KR101513395B1 - A motion adaptive deinterlacing system - Google Patents

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KR101513395B1
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interpolation
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윤장혁
전광길
정제창
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인천대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a motion adaptive de-interlacing system, which is applied with a motion detection capable of reducing failures of motion detection and considers weight values and motion sensitivity. The motion adaptive de-interlacing system according to the present invention comprises: a motion detection unit detecting a motion type of an object based on the pixels between the input image fields, and detecting a low motion of an object based on block.; a weight determination unit determining a weight, which is an interpolation coefficient, based on the detection result by the motion detection unit, and selecting an interpolation method according to the weight; and, an interpolation execution unit interpolating the missing pixel according to the interpolation method determined in the weight determination unit.

Description

모션 적응적 디인터레이싱 시스템{A motion adaptive deinterlacing system}[0001] The present invention relates to a motion adaptive deinterlacing system,

본 발명은 인터레이싱 스캔 포맷을 프로그레시브 스캔 포맷으로 변환하는 디인터레이싱 기술에 관한 것으로, 더 상세하게는 모션 감지 실패를 줄일 수 있는 모션 디텍션을 적용하고, 가중치와 모션 민감도를 고려한 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a deinterlacing technique for converting an interlaced scan format into a progressive scan format, and more particularly, to a motion adaptive deinterlacing system that applies motion detection to reduce motion detection failure and considers weighting and motion sensitivity. will be.

비디오 방송, PAL, SECAM, NTSC과 같은 일반적인 TV 시스템은 최근 비디오 전송 대역폭을 반으로 줄이기 위해 인터레이스 포맷을 채용한다. 이는 기준 프레임률이 슬로우 모션 분배를 위해 명확하다. 하지만 종래 인터레이스 포맷은 높은 수평 주파수를 가지는 객체에 대해 interline flicker, jaggedness, line crawling을 포함한 잡음이 발생하는 문제점이 있다. 게다가 초고화질 텔레비전(HDTV), PC 모니터, LCD, PDP와 같은 현대 디스플레이 시스템의 발전으로 전체 이미지가 즉각적으로 디스플레이 되는 것이 요구되고 있는 실정이다.Typical TV systems, such as video broadcast, PAL, SECAM, and NTSC, employ an interlaced format to halve the bandwidth of recent video transmission. This is because the reference frame rate is clear for slow motion distribution. However, the conventional interlace format has a problem that noise including interline flicker, jaggedness, and line crawling occurs for an object having a high horizontal frequency. In addition, the development of modern display systems such as ultra-high definition television (HDTV), PC monitor, LCD, PDP and the like are required to display the whole image immediately.

디인터레이싱 기술은 인터레이싱 스캔 포맷을 프로그래시브 스캔 포맷으로 변환하는 컨버팅 기술이다. 종래 디인터레이싱 방법은 인트라 필드(intra-field), 인터 필드(inter-field), 모션 적응성(motion adaptive), 모션 보상(motion compensated) 방법 등 4개로 구분된다. 인트라-필드법은 소실된 라인을 채우기 위해 현재 필드의 픽셀을 이용하는 것으로, 낮은 공간 주파수의 비디오 시퀀스 작업에 적합하지만 높은 주파수 영역에서는 flickering artifacts(잡음)를 생성하는 문제점이 있다.Deinterlacing technology is a conversion technique that converts an interlaced scan format to a progressive scan format. Conventional deinterlacing methods are classified into four methods such as an intra-field, an inter-field, a motion adaptive, and a motion compensated method. The intra-field method uses pixels of the current field to fill a lost line, which is suitable for video sequence work with a low spatial frequency, but generates flickering artifacts (noise) in a high frequency region.

인터 필드법은 비디오 질의 향상을 위해 인접한 필드 간의 높은 상관관계에 이용하는 것으로, 정지 영역에서는 높은 질을 제공하지만 움직임 영역에서 잡음을 제공하는 문제점이 있다.The interfield method is used for a high correlation between adjacent fields for improving video quality. However, the interfield method provides a high quality in a still region but provides a noise in a moving region.

모션 적응(MA)법은 인트라 필드법과 인터 필드법의 장점을 결합한 것으로, 낮은 복합도와 높은 비디오 품질 때문에 가장 대중적인 디인터레이싱 방법으로, 대한민국 등록특허 공보 제10-0813986호(2008. 03. 10)에 개시된 바와 같이, 모션 영역을 감지한 후, 모션 여부에 따라 공간적 및 시간적 보간을 적용한다. 이러한 모션 적응법은 도 14와 같은 시스템을 형성하고, 보간 단계는 다음 [수학식 1]에 의해 실행된다.The motion adaptation (MA) method combines the advantages of the intra-field method and the inter-field method, and is the most popular de-interlacing method due to its low complexity and high video quality. It is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0813986 (Mar. As disclosed, after sensing the motion region, spatial and temporal interpolation is applied depending on whether motion is present or not. This motion adaptation method forms a system as shown in Fig. 14, and the interpolation step is performed by the following equation (1).

Figure 112014013167276-pat00001
Figure 112014013167276-pat00001

여기서, PM은 모션 가능성 값이고, (i,j)는 픽셀 위치를 나타내고, n은 현재 필드를 나타내고, Xn(i, j)는 (i,j) 위치에서의 픽셀값을 나타내고, Dn(i, j)는 동일한 위치에서 최종적으로 보간된 픽셀을 나타낸다.Here, PM is the motion likelihood values, (i, j) represents the pixel location, n is the current field, X n (i, j) denotes a pixel value at position (i, j), D n (i, j) represents the last interpolated pixel at the same position.

모션 보상(MC)법은 인접 필드 내에서 블록 또는 객체 이동을 계산한다. MC법은 다른 방법들보다 더 나은 성능을 달성하지만 높은 계산적 비용을 요구하는 문제점이 있다.
The Motion Compensation (MC) method calculates block or object motion within adjacent fields. The MC method achieves better performance than other methods, but has the problem of requiring high computational cost.

대한민국 등록특허 공보 10-0553814B1, 2006. 02. 14, 7쪽 27줄 내지 29줄.Korean Registered Patent Publication No. 10-0553814B1, 2006. 02. 14, 7 page 27 lines to 29 lines.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템의 목적은, 픽셀 및 블록 기반의 개선된 모션 디텍션 기술을 적용하여, 높은 비디오 품질을 제공하는 디인터레이싱 시스템을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a motion adaptive de-interlacing system and a motion-adaptive de-interlacing method, De-interlacing system.

다른 목적은, 모션 디텍션부를 포함하여, 픽셀 값을 기반으로 모션 민감도를 산출하고, 블록 기반으로 절대차 합을 산출하여, 낮은 움직임에서의 모션을 정확히 감지하는데 있다.Another object is to accurately detect the motion in the low motion by calculating the motion sensitivity based on the pixel value, including the motion detection part, and calculating the absolute difference based on the block.

또 다른 목적은, 가중치 결정부를 이용하여, 산출된 모션 민감도와 절대차의 합에 따른 가중치를 결정하고, 결정된 가중치에 따른 적절한 보간법을 선택하는데 있다.Another object of the present invention is to determine a weight based on the calculated motion sensitivity and the sum of absolute differences using a weight determining unit, and to select an appropriate interpolation method based on the determined weight.

또 다른 목적은, 예외 판단부를 더 포함하여, 낮은 모션 민감도 영역에 관해 절대차의 합을 적용하여, 모션 여부를 재판단하는데 있다.Another object is to re-determine whether or not motion by applying an absolute difference sum with respect to a low motion sensitivity area, further including an exception determination unit.

또 다른 목적은, 보간 실행부를 포함하여, 산출된 가중치에 따라서 공간적 보간(spatial interpolation), 시간적 보간(temporal interpolation) 및 공간적 보간과 상기 시간적 보간이 결합된 보간을 실행하는데 있다.
Still another object is to execute interpolation including spatial interpolation, temporal interpolation and spatial interpolation and temporal interpolation according to the calculated weight including the interpolation executing part.

본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템은 입력된 영상 필드 간 픽셀 기반으로 객체의 모션 타입을 감지하고, 필드 블록 기반으로 객체의 낮은 움직임을 감지하는 모션 디텍션부, 상기 모션 디텍션부에서 감지 결과에 따라 보간 계수인 가중치를 결정하고, 상기 가중치에 따라 보간법을 선택하는 가중치 결정부 및 상기 가중치 결정부에서 결정된 보간법에 따라 소실된 픽셀을 보간하는 보간 실행부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a motion adaptive deinterlacing system including a motion detection unit detecting a motion type of an object based on pixels between input image fields and detecting a low motion of the object based on a field block, And an interpolation execution unit for interpolating the lost pixels according to the interpolation method determined by the weight determining unit. The interpolation method may further include interpolating the interpolated pixel according to the interpolation method.

또한, 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, 모션 디텍션부는 영상 필드 간의 픽셀 값을 산출하고, 산출된 픽셀 값으로 모션 민감도(MI)를 산출하는 픽셀 기반 감지부 및 움직이는 객체의 낮은 움직임을 감지하기 위해 블록기반의 절대차의 합(SAD)을 산출하는 블록 기반 감지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention, the motion detection unit may include a pixel-based sensing unit for calculating pixel values between image fields, calculating motion sensitivity (MI) with the calculated pixel values, And a block-based sensing unit for calculating a sum of block-based absolute differences (SAD) for sensing.

또한, 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, 보간 선택부는 모션 민감도가 1(τ1)보다 작은 경우, 해당 픽셀은 비디오의 정지 영역이거나 정지된 장면으로 간주되어, 인터-필드 보간(시간적 보간)을 선택하고, 상기 모션 민감도가 2(τ2)보다 큰 경우, 인트라-필드 보간을 선택하고, 상기 모션 민감도가 τ1과 τ2 사이일 경우, 공간적 및 시간적 보간을 결합하여 선택하는 것을 특징으로 한다.Further, in the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention, when the motion sensitivity is smaller than 1 (? 1 ), the interpolation selector is regarded as a still area or stopped scene of the video, Interpolation) is selected, and intra-field interpolation is selected when the motion sensitivity is greater than 2 (τ 2 ), and the spatial and temporal interpolation is selected when the motion sensitivity is between τ 1 and τ 2 .

또한, 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, 가중치 결정부는 가중치가 0인 경우, 블록 기반 감지부에서 산출한 3개의 절대차의 합(SAD)을 고려하여, 상기 절대차의 합(SAD)이 제3임계값(τ3)보다 큰 경우, 가중치를 1로 수정 설정하는 예외 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
In the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention, when the weight is 0, the weight determining unit determines the sum of the absolute differences (SAD) by considering the sum of three absolute differences (SAD) ) Is greater than the third threshold value (? 3 ), an exception determination unit ( 13 ) for correcting the weight value to 1 is further included.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템은 픽셀 및 블록 기반의 개선된 모션 디텍션 기술을 적용함으로써, 디인터레이싱 성능을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention has an effect of greatly improving the deinterlacing performance by applying the improved motion detection technique based on pixels and blocks.

또한, 픽셀 값을 기반으로 모션 민감도를 산출함으로써, 객체의 움직임 형태를 판단할 수있으며, 블록 기반으로 절대차 합을 산출하여, 객체의 낮은 움직임에서의 모션을 정확히 감지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the motion sensitivity of the object can be determined by calculating the motion sensitivity based on the pixel value, and the absolute difference can be calculated based on the block, thereby accurately detecting the motion in the low motion of the object.

또한, 산출된 모션 민감도와 절대차의 합에 따른 가중치를 결정함으로써, 결정된 가중치에 따른 최적의 보간법을 선택할 수 있는 효과가 있다.Further, by determining the weight based on the calculated motion sensitivity and the sum of the absolute differences, it is possible to select the optimum interpolation method according to the determined weight value.

또한, 낮은 모션 민감도 영역에 관해 절대차의 합을 적용하여, 모션 여부를 확인함으로써, 보간법의 선택 오류를 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to prevent the selection error of the interpolation method in advance by checking whether motion is applied by applying the sum of absolute differences in the low motion sensitivity region.

또한, 산출된 가중치에 따라서 공간적 보간(spatial interpolation), 시간적 보간(temporal interpolation) 및 공간적 보간과 상기 시간적 보간이 결합된 보간을 실행함으로써, 각 보간법의 장점을 최대한 적용할 수 있는 효과가 있다.
In addition, spatial interpolation, temporal interpolation, and temporal interpolation combined with the temporal interpolation are performed according to the calculated weight values, so that the advantage of each interpolation method can be maximally applied.

도 1은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템의 전체 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, 모션 디텍션부의 상세 구성을 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 일반적인 모션 디텍션 개념을 설명하기 위한 픽셀 배치도.
도 4는 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, FIR 필터를 적용한 픽셀 기반의 모션 디텍션의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, SAD을 이용한 블록 기반의 모션 디텍션의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, 가중치 결정부의 상세 구성을 나타내는 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, 가중치 적용 개념을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템에 있어서, MELA 알고리즘의 방향 벡터의 개념을 나타내는 도면.
도 9 내지 도 13은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템의 성능을 확인하기 위한 시험 결과를 나타내는 화면.
도 14는 일반적인 모션 적응적 인터레이싱 시스템의 구성을 나타내는 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing the entire configuration of a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention; FIG.
2 is a block diagram showing a detailed configuration of a motion detection unit in a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention;
3 is a pixel layout diagram for explaining a general motion detection concept in a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention;
4 is a conceptual diagram of pixel-based motion detection using a FIR filter in a motion-adaptive deinterlacing system according to the present invention.
5 is a conceptual diagram of block-based motion detection using SAD in a motion-adaptive deinterlacing system according to the present invention.
6 is a configuration diagram showing a detailed configuration of a weight determining unit in a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention;
7 is a diagram illustrating a concept of applying a weight in a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention.
8 is a diagram showing a concept of a direction vector of the MELA algorithm in a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention.
9 to 13 are graphs showing test results for checking the performance of the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention.
14 shows a configuration of a general motion adaptive interlacing system;

이하, 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템을 실시하기 위한 구체적인 내용을 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a detailed description will be given of the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템은 모션 디텍션부(10), 가중치 결정부(20) 및 보간 실행부(30)를 포함한다.FIG. 1 is a block diagram of a motion adaptive deinterlacing system according to the present invention. The motion adaptive deinterlacing system includes a motion detection unit 10, a weight determination unit 20, and an interpolation execution unit 30.

상기 모션 디텍션부(10)는 입력된 영상 필드 간 픽셀 기반으로 객체의 모션 타입을 감지하고, 필드 블록 기반으로 객체의 낮은 움직임을 감지하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 픽셀 기반 감지부(11) 및 블록 기반 감지부(12)를 포함한다.The motion detection unit 10 senses the motion type of the object based on the pixels between input image fields, detects the low motion of the object based on the field block, and detects the motion of the object based on the pixel-based sensing unit 11 And a block-based sensing unit 12.

상기 픽셀 기반 감지부(11)는 영상 필드 간의 픽셀 값을 산출하고, 산출된 픽셀 값으로 모션 민감도(MI)를 산출하며, 본 발명에 있어서 픽셀 기반의 모션 디텍션은 두 개 이상의 필드를 기반으로 모션 정보를 획득하며, 픽셀 기반으로 모션을 감지하며, 보간되는 픽셀을 기준으로 인접한 픽셀 값을 산출하되, 상기 픽셀값은 FIR(finite impulse response) 필터를 적용한다.The pixel-based sensing unit 11 calculates a pixel value between image fields, and calculates a motion sensitivity (MI) using the calculated pixel value. In the present invention, the pixel-based motion detection is based on two or more fields, Acquiring information, detecting a motion based on a pixel, and calculating an adjacent pixel value based on a pixel to be interpolated, the pixel value applying a finite impulse response (FIR) filter.

즉, 일반적인 픽셀 기반의 모션 디텍션의 경우, 도 3에 도시된 5-필드 픽셀에 관하여, 다음 [수학식 2]를 적용하여, 각 픽셀의 모션 민감도(MI-Motion Intensity)를 산출하고, [수학식 3]과 같이 산출된 모션 민감도 중에 최대 값을 최종 모션 민감도로 정의한다.That is, in the case of general pixel-based motion detection, the motion sensitivity (MI-Motion Intensity) of each pixel is calculated by applying the following equation 2 with respect to the 5-field pixel shown in FIG. The maximum value of the calculated motion sensitivity is defined as the final motion sensitivity.

Figure 112014013167276-pat00002
Figure 112014013167276-pat00002

Figure 112014013167276-pat00003
Figure 112014013167276-pat00003

이 경우, 객체 내부의 노이즈로 인해 움직이는 객체를 정확하게 감지할 수 없는 문제점이 발생하는데 본 발명에 다른 픽셀 기반 감지부(11)는 도 3에 도시된 바와 같이, FIR 필터를 적용하여, 모션 디텍팅 성능을 향상하도록 하였으며, [수학식 4]로 각 픽셀값을 산출하고, [수학식 5]로 각 모션 민감도를 정의하고, [수학식 6]와 같이, 각 모션 민감도의 최대값을 최종 모션 민감도로 정의한다.In this case, there arises a problem that the moving object can not be accurately detected due to the noise inside the object. In the pixel-based sensing unit 11 according to the present invention, as shown in FIG. 3, And each pixel value is calculated using Equation (4), each motion sensitivity is defined by Equation (5), and the maximum value of each motion sensitivity is defined as a final motion sensitivity .

Figure 112014013167276-pat00004
Figure 112014013167276-pat00004

Figure 112014013167276-pat00005
Figure 112014013167276-pat00005

여기서, n은 현재 필드, X는 보간되는 픽셀이며, (n-2, n), (n-1, n+1) 및 (n, n+2)의 쌍은 동일한 소실 라인과 동일한 시차를 가지며, A 내지 H는 필드 내 픽셀 값임.Where n is the current field and X is the interpolated pixel and the pair of (n-2, n), (n-1, n + 1) and (n, n + 2) , And A to H are pixel values in the field.

Figure 112014013167276-pat00006
Figure 112014013167276-pat00006

상기 블록 기반 감지부(12)는 움직이는 객체의 낮은 움직임을 감지하기 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 블록기반의 절대차의 합(SAD)을 산출하며, 본 발명에 따른 블록 기반의 모션 디텍션은 다음 [수학식 7]을 적용하여, (n-1, n), (n, n+1), (n-1, n+1) 필드에서 각각 절대차의 합(SAD)을 산출한다.The block-based sensing unit 12 calculates a block-based absolute difference sum (SAD) as shown in FIG. 5 to detect a low motion of a moving object, and the block- The sum of absolute differences SAD is calculated in the fields (n-1, n), (n, n + 1), and (n-1, n + 1) using the following equation (7).

Figure 112014013167276-pat00007
Figure 112014013167276-pat00007

상기 가중치 결정부(20)는 상기 모션 디텍션부(10)에서 감지 결과에 따라 보간 계수인 가중치를 결정하고, 상기 가중치에 따라 보간법을 선택하며, [도 6]에 도시된 바와 같이, 보간 선택부(21) 및 예외 판단부(22)를 포함한다.The weight determining unit 20 determines a weight, which is an interpolation coefficient, according to the detection result in the motion detection unit 10, selects an interpolation method according to the weight, and, as shown in FIG. 6, (21) and an exception determination unit (22).

상기 보간 선택부(21)는 상기 모션 디텍션부에서 산출된 모션 민감도와 절대차의 합(SAD)를 이용하여, 혼합 보간 시, 비율을 결정하는 가중치(W)를 다음 [수학식 8]로 계산하며, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 모션 민감도가 1(τ1)보다 작은 경우, 해당 픽셀은 비디오의 정지 영역이거나 정지된 장면으로 간주되어, 인터-필드 보간(시간적 보간)을 선택하고, 상기 모션 민감도가 2(τ2)보다 큰 경우, 인트라-필드 보간을 선택하고, 상기 모션 민감도가 τ1과 τ2 사이일 경우, 공간적 및 시간적 보간을 결합하여 선택한다.The interpolation selector 21 calculates the weight W for determining the ratio at the time of mixed interpolation using the sum of the motion sensitivities and the absolute differences (SAD) calculated in the motion detection unit, using the following equation (8) 7, when the motion sensitivity is smaller than 1 (τ 1 ), the corresponding pixel is regarded as a still region or stopped scene of the video, so that inter-field interpolation (temporal interpolation) is selected, When the motion sensitivity is greater than 2 (τ 2 ), intra-field interpolation is selected, and when the motion sensitivity is between τ 1 and τ 2 , the spatial and temporal interpolation are jointly selected.

Figure 112014013167276-pat00008
Figure 112014013167276-pat00008

상기 예외 판단부(22)는 가중치가 0인 경우, 블록 기반 감지부에서 산출한 3개의 절대차의 합(SAD)을 고려하여, 상기 절대차의 합(SAD)이 제3임계값(τ3)보다 큰 경우, 가중치를 1로 수정 설정한다.If the sum of the absolute differences (SAD) is greater than or equal to the third threshold value τ 3 (SAD) in consideration of the sum (SAD) of the three absolute differences calculated by the block- ), The weight is set to be 1.

즉, 상기 보간 선택부(21)에서 산출된 가중치가 0일 경우, 움직임 픽셀이 없는 것으로 간주한다. 하지만 그중에서는 낮은 MI로 인해 정지된 영역으로 간주된 일부 픽셀이 실제로 작은 움직임을 가질 수 있기 때문이다.That is, when the weight value calculated by the interpolation selector 21 is 0, it is regarded that there is no motion pixel. However, some of the pixels that are regarded as static regions due to low MI can actually have small movements.

상기 보간 실행부(30)는 상기 가중치 결정부(20)에서 결정된 보간법에 따라 소실된 픽셀을 보간하며, 본 발명에 따른 상기 보간 실행부(30)는 공간적 보간(spatial interpolation), 시간적 보간(temporal interpolation) 및 상기 공간적 보간과 상기 시간적 보간이 결합된 보간을 실행하며,The interpolation executing unit 30 interpolates the lost pixels according to the interpolation method determined by the weight determining unit 20 and the interpolation executing unit 30 according to the present invention performs spatial interpolation, temporal interpolation, interpolation, and interpolation in which the spatial interpolation and the temporal interpolation are combined,

상기 공간적 보간(인트라-필드 보간)은 수정된 에지 기반의 라인 평균 알고리즘((MELA-modified edge-based line average)을 적용하여, [도 8]에 도시된 바와 같이, 수직(90°), 대각선(63°) 및 역대각선(117°) 방향의 3개 방향 벡터를 다음 [수학식 9]를 산출하고, 에지 기반 라인 평균(ELA)의 픽셀 상관관계를 다음 [수학식 10]으로 산출하고, 상기 방향 벡터과 상기 픽셀 상관관계를 이용하여, 다음 [수학식 11]로 공간적 보간을 실행한다. The spatial interpolation (intra-field interpolation) applies a modified edge-based line average algorithm (MELA-modified edge-based line average) (9), and the pixel correlation of the edge-based line average (ELA) is calculated by the following equation (10): " (9) " Using the direction vector and the pixel correlation, spatial interpolation is performed using the following equation (11).

Figure 112014013167276-pat00009
Figure 112014013167276-pat00009

Figure 112014013167276-pat00010
Figure 112014013167276-pat00010

Figure 112014013167276-pat00011
Figure 112014013167276-pat00011

여기서, P는 대각선, Q는 역대각선, V는 수직 방향의 벡터이며, 연산자 ∧은 AND 연산자임.Where P is a diagonal, Q is an inverse diagonal, V is a vector in the vertical direction, and the operator ∧ is an AND operator.

본 발명에 있어서, 시간적 보간(인터-필드 보간)은 같은 위치의 이전(n-1)과 이후(n+1)의 픽셀에 대한 심플 알고리즘을 사용하였다. 즉, 해당 픽셀이 정지 모션 또는 배경이면 인접한 필드의 픽셀값 간에 높은 상관관계가 있는데, 만일 모션 디텍션이 정확히 실행되고, 단지 이러한 심플 시간적 보간을 사용한다면 이상 실행을 초래할 수 있다. 따라서 본 발명에 있어서, 시간적 보간은 다음 [수학식 12]로 시간적 보간을 실행한다.In the present invention, temporal interpolation (inter-field interpolation) uses a simple algorithm for the previous (n-1) and later (n + 1) pixels at the same position. That is, there is a high correlation between the pixel values of adjacent fields if the pixel is stationary motion or background, which can lead to anomalous execution if motion detection is performed correctly and using only such simple temporal interpolation. Therefore, in the present invention, temporal interpolation performs temporal interpolation using the following equation (12).

Figure 112014013167276-pat00012
Figure 112014013167276-pat00012

본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템의 성능을 평가하기 위한 실험 내용 및 결과는 다음과 같다.Experimental contents and results for evaluating the performance of the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention are as follows.

본 발명에 따른 모션 적응적 디인터레이싱 시스템의 성능을 평가하기 위해 낮은 움직임에서 다이나믹 비디오를 포함하는 다양한 기준 CIF 비디오 시퀀스로 실험을 시행하였으며, 기준 값은 τ1=20, τ2=70, τ3=100으로 설정되었다. 도 9의 (a)와 (b)는 보간 선택부(21)와 예외 판단부(22)를 적용 시, 결과를 각각 나타낸다. 도 9(a)에서 공은 아래로 움직이고 있는데, 공은 (n-1)과 (n+1) 필드에서 존재하지만 (n-2), (n) 및 (n+2)의 필드에서는 존재하지 않는다. 하나의 움직이는 객체만이 있는 경우, 픽셀 기반의 모션 티텍션은 종종 모션을 잘못 감지할 수 있다. In order to evaluate the performance of the motion adaptive deinterlacing system according to the present invention, experiments were performed with various reference CIF video sequences including dynamic video in low motion. The reference values were τ 1 = 20, τ 2 = 70, τ 3 = 100 < / RTI > 9 (a) and 9 (b) show the results when the interpolation selector 21 and the exception detector 22 are applied. In FIG. 9 (a), the ball is moving down, and the ball exists in the (n-1) and (n + 1) fields but does not exist in the fields of (n-2), (n) and Do not. If there is only one moving object, pixel-based motion description can often mis-detect motion.

도 10은 최악의 경우 중 하나를 나타낸다. 글자가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하는데, 거의 모든 픽셀은 배경과 같이 인식하였다. 따라서, 많은 움직임이어야 하지만 시간적 필터를 선택했다. 이러한 상황을 개선하기 위해 예외 판단부(22)를 적용하였고, 도 9(b)와 도10(b)로 더 나은 모션 방향의 결과를 보여주었다.Figure 10 shows one of the worst cases. The letters move from right to left, and almost every pixel is recognized as a background. Therefore, I chose a temporal filter that should be a lot of movement. In order to improve such a situation, the exception determination unit 22 is applied, and the results of the motion direction shown in Figs. 9 (b) and 10 (b) are shown.

[표 1]은 도 11, 12, 13의 PSNR 비교와 주관적 품질 비교를 나타낸다. 본 발명에 따른 디인터레이싱 방법은 종래 잘 알려진 LA, ELA, MELA, 수직 시간적 필터 법과 모션 적응적 방법 보다 더 나은 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다. 또한 본 방법은 PSNR에서 약 0.95dB 정도 증가시키는 성과를 보였다. 특히 주관적인 성능은 Akiyo, Mother&daughter 및 컨테이너와 같이 높은 모션 비디오보다 낮은 모션 비디오에서 더 나은 결과를 나타낸다. 이러한 부분은 낮은 모션 영역에서 대표적이다. 다른 방법들에서 작은 조각은 흐릿한 반면에 제안된 방법은 깨끗한 보정 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Table 1 shows PSNR comparisons and subjective quality comparisons of FIGS. 11, 12 and 13. It can be seen that the deinterlacing method according to the present invention has better performance than the well-known LA, ELA, MELA, vertical temporal filter method and motion adaptive method. In addition, the proposed method increases the PSNR by about 0.95dB. Particularly subjective performance shows better results in low motion video than high motion video like Akiyo, Mother & daughter, and container. This part is representative in the low motion area. It can be seen that while the other methods are blurred, the proposed method shows a clean calibration result.

[표 1][Table 1]

Figure 112014013167276-pat00013
Figure 112014013167276-pat00013

이상 본 발명의 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 모션 적응적 디인터레이싱 시스템으로 구현할 수 있다.
While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but may be implemented by various motion adaptive deinterlacing systems within the scope of the present invention.

10 : 모션 디텍션부
11 : 픽셀 기반 감지부
12 : 블록 기반 감지부
20 : 가중치 결정부
21 : 보간 선택부
22 : 예외 판단부
30 : 보간 실행부
50 : 모션 적응적 디인터레이싱 시스템
10: Motion detection part
11: Pixel-based sensing unit
12: Block-based sensing unit
20: weight determining unit
21: Interpolation selector
22:
30: interpolation execution unit
50: Motion adaptive deinterlacing system

Claims (10)

인터레이싱 스캔 포맷을 프로그레시브 스캔 포맷으로 변환하는 디인터레이싱 시스템에 있어서,
입력된 영상 필드 간 픽셀 기반으로 객체의 모션 타입을 감지하고, 필드 블록 기반으로 객체의 낮은 움직임을 감지하는 모션 디텍션부;
상기 모션 디텍션부에서 감지 결과에 따라 보간 계수인 가중치를 결정하고, 상기 가중치에 따라 보간법을 선택하는 가중치 결정부 및
상기 가중치 결정부에서 결정된 보간법에 따라 소실된 픽셀을 보간하는 보간 실행부를 포함하며,
상기 모션 디텍션부는,
영상 필드 간의 픽셀 값을 산출하고, 산출된 픽셀 값으로 모션 민감도(MI)를 산출하는 픽셀 기반 감지부 및
움직이는 객체의 낮은 움직임을 감지하기 위해 블록기반의 절대차의 합(SAD)을 산출하는 블록 기반 감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
1. A deinterlacing system for converting an interlaced scan format to a progressive scan format,
A motion detection unit detecting a motion type of an object based on pixels between input image fields and detecting a low motion of the object based on a field block;
A weight determining unit for determining a weight, which is an interpolation coefficient, according to the detection result in the motion detection unit, and selecting an interpolation method according to the weight;
And an interpolation executing unit for interpolating the lost pixels according to the interpolation method determined by the weight determining unit,
Wherein the motion detection unit comprises:
A pixel-based sensing unit for calculating pixel values between image fields and calculating motion sensitivity (MI) with the calculated pixel values;
And a block-based sensing unit for calculating a sum of block-based absolute differences (SAD) to detect a low motion of the moving object.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 픽셀 기반 감지부는,
적어도 두 개 이상의 필드를 기반으로 모션 정보를 획득하며, 픽셀 기반으로 모션을 감지하며, 보간되는 픽셀을 기준으로 인접한 픽셀 값을 산출하되, 상기 픽셀값은 FIR(finite impulse response) 필터를 적용하여 다음 [수학식 4]로 산출하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
[수학식 4]
Figure 112015008576534-pat00014

여기서, n은 현재 필드, X는 보간되는 픽셀이며, (n-2, n), (n-1, n+1) 및 (n, n+2)의 쌍은 동일한 소실 라인과 동일한 시차를 가지며, A 내지 H는 필드 내 픽셀 값임.
The method according to claim 1,
Wherein the pixel-
A motion estimation method, comprising: obtaining motion information based on at least two fields, detecting motion based on pixels, calculating adjacent pixel values based on interpolated pixels, and applying the finite impulse response (FIR) (4). ≪ / RTI >
&Quot; (4) "
Figure 112015008576534-pat00014

Where n is the current field and X is the interpolated pixel and the pair of (n-2, n), (n-1, n + 1) and (n, n + 2) , And A to H are pixel values in the field.
제3항에 있어서,
상기 픽셀 기반 감지부는,
산출된 상기 픽셀 값을 적용하여, 각 픽셀의 모션 민감도를 다음 [수학식 5]로 산출하며, 최종 모션 민감도(MI)는 상기 각 픽셀의 모션 민감도 중 가장 큰 값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
[수학식 5]
Figure 112014013167276-pat00015

The method of claim 3,
Wherein the pixel-
The motion sensitivity of each pixel is calculated by the following equation (5) by applying the calculated pixel values, and the final motion sensitivity (MI) is calculated to be the largest of the motion sensitivities of the pixels Adaptive deinterlacing system.
&Quot; (5) "
Figure 112014013167276-pat00015

제4항에 있어서,
상기 블록 기반 감지부는,
다음 [수학식 7]을 적용하여, (n-1, n), (n, n+1), (n-1, n+1) 필드에서 각각 절대차의 합(SAD)을 산출하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
[수학식 7]
Figure 112014013167276-pat00016

5. The method of claim 4,
Wherein the block-
The sum of absolute differences (SAD) is calculated in the fields of (n-1, n), (n, n + 1) and (n-1, n + 1) The motion adaptive de-interlacing system comprising:
&Quot; (7) "
Figure 112014013167276-pat00016

제5항에 있어서,
상기 가중치 결정부는
상기 모션 디텍션부에서 산출된 모션 민감도와 절대차의 합(SAD)를 이용하여, 혼합 보간 시, 비율을 결정하는 가중치(W)를 다음 [수학식 8]로 계산하는 보간 선택부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
[수학식 8]
Figure 112014013167276-pat00017

여기서 τ1과 τ2는 경험적으로 설정된 값임.
6. The method of claim 5,
The weight determining unit
And an interpolation selector for calculating a weight W for determining the ratio at the time of mixed interpolation using the sum of the motion sensitivity and the absolute difference (SAD) calculated in the motion detection unit using the following equation (8) The motion adaptive de-interlacing system comprising:
&Quot; (8) "
Figure 112014013167276-pat00017

Where τ 1 and τ 2 are empirically set values.
제6항에 있어서,
상기 보간 선택부는,
상기 모션 민감도가 1(τ1)보다 작은 경우, 해당 픽셀은 비디오의 정지 영역이거나 정지된 장면으로 간주되어, 인터-필드 보간(시간적 보간)을 선택하고, 상기 모션 민감도가 2(τ2)보다 큰 경우, 인트라-필드 보간을 선택하고, 상기 모션 민감도가 τ1과 τ2 사이일 경우, 공간적 및 시간적 보간을 결합하여 선택하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the interpolation selection unit comprises:
If the motion sensitivity is less than 1 (τ 1), the pixel is regarded as a still scene or a still region of the video inter-than field interpolation (time interpolated) the selection, and the motion is 2 (τ 2) Sensitivity And when the motion sensitivity is between τ 1 and τ 2 , the spatial and temporal interpolation is selected in combination.
제6항에 있어서,
상기 가중치 결정부는,
가중치가 0인 경우, 블록 기반 감지부에서 산출한 3개의 절대차의 합(SAD)을 고려하여, 상기 절대차의 합(SAD)이 제3임계값(τ3)보다 큰 경우, 가중치를 1로 수정 설정하는 예외 판단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
The method according to claim 6,
Wherein the weight determining unit includes:
When the sum of absolute differences (SAD) is larger than the third threshold value (? 3 ) in consideration of the sum of three absolute differences (SAD) calculated by the block-based sensing unit when the weight is 0, And an exception determination unit configured to correct the motion adaptive deinterlacing to the motion adaptive deinterlacing system.
제1항에 있어서,
상기 보간 실행부는
공간적 보간(spatial interpolation), 시간적 보간(temporal interpolation) 및 상기 공간적 보간과 상기 시간적 보간이 결합된 보간을 실행하며,
상기 공간적 보간은
수정된 에지 기반의 라인 평균 알고리즘((MELA-modified edge-based line average)을 적용하여, 수직(90°), 대각선(63°) 및 역대각선(117°) 방향의 3개 방향 벡터를 다음 [수학식 9]를 산출하고, 에지 기반 라인 평균(ELA)의 픽셀 상관관계를 다음 [수학식 10]으로 산출하고, 상기 방향 벡터과 상기 픽셀 상관관계를 이용하여, 다음 [수학식 11]로 공간적 보간을 실행하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
[수학식 9]
Figure 112015008576534-pat00018

[수학식 10]
C-1=|U-1-L1|,
C0=|U0-L0|,
C1=|U1-L-1|,
[수학식 11]
Figure 112015008576534-pat00019

여기서, P는 대각선, Q는 역대각선, V는 수직 방향의 벡터이며, 연산자 ∧은 AND 연산자임.
The method according to claim 1,
The interpolation execution unit
Performing spatial interpolation, temporal interpolation, and interpolation in which the spatial interpolation and the temporal interpolation are combined,
The spatial interpolation
Applying the modified edge-based line average (MELA-modified line average), the three directional vectors in the vertical (90 °), diagonal (63 °) and reverse diagonal (117 °) (9), and calculates the pixel correlation of the edge-based line average (ELA) using the following equation (10), and using the direction vector and the pixel correlation, The motion adaptive deinterlacing system comprising:
&Quot; (9) "
Figure 112015008576534-pat00018

&Quot; (10) "
C -1 = | U -1 -L 1 |,
C 0 = | U 0 -L 0 |,
C 1 = | U 1 -L -1 |
&Quot; (11) "
Figure 112015008576534-pat00019

Where P is a diagonal, Q is an inverse diagonal, V is a vector in the vertical direction, and the operator ∧ is an AND operator.
제9항에 있어서,
상기 보간 실행부는
다음 [수학식 12]로 시간적 보간을 실행하는 것을 특징으로 하는 모션 적응적 디인터레이싱 시스템.
[수학식 12]
Figure 112014013167276-pat00020
10. The method of claim 9,
The interpolation execution unit
Wherein the temporal interpolation is performed using the following equation (12).
&Quot; (12) "
Figure 112014013167276-pat00020
KR1020140015322A 2014-02-11 2014-02-11 A motion adaptive deinterlacing system KR101513395B1 (en)

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