 하였다. 입력 영상 중에 평균 영상 레벨이 급격하게 변하는 경우, 특히 밝은 화면에서 어두운 화면으로 전환될 때의 APL의 차이를 계산하여 서브필드 맵핑의 LUT를 변경하여 크로스토크 레벨을 줄이고자 하였다^[8].

가설 설정

">시스템 형상이다. 본 논문에서 3D 포맷터는 우영상과 좌영상을 위한 한 프레임 정보가 각각 동일한 클록 (Clock)으로 병렬로 전달되는 것을 가정하고 설계하였다.
측정시스템은 능동형 셔터 안경의 물리적인 동작특성이 동일하다는 가정을 하고, CS-1000 휘도계를 이용하여 충전이 완료된 상태의 능동형 셔터 안경을 통하여 휘도를 측정하였다. 측정순서는 아래와 같다.

제안 방법

후)측정 방법과">측정방법과 계조 레벨 간 3D 크로스토크에 대하여 설명한다. III 절에서는 능동형 셔터 안경 방식을 사용하고 있는 3D PDP의 특성을 고려하여, 입력 영상에 대한 광의 특성을 고려한 룩-업 테이블 (LUT, Look-up table) 적용과 서브필드 맵핑 (SFM, Sub-field mapping)을 조절하는 방법으로 계조 레벨 간 3D 크로스토크를 줄이는 방법을 구현하여 II 절에서 설명한 측정방법을 통해 평가하였다. VI 절에서는 구현된 방법의 IR Emitter Sync 블록은 능동형 셔터 안경에 동기를 제공하는 부분으로 다양한 제품의 호환성을 고려하였으며, 구동 회로와 영상 신호의 출력을 동기시켜서 능동형 셔터 안경의 왼쪽과 오른쪽 렌즈 셔터링에 대한 Rising/falling 시간 각각을 조절 가능하도록 하였다. 사용한 메모리 맵 레지스터의 크기는 16 bits 후)1개를">1개를 이용하여 저장하였다. 계조 레벨 간 3D 크로스토크 양을 줄인 R/G/B 영역의 데이터는 서브필드 영역 변환하기 위해 DDR 메모리 2개를 사용하여 변환하였다. 서브필드로 변환된 영상 데이터는 FPGA의 RSDS (Reduced swing differential signaling) 신호를 사용하여 어드레스 기간에 구동회로에 전달된다.
후)제어하여">제어하여 3D 크로스토크를 줄이도록 하였다. 능동형 셔터안경의 관점에서는 IR 이미터의 Rising /falling 시간을 조절가능하게 함으로써, 셔터링에 의한 광의 일부분을 손실하는 것을 줄이고, 여러 제품과의 호환성을 고려하여 구현하였다.
후)잔광휘도를">잔광 휘도를 측정한다. 다섯 번째 R/G/B의 셀의 모두 꺼지게 한 풀 블랙 (full black) 후, 우측 렌즈 블랙 화면을 측정한다.
능동형 셔터 안경의 셔터링에 대한 Rising/falling 시간의 영향을 제외한 디스플레이 매체 관점에서 계조 레벨 간 3D 크로스토크를 고려할 때, 현재 영상의 전체 휘도는 이전 영상의 잔광의 양과 현재 영상의 광의 합으로 표현할 수 있다. 따라서 R/G/B 각각에 대하여 미리 측정한 계조 레벨 간 3D 크로스토크 양을 기반으로 한 LUT를 만들어 놓은 상태에서 현재 영상이 들어오면, 이전 영상의 광 중에서 현재영상으로 넘어오는 광의 양을 빼주고 현재 영상이 생성하는 광을 더해주면 현재 영상의 사용되어야 할 전체 광이며 이것을 PDP 모듈의 구동회로에 어드레스 기간에 보내도록 하였다. 입력 영상 중에 평균 후)매체 의">매체의 원인과 능동형 셔터 안경의 셔터링에 대한 부분으로 구분하였다. 또한 3D 크로스토크를 측정할 때, 블랙 영상과 화이트 영상의 3D 크로스토크를 계조 레벨 간 3D 크로스토크로 확장하여 설명하였다.
후)64레벨로">64 레벨로 나눠서 레지스터의 크기를 줄였다. 또한 B 영상의 경우 그림 6에서 알 수 있듯이, R/G 영상대비 계조 레벨 간 3D 크로스토크 양이 현저하게 적으므로 알고리즘 구현시 R/G에 대한 보상만 하도록 설계하였다.
BtoG Level decision 블록은 X-talk_Diff에서 받은 크로스토크의 차이를 확인하여 입력단의 LUT#1~4를 선택하는 부분이다. 또한 SFM LUT#1~4를 선택하는 기능으로 입력 평균 영상 레벨에 따라 계산되어지는 3D 크로스토크 량과 실제 보상되어진 후의 값의 차이를 비교한 후, 일정 임계값 이상의 값이 되면 서브필드의 맵핑 (Mapping) 수준을 높이는 방향으로 LUT를 변경하고, 보상값 대비 임계값 이하이면 SFM LUT을 변화시키는 일종의 히스테리시스 기능을 추가하여 3D 크로스토크에 따라 서브필드 맵핑을 선택하도록 하였다.
본 논문에서는 디스플레이 매체 관점에서 3D 크로스토크를 개선하기 위해서 현재 영상의 광에서 이전 영상에서 발생한 잔광을 빼주는 방식을 이용하여 크로스토크를 줄이고자 하였다. 또한 서브필드 배치에 있어서 가중치를 서브필드 앞쪽에는 많이 적용하고 뒤쪽에는 적게 적용하는 것과 영상의 잔광 특성 및 평균 영상 레벨 특성을 이용하여 서브필드 맵핑을 제어하여 3D 크로스토크를 줄이도록 하였다. 능동형 변환을 위해 사용한 FPGA (Field programmable gate array) 내부 메모리의 크기는 한 라인의 정보 (1920 ×1 × 3 개 (R/G/B) × 2 개 (좌ㆍ우영상))를 저장하도록 하였다.
본 논문에서 적용한 방법은 실시간으로 3D 크로스 토크를 줄일 수 없지만, 모듈에서 측정한 형광체의 잔광 특성을 바탕으로 LUT를 설정하며, 한번 설정한 후에는 실시간으로 계조 레벨 간 3D 크로스토크가 줄어듦을 확인하였다.
본 논문에서는 능동형 셔터 안경을 사용하고 있는 AC-PDP에서 3D 영상을 표현할 때 이슈가 되고 있는 3D 크로스토크의 발생 원인을 형광체의 잔광 (이전 영상에서 현재 영상으로 넘어오는 형광체의 잔광)으로 인한 디스플레이 매체의 원인과 능동형 셔터 안경의 셔터링에 대한 부분으로 구분하였다. 또한 3D 크로스토크를 측정할 때, 블랙 영상과 화이트 영상의 3D 크로스토크를 계조 레벨 간 3D 크로스토크로 확장하여 설명하였다.
본 논문에서는 실사용 조건 측면을 고려하여 좌영상과 우영상의 계조 레벨에서 발생되는 능동형 셔터 안경 방식의 3D 크로스토크를 측정하기 위해 수식 (2)의 화이트와 블랙의 크로스토크를 확장하여 계조 레벨 간 3D 크로스토크를 적용하였다. 계조 레벨 간 3D 크로스토크의 수식은 TV 제조업자와 표준화회의 등에서 논의되는 중이지만^[6], 본 논문에서는 사용한 메모리 맵 레지스터의 크기는 16 bits ×2 개이며, 10 μsec 단위로 Rising/falling 시간을 조절 가능하게 설계하였다[9].
수신된 한 프레임의 영상 정보는 픽셀 클록 (74.3 MHz) 영역의 데이터이므로, 안정적인 동작을 위해 시스템 클록 (150 MHz) 영역으로 변환하였다. 변환을 위해 사용한 FPGA (Field programmable gate array) 내부 메모리의 크기는 한 라인의 후)(좌ㆍ우 영상))를">(좌ㆍ우영상))를 저장하도록 하였다. 시스템 클록 영역으로 변환한 R/G/B 영상 신호는 입력 영상 레벨 계산과 다음 영상의 크로스토크 계산을 위해 프레임 메모리에 200 MHz의 클록을 사용하는 DDR를 1개를 이용하여 저장하였다. 계조 레벨 간 3D 크로스토크 양을 줄인 R/G/B 영역의 데이터는 서브필드 영역 변환하기 위해 DDR 메모리 2개를 사용하여 변환하였다.
3전극 AC-PDP TV에서 크로스토크를 산출하기 위한 방법은 다음과 같은 방법을 사용하였다. 좌영상의 크로스토크를 측정할 경우, 좌영상을 25 %의 화이트 화면을 중앙을 기준으로 표시하였을 때 CS-1000 휘도계를 이용하여 안경에서 휘도를 측정하였다. 이때 측정한 값을 화이트 휘도라고 정의하였다.
후)측정순서는">측정 순서는 3D 크로스토크 측정방법과 동일하며, 입력 영상을 좌ㆍ우영상에 사용한 화이트와 블랙이 아닌 좌ㆍ우영상에 각각 그레이 (Gray) 영상을 입력하였다.

대상 데이터

3D 포맷터의 출력을 받는 LVDS (Low voltage differential swing) 수신기 (Receiver)는 148.5 MHz (60 Hz의 영상 입력 기준)의 픽셀(Pixel) 클록을 가지는 이중 채널 LVDS 신호를 수신하기 위해 4개를 사용하였다.
본 논문에서 사용한 PDP 모듈은 1920 × 1080 해상도를 가지는 50 인치, Full HD 급의 일반적인 3 전극 면방전 구조이며, Ne-Xe (15 %) 혼합가스를 400 Torr의 압력으로 주입한 패널을 사용하였다.

성능/효과

후)서브필드가 중치를">서브필드 가중치를 앞쪽 서브필드에 많이 사용한 상태에서 개선알고리즘을 구현했을 때의 계조 레벨 간 3D 크로스토크는 2.3 %로 개선됨을 확인하였다.
후)입력평균">입력 평균 영상 레벨에 따른 3D 크로스토크 양은 입력 영상의 평균 영상 레벨을 x라고 하고, 크로스토크의 출력 휘도 레벨을 Y라고 하면, 수식 (4)과 같이 감마 특성과 유사하게 나타났다.
후)실험 결과를">실험결과를 나타낸 것으로 서스테인 펄스의 가중치를 서브필드의 앞쪽과 뒤쪽에 비중을 달리 가져감에 따른 크로스토크를 측정한 것과 크로스토크 저감 알고리즘을 적용한 상태에서 계조 레벨 간 3D 크로스토크를 측정한 값이다. 표 2에서 확인할 수 있듯이, 2D에서 사용하는 방식인 서스테인 펄스의 가중치를 후반부에 많이 준 경우 대비 앞쪽에 서스테인 펄스를 많이 사용한 경우가 3D 크로스토크 측면에서 6.8 %에서 3.8 %로 개선되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수동형 안경 방식의 단점과 장점은 무엇인가?	능동형 셔터 안경방식은 이미지를 전체 해상도로 시청할 수 있는 장점을 가지고 있으나 좌우 안경을 위한 셔터링을 위해 240 Hz 혹은 480 Hz의 고속구동과 안경의 셔터링을 위한 능동회로 사용으로 인한 충전 및 안경자체의 무게가 수동형 안경 대비 상대적으로 무겁다는 단점을 가지고 있다. 수동형 안경 방식은 시청 해상도가 이미지의 해상도 대비 1/2로 줄어드는 단점을 가지고 있으나, 셔터링 안경 대비 가겹다는 장점을 가지고 있다. 능동형 셔터안경방식을 사용하고 있는 PDP에서는 60 Hz 입력의 경우 서브필드 구동으로 좌ㆍ우 영상을 한 프레임 (16.
	양안 시차의 원리는 무엇인가?	또한 우영상이 전달될 때에는 우안용 렌즈를 통해 영상이 전달되도록 우안용 렌즈를 열어주고, 좌안용 렌즈를 닫는다. 이렇게 함으로써 시차량을 갖는 좌ㆍ우 단위쌍 영상이 제공되는 영상을 시청할 경우, 시청자는 좌우 눈이 다른 피사체를 봄으로써 생기는 좌우 망막 상의 공간적인 차이의 효과 때문에 3D 입체를 지각하게 된다. 이러한 원리를 양안 시차라고 한다.
	능동형 셔터 안경방식의 장점과 단점은 무엇인가?	안경식 입체 디스플레이는 안경의 동작방법에 따라 능동형 셔터 안경 (Active shutter glasses) 방식과 수동형 안경 (Passive glasses) 방식으로 나눠지며, 시간적으로 안경에 동기신호를 전달하여 안경의 좌ㆍ우 렌즈의 셔터링을 이용하는 능동형 셔터 안경 방식과 공간적인 방식으로 디스플레이 매체와 안경에 필터를 사용하여 좌ㆍ우 안경에 각각 다른 파장의 신호를 통과시키는 수동형 안경 방식을 사용하여 3D 효과를 나타내는 방법을 사용한다. 능동형 셔터 안경방식은 이미지를 전체 해상도로 시청할 수 있는 장점을 가지고 있으나 좌우 안경을 위한 셔터링을 위해 240 Hz 혹은 480 Hz의 고속구동과 안경의 셔터링을 위한 능동회로 사용으로 인한 충전 및 안경자체의 무게가 수동형 안경 대비 상대적으로 무겁다는 단점을 가지고 있다. 수동형 안경 방식은 시청 해상도가 이미지의 해상도 대비 1/2로 줄어드는 단점을 가지고 있으나, 셔터링 안경 대비 가겹다는 장점을 가지고 있다.

참고문헌 (9)

Displaybank, 3D TV Industry Trend and Market Forecast (2010), Retrieved July, 1, 2013, from http://www.displaybank.com/research_file/7105 27.pdf.
K. Ukai and P. A. Howarth, "Visual fatigue caused by viewing stereoscopic motion images: Background, theories and observations," Displays, vol. 29, no. 2, pp. 106-116, Mar. 2008.

상세보기
A. Woods, "Understanding crosstalk in stereoscopic displays," Keynote presentation at Three-Dim. Syst. Applicat. Conf. (3DSA), Tokyo, Japan, May 2010.
D. Park, T. G. Kim, C. Kim, and S. Kwak, "A sync processor with noise robustness for 3DTV active shutter glasses," in Proc. 2010 Int. SoC Conf. (ISOCC), pp. 147-149, Seoul, Korea, Nov. 2010.
H. Tae, S. Jang, H. D. Park, S. Chien, and D. H. Lee, "Effects of Saturation characteristics of red, green, and blue phosphor layers on white color balancing in alternate current plasma display panel," Molecular Crystal and Liquid Crystals, vol. 459, pp. 191/[471]-203/[483], Jan. 2006.
International Electrotechnical Commission (IEC), "3D display devices - Part 6-2: Optical measuring methods for stereoscopic displays using glasses," Project reference IEC 62629-6-2 Ed. 1.0, Geneva, Switzerland, Sep. 2010.
T. Shinoda, Method and a circuit for gradationally driving a flat display device, U.S Patent no. 5,724,054, Mar. 1998.
LG Electronics, 3-D Display Apparatus and 3-D Plasma Display Apparatus, KR Patent no. 1020100032774, Oct. 17. 2011.
D. Park, S. Kwak, C. M. Kim, and T. G. Kim, "Low-power discrete-event SoC for 3DTV active shutter glasses," J. Inst. Electron. Eng. Korea (IEEK), vol. 48, no. 6, pp. 18-26, Nov. 2011.

저자의 다른 논문 :

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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