JP4420294B2 - ミディアンフィルタリング方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明はミディアンフィルタリング装置及び方法に関し、特に映像データからディジタルノイズを判別し、ミディアンフィルタを用いてディジタルノイズを緩和させることにより、鮮やかな画質の具現を可能にしたミディアンフィルタリング装置及びその方法に関する。

ディスプレイを実現する際、ディジタルノイズは視覚的な画質を大きく低下させる。これを改善するために、ミディアンフィルタは一定領域内の階調値から中間値を抽出し、ディジタルノイズを前記中間値に置き換えることによりディジタルノイズを緩和させる。

従来のミディアンフィルタは、図１のように、それぞれのピクセルを一定単位領域にブロック化する。図２のように、ブロック化された単位領域内で各ピクセルの階調値を昇順または降順に整列した後、その中間値を選択し、図３のように、単位領域内の中心ピクセルのデータを前記中間値に置き換える。このようなミディアンフィルタを用いると、図４から分かるように、ディジタルノイズが除去されることにより、画質の低下を防ぐことが可能になる。しかし、全中心ピクセルデータをミディアンフィルタを通じて他の値に置き換えることにより、停止映像やテキスト映像の場合には、既存の映像よりミディアンフィルタを用いた映像の画質がさらに低下されてしまう結果をもたらす。さらに、単位領域内に位置する全ピクセルの階調値を整列し、中間値を抽出しなければならないため、整列時間が長くなり、演算が複雑になる上に、フィルタの容量が大きくなるという問題点がある。

従って、本発明の目的は、映像データからディジタルノイズを判別し、ミディアンフィルタを用いてディジタルノイズを緩和させることにより、鮮やかな画質の具現を可能にしたミディアンフィルタリング装置及びその方法を提供することである。

前記目的の達成のため、本発明に係るミディアンフィルタリング方法は、中心ピクセルと前記中心ピクセルに隣接する複数の周辺ピクセルを含んだ一定単位領域に複数のピクセルデータをブロック化する段階と、前記単位領域内のピクセルデータを前記単位領域より小さなサブ単位領域に分割する段階と、前記サブ単位領域別に分割されたピクセルデータのデータ値を一定順に整列する段階と、前記サブ単位領域のそれぞれで整列されたピクセルデータから中間値を抽出する段階と、前記サブ単位領域のそれぞれから抽出された中間値の平均値を計算する段階と、前記単位領域の中心ピクセルに該当する中心ピクセルデータを前記平均値に置き換える段階と、前記中間値と前記単位領域の中心ピクセルに入力された前記中心ピクセルデータとを比べ、一致値が存在する場合には前記中心ピクセルデータを平均値に置き換えずに当該中心ピクセルデータをそのまま適用する段階とを含むことを特徴とする。

また、本発明に係るミディアンフィルタリング装置は、第１のデータを輝度成分と色差成分に変換させる第１の変換部と、前記輝度成分を中心ピクセルと前記中心ピクセルに隣接する複数の周辺ピクセルを含んだ一定単位領域にブロック化する単位領域選択部と、前記単位領域内のピクセルデータを前記単位領域より小さなサブ単位領域に分割するサブ単位領域選択部と、前記サブ単位領域に分割されたピクセルデータのデータ値を一定順に整列させるソーティング部と、前記サブ単位領域のそれぞれで整列されたピクセルデータから中間値を計算または抽出するミディアン決定部と、前記サブ単位領域のそれぞれで中間値の平均値を計算し、前記平均値を用いて前記単位領域の中心ピクセルデータを決定する中心ピクセルデータ決定部と、色差成分及び前記単位領域の中心ピクセルデータが決定された輝度成分を用いて第２のデータを生成する第２の変換部とを備え、前記中心ピクセルデータ決定部は、前記ミディアン決定部から抽出または計算された中間値を映像データの中心ピクセルデータと比較する比較器と、前記比較器からの比較結果、前記中間値と映像データの中心ピクセルデータが一致する値がある場合に前記映像データの中心ピクセルデータを選択する中心ピクセル選択部と、前記比較器からの比較結果、前記中間値と映像データの中心ピクセルデータとに一致する値がない場合に前記ミディアン決定部から抽出または計算された中間値の平均値を計算し、前記平均値を中心ピクセル選択部に供給する平均値計算部とをさらに含むことを特徴とする。

本発明に係るミディアンフィルタリング方法及び装置は、映像データからディジタルノイズを判別し、演算を簡単化したミディアンフィルタを適用することによりディジタルノイズを効果的に緩和させ、鮮やかな画質の具現することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を添付した図５及び図１５を参照して詳細に説明する。

図５は、本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。

図５を参照すると、本発明に係るミディアンフィルタは、複数のピクセルデータを一定単位領域にブロック化し５０２、単位領域内のピクセルデータをサブ単位領域に分割する５０４。サブ単位領域別にサブ単位領域内に位置したピクセルデータを昇順または降順に整列し５０６、中間値を抽出する５０８。抽出された中間値の平均値を計算し５１０、中心ピクセルのデータを計算された平均値に置き換えて適用する５１２。この際、平均値は小数点第１位以下を四捨五入する。このような方法により、単位領域内の全ピクセルデータを整列する必要がないため、整列時間が短くなり、演算が簡単になる。

５０２において、単位領域のピクセルをサブ単位領域に分割する方法には図６ないし図８がある。

図６を参照すると、単位領域を３×３、５×５．．．ｍ×ｍ（ｍは１より大きな奇数）にブロック化し５０２、単位領域内のピクセルデータを中心ピクセルデータを基準として十字方向とＸ字方向のサブ単位領域に２等分する５０４。十字方向のサブ単位領域とＸ字方向のサブ単位領域内のピクセルデータをそれぞれ整列し５０６、中間値を抽出する５０８。抽出された二つの中間値の平均値を計算し５１０、小数点第１位以下を四捨五入して生成された値、即ち、１８を中心ピクセルデータに置き換えて適用する５１２。

図７を参照すると、単位領域を３×３にブロック化し５０２、単位領域内のピクセルデータを中心ピクセルデータを基準として４等分する５０４。４等分されたサブ単位領域内のピクセルデータをそれぞれ整列し５０６、中間値を抽出する５０８。この際、サブ単位領域内のデータは偶数個になるため、中間に位置した二つのデータの平均値を小数点第１位以下を四捨五入して中間値に抽出し、抽出された四つの中間値の平均値を計算し５１０、小数点第１位以下を四捨五入して生成された値、即ち、２３を中心ピクセルデータに置き換えて適用する５１２。

図８を参照すると、単位領域を３×３、５×５．．．ｍ×ｍ（ｍは１より大きな奇数）にブロック化し５０２、単位領域内のピクセルデータを中心ピクセルデータを基準として左右に２等分する５０４。この際、サブ単位領域は中心ピクセルデータを基準として左右または上下に２等分することができる。２等分されたサブ単位領域のピクセルデータをそれぞれ整列し５０６、中間値を抽出する５０８。抽出された二つの中間値の平均値を計算し５１０、計算された平均値、即ち、２０を中心ピクセルデータに置き換えて適用する５１２。

図９は、本発明の第２の実施の形態を示すブロック図である。

図９を参照すると、本発明に係るミディアンフィルタは、ピクセルデータを一定単位領域にブロック化し９０２、単位領域内のピクセルデータをサブ単位領域に分割する９０４。サブ単位領域別にサブ単位領域内に位置したピクセルデータを昇順または降順に整列し９０６、中間値を抽出する９０８。抽出された中間値を映像データの中心ピクセルデータと比較して９１０一致する値がある場合、既存の中心ピクセルデータを変換せずに既存値を適用する９１１。９１０の段階において同一値がない場合には、抽出された中間値の平均値を計算し９１２、中心ピクセルのデータを計算された平均値に置き換えて適用する９１４。この際、平均値は小数点第１位以下を四捨五入する。９０４において単位領域のピクセルをサブ単位領域に分割する方法は図６ないし図８を通じて説明した５０４と同一である。

図１０は本発明の第２の実施の形態において９０２ないし９１１を説明するための図面である。

図１０を参照すると、単位領域を３×３、５×５．．．ｍ×ｍ（ｍは１より大きな奇数）にブロック化し９０２、図６のような方式に単位領域内のピクセルデータを２等分する９０４。２等分されたサブ単位領域内のピクセルデータをそれぞれ整列し９０６、中間値を抽出する９０８。抽出された二つの中間値と既存の中心ピクセルデータとを比較すると９１０、十字方向の中間値である２００と既存値である２００とが同一であるため、既存値をそのまま適用する９１１。

第１の実施の形態を通じて、全ピクセルのデータを変換させる場合、正常な映像データが変換されてしまい、表示映像に問題が発生するおそれがあるが、第２の実施の形態を適用することにより、ディジタルノイズではないデータを変換する問題点を防ぐことが可能になる。

図１１は、本発明の第３の実施の形態を示すブロック図である。

図１１を参照すると、ピクセルデータを一定単位領域にブロック化した後、前フレームにおいて隣接した四つ以上のピクセルデータが同一であり、そのピクセルデータが現在フレームにおいて前フレームと同一な階調値を有する場合には、それを正常データに判断してそのまま適用する。同一なデータを有しない場合には第２の実施の形態の５０２ないし５１２と同一な段階を適用する。このような方法により、停止映像、テキスト映像等のデータをディジタルノイズとして認識し、正常データであるにも関わらず新たなデータに変換してしまうという問題点を解決することができる。

以下、図１２ないし図１５を参照して、前述のミディアンフィルタリング方法の具現が可能になるミディアンフィルタリング装置について説明する。

図１２に示すミディアンフィルタリング装置は、システム９０からの第１のデータＲ_１Ｇ_１Ｂ_１をフィルタリングするためのミディアンフィルタ１００と、ミディアンフィルタ１００からフィルタリングされた第２のデータＲ_２Ｇ_２Ｂ_２を用いて画像が具現される表示パネル等を制御するタイミングコントローラ２００とを含む。

ミディアンフィルタ１００は、図１３に示すように、第１の変換部１０５、単位領域選択部１１０、サブ単位領域選択部１２０、ソーティング部１３０、ミディアン決定部１４０、中心画素データ決定部１５０、遅延部１６０、第２の変換部１７０を含む。

第１の変換部１０５は第１のデータＲ_１Ｇ_１Ｂ_１を輝度成分Ｙ及び色差成分ＵＶに分離する。ここで、輝度成分Ｙ及び色差成分Ｕ、Ｖのそれぞれは式（１）ないし（３）により求められる。
Ｙ＝０．２２９×Ｒ_１＋０．５８７×Ｇ_１＋０．１１４×Ｂ_１ （１）
Ｕ＝０．４９３×（Ｂ_１−Ｙ） （２）
Ｖ＝０．８８７×（Ｒ_１−Ｙ） （３）

単位領域選択部１１０は輝度成分Ｙをフレーム単位の階調に区分し、複数のピクセルデータを一定単位領域にブロック化する役割をする。

サブ単位領域選択部１２０は単位領域内のピクセルデータをサブ単位領域に分割する役割をする。

ソーティング部１３０はそれぞれのサブ単位領域内に位置したピクセルデータを一定規則に従って整列させ、ミディアン決定部１４０は一定規則従ってソーティングされたデータから中間値を抽出または計算する役割をする。ここで、ソーティング部１３０及びミディアン決定部１４０のそれぞれはサブ単位領域の個数だけ、複数のソータ１３２及び計算機１４２を含む。例えば、図６及び図８のように、単位領域が二つのサブ単位領域に分離される場合には、図１４に示すように、ソーティング部１３０は二つのソータ１３２を含み、ミディアン決定部１４０は二つの計算機１４２を含む。尚、図７のように、単位領域が四つのサブ単位領域に分離される場合には、図１５に示すように、ソーティング部１３０は四つのソータ１３２を含み、ミディアン決定部１４０は四つの計算機１４２を含む。

中心画素データ決定部１５０は、比較器１５２、平均値計算部１５４、中心画素選択部１５６を含む。

比較器１５２は、ミディアン決定部１４０から抽出または計算された中間値を映像データの中心ピクセルデータと比較する役割をする。

中心画素選択部１５６は、比較器１５２からの比較結果、前記中間値と映像データの中心ピクセルデータとが一致する値がある場合、既存の中心ピクセルデータを変換せずに既存値を適用する。

反面、平均値計算部１５４は、比較器１５２からの比較結果、前記中間値と映像データの中心ピクセルデータとに一致する値がない場合、ミディアン決定部１４０から抽出または計算された中間値の平均値を計算し、計算された平均値を中心画素選択部１５６に伝達する。この際、中心画素選択部１５６は中心ピクセルデータを平均値計算部１５４からの平均値に置き換える。

遅延部１６０は、第１の変換部１０５から分離された輝度成分Ｙに対応されるピクセルデータのうち、中心データがフィルタリングされるまで色差成分ＵＶを遅延させ、フィルタリングされた輝度成分Ｙと同期するように遅延された色差成分ＵＶを第２の変換部１７０に供給する。

第２の変換部１５６は、遅延部１６０により遅延された色差成分ＵＶと中心画素データ決定部１５０からフィルタリングされた輝度成分Ｙとを用いて第２のデータＲ_２Ｇ_２Ｂ_２を生成し、生成された第２のデータＲ_２Ｇ_２Ｂ_２をタイミングコントローラ２００に供給する。

タイミングコントローラ２００は、第２のデータＲ_２Ｇ_２Ｂ_２を、表示パネルを駆動する駆動部に供給される。

このようなタイミングコントローラ２００は、システム４０から入力される第１の垂直/水平同期信号Ｖｓｙｎｃ１、Ｈｓｙｎｃ１、第１のクロック信号ＤＣＬＫ１、第１のデータイネーブル信号ＤＥ１の入力を受ける。そして、タイミングコントローラ２００は第２のデータＲ_２Ｇ_２Ｂ_２に同期するように、第２の垂直/水平同期信号Ｖｓｙｎｃ２、Ｈｓｙｎｃ２、第２のクロック信号ＤＣＬＫ２、第２のデータイネーブル信号ＤＥ２を生成する役割をする。一方、ミディアンフィルタ１００はタイミングコントローラ２００に内蔵することもできる。

このような構造を有するミディアンフィルタリング装置を用いて、本発明の実施の形態において示すミディアンフィルタリング方法が行われる。

従来のミディアンフィルタの説明図である。 従来のミディアンフィルタの説明図である。 従来のミディアンフィルタの説明図である。 従来のミディアンフィルタに係る効果を示す図面である。 本発明の第１の実施の形態に係るミディアンフィルタリング方法を示す図面である。 図５において、単位領域を分割する第１の方法を示す図面である。 図５において、単位領域を分割する第２の方法を示す図面である。 図５において、単位領域を分割する第３の方法を示す図面である。 本発明の第２の実施の形態に係るミディアンフィルタリング方法を示す図面である。 図９の段階９０２ないし９１１のミディアンフィルタリング方法の具体的な例を示す図面である。 本発明の第３の実施の形態に係るミディアンフィルタリング方法を示す図面である。 本発明のミディアンフィルタリングを具現するためのミディアンフィルタリング装置を示すブロック図である。 図１２のミディアンフィルタを具体的に示すブロック図である。 図１２のソーティング部及びミディアン計算部のそれぞれの構成を具体的に示すブロック図である。 図１２のソーティング部及びミディアン計算部のそれぞれの他の形態の構成を具体的に示すブロック図である。

符号の説明

９０：システム １００：ミディアンフィルタ
２００：タイミングコントローラ １０２：第１の変換部
１１０：単位領域選択部 １２０：サブ単位領域選択部
１３０：ソーティング部 １４０：ミディアン決定部
１５０：中心画素データ決定部
１５６：第２の変換部 １６０：遅延部

Claims (11)

1. 中心ピクセルと前記中心ピクセルに隣接する複数の周辺ピクセルを含んだ一定単位領域に複数のピクセルデータをブロック化する段階と、
   前記単位領域内のピクセルデータを前記単位領域より小さなサブ単位領域に分割する段階と、
   前記サブ単位領域別に分割されたピクセルデータのデータ値を一定順に整列する段階と、
   前記サブ単位領域のそれぞれで整列されたピクセルデータから中間値を抽出する段階と、
   前記サブ単位領域のそれぞれから抽出された中間値の平均値を計算する段階と、
   前記単位領域の中心ピクセルに該当する中心ピクセルデータを前記平均値に置き換える段階と、
   前記中間値と前記単位領域の中心ピクセルに入力された前記中心ピクセルデータとを比べ、一致値が存在する場合には前記中心ピクセルデータを平均値に置き換えずに当該中心ピクセルデータをそのまま適用する段階と
   を含むことを特徴とするミディアンフィルタリング方法。
2. 前記サブ単位領域別に分割されたピクセルデータのデータ値を昇順に整列することを特徴とする請求項１に記載のミディアンフィルタリング方法。
3. 前記サブ単位領域別に分割されたピクセルデータのデータ値を降順に整列することを特徴とする請求項１に記載のミディアンフィルタリング方法。
4. 前記単位領域をサブ単位領域に分割する段階は、前記単位領域が前記単位領域の中心ピクセルを基準として十字方向とＸ字方向に分けられ、二つのサブ単位領域に分割される段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のミディアンフィルタリング方法。
5. 前記単位領域をサブ単位領域に分割する段階は、前記単位領域が前記単位領域の中心ピクセルを基準として前記中心ピクセルを含む四つのサブ単位領域に分割されることを特徴とする請求項１に記載のミディアンフィルタリング方法。
6. 前記単位領域をサブ単位領域に分割する段階は、前記単位領域の中心ピクセルを基準として前記中心ピクセルを含む二つのサブ単位領域に分割されることを特徴とする請求項１に記載のミディアンフィルタリング方法。
7. 前記サブ単位領域内のそれぞれに位置するデータが偶数である場合に、前記サブ単位領域のそれぞれから抽出される中間値は、前記サブ単位領域のそれぞれでのデータを降順及び昇順のうちいずれか一つに整列させる場合、中間に位置する二つのデータの平均値であることを特徴とする請求項６に記載のミディアンフィルタリング方法。
8. 前記単位領域の前フレームにおいて隣接した四つ以上のピクセルデータが同一であり、そのピクセルデータが現在フレームと同一の階調値を有する場合には、前記単位領域の前フレームのピクセルデータ値を現在フレームにそのまま適用する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のミディアンフィルタリング方法。
9. 第１のデータを輝度成分と色差成分に変換させる第１の変換部と、
   前記輝度成分を中心ピクセルと前記中心ピクセルに隣接する複数の周辺ピクセルを含んだ一定単位領域にブロック化する単位領域選択部と、
   前記単位領域内のピクセルデータを前記単位領域より小さなサブ単位領域に分割するサブ単位領域選択部と、
   前記サブ単位領域に分割されたピクセルデータのデータ値を一定順に整列させるソーティング部と、
   前記サブ単位領域のそれぞれで整列されたピクセルデータから中間値を計算または抽出するミディアン決定部と、
   前記サブ単位領域のそれぞれで中間値の平均値を計算し、前記平均値を用いて前記単位領域の中心ピクセルデータを決定する中心ピクセルデータ決定部と、
   色差成分及び前記単位領域の中心ピクセルデータが決定された輝度成分を用いて第２のデータを生成する第２の変換部と
   を備え、
   前記中心ピクセルデータ決定部は、前記ミディアン決定部から抽出または計算された中間値を映像データの中心ピクセルデータと比較する比較器と、前記比較器からの比較結果、前記中間値と映像データの中心ピクセルデータが一致する値がある場合に前記映像データの中心ピクセルデータを選択する中心ピクセル選択部と、前記比較器からの比較結果、前記中間値と映像データの中心ピクセルデータとに一致する値がない場合に前記ミディアン決定部から抽出または計算された中間値の平均値を計算し、前記平均値を中心ピクセル選択部に供給する平均値計算部とをさらに含む
   ことを特徴とするミディアンフィルタリング装置。
10. 前記色差成分を所定期間遅延させるための遅延部をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のミディアンフィルタリング装置。
11. 外部から供給され、前記第１のデータに同期する第１の同期信号を用いて前記第２のデータに同期する第２の同期信号を生成するタイミングコントローラをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のミディアンフィルタリング装置。

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