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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

조문기 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
윤영섭
발행연도
2018
저작권
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수3

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2018

LCD 오버드라이브의 프레임 메모리 절감을 위한 BTC 기반 영상 압축 알고리즘에 관한 연구
조문기 전자공학과 2018.01 학위논문

2015

LCD 오버드라이브를 위한 다중 모드 BTC 영상 압축 알고리즘
조문기 ,  윤영섭 전자공학회논문지 2015.03 학술저널

초록· 키워드

오류제보하기
LCD(liquid-crystal display)는 대표적인 평판 디스플레이로서 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)에 비하여 많은 장점이 있어, 널리 사용되고 있다. 하지만 LCD는 홀드 타입(hold-type) 구조로서, 동영상 재생 시 액정의 늦은 반응 속도로 인해서 모션 블러(motion-blur)가 표현되는 단점이 있다.
모션 블러를 해결하기 위해서, 반응속도가 빠른 LC 셀, 프레임 사이에 블랙 프레임 삽입이나 백라이트 블링킹(blinking) 등이 연구되었다. 하지만 최근에는 비용 및 기술적인 문제로 이전 프레임과 현 프레임 화소 값을 비교하여 현 프레임 화소 값을 변조하여 모션 블러 현상을 감소시킬 수 있는 오버드라이브 기술이 사용되고 있다. 오버드라이브는 이전 프레임 픽셀이 모두 필요하므로 프레임 픽셀을 저장하기 위한 메모리가 필요하다. 최근 EMI 감소를 위한 프레임 메모리의 인터페이스 클록 주파수 감소 및 비용 절감을 위한 프레임 메모리 용량의 감소 목적으로 압축 알고리즘이 연구되고 있다.
오버드라이브에 적합한 알고리즘은 실시간 데이터 처리가 가능해야 함으로서 하드웨어 구현이 간단해야 한다. 간단한 하드웨어 구현을 위해서는 입력 영상에 따라서 압축비가 변하는 알고리즘보다 입력 영상과 관계없이 고정 압축비를 갖는 알고리즘이 적합하다. 상기와 같은 이유로 오버드라이브에 널리 사용되고 있는 압축 알고리즘이 BTC(Block Truncation Coding) 알고리즘이다.
본 연구에서는 BTC 압축을 3 가지 연구 테마로 분류하여, LCD 오버드라이브에 적합한 압축 알고리즘 연구하였다. 3 가지 압축 알고리즘 모두 입력 영상과 관계없이 고정 비율 압축 알고리즘으로 연구 되었으며, 압축비는 1/6 로 설정 하였다. 그리고 동일한 BTC 블록 크기로 연구 되었다.
제안된 첫 번째 알고리즘은 YCbCr 컬러 변환 알고리즘을 사용한 MCC-BTC(MCC-BTC : Multi-mode Color Conversion based BTC) 알고리즘이다. 일반적으로 서브 샘플링 기법은 높은 압축률을 위해서 Cb와 Cr에 큰 서브 샘플링을 적용하는데, 큰 서브 샘플링 기법은 압축 손실이 증가하는 단점이 있다. MCC-BTC 알고리즘은 서브 샘플링과 본 논문에서 제안한 단일 비트맵 알고리즘(Y_Chrominance BTC)을 함께 적용함으로서, 큰 서브 샘플링으로 인한 압축 손실을 최소화 하였고 높은 화질을 얻을 수 있다. MCC-BTC는 S_S BT(subsampling BTC)와 Y_Chrominance BTC를 사용한 4 가지 압축모드로 구성된다.
제안된 두 번째 알고리즘은 양자화 레벨이 다른 2 가지 BTC 압축 기법을 사용한 IML-BTC(Improved Multi-Level BTC) 알고리즘이다. BTC는 동일 압축비의 가정 하에, 화소 분포에 따라서 큰 블록 / 높은 양자화 레벨의 압축 손실과 작은 블록 / 낮은 양자화 레벨의 압축 손실이 다르다. 이러한 BTC 특성을 활용하여, IML-BTC는 본 논문에서 제안한 양자화 레벨이 다른 2 가지 알고리즘을 사용하였다. RGB 비트맵의 단일화 기법으로 본 논문에서 제안한 advanced Y-based BTC를 사용하였다.
세 번째 연구 테마는 보간 알고리즘을 사용한 I-BTC(Interpolation-based BTC) 알고리즘이다. BTC는 화소마다 동일한 비트맵 사용으로 인하여, 높은 압축률 조건에서 BTC의 양자화 레벨을 높이기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서, I-BTC는 화소마다 화소 정보 수를 다르게 하여, 1/6 의 압축비를 유지 하면서 높은 양자화 레벨의 BTC 사용이 가능하였고, 압축 손실을 줄이면서 높은 화질을 얻을 수 있었다. I-BTC는 본 논문에서 제안한 pixel interpolation BTC(P-I BTC)와 dynamic-range interpolation BTC(D-I BTC)로 구성된다.
본 논문에서 프레임 메모리 최소화를 위한 오버드라이브용 압축 알고리즘들은 높은 이미지 품질 및 낮은 압축손실이 확인되어 오버드라이브에 적합한 알고리즘임이 증명되었다.
#LCD #오버드라이브 #영상 압축 알고리즘 #BTC

목차

한글 그림 목차 ?????????????????????????????????????????????????????????????iv
영문 그림 목차 ?????????????????????????????????????????????????????????????vi
한글 표 목차 ????????????????????????????????????????????????????????????? viii
영문 표 목차 ?????????????????????????????????????????????????????????????? ix
국문 요약 ??????????????????????????????????????????????????????????????????? x
영문 요약 ?????????????????????????????????????????????????????????????????? xii
LIST OF ABBREVIATIONS ?????????????????????????????????????????? xv
제 1 장 서 론 ??????????????????????????????????????????????????????????????? 1
1.1 연구 배경 ????????????????????????????????????????????????????????????? 1
1.2 논문 구성 ????????????????????????????????????????????????????????????? 3
제 2 장 이론적 배경 ?????????????????????????????????????????????????????? 4
2.1 Overdrive in LCD System ?????????????????????????????????????? 4
2.1.1 LCD 구동 회로 ????????????????????????????????????????????????? 4
2.1.2 LCD Overdrive 개요 ?????????????????????????????????????????? 6
2.1.3 LCD Overdrive 동작 및 적용 ??????????????????????????????? 7
2.2 메모리 최소화를 위한 압축 ???????????????????????????????????? 10
2.3 본 연구에서 사용된 압축 알고리즘 ?????????????????????????? 11
2.3.1 BTC 압축 알고리즘 개요 ?????????????????????????????????? 11
2.3.2 2-level AMBTC (basic-BTC) ?????????????????????????? 12
2.3.3 4-level BTC ?????????????????????????????????????????????????? 14
2.3.4 Adaptive Quantization Coding (AQC) ????????????????? 15
2.3.5 YCbCr color conversion ?????????????????????????????????? 16
2.4 Coding / Overdrive Performance 분석 ???????????????????? 17
2.5 기존 LCD OVERDRIVE 용 압축 알고리즘 연구 ?????????? 19
2.5.1 Y-based BTC ???????????????????????????????????????????????? 20
2.5.2 CE-BTC ???????????????????????????????????????????????????????? 21
2.5.3 AHIC ????????????????????????????????????????????????????????????? 22
2.5.4 FBTC ???????????????????????????????????????????????????????????? 23
제 3 장 본 론 ?????????????????????????????????????????????????????????????? 25
3.1 블록 크기와 양자화 레벨에 따른 특성 연구 ??????????????? 25
3.1.1 시뮬레이션 결과 ????????????????????????????????????????????? 26
3.2 YCbCr 컬러 변환 기반의 BTC 연구 ????????????????????????? 30
3.2.1 Multi-mode Color Conversion based BTC???????????30
3.2.1.1 Compressing bitmap 알고리즘 ????????????????????? 30
3.2.1.2 MCC-BTC 알고리즘 ???????????????????????????????????? 34
3.2.1.3 효율적인 하드웨어 구조에 대한 연구 ?????????????? 39
3.2.2. 시뮬레이션 결과 ????????????????????????????????????????????? 40
3.2.2.1 Result of compression-mode selection ???????? 40
3.2.2.2 Evaluation of Coding Performance ??????????????? 41
3.2.2.3 The number of pixels is a difference of more than 64 values ??? 45
3.2.2.4 Evaluation of Overdrive Performance ??????????? 47
3.2.3 결 론 ????????????????????????????????????????????????????????????? 50
3.3 향상된 다중 차수 기반 BTC 연구 ???????????????????????????? 51
3.3.1 Improved multi-level BTC ???????????????????????????????? 51
3.3.1.1 advanced Y-based bit-map 압축 알고리즘 ???? 52
3.3.1.2 Improved 2-level BTC 알고리즘 ??????????????????? 55
3.3.1.3 Improved 4-level BTC 알고리즘 ??????????????????? 57
3.3.1.4 Bit allocation of IML-BTC 알고리즘 ???????????????59
3.3.2 시뮬레이션 결과 ??????????????????????????????????????????????? 60
3.3.2.1 Evaluation of Coding Performance ?????????????? 60
3.3.2.2 The number of pixels is a difference of more than 64 values ??????64
3.3.2.3 Evaluation of Overdrive Performance ???????????? 66
3.3.3 결 론 ???????????????????????????????????????????????????????????? 69
3.4 보간 기반 BTC 연구 ????????????????????????????????????????????? 71
3.4.1 interpolation-based BTC ????????????????????????????????? 71
3.4.1.1 8-level advanced Y-based bit-map compressing 알고리즘 ?????? 71
3.4.1.2 Improved 8-level BTC algorithm ?????????????????? 73
3.4.1.3 P-I BTC (pixel-interpolation BTC) 알고리즘 ??? 75
3.4.1.4 D-I BTC (dynamic_range-interpolation BTC) 알고리즘 ?????? 77
3.4.1.5 I-BTC 알고리즘 ?????????????????????????????????????????? 79
3.4.1.6 Bit allocation of I-BTC ???????????????????????????????? 81
3.4.2 시뮬레이션 결과 ????????????????????????????????????????????? 81
3.4.2.1 Evaluation of Coding Performance ??????????????? 81
3.4.2.2 The number of pixels is a difference of more than 64 values?????? 85
3.4.2.3 Evaluation of Overdrive Performance ???????????? 86
3.4.3 결 론 ????????????????????????????????????????????????????????????? 89
3.5 제안한 알고리즘들의 압축 성능 비교 ??????????????????????? 90
3.5.1 단일 비트맵 알고리즘 비교 ???????????????????????????????? 90
3.5.2 제안한 알고리즘들의 압축 성능 비교 ??????????????????? 96
제 4 장 결 론 ?????????????????????????????????????????????????????????????? 99

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