KR0129214B1

KR0129214B1 - 고화질 티브이의 디코더

Info

Publication number: KR0129214B1
Application number: KR1019930007870A
Authority: KR
Inventors: 김승일
Original assignee: 이헌조; 주식회사 금성사
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1998-04-10
Also published as: KR940027568A

Abstract

본 발명 고화질 티브이의 디코더에 관한 것으로, 종래에는 순행 주사된 영상을 격행 주사된 영상으로만 변환할 수 있어 사용자의 선택폭이 제한되는 문제점이 있었다. 이러한 점을 감안하여 본 발명에서는 종래 디코터에 모션 벡터량의 변화에 따른 변위 프레임차의 절대값을 임의로 설정한 문턱값과 비교함에 따라 필드내 보간(intrafield interpolation) 또는 필드간 보간(interfield interpolation)을 수행하여 순행주사 방식의 영상을 출력하는 회로를 부가하여 구성한다. 이에따라, 사용자의 선택에 따라 격행주사 또는 순행주사 방식의 영상을 시청할 수 있고, 변환회로의 세분화로 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

고화질 티브이의 디코더

제1도는 일반적인 고화질 티브이의 엔코더를 보인 블럭도.

제2도는 종래 고화질 티브이의 디코더를 보인 블럭도.

제3도는 종래의 주사선 변환을 보인 예시도

제4도는 영상의 필드 분할을 보인 예시도.

제5도는 본 발명 고화질 티브이의 디코더를 보인 블럭도.

제6도 및 제7도는 제5도에서, 임계값에 따른 주사선 변환을 보인 예시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 역양자화기 2 : 역이산 코사인 변환부

3 : 가산기 4 : 곱셈기

5 : 움직임 보상부 6 : 오드필드(odd field) 저장부

7 : 이븐필드(even field) 저장부 8 : 포맷변환 보상부

9 : 포맷변환 제어부 10 : 디멀티플렉서

11 : 인트라 필드 보간부 12 : 인터 필드 보간부

13 : 멀티플렉서 SW₁: 스위치

본 발명은 티브이의 주사선 포맷 변환에 관한 것을 특히, 고화질 티브이에서 주사선 포맷 변환시 모션 벡터량의 변화에 따른 에러를 검출하여 절대값을 취하고 이 절대값을 임의의 임계값과 비교함에 따라 프레임 보간을 수행하여 선명한 정상 화면을 구현하는 고화질 티브이의 디코더에 관한 것이다.

일반적으로 격행주사(interlace)화면을 순행주사(progressive)화면으로 변환시키는 방법은 필드내 보간(intrafield interpolation) 또는 필드간 보간(interfield interpolation)이 있으나 이러한 벙법은 간단한 계산식과 하드웨어의 구현으로만 실현할 수 있다.

이러한 주사선 변환방식에서 격행 주사화면의 단점인 스크롤링(scrolling), 플리커링(flikering) 현상 등에 의해 공간영역에서 화질의 열화를 초래하므로 디코더단에서 격행주사 방식을 순행주사 방식으로 변환시킴으로써 화질 저하를 방지할 수 있다.

그러나, 변환 과정에서 적절치않은 픽셀(pixel)값을 삽입하는 경우 영상 경계에서 화질이 선명하지 않은 브러링(Blurring)등의 또다른 문제점을 발생시킴으로 주사선 포맷 방식의 알고리즘을 여러가지 개발하여 최근에는 화면의 움직임 정도를 계산한 움직임 량에 따라 필드내 보간, 필드간 보간 또는 두 방식을 절충하는 여러모드를 사용하고 있다.

일반적으로 고화질 티브이의 엔코더는 제1도의 블럭도와 같이 구성된 것으로, 스캔컨버터(scan converter)(14)에 격행주사(interlace)방식의 영상신호(Vi)가 입력되면 제3도 (a)에 도시된 바와같이 두 필드의 영상을 합함으로써 한 프레임의 영상을 형성하게 된다.

이때, 스탠 컨버터(14)의 출력(V₁₄)을 입력받은 오드필드 모션검출부(odd field motion estimator)(22)와 이븐필드모션 검출부(even field motion estimator)(23)는 이전 필드(또는 프레임)의 출력인 오드필드 저장부(24)와 이븐필드 저장부(25)의 출력(V₂₄)(V₂₅)을 기준으로 각 필드의 최소에러 포인트(minimize error point)를 검출하여 비교기(21)에 출력하게 된다.

이에 따라, 비교기(21)는 오드필드 모션검출부의 오드필드 에러(V₂₂)와 이븐필드모션 검출부(23)의 이븐필드 에러(V₂₃)를 비교하고 이 비교에 따라 움직임 보상부(18)는 해당 필드저장부(24 또는 25)에서 읽은 오드 필드 또는 이븐필드를 모션 벡터량만큼 움직임을 보상하고 입력영상과의 차신호를 이산코사인변환(DCT;Discrete Cosine Transform)과 양자화를 통해 더욱 압축하고 다시 역과정을 통해 차신호를 복원하여 보상영상과 합한 후 오드필드저장부(24)와 이븐필드 저장부(25)에 다시 저장하므로써 움직임 보상을 수행하게 된다.

이때, 움직임 보상부(18)의 출력(V₁₈)은 감산기(15) 및 가산기(20)에 출력하는데 상기 감산기(15)는 스캔컨버터(14)의 프레임 영상신호(V₁₄)와 상기 움직임보상신호(V₁₈)의 차를 연산하여 현 프레임과 움직임 벡터만큼 이동시킨 이전 프레임의 차인 변위 프레임 차(DFD : Displaced Frame Difference)를 형성하게 된다.

따라서, 감산기(15)의 출력(V₁₅)을 입력받은 영상압축부(16)는 이산코사인 변환(DCT)과 양자화(Quantization)를 통해 영상데이타를 압축하고 이 압축신호(V₁₆)와 움직임 보상부(18)의 출력(V₈)을 입력받은 멀티플렉서(18)는 다중화된 영상신호(Vo)를 출력하게된다.

그리고, 영상압축부(16)의 출력(V₁₆)은 영상신장부(17)를 통해 역양자화, 역이산코사인 변환되고 이 신호(V₁₇)와 움직임 보상부(18)의 출력(V₈)을 합산한 가산기(20)의 출력(V₂₀)은 다음 필드(또는 프레임)의 에러 검출을 위해 오드필드저장부(24)및 이븐필드저장부(25)에 저장되어진다.

이와 같은 동작에 의해 양자화된 영상데이타는 디코더(Decoder)를 통해 복호되어 고화질 모니터에 출력되어진다.

제2도는 종래 고화질 티브이의 디코더의 블럭도로서 이에 도시된 바와같이, 양자화된 데이터 스트림(Vdi)을 역양자화 시키는 역양자화기(1)의 출력(Vi)을 입력받아 역이산 코사인 변환(IDCT ; Inverse Discrete Cosine Transform)을 통해 변위 프레임 차(DFD ; Displaced Frame Difference)신호를 복원하는 역이산 코사인 변환부(2)와, 오드필드저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)의 이전프레임 정보(V₆) (V₇)를 입력받아 움직임 백터(MV)에 따라 프레임간의 움직임을 보상하는 움직임 보상부(5)와, 이 움직임 보상부(5)의 출력(V₅)에 변위 프레임인자(DF)를 곱하는 곱셈기(4)와, 이 곱셈기(4)의 출력(V₄)과 상기 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)을 합산하여 원래 영상과 비슷한 영상(Vdo)으로 출력하는 가산기(3)로 구성된 것으로, 상기 가산기(3)의 출력(Vdo)은 고화질 모니터에 출력됨과 아울러 오드필드 저장부(6)와 이븐필드 저장부(7)에 저장된다.

이와 같이 구성된 종래 디코더의 동작과정을 제4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

엔코더(encoder)에서 전송된 격행주사 방식의 입력데이타(Vdi)는 역다중화를 통해 양자화 계수, 모션벡터(M,V) 및 제어변수로 분리되고 이 분리된 신호(Vdi)를 입력받은 역양자화기(1)는 역양자화를 수행한 후 역이산 코사인 변환부(2)에 출력하게 된다.

이때, 역이산 코사인 변환부(2)는 역이산 코사인 변환(IDCT ; Inverse Disrete Cosine Transform)을 수행하여 영상의 움직임 정도 추정에 다른 변위 프레임차(DFD ; Displaced Frame Difference)를 복원하여 가산기(3)에 출력하게 된다.

그리고, 움직임 보상부(Motion Compensator)(5)는 이전필드(또는 프레임)의 정보인 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)의 출력(V₆)(V₇)을 입력받아 모션벡터(MV)에 따라 프레임간의 미지의 프레임을 예측함으로써 움직임 보상을 수행하게 되고 이움직임 보상신호(V₅)를 입력받은 곱셈기(4)는 면위 프레임인자(DF)를 곱하여 가산기(3)에 출력하게 된다.

이에따라, 가산기(3)는 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)과 곱셈기(4)의 출력(V4)을 합하여 제4도 (a)에 도시한 바와 같은 프레임방식의 영상데이타(Vdo)를 출력하는데 제4도 (a)에 도시한 바와 같은 하나의 영상은 오드필드(odd field) 및 이븐필드(even field)로 분리되어 다음 프레임의 움직임 보상을 위해 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)에 저장되어지고, 역 스캔 컨버터에 입력되어져 그림 4의 (b)(c)와 같이 원래의 포멧으로 변경되어 출력하게 되는 것이다.

그러나, 이러한 종래의 디코더는 IPC(Interlace to Progressive Conversion)의 경우는 격행(Interlace)주사 방식으로 복원된 영상을 바탕으로 간단한 필터를 사용하여 라인간 보간을 수행하지만 움직임이 있는 영상의 경우 많은 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 엔코딩시 계산되는 이븐필드(even field)와 오드 필드(odd field)로 나뉜 각 필드간의 정보를 입력받아 모션 벡터를 이용하여 이븐 필드와 오드 필드사이의 움직임 변화량을 추정하고 역이산 변환된 변위 프레임 차(DFD)의 절대값을 임의의 임계값 이하이면 필드간 보간(inter field interpolation)을 수행하고 임계값 이상이면 필드내 보간(intra field interpolation)을 수행함에 따라 격행주사(interalce) 화면을 순행주사(progressive)화면으로 변환함으로써 선명한 화면을 제공하는 고화질 티브이의 디코더를 창안한 것으로, 이를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제5는 본 발명 고화질 티브이의 디코더의 블럭도로서 이에 도시한 바와 같이, 역양자화기(1), 역이산코사인 변환부(2), 가산기(3), 곱셈기(4), 움직임 보상부(5), 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)는 제2도의 종래 디코더와 동일하게 구성하고, 격행주사 도는 순행주사 방식의 선택에 따라 절환되는 스위치(SW₁)와, 인에이블 신호(EN)에 의해 상기 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)의 출력(V₆)(V₇)을 검출하여 모션벡터(MV)에 따라 오드필드와 이븐필드 사이의 움직임 변화량을 판별 보상하는 포멧변환 보상부(8)와, 인에이블신호(EN)에 의해 상기 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)인 변위 프레임차(DFD)를 절대값을 취하고 이 절대값을 문턱값(Th)과 비교하는 포맷변환 제어부(9)와, 이 포멧변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 따라 상기 스위치(SW₁)를 통해 입력된 신호(Vdo)의 경로를 절환하는 디멀티플렉서(10)와, 이 디멀티플렉서(10)의 출력(V_10a)을 필드내 보간(intra-field interpolation)을 통해 현재 필드의 화소를 이용하여 미지의 화소를 추정하는 인트라필드 보간부(11)와, 상기 디멀티플렉서(10)의 출력(V_10b)을 필드간 보간(interfield interpolation)을 통해 현재 필드의 주사선 사이사이의 미지의 조사선을 추정하는 인터필드 보간부(12)와, 상기 포맷변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 따라 상기 인트라 필드 보간부(11)의 출력(V₁₁)또는 인터필드 보간부(12)와 출력(V₁₂)을 선택 출력하는 멀티플렉서(13)로 구성한다.

이와같이 구성한 본 발명에 대한 동작 및 작용 효과를 제6도 및 제7도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

엔코터(encoder)에서 전송된 격행주사 방식의 입력데이타(Vdi)는 역다중화를 통해 양자화 계수, 모션벡터(M,V) 및 제어변수로 분리되고 이 분리된 신호(Vdi)를 입력받은 역양자화기(1)는 역양자화를 수행하여 역이산 코사인 변환부(2)에 출력하게 된다.

이때, 역이산 코사인 변환부(2)는 역이산 코사인 변환(IDCT ; Inverse Discrete Cosint Transform)을 수행하여 영상의 움직임 정도 추정에 따른 변위 프레임차(DFD ; Displaced Frame Difference)를 복원하여 가산기(3)에 출력하게 된다.

그리고, 움직임 보상부(Motion Compensator)(5)는 이전필드(또는 프레임)의 정보인 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)의 출력(V₆)(V₇)을 입력받아 모션벡터(MV)에 따라 프레임간의 미지의 프리임을 예측함으로써 움직임 보상을 수행하게 되고 이 움직임 보상신호(V₅)를 입력받은 곱셈기(4)는 변위 프레임인자(DF)를 곱하여 가산기(3)에 출력하게 된다.

따라서, 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)인 변위 프레임차(DFD)와 곱셈기(4)의 출력(V₄)을 합한 가산기(3)의 출력(Vdo)은 스위치(SW₁)를 통해 격행주사 방식의 신호(Vdo')로 출력하게 된다.

만일. 순행 주사 방식의 신호를 출력하려는 경우 스위치(SW₁)을 절환시켜 가산기(3)의 출력(Vdo)을 디멀티플렉서(10)에 입력시키게 된다.

이때, 인에이블신호(EN)로 포멧변환 보상부(8)와 포멧변환 제어부(9)를 인에이블시키면 상기 포멧변환 보상부(8)는 오드필드 저장부(6)의 출력(V₆)과 이븐필드 저장부(7)의 출력(V₇)을 검출하여 모션벡터(MV)에 따라 오드필드와 이븐필드 사이의 변화량 판별에 따른 보상신호(V₈)를 출력하게 되고 상기 포멧변환 제어부(8)는 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)을 입력받아 절대값을 취한 후 임의로 설정한 문턱값(Th ; Threshold)과 비교하게 된다.

이에따라 문턱값(Th)보다 변위 프레임차(DFD)의 절대값(Σ│DCT^-1│)이 작으면(Σ│DCT^-1│＜Th) 필드간 에러가 작음으로 필드내 보간할 각 라인을 이웃하는 필드에서 추출, 보간한다. 즉, 포멧 변환제어부(9)의 출력(V₉)에 의해 디멀티플렉서(10)를 통해 역다중화된 신호(V_10b)가 출력되고 이 신호(V_10b)와 포멧변환 보상부(8)의 출력(V₈)을 입력받은 인터필드 보간부(12)는 현재필드와 이전필드의 화소들을 모두 사용하여 현재필드의 주사선 사이사이에 없는 미지의 주사선을 추정 보간 하는데 제6도에 도시한 바와 같이 현재 필드에 있는 이븐(또는 오드필드)의 화소를 상기 포멧변환 보상부(8)의 출력(V₈)에 따라 모션벡터(MV) 중간에서 미지의 화소를 추정한 후 최종적으로 미지의 주사선이 보간된 신호(V₁₂)가 상기 포멧변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 제어되는 멀티플렉셔(13)를 통해 고화질 모니터에 출력하게 된다.

또한, 문턱값(Th)보다 변위 프레임차(DFD)의 절대값(Σ│DCT^-1│)이 크면(Σ│DCT^-1│＞Th) 필드간 에러가 커서 필드간 보간할 경우 더 큰 에러를 유발할 수 있음으로 보간할 각 라인을 필드 내에서 보간한다. 즉, 포멧변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 의해 디멀티플렉서(10)의 출력(V_10a)이 인트라 필드 보간부(11)에 입력되고 상기 인트라 필드 보간부(11)는 현재 필드의 화소를 이용하여 미지의 화소를 추정, 보간함으로써 순행주사방식의 영상데이타(V₁₁)가 상기 포멧변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 제어되는 멀티플렉서(13)를 통해 고화질 모니터에 출력하게 된다.

즉, 제7도에 도시한 바와같이 격행주사(interlace)된 영상 스트림이 입력됨에 따라 오드필드와 이븐필드를 변위 프레임차(DFD) 또는 모션벡터(MV)에 의해 보상함과 동시에 합함으로서 순행주사(progressive)방식의 영상이 출력되어진다.

상기에서 상세히 설명한 바와같이 본 발명 고화질 티브이의 디코더는 사용자의 선택에 따라 격행주사방식 또는 순행 주사방식의 영상을 선택할 수 있는데 순행주사 방식의 경우 모션벡터량의 변화에 따른 에러를 검출하여 절대값을 취해 임의로 설정한 문턱값과 비교함에 따라 인트라 필드보간 또느 인터필드 보간을 수행하여 정상적인 영상 신호를 출력하게 된다. 이에따라, 격행주사 방식의 화면을 순행주사 방식의 화면으로 변환할 때

계산량과 하드웨어 구현을 단순화함은 물론 변환 성능을 높이고 사용자가 격행 주사방식 또는 순행주사 방식의 영상을 자유로이 선택할수 있는 효과가 있다.

Claims

양자화된 후 이산 코사인 변환된 신호(Vdi)를 순차적으로 역양자화하고 역이산 코사인 변환을 수행하여 변위 프레임차(DFD)를 출력하는 역양자화기(1), 역이산 코사인 변환뷰(2)와, 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)의 이전프레임 정보(V₆)(V₇)를 입력받아 모션벡터(MV)에 따라 미지의 프레임을 예측하고 보상하는 움직임 보상부(5)와, 이 움직임 보상부(5)의 출력(V₅)에 변위 프레임인자(DF)를 곱하는 곱셈기(4)와, 이 곱셈기(4)의 출력(V₄)과 상기 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)을 합하여 격행주사 방식의 영상신호(Vdo)를 출력하는 가산기(3)와, 격행주사 방식 또는 순행주사 방식의 선택에 따라 상기 가산기(3)의 출력(Vdo)을 절환시키는 스위치(SW₁)와, 인에이블 신호(EN)에 따라 상기 오드필드 저장부(6) 및 이븐필드 저장부(7)의 출력(V₆)(V₇)을 검출하여 모션벡터(MV)에 의한 오드필드와 이븐필드의 벡터 변화량을 판별하는 포멧변환 보상부(8)와, 상기 역이산 코사인 변환부(2)의 출력(V₂)인 변위 프에임차(DFD)를 입력받아 절대값을 취하고 이 절대값이 임의의 문턱값(Th)보다 작은 경우 필드간 보간, 클 경우 필드내 보간을 위한 신호(V₉)를 출력하는 포멧변환 제어부(9)와, 이 포멧변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 따라 상기 스위치(SW₁)을 통해 입력된 신호(Vdo)의 출력경로를 절환시키는 디멀티플렉서(10)와, 이 디멀티플렉서(10)의 출력(V_10a)을 필드내 보간을 수행하여 현 필드의 미지 화소를 보간하는 인트라필드 보간부(11)와, 이 디멀티플렉서(10)의 출력(V_10b)을 필드간 보간을 수행하여 현 필드의 주사선 사이의 미지 주사선을 보간하는 인터필드 부간부(12)와, 상기 포멧변환 제어부(9)의 출력(V₉)에 따라 상기 인트라 필드 보간부(11)의 출력(V₁₁) 또는 안터필드 보간부(12)의 출력(V₁₂)을 선택하여 순행주사 방식의 영상(Vpo)으로 출력하는 멀티플렉서(13)로 구성함을 특징으로 하는 고화질 티브이의 디코더.