모바일 AMOLED 디스플레이를 위한 최적 전력 모델 및 저전력 화질 개선 기법 연구

Abstract

AMOLED 디스플레이가 탑재된 스마트폰에서 게임, 인터넷 서핑과 같은 사용자 인터페이스 응용 프로그램을 사용하는 일은 빈번하며, 이 과정에서 사용자와 디스플레이 간의 상호 작용으로 인해 디스플레이 소모 전력은 더욱 커진다. 점점 비중이 커지는 스마트폰 디스플레이의 소모 전력을 효율적으로 관리하기 위해서는 전력을 정확하게 추정하고 실시간으로 관리해야 한다. 따라서 모바일 기기 내에서 높은 정확도로 전력을 추정하고 빠른 실행 시간이 가능한 디스플레이 전력 모델이 필요하다. 본 논문에서는 R, G, B 채널 간의 모든 의존성을 고려한 Hong 모델에 다양한 성능 최적화 방법을 적용하여 AMOLED 디스플레이를 위한 새로운 최적 전력 모델을 제안한다. 제안하는 최적 전력 모델은 Galaxy S3 스마트폰에서 구현되었고, 유명한 4개의 이미지 데이터베이스에 대해 평균 오차율과 실행 시간에 대한 결과를 얻는다. 제안하는 최적 전력 모델은 Galaxy S3에서 1.63%의 낮은 오차율을 보인 반면, 단순 모델과 Park 모델은 각각 11.21%, 6.91%의 오차율을 보였다. 또한 제안하는 최적 전력 모델은 Exynos 4412가 탑재된 Android 스마트폰의 운영체제 수준에서 구현되었고, 720x1280 해상도의 패널에 표시된 이미지를 대상으로 약 0.0077초의 평균 실행 시간을 보여준다. 결과적으로 제안하는 최적 전력 모델은 매우 빠르고 정확하며 AMOLED 디스플레이가 탑재된 스마트폰에서 매우 유용하다. 최근 스마트폰에는 높은 인간 시각 만족도를 충족하는 고해상도 및 high dynamic range 이미지를 표현할 수 있는 기능의 필요성이 높아지고 있다. 하지만 아직 대부분의 스마트폰 디스플레이는 채널 당 8비트인 low dynamic range만을 지원하고 있어 tone mapping operator를 이용한 명암 대비 색 변환을 해야 한다. tone mapping operator를 거쳐 나온 tone mapped 이미지는 본래 high dynamic range 이미지에 비해 지역적 영역(local area)의 화질 손실이 발생하므로 인간 시각 만족을 저하시킬 수 있다. 또한 스마트폰에서 tone mapped 이미지를 표현할 때 디스플레이 소모 전력이 커지므로 전력 절감 측면을 고려해야 한다. 본 논문에서는 스마트폰에서 tone mapped 이미지를 대상으로 최적의 인간 시각 만족과 전력 절감을 동시에 충족하는 새로운 저전력 화질 개선 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 화질 개선을 위해 Reinhard tone mapping operator와 unsharp masking을 이용하였고, 전력 절감을 위해 디스플레이 밝기 제어를 이용하였다. 또한 인간 시각 시스템을 반영하기 위해 유저스터디를 통해 최적의 매개변수 조합을 찾아 룩업테이블을 구성하였고, 실제 스마트폰에 적용되어 최적의 인간 시각 만족도를 충족하는 자동화된 배터리 인식 전력 절감 기능을 수행한다. 안드로이드 시스템인 Galaxy S3, Galaxy S7를 대상으로 제안 기법을 구현하였고, 다양한 tone mapped 및 일반 이미지를 대상으로 한 실험에서 제안 기법은 각 스마트폰 마다 34.97%, 29.78% 전력 절감율을 보여준다.