KR100471186B1 - Deinterlacing apparatus and method for interpolating of image data by region based - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영역 기반으로 영상 데이터를 보간하기 위한 디인터레이싱 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 디인터레이싱 장치는 입력된 영상 데이터를 평활화, 경사도 추정 및 분수령 알고리즘을 이용하여 분할된 영상 데이터를 생성한다. 그리고 분할된 영역의 상관성을 이용하여 에지의 방향성을 검출하여 공간 및 시간적 보간을 처리한다. 그 결과, 기존의 화소간 차이값에 의한 에지의 방향성 검출을 이용하여 보간하는 방법보다 왜곡이 적고 특히, 굴곡이 심한 영상에서 보간 성능이 우수하다.The present invention relates to a deinterlacing apparatus and method for interpolating image data on an area basis. The deinterlacing apparatus of the present invention generates the divided image data by smoothing the input image data, using the gradient estimation, and the watershed algorithm. The spatial direction and temporal interpolation are processed by detecting the direction of the edge using the correlation of the divided regions. As a result, the distortion is less than that of the interpolation method using the directional detection of the edge by the difference between pixels, and the interpolation performance is particularly excellent in a severely curved image.

Description

영역 기반으로 영상 데이터를 보간하기 위한 디인터레이싱 장치 및 방법{DEINTERLACING APPARATUS AND METHOD FOR INTERPOLATING OF IMAGE DATA BY REGION BASED}Deinterlacing apparatus and method for interpolating image data based on region {DEINTERLACING APPARATUS AND METHOD FOR INTERPOLATING OF IMAGE DATA BY REGION BASED}

본 발명은 영상 데이터를 보간하기 위한 디인터레이싱 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 영역 기반으로 화소간의 상관성을 조사하여 영상 데이터를 보간하기 위한 디인터레이싱 장치 및 그 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a deinterlacing apparatus for interpolating image data and a method thereof, and more particularly, to a deinterlacing apparatus for interpolating image data by examining correlation between pixels on an area basis and a processing method thereof.

디인터레이싱은 영상 데이터 처리 방법에 있어서, 비월 주사(interlace scan) 방식의 영상 데이터를 순차 주사(progressive scan) 방식의 영상 데이터로 변환하는 기술이다. 비월 주사 방식의 영상 데이터는 하나의 프레임 화면이 2 개의 필드 화면으로 구성되며, 이를 디인터레이싱 처리하기 위해서는 별도의 디인터레이싱 장치가 필요하다.De-interlacing is a technique of converting interlaced scan image data into progressive scan image data in an image data processing method. In interlaced scanning image data, one frame screen is composed of two field screens, and a separate deinterlacing apparatus is required to deinterlace it.

이러한 디인터레이싱 장치 및 방법들에 관한 종래 기술들은 예를 들어, 국내 공개특허공보 제 2001-068516호(공개일 : 2001.7.23)의 '디인터레이싱 장치 및 방법'과, 동 공개특허공보 제 2002-026042호(공개일 : 2002.4.6)의 '움직임 보상형 보간을 이용한 디인터레이싱 장치 및 그 방법' 그리고 일본 공개특허공보 평12-261768호(공개일 : 2000.9.22)의 '화상신호의 움직임 보상 변환 회로' 등이 공개되어 있다.Prior arts relating to such deinterlacing apparatus and methods are described, for example, in 'Deinterlacing apparatus and method' of Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-068516 (published: 2001.7.23), and Korean Patent Publication No. 2002-026042. (Publishing date: 2002.4.6) 'Deinterlacing apparatus and method using motion compensation type interpolation' and 'Motion compensation conversion circuit of image signal' of JP-A-12-261768 (published date: September 22, 2000) Etc. are disclosed.

국내 공개특허공보 제 2001-068516호는 화소간의 차이값을 이용한 에지 방향성 검출 방법과, 잡음 제거를 위한 미디언 필터링 방법 및 시공간 디인터레이싱 시스템에서 시간적 보간값과 공간적 보간값의 소프트 스위치 출력 방법이 개시되어 있다. 이러한 디인터레이싱 장치 및 방법에 의하면 보간 후 부가적으로 미디언 필터링을 수행함으로써 화질이 우수한 효과가 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2001-068516 discloses an edge orientation detection method using a difference value between pixels, a median filtering method for noise removal, and a soft switch output method of temporal interpolation and spatial interpolation in a space-time deinterlacing system. have. According to such a deinterlacing apparatus and method, an image quality is excellent by additionally performing median filtering after interpolation.

동 공개특허공보 제 2002-026042호는 양방향 움직임 벡터와 미디언 필터링을 이용하여 움직임을 보상하는 보간 방법이 개시되어 있으며, 구현이 용이하고 윤곽선 보존 능력이 우수하다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 2002-026042 discloses an interpolation method for compensating a motion by using a bidirectional motion vector and median filtering, and is easy to implement and has excellent outline preservation ability.

그리고 일본 공개특허공보 평12-261768호는 움직임 벡터를 검출하여 움직임 보상을 한 다음, 오차값에 따라 시간, 공간 및 시공간 보간값들에 가중치를 부여하여 새로운 보간값을 구하는 방법이 개시되어 있다. 이것에 의하면, 움직임 보상 처리에 대한 고유한 화질의 열화를 없앨 수 있다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 12-261768 discloses a method of detecting a motion vector to compensate for motion, and then obtaining a new interpolation value by weighting time, space, and space-time interpolation values according to error values. According to this, deterioration of the inherent image quality with respect to the motion compensation process can be eliminated.

그러나 상술한 기술들은 화소간의 차이값을 이용하여 구한 에지의 방향으로 보간함으로써, 에지 방향을 잘못 구하여 왜곡이 발생하거나 굴곡이 심한 영상에서 보간 효과가 떨어지는 문제점이 있다.However, the above-described techniques have a problem of interpolation in the direction of an edge obtained by using a difference value between pixels, so that the edge direction is incorrectly obtained and the interpolation effect is deteriorated in an image having a high distortion.

또한, 종래의 디인터레이싱 기술에 대한 참고 문헌들이 아래에 개시되어 있다.References to conventional deinterlacing techniques are also disclosed below.

참고 문헌 1. H.Y. Lee, J.W. Park, T.M. Bae, S.U. Choi, and Y.H. Ha, "Adaptive scan rate up-conversion system based on human visual characteristics," IEEE Consumer Electronics, vol. 46, no. 4, nov. 2000.References 1. H.Y. Lee, J.W. Park, T.M. Bae, S.U. Choi, and Y.H. Ha, "Adaptive scan rate up-conversion system based on human visual characteristics," IEEE Consumer Electronics, vol. 46, no. 4, nov. 2000.

참고 문헌 2. R. Li, B. Zeng, and M. L. Liou, "Reliable motion detection/compensation for interlaced sequences and its applications to deinterlacing," IEEE Circuits Syst. Video Technology, vol. 10, no. 1, pp. 23 - 29, 2000.References 2. R. Li, B. Zeng, and M. L. Liou, "Reliable motion detection / compensation for interlaced sequences and its applications to deinterlacing," IEEE Circuits Syst. Video Technology, vol. 10, no. 1, pp. 23-29, 2000.

따라서 디인터레이싱 장치는 영상 데이터를 보간하기 위해 예를 들어, 디인터레이싱하거나 수직 방향으로 영상을 확대하는 경우에 다양한 방법들이 적용된다. 예를 들어, 참고 문헌 1에 의하면 생성하고자 하는 화소의 상하 라인 수직 방향의 두 화소를 이용하여 이들 화소의 평균값으로 새로운 화소를 생성하거나, 생성하고자 하는 화소의 상하 여러 개의 라인들에서 수직 방향의 여러 화소들을 이용하여 폴리페이즈 등의 필터를 사용하여 새로운 화소를 보간한다. 그러나 이러한 참고 문헌 1에 의한 보간 방법은 기술 구현이 간단하지만, 에지(edge)를 훼손시키는 문제점이 발생된다.Therefore, in the deinterlacing apparatus, various methods are applied to interpolate image data, for example, when deinterlacing or enlarging an image in a vertical direction. For example, according to Reference 1, a new pixel is generated using the average value of these pixels by using two pixels in the vertical direction of the vertical line of the pixel to be generated, or several vertical lines are generated in the upper and lower lines of the pixel to be generated. The pixels are used to interpolate new pixels using a filter such as polyphase. However, the interpolation method according to the reference 1 is simple to implement the technology, but there is a problem of damaging the edge (edge).

또한 다른 방법으로, 참고 문헌 2에 의하면 생성하고자 하는 화소의 상하 라인의 화소들간 차이의 절대값을 이용하여 상관 관계를 조사하고, 가장 상관도가 높은 방향의 두 화소를 평균하여 새로운 화소를 생성한다. 이 방법에 의하면, 영상 데이터의 에지를 유지하면서 보간할 수 있다. 그러나 이 방법은 에지를 유지하면서 보간하는 반면에 화소값의 차이를 가지고 상관성을 계산하기 때문에 수평 에지나 화소값의 변화가 심하여 굴곡이 많은 영상에서는 오히려 에지를 왜곡시키는 단점을 가지고 있다.Alternatively, according to Reference 2, a correlation is investigated by using an absolute value of the difference between pixels of the upper and lower lines of the pixel to be generated, and new pixels are generated by averaging two pixels in the most correlated direction. . According to this method, it is possible to interpolate while maintaining the edge of the video data. However, this method has the disadvantage of distorting the edges in the image with a lot of curvature because the horizontal edge or the change in pixel value is severe because interpolation is performed while maintaining the edge while calculating the correlation with the difference of pixel values.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영상 데이터를 영역 분할하고, 분할된 영역들을 이용하여 보간하고자 하는 화소들의 에지 방향을 검출하여 보간하는 디인터레이싱 장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem, and to provide a deinterlacing apparatus for segmenting image data and detecting and interpolating edge directions of pixels to be interpolated using the divided regions.

또한 본 발명의 다른 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 영상 데이터를 영역 분할하고, 분할된 영역들을 이용하여 보간하고자 하는 화소들의 에지 방향을 검출하여 보간하는 디인터레이싱 방법을 구현하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to solve the above-described problem, and to implement a deinterlacing method for segmenting image data and detecting and interpolating edge directions of pixels to be interpolated using the divided regions.

이를 위해 본 발명은 영역 기반으로 화소를 보간하는 방법과, 영역 기반으로 보간하고자 하는 화소들의 상관성을 구하는 방법 및 시공간 디인터레이싱 장치에서 영역 기반의 디인터레이싱 방법을 이용하여 보간하는 방법들을 구현하는데 있다.To this end, the present invention implements a method of interpolating a pixel based on a region, a method of obtaining correlation between pixels to be interpolated based on a region, and a method of interpolating using a region based deinterlacing method in a space-time deinterlacing apparatus.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 디인터레이싱 장치는, 외부로부터 입력된 영상 데이터로부터 보간될 화소의 주변 화소들과 전후 필드의 화소들을 저장하는 다수의 라인 메모리들을 구비하는 메모리부와, 상기 메모리부로부터 상기 주변 화소들을 받아서 다수의 분할된 영역을 갖는 영상 데이터를 생성하고, 상기 분할된 영상 데이터로부터 상기 보간될 화소의 에지 방향성을 검출하여 출력하는 영역 분할부 및 상기 주변 화소들과 상기 분할된 영상 데이터를 받아서 상기 검출된 에지 방향성을 이용하여 공간적으로 보간하는 디인터레이싱부를 포함한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a de-interlacing device, a memory unit having a plurality of line memories for storing the pixels of the peripheral pixels and the front and rear fields of the pixel to be interpolated from the image data input from the outside And an area divider and peripheral pixels that receive the peripheral pixels from the memory unit to generate image data having a plurality of divided regions, and detect and output edge directionality of the pixel to be interpolated from the divided image data. And a deinterlacing unit which receives the divided image data and spatially interpolates using the detected edge directionality.

여기서 상기 영역 분할부는, 상기 메모리부로부터 상기 주변 화소들을 받아서 불연속적인 영상을 제거하는 평활부와, 상기 평화부로부터 상기 불연속적인 영상이 제거된 영상 데이터를 받아서 경사도를 추정하는 경사도 추정부와, 상기 추정된 경사도에 대응하고 분수령 알고리즘을 이용하여 상기 입력된 주변 화소들의 영상 데이터를 다수의 영역으로 분할하는 분수령 처리부 및 상기 분할된 영역들의 에지의 방향성을 각각 검출하는 방향성 검출부를 포함한다.The region dividing unit may include a smoothing unit which receives the peripheral pixels from the memory unit and removes a discontinuous image, and an gradient estimating unit which estimates a slope by receiving image data from which the discontinuous image is removed from the peace unit; And a directional detection unit corresponding to the estimated gradient and dividing the input image data of the neighboring pixels into a plurality of areas by using a fractional algorithm, and a directional detector detecting the directionality of the edges of the divided areas.

그리고 상기 디인터레이싱부는, 상기 메모리부로부터 상기 전후 필드의 화소들을 받아서 시간적으로 보간하며, 상기 공간적 및 시간적 보간된 영상 데이터를 조합하여 시공간적으로 보간된 영상 데이터를 출력한다. 이 때, 상기 디인터레이싱부는 상기 공간적 및 시간적 보간된 영상 데이터를 움직임 유무에 대응하는 특정의 가중치를 적용하여 조합하는 것이 바람직하다.The deinterlacing unit receives pixels in the front and back fields from the memory unit and interpolates temporally, and outputs the spatiotemporal interpolated image data by combining the spatial and temporal interpolated image data. In this case, the de-interlacing unit may combine the spatial and temporal interpolated image data by applying a specific weight corresponding to the presence or absence of motion.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 외부로부터 입력된 영상 데이터를 받아들이는 메모리부와, 상기 영상 데이터를 다수의 영역으로 분할하는 영역 분할부 및 상기 분할된 영상 데이터를 공간 및 시간적으로 보간하기 위한 디인터레이싱부를 포함하는 디인터레이싱 장치에 있어서, 상기 디인터레이싱 장치의 상기 영상 데이터를 보간하기 위한 디인터레이싱 방법은, 상기 메모리부로부터 보간될 화소의 주변 화소들과 전후 필드의 화소들을 포함하는 영상 데이터를 입력 받아서 상기 주변 화소들을 평활화하고, 경사도를 추정하고, 다수의 영역을 갖는 분할된 영상 데이터를 생성하는 단계와, 상기 분할된 영상 데이터로부터 각각의 영역마다 상기 보간될 화소와 상기 주변 화소들간의 에지 방향성을 검출하는 단계와, 상기 검출된 방향성 중 가장 상관성이 높은 방향으로 공간적 보간하는 단계와, 상기 전후 필드의 화소들을 받아서 움직임 정도를 검출 및 추정하여 시간적으로 보간하는 단계와, 상기 공간적 및 시간적 보간된 영상 데이터들을 상기 움직임 정도에 대응하여 시공간적으로 보간하는 단계와, 상기 시공간 보간된 보간값과 보간될 화소의 수직 방향의 상하 두 화소들을 이용하여 필터링하는 단계 및 상기 시공간적으로 보간된 영상 데이터를 생성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, there is provided a memory unit for receiving image data input from the outside, an area divider for dividing the image data into a plurality of areas, and a space and the divided image data. A deinterlacing apparatus comprising a deinterlacing unit for temporally interpolating, wherein a deinterlacing method for interpolating the image data of the deinterlacing apparatus comprises: image data including peripheral pixels of pixels to be interpolated from the memory unit and pixels in a front and back field Inputting the pixels to smooth the neighboring pixels, estimating the inclination, and generating divided image data having a plurality of regions; and between the pixel to be interpolated and the peripheral pixels for each region from the divided image data. Detecting edge directionality, said sword Interpolating spatially in the most correlated direction among the obtained directionalities, interpolating temporally by detecting and estimating the degree of motion by receiving the pixels in the front and rear fields, and corresponding the degree of motion of the spatially and temporally interpolated image data. Interpolating in time and space, filtering using the space-time interpolated interpolation value and two pixels in the vertical direction of the pixel to be interpolated, and generating the space-time interpolated image data.

따라서 본 발명에 의하면, 영상 데이터를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역의 영상 데이터로부터 각각 에지의 방향성을 검출하여 공간적으로 보간한다.Therefore, according to the present invention, the image data is divided into a plurality of regions, and the directionality of the edges is detected from the divided image data of the divided regions and spatially interpolated.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 영역 기반의 시공간 디인터레이싱 장치의 상세한 구성을 도시한 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating a detailed configuration of an area-based space-time deinterlacing apparatus according to the present invention.

도면을 참조하면, 상기 시공간 디인터레이싱 장치(100)는 신규한 영역 분할부(140)를 구비한다. 그리고 다수의 라인 메모리들(112 ~ 122)을 포함하는 메모리부(110)와, 공간 및 시간적으로 보간하는 디인터레이싱부(160)를 포함한다.Referring to the drawings, the space-time deinterlacing apparatus 100 includes a novel area divider 140. And a memory unit 110 including a plurality of line memories 112 to 122, and a deinterlacing unit 160 interpolating spatially and temporally.

상기 메모리부(110)는 예컨대, 6 개의 라인 메모리들을 구비하여, 보간된 화소의 주변 화소들을 저장하기 위한 라인 메모리들(112 ~ 118)과, 전후 필드 화소들을 저장하기 위한 라인 메모리들(120 ~ 122)을 포함한다.The memory unit 110 includes, for example, six line memories, line memories 112 to 118 for storing peripheral pixels of the interpolated pixel, and line memories 120 to store front and rear field pixels. 122).

상기 영역 분할부(140)는 상기 주변 화소들을 받아서 다수의 분할된 영상 데이터를 생성하기 위하여 평활부(smoothing part)(142)와, 경사도(gradient) 추정부(144)와, 분수령(watershed algorithm) 처리부(146) 및 방향성 검출부(148)를 포함한다.The region dividing unit 140 receives the surrounding pixels to generate a plurality of divided image data, a smoothing part 142, a gradient estimating unit 144, and a watershed algorithm. A processing unit 146 and a directionality detection unit 148.

상기 평활부(142)는 예를 들어, 평균, 모폴로지(morphology) 또는 미디언(median) 필터 등으로 구비하여, 입력된 영상 데이터의 불연속성을 제거하기 위하여 평활화한다.The smoothing unit 142 is provided with, for example, an average, morphology or median filter to smooth the input discontinuity of the image data.

상기 경사도 추정부(144)는 예를 들어, 윤곽선 검출을 위한 미분 연산자인 소벨(sobel), 필터 연산자인 로버트(robert), 큐빅 또는 모폴로지 등의 연산자로 구비되며, 평활화된 영상 데이터의 경사도를 추정한다.The inclination estimator 144 is provided with, for example, a sobel, which is a differential operator for contour detection, a robert, a cubic, or a morphology, and estimates the inclination of the smoothed image data. do.

상기 분수령 처리부(146)는 분수령 알고리즘을 이용하여 분할된 영역들을 갖는 영상 데이터를 생성한다. 분수령 알고리즘에 대한 참고문헌들은 아래에 개시되어 있으며, 분수령 알고리즘은 해당 분야의 당업자라면 잘 알려진 공지된 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다.The fractional processor 146 generates image data having divided regions using a fractional algorithm. References to the watershed algorithm are disclosed below, and since the watershed algorithm is well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

참고 문헌 3. L. Vincent, "Morphological grayscale reconstruction in image analysis : applications and efficient algorithms," IEEE Image Processing, vol. 2, no 2, pp. 176 - 201, April, 1993.References 3. L. Vincent, "Morphological grayscale reconstruction in image analysis: applications and efficient algorithms," IEEE Image Processing, vol. 2, no 2, pp. 176-201, April, 1993.

참고 문헌 4. M.C. Kim, J.G. Choi, D.H. Kim, H. Lee, M.H. Lee, C.T. Ahn, and Y.S. Ho, "A VOP generation tool: automatic segmentation of moving objects in image sequences based on spatio-temporal information," IEEE Circuits Syst. Video Technology, vol. 9, no. 8, pp. 1216 - 1226, 1999.References 4. M.C. Kim, J.G. Choi, D.H. Kim, H. Lee, M. H. Lee, C.T. Ahn, and Y.S. Ho, "A VOP generation tool: automatic segmentation of moving objects in image sequences based on spatio-temporal information," IEEE Circuits Syst. Video Technology, vol. 9, no. 8, pp. 1216-1226, 1999.

그리고 상기 방향성 검출부(148)는 상기 메모리부(110)에 입력된 원래의 영상 데이터와 상기 분할된 영상 데이터를 비교하여 보간될 화소와 주변 화소들의 방향성을 계산하여 에지의 방향성을 검출한다. 이 때, 방향성 검출은 보간될 화소의 상하 라인들(예를 들어, 2 개 또는 4 개의 상하 라인들)을 이용하여 다양한 방향으로 화소들간의 영역이 같은지를 조사한다. 본 발명의 실시예에서는 도 6a 내지 도 6g에 도시된 바와 같이, 7 방향으로 방향성 레벨(D1 ~ D7)을 검출한다. 그리고 상기 방향성 검출부(148)는 방향성의 상관 관계를 판단할 수 있는 카운터(미도시됨)를 구비하여, 방향성 검출에 따른 각 방향마다 카운트 값을 계산하고 저장한다. 예를 들어, 하나의 영역에서 동일한 방향성이 검출되면 카운트 값을 가산한다. 구체적으로 4개의 상위 라인들을 이용하여 방향성 검출을 위한 카운트 값을 계산하는 알고리즘이 아래의 수학식 1에 개시되어 있다.The directional detector 148 detects the directionality of the edge by comparing the original image data input to the memory unit 110 with the divided image data to calculate the directionality of the pixels to be interpolated and surrounding pixels. At this time, the directional detection checks whether the regions between the pixels are the same in various directions using the upper and lower lines (eg, two or four upper and lower lines) of the pixel to be interpolated. In the embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 6A to 6G, the directional levels D1 to D7 are detected in seven directions. In addition, the direction detecting unit 148 includes a counter (not shown) for determining a correlation between directions, and calculates and stores a count value for each direction according to the direction detection. For example, if the same directionality is detected in one area, the count value is added. Specifically, an algorithm for calculating a count value for directional detection using four upper lines is disclosed in Equation 1 below.

......

여기서 k는 보간될 화소의 상위 4 개 라인들의 주변 화소들간의 방향성을 검출하기 위하여 하나의 방향을 계산할 때 사용되는 5 개의 화소 쌍을 의미하며, i, j는 화소의 세로, 가로 위치 그리고 R은 분할된 영역의 레벨 수를 나타낸다. 또한 C는 각 방향에서 5 개의 화소 쌍에서 구한 영역이 동일한지를 나타내는 상수를 의미하며 단, 가운데 화소 쌍은 가중치를 주어 2로 정의한다.Where k is a pair of five pixels used to calculate one direction to detect the directionality between the surrounding pixels of the top four lines of the pixel to be interpolated, i, j are the vertical, horizontal position and R of the pixel The number of levels of the divided regions is shown. In addition, C denotes a constant indicating whether or not regions obtained from five pixel pairs in each direction are the same, except that the middle pixel pair is defined as 2 by weighting.

따라서 분할된 영역 데이터를 이용하여 영역 정보를 얻은 후, 각각의 영역 정보에서 보간될 방향성을 검출한다. 이 때, 가장 많은 카운트 값을 가진 방향을 보간할 방향으로 결정하여 보간하게 되는데 두 방향 이상에서 최대값의 동일한 카운트 값을 가지면, 아래의 수학식 2와 같이 1, 2,···, n-1, n 방향 순으로 우선 순위를 두어 방향성의 레벨 D가 결정된다.Therefore, after obtaining area information using the divided area data, the direction to be interpolated is detected in each area information. In this case, the direction having the most count value is determined as the direction to interpolate, and when the direction has the same count value as the maximum value in two or more directions, 1, 2, ..., n- Priority is given in the order of 1 and n directions to determine the level D of the direction.

여기서 D는 결정되어지는 방향의 레벨을 나타내며, 예를 들어 7 개의 방향만 있다면, D의 범위는 1 내지 7의 값으로 결정되며 특히 4는 수직 방향을 나타낸다.Where D represents the level of the direction to be determined, for example if there are only seven directions, the range of D is determined to be between 1 and 7, in particular 4 represents the vertical direction.

그리고 아래의 수학식 3과 같이 방향에 따른 카운트 값이 최소한 적정 임계치 T 이상 나올 경우에만, 그 방향을 가장 상관성이 있는 방향으로 인정하고 보간을 수행한다. 그렇지 않은 경우에는 수직 방향으로 보간하는 것이 바람직하다.As shown in Equation 3 below, only when the count value according to the direction is at least an appropriate threshold T or more, the direction is recognized as the most correlated direction and interpolation is performed. Otherwise, it is preferable to interpolate in the vertical direction.

여기서 Ii-1, j를 나타내는 것으로, 보간하고자 하는 화소의 바로 위 라인의 화소를 나타내며, 임계치 T는 실험 데이터이다. 임계치의 기준은 예를 들어 방향성 결정을 위해 4 개의 라인을 이용할 경우, 실험적으로 15가 본 발명에 따른 가장 바람직한 결과를 얻게 된다.Where I i-1, j is Denotes a pixel of the line immediately above the pixel to be interpolated, and the threshold T is experimental data. The criterion of the threshold is, for example, when using four lines for directional determination, experimentally 15 obtains the most desirable result according to the present invention.

그리고 상기 디인터레이싱부(160)는 본 발명에 의한 영역 기반의 공간적 보간 방법을 처리하는 공간 보간부(162)와, 일반적인 시간적 보간 방법으로 처리하는 시간 보간부(164)와, 그리고 공간 및 시간적으로 보간 처리하는 시공간 보간부(166)를 포함한다.The deinterlacing unit 160 further includes a spatial interpolation unit 162 for processing an area-based spatial interpolation method, a time interpolation unit 164 for processing with a general temporal interpolation method, and spatial and temporal interpolation. It includes a space-time interpolation unit 166 to process.

상기 공간 보간부(162)는 상기 영역 분할부(140)로부터 분할된 영상 데이터와, 상기 메모리부(110)로터 주변 화소들을 받아서, 가장 방향성의 높은 상관성을 갖는 방향으로 공간적으로 보간한다.The spatial interpolation unit 162 receives image data divided from the area dividing unit 140 and pixels around the rotor 110 and spatially interpolates in the direction having the highest directional correlation.

상기 시간 보간부(164)는 예를 들어, 일반적으로 움직임 벡터를 이용하여 보간하기 위한 움직임 검출 및 움직인 추정부(미도시됨)을 구비하고, 이들을 이용하여 전후 필드 화소들과 현재 필드의 상하 라인들의 주변 화소들로부터 움직임 검출 및 움직임 추정한다.The temporal interpolation unit 164 generally includes a motion detection and moving estimation unit (not shown) for interpolating using a motion vector, and uses the upper and lower fields of the front and rear field pixels and the current field using them. Motion detection and motion estimation from the surrounding pixels of the lines.

그리고 상기 시공간 보간부(166)는 공간 및 시간 보간부(162, 164)로부터 출력된 각 보간값을 적정의 가중치를 적용하고 조합하여 시공간적으로 보간한다. 예컨대, 움직임이 많은 경우 a를 1로 하여 공간 보간 결과를 적용하고, 움직임이 없는 경우 a를 0으로 하여 시간 보간 결과를 적용하여 처리된다. 즉, 아래의 수학식 4와 같이 디인터레이싱부(160)는 공간 및 시간 보간부(162, 164)에 의해 처리된 보간값을 움직임 정도에 따라 가중치를 적용하여 시공간 보간 처리한다.The spatiotemporal interpolator 166 interpolates the interpolation values output from the spatial and temporal interpolators 162 and 164 by applying appropriate weights and combines them. For example, when there is a lot of motion, a spatial interpolation result is applied with a as 1, and when there is no motion, a interpolation result is applied with a as 0. In other words, as shown in Equation 4 below, the deinterlacing unit 160 applies a weight based on the degree of motion to the interpolation values processed by the spatial and temporal interpolation units 162 and 164 to interpolate the space time.

여기서 A는 상술한 공간적으로 보간한 값이고, B는 시간적으로 보간한 값을 나타낸다. 구체적으로 B는 전후 필드의 평균값으로 아래의 수학식 5와 같이 나타낸다.Here, A is a spatially interpolated value and B is a temporally interpolated value. In detail, B is an average value of the front and rear fields, as shown in Equation 5 below.

상술한 바와 같이, 본 발명의 디인터레이싱 장치(100)는 방향성을 가지고 보간한 값과 수직 방향으로 두 화소값들의 중간값을 이용하여 영역 기반의 공간 디인터레이싱 화소값을 계산한다. 영역 기반의 시간 디인터레이싱 방법은 일반적인 방법처럼 움직임 검출/움직임 추정부를 사용함으로써 전후 필드의 화소와 현재 필드의 상하 인접된 화소들을 이용한다. 이와 같이, 시공간 인터레이싱 방법은 공간에서의 화소 정보를 상술한 영역 기반의 공간 디인터레이싱 방법에서 구한다.As described above, the deinterlacing apparatus 100 of the present invention calculates an area-based spatial deinterlacing pixel value using an interpolated value with directionality and an intermediate value of two pixel values in the vertical direction. The region-based temporal deinterlacing method uses pixels of the front and rear fields and pixels adjacent to the top and bottom of the current field by using the motion detection / motion estimation unit as in the general method. As described above, the space-time interlacing method obtains the pixel information in the space in the above-described region-based space deinterlacing method.

도 2는 본 발명에 따른 영역 기반으로 영상 데이터를 보간하는 디인터레이싱 방법을 나타내는 흐름도이다. 이 수순은 상기 디인터레이싱 장치(100)에 의해서 처리된다.2 is a flowchart illustrating a deinterlacing method of interpolating image data based on an area according to the present invention. This procedure is processed by the deinterlacing apparatus 100.

도면을 참조하면, 상기 디인터레이싱 장치(100)는 단계 S200에서 메모리부(110)로 입력된 영상 데이터를 영역 분할부(140)에서 다수의 분할된 영역들을 갖는 영상 데이터로 생성하기 위한 처리 루틴을 수행한다. 단계 S210에서 보간할 방향성을 검출하고 이어서 단계 S220에서 보간 처리 루틴을 수행한다.Referring to the drawing, the deinterlacing apparatus 100 performs a processing routine for generating the image data input to the memory unit 110 in step S200 into image data having a plurality of divided regions in the region dividing unit 140. do. In step S210, the direction to be interpolated is detected, and then in step S220, an interpolation processing routine is performed.

구체적으로 상기 분할된 영상 데이터 생성 처리 루틴(S200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 단계 S202에서 메모리부(110)로부터 보간될 화소의 주변 화소들과 전후 필드의 화소들을 포함하는 영상 데이터를 입력 받아서 단계 S204에서 영역 분할부(140)는 평활부(142)를 통해 상기 주변 화소들을 평활화한다. 단계 S206에서 경사도를 추정한다. 이어서 단계 S208에서는 분할된 영상 데이터를 생성하여 출력한다.In detail, as illustrated in FIG. 3, the divided image data generation processing routine S200 inputs image data including peripheral pixels of pixels to be interpolated and pixels of a front and back field from the memory unit 110 in step S202. In operation S204, the area divider 140 smoothes the peripheral pixels through the smoother 142. In step S206, the slope is estimated. Subsequently, in step S208, the divided video data is generated and output.

그리고 상기 보간 처리 루틴(S220)은 도 4에 도시된 바와 같이, 단계 S222에서 보간될 화소에 대한 검출된 방향성 중 가장 상관성이 높은 방향으로 결정하고, 단계 S224에서 가장 상관성이 높은 방향성에 대하여 공간 및 시간적으로 보간한다. 단계 S226에서 공간 및 시간적 보간된 보간값들을 조합하기 위하여 움직임 정도 즉, 움직임 벡터를 분석하여 시공간적으로 보간한다. 이 때, 시공간 보간은 상술한 수학식 4에 의해서 가중치를 적용한다.As shown in FIG. 4, the interpolation processing routine S220 determines a direction having the highest correlation among the detected directions for the pixels to be interpolated in step S222, and determines a space and Interpolate in time. In step S226, a motion degree, that is, a motion vector, is analyzed and space-time interpolated in order to combine spatial and temporal interpolated interpolation values. In this case, the space-time interpolation applies weights according to Equation 4 described above.

이어서 단계 S228에서 시공간 보간된 보간값과 보간될 화소의 수직 방향의 상하 두 화소들을 이용하여 미디언 필터링을 수행한다. 그리고 단계 S230에서 시공간적으로 보간된 영상 데이터를 생성, 출력한다.Subsequently, the median filtering is performed by using the space-time interpolated interpolation value and two pixels in the vertical direction of the pixel to be interpolated. In operation S230, image data interpolated in time and space is generated and output.

도 5은 본 발명에 따른 영상 데이터를 분할된 영역을 기반으로 방향성을 검출하는 것을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the detection of the directionality of the image data based on the divided region according to the present invention.

도면을 참조하면, 상기 영역 분할부(140)에 의해 출력된 영상 데이터(170)는 다수의 분할된 영역들(170a ~ 170c)로 나눠진다. 각각의 영역들마다 보간될 화소(172)의 주변 화소들은 상하 라인들 중에 2 개(174, 176) 또는 4 개의 라인들과의 에지의 방향성을 검출하여 가장 적합한 방향을 결정하기 위한 상관성을 계산하여 공간적으로 보간한다.Referring to the drawing, the image data 170 output by the region dividing unit 140 is divided into a plurality of divided regions 170a to 170c. Peripheral pixels of the pixel 172 to be interpolated in each region detect the directionality of edges with two (174, 176) or four lines among the upper and lower lines, and calculate a correlation to determine the most suitable direction. Interpolate spatially.

도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 실시예에 따른 4 개의 라인을 이용하여 방향성을 검출하는 것을 설명하기 위한 도면들이다.6A to 6G are diagrams for describing directionality detection using four lines according to an exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 보간될 화소(182)의 주변 화소들과의 방향성을 검출하기 위하여 4 개의 상하 라인 y-3, y-1, y+1 및 y+3 라인을 이용하여 주변 화소들과의 영역 기반의 에지의 7 개 방향(184)으로 방향성 레벨(D1 ~ D7)을 검출한다.Referring to the drawing, four upper and lower lines y-3, y-1, y + 1 and y + 3 lines are used to detect the directivity of the pixels 182 to be interpolated with the neighboring pixels. The directional levels D1 to D7 are detected in the seven directions 184 of the region-based edges.

7 개 방향 또는 다양한 방향으로 화소들간의 영역이 같은지를 조사하여 동일한 방향이면, 해당 카운트 값을 가산하여 가장 높은 카운트 값을 갖는 방향으로 보간하도록 상관성을 판별한다. 이 때, 상기 수학식과 같이, 카운트 값이 적정 임계치(T) 이상 나올 때만, 해당 방향으로 보간하고, 그렇지 않은 경우에는 수직으로 보간한다.The correlation is determined to interpolate in the direction having the highest count value by adding the corresponding count value if the areas between the pixels in the seven directions or the various directions are equal to each other. At this time, as shown in the above equation, only when the count value is greater than or equal to the appropriate threshold value T, interpolation is performed in the corresponding direction.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 실험 결과가 도 7에 도시되어 있다. And the experimental results according to the embodiment of the present invention are shown in FIG.

도면을 참조하면, (a)는 순차 주사 방식의 영상 데이터를 이용하여 기존의 디인터레이싱 방법 중 상기 참고 문헌 1의 MELA 방식에 의한 보간된 영상 데이터 (b)와 본 발명에 의한 디인터레이싱 방법에 의한 보간된 영상 데이터 (c)를 나타내고 있다.Referring to the drawings, (a) is the interpolated image data by the MELA method of the reference 1 (b) and the deinterlacing method according to the present invention of the existing deinterlacing method using the image data of the sequential scanning method Video data (c) is shown.

따라서 본 발명은 분수령 알고리즘을 이용하여 영상 데이터를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역에서의 보간될 화소들의 방향성을 검출하여 각 영역에 적합하게 보간함으로써, 도면에서 알 수 있듯이 에지를 유지하면서 영상 왜곡을 방지하여 더 좋은 영상 데이터를 얻을 수 있다.Therefore, the present invention divides the image data into a plurality of regions by using the watershed algorithm, detects the directionality of the pixels to be interpolated in the divided region and interpolates to each region, thereby maintaining the image while maintaining the edge as shown in the drawing. By preventing distortion, better image data can be obtained.

상술한 바와 같이, 기존 보간 방법들은 화소 차이를 이용하는 방법을 주로 사용하는 반면, 본 발명은 공간적 보간 방법에 있어 에지의 방향을 찾는 방법을 분할된 영상을 기반으로 구현한다. 즉, 먼저 입력된 영상 데이터로부터 다수의 영역들로 분할하고, 각 간의 경계를 이용하여 에지의 방향성 검출하여 보간한다.As described above, the conventional interpolation methods mainly use the method of using the pixel difference, while the present invention implements a method for finding the direction of the edge based on the segmented image in the spatial interpolation method. That is, first, the input image data is divided into a plurality of regions, and the direction of the edge is detected and interpolated using the boundary between each.

상술한 바와 같이, 기존 디인터레이싱 방법은 화소간 차이값을 이용하여 구한 에지 방향으로 보간하는 반면, 본 발명의 디인터레이싱 방법 먼저 화소들의 영역을 구분하고 영역간의 상관성을 이용함으로써, 영역 기반의 디인터레이싱 장치 및 방법을 제공한다. 그 결과, 에지 방향을 잘못 찾음으로써 발생하는 왜곡이 적으며, 굴곡이 심한 영상에서 효과가 뛰어나다. As described above, the conventional deinterlacing method interpolates in the edge direction obtained using the difference value between pixels, while the deinterlacing method of the present invention first distinguishes the regions of pixels and uses the correlation between the regions, thereby deinterlacing apparatus and method based on region. To provide. As a result, the distortion caused by incorrectly finding the edge direction is small, and the effect is excellent in the severely curved image.

도 1은 본 발명에 따른 영역 기반의 시공간 디인터레이싱 장치의 상세한 구성을 도시한 블럭도;1 is a block diagram showing a detailed configuration of an area-based spatiotemporal deinterlacing apparatus according to the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 영상 데이터를 보간하는 디인터레이싱 수순을 도시한 흐름도;2 is a flowchart showing a deinterlacing procedure for interpolating image data according to the present invention;

도 3은 도 2에 도시된 영역 분할된 영상 데이터를 생성하는 단계의 상세한 수순을 나타내는 흐름도;FIG. 3 is a flowchart showing the detailed procedure of generating the area-divided image data shown in FIG. 2;

도 4는 도 2에 도시된 보간 단계의 상세한 수순을 도시한 흐름도;4 is a flowchart showing the detailed procedure of the interpolation step shown in FIG.

도 5은 본 발명에 따른 영상 데이터를 분할된 영역을 기반으로 방향성을 검출하는 것을 설명하기 위한 도면;5 is a view for explaining the detection of the directionality of the image data based on the divided region according to the present invention;

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 4 개의 라인을 이용하여 방향성을 검출하는 것을 설명하기 위한 도면들; 그리고FIG. 6 is a diagram for explaining directionality detection using four lines according to an embodiment of the present invention; FIG. And

도 7은 순차 주사 방식의 영상 데이터를 기존의 MELA 방식과 본 발명의 보간 방법에 의한 실험 결과를 나타내는 도면들이다.FIG. 7 is a diagram illustrating experimental results of image scanning in a sequential scanning method using a conventional MELA method and an interpolation method of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 디인터레이싱 장치 110 : 메모리부Deinterlacing apparatus 110: memory unit

112 ~ 122 : 라인 메모리 140 : 영역 분할부112 to 122: line memory 140: area divider

142 : 평활부 144 : 경사도 추정부142: smoothing unit 144: slope estimation unit

146 : 분수령 처리부 148 : 방향성 검출부146: water fountain processing unit 148: directionality detection unit

160 : 디인터레이싱부 162 : 공간 보간부160: deinterlacing unit 162: spatial interpolation unit

164 : 시공간 보간부 166 : 시간 보간부164: space-time interpolation unit 166: time interpolation unit

Claims (6)

디인터레이싱 장치에 있어서:In a deinterlacing device: 외부로부터 입력된 영상 데이터로부터 보간될 화소의 주변 화소들과 전후 필드의 화소들을 저장하는 다수의 라인 메모리들을 구비하는 메모리부와;A memory unit including a plurality of line memories for storing peripheral pixels of the pixel to be interpolated from the image data input from the outside and pixels of the front and back fields; 상기 메모리부로부터 상기 주변 화소들을 받아서 다수의 분할된 영역을 갖는 영상 데이터를 생성하고, 상기 분할된 영상 데이터로부터 상기 보간될 화소의 에지 방향성을 검출하여 출력하는 영역 분할부 및;A region dividing unit which receives the peripheral pixels from the memory unit to generate image data having a plurality of divided regions, and detects and outputs an edge directionality of the pixel to be interpolated from the divided image data; 상기 주변 화소들과 상기 분할된 영상 데이터를 받아서 상기 검출된 에지 방향성을 이용하여 공간적으로 보간하는 디인터레이싱부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱 장치.And a deinterlacing unit which receives the peripheral pixels and the divided image data and interpolates spatially using the detected edge directionality. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 영역 분할부는;The area divider; 상기 메모리부로부터 상기 주변 화소들을 받아서 불연속적인 영상을 제거하는 평활부와;A smoothing unit which receives the peripheral pixels from the memory unit and removes the discontinuous image; 상기 평화부로부터 상기 불연속적인 영상이 제거된 영상 데이터를 받아서 경사도를 추정하는 경사도 추정부와;An inclination estimator for estimating an inclination by receiving image data from which the discontinuous image is removed from the peace unit; 상기 추정된 경사도에 대응하고 분수령 알고리즘을 이용하여 상기 입력된 주변 화소들의 영상 데이터를 다수의 영역으로 분할하는 분수령 처리부 및;A water content processor corresponding to the estimated gradient and dividing the image data of the input neighboring pixels into a plurality of areas using a water order algorithm; 상기 분할된 영역들의 에지의 방향성을 각각 검출하는 방향성 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱 장치.And a directional detector configured to detect directionalities of edges of the divided regions, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 디인터레이싱부는;The deinterlacing unit; 상기 메모리부로부터 상기 전후 필드의 화소들을 받아서 시간적으로 보간하며,Receiving pixels in the front and back fields from the memory unit and interpolating in time; 상기 공간적 및 시간적 보간된 영상 데이터를 조합하여 시공간적으로 보간된 영상 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱 장치.And interpolating the spatial and temporally interpolated image data to output the interpolated image data in time and space. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 디인터레이싱부는;The deinterlacing unit; 상기 공간적 및 시간적 보간된 영상 데이터를 움직임 유무에 대응하는 특정의 가중치를 적용하여 조합하는 것을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱 장치.And decomposing the spatial and temporally interpolated image data by applying a specific weight corresponding to the presence or absence of motion. 외부로부터 입력된 영상 데이터를 받아들이는 메모리부와, 상기 영상 데이터를 다수의 영역으로 분할하는 영역 분할부 및 상기 분할된 영상 데이터를 공간 및 시간적으로 보간하기 위한 디인터레이싱부를 포함하는 디인터레이싱 장치에 있어서, 상기 디인터레이싱 장치의 상기 영상 데이터를 보간하기 위한 디인터레이싱 방법에 있어서:A deinterlacing apparatus comprising a memory unit for receiving image data input from an external device, a region dividing unit for dividing the image data into a plurality of regions, and a deinterlacing unit for interpolating the divided image data in a spatial and temporal manner. A deinterlacing method for interpolating the image data of a deinterlacing device, comprising: 상기 메모리부로부터 보간될 화소의 주변 화소들과 전후 필드의 화소들을 포함하는 영상 데이터를 입력 받아서 상기 주변 화소들을 평활화하고, 경사도를 추정하고, 다수의 영역을 갖는 분할된 영상 데이터를 생성하는 단계와;Receiving image data including peripheral pixels of the pixel to be interpolated and pixels in the front and rear fields from the memory unit, smoothing the peripheral pixels, estimating the inclination, and generating divided image data having a plurality of regions; ; 상기 분할된 영상 데이터로부터 각각의 영역마다 상기 보간될 화소와 상기 주변 화소들간의 에지 방향성을 검출하는 단계 및;Detecting edge directionality between the pixel to be interpolated and the peripheral pixels for each region from the divided image data; 상기 검출된 방향성 중 가장 상관성이 높은 방향으로 공간적 보간하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱 방법.And spatially interpolating in the direction with the highest correlation among the detected directionalities. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, wherein 상기 공간적 보간 단계 후, 상기 전후 필드의 화소들을 받아서 움직임 정도를 검출 및 추정하여 시간적으로 보간하는 단계와;After the spatial interpolation step, receiving pixels in the front and rear fields to detect and estimate a degree of motion to interpolate in time; 상기 공간적 및 시간적 보간된 영상 데이터들을 상기 움직임 정도에 대응하여 시공간적으로 보간하는 단계와;Interpolating the spatial and temporally interpolated image data in time and space according to the degree of movement; 상기 시공간 보간된 보간값과 보간될 화소의 수직 방향의 상하 두 화소들을 이용하여 필터링하는 단계 및;Filtering using the space-time interpolated interpolation value and two pixels in the vertical direction of the pixel to be interpolated; 상기 시공간적으로 보간된 영상 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱 방법.And generating the interpolated image data in space time.
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