KR0176149B1 - 영상 잡음제거필터 - Google Patents

영상 잡음제거필터

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KR0176149B1
KR0176149B1 KR1019950005707A KR19950005707A KR0176149B1 KR 0176149 B1 KR0176149 B1 KR 0176149B1 KR 1019950005707 A KR1019950005707 A KR 1019950005707A KR 19950005707 A KR19950005707 A KR 19950005707A KR 0176149 B1 KR0176149 B1 KR 0176149B1
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Abstract

본 발명은 영상 잡음제거필터에 관한 것으로서, 매크로블럭 정보를 이용하여 필터계수의 종류를 선택하는 감도선택부와, 원하는 기준 프레임 메모리로 부터 기준 매크로블럭 영상신호를 읽기 위한 어드레스와 양자화간격 메모리로 부터 필터계수 결정을 위한 양자화간격을 읽기 위한 어드레스를 움직임벡터를 이용하여 발생하는 어드레스 발생부와, 양자화간격과 필터계수결정 제어비트를 이용하여 시간영역 저역필터링을 위한 필터계수를 결정하는 필터계수 결정부와, 입력되는 영상신호의 시간간격에 대한 잡음을 제거하는 시간간격 저역필터와 시간간격 저역필터에서 출력되는 영상신호의 공간영역에 대한 잡음을 제거하는 공간영역 저역필터로 구성된다. 따라서, 영상신호의 압축 및 복원과정에서 발생하는 매크로블럭 정보, 양자화간격 및 움직벡터 등의 부가정보를 이용하여 시간간격 저역필터의 계수 종류와 크기를 결정함으로써 전송잡음 및 양자화잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

영상 잡음제거필터
제1도는 기존의 디지탈 영상 잡음제거필터를 나타낸 블럭도.
제2도는 제1도에 도시된 감도 테이블의 특성을 나타낸 그래프.
제3도는 본 발명에 의한 영상 잡음제거필터를 나타낸 블럭도.
제4도는 영상 압축 및 복원시스템에서 사용하는 매크로블럭과 움직임벡터를 설명한 도면.
제5도는 영상 부호화 및 복호화 시스템과 본 발명에 의한 영상 잡음제거필터의 입출력관계를 나타낸 도면.
제6도는 제3도에 도시된 시간간격 저역필터의 화소 단위 적용위치를 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 시간영역 저역필터 11 : 저역필터
12,13 : 기준 프레임 메모리 20 : 필터계수 결정부
21 : 역수 변환 테이블 22,23 : 양자화간격 메모리
24,25 : 평균값 계산부 26,27 : 앤드게이트
30 : 어드레스 발생부 31 : 기입 어드레스 발생부
32 : 독출 어드레스 발생부 40 : 감도선택부
50 : 공간영역 저역필터
본 발명은 영상 잡음제거필터에 관한 것으로서, 특히 영상신호를 압축 및 복원하는 디지탈 영상시스템에 있어서, 디지탈 영상신호의 압축 및 복원과정에서 발생하는 매크로블럭 정보, 양자화간격 및 움직임벡터 등의 부가정보를 이용하여 시간영역 저역필터의 계수 종류와 크기를 결정하기 위한 영상 잡음제거필터에 관한 것이다.
근래 컴퓨터와 통신망의 결합으로 인해 문자, 영상, 오디오 등의 정보를 처리할 수 있는 멀티미디어 기술 및 제품에 대한 수요가 증가하고 있다. 멀티미디어 제품에서 영상정보를 처리하기 위해서는 디지탈 영상신호 처리기술이 필요하다. 디지탈 영상신호는 아날로그 영상신호에 비해 방대한 양의 데이타를 포함하고 있기 때문에 디지탈 영상신호를 효율적으로 처리하기 위해서는 압축 및 복원하는 기술이 필수적으로 요구된다.
최근에는 영상신호의 압축 및 복원을 위한 국제규격 협의회가 결성되어 활동중이다. 그 중 JPEG(Joint Picture Experts Group)은 정지영상에 대한 압축 및 복원을 위한 국제규격이고, MPEG(Moving Picture Experts Group)은 동영상에 대한 압축 및 복원을 위한 국제규격이다. 그러나, 일반적으로 영상을 압축 및 복원하게 되면 복원영상에는 양자화 잡음 및 전송로상의 잡음으로 인해 화질 열화가 발생한다.
상기와 같은 화질열화를 감소시키기 위한 기존의 영상 잡음제거필터는 아날로그 형태와 디지탈 형태의 두가지가 있으며, 디지탈 영상 잡음제거필터는 시간간격 필터와 공간영역 필터로 분류할 수 있다.
동영상 신호는 시간축 방향으로 높은 상관성을 갖고 있으며, 특히 화면상에서 물체의 움직임이 거의 없는 정지화 영역에서는 시간축 방향으로 매우 높은 상관성을 갖고 있다. 일반적으로 영상신호와 잡음성분은 고주파 영역에 존재하므로 시간축 방향으로 높은 상관성을 가지고 있는 영상신호에 대해서는 시간영역의 저역통과필터를 적용함으로서 잡음성분을 줄일 수 있다. 또한, 동영상신호 중에서 물체의 움직임이 존재하는 부분에서는 시간축으로 상관성이 거의 없기 때문에 시간간격의 저역통과필터를 적용하면 오히려 잡음성분이 커지게 된다. 영상신호는 공간축으로도 상관성이 높기 때문에 움직임이 존재하는 영역에서는 공간영역의 저역통과필터를 적용함으로써 잡음성분을 줄일 수 있다.
제1도는 기존의 디지탈 영상 잡음제거필터를 나타낸 블럭도이다.
시간간격 저역필터 내의 감산기(1)에서는 현재 입력되는 영상신호와 프레임 메모리(4)에서 1 프레임 지연된 영상신호와의 차를 구한 후, 제2도에 도시된 바와 같은 특성그래프를 갖는 감도테이블(2)에서 정지영역과 움직임영역으로 구분하고, 정지영역과 움직임영역에서 각각 다른 감도를 가산기(3)로 출력한다. 즉, 감도테이블(2)에 의해 정지영역으로 판단된 영상신호에 대해서는 시간간격의 저역통과필터만을 적용하고, 움직임영역으로 판단된 영상신호에 대해서는 공간영역의 저역통과필터만을 적용한다. 감도테이블(2)로 부터 출력되어 공간영역 저역필터(5)로 입력되는 제어신호는 움직임영역에 대해서만 공간영역 저역필터(5)가 동작되도록 하는 역할을 한다.
가산기(3)에서는 현재 입력영상과 감도테이블(2)에서 출력되는 감도를 가산하여 공간영역 저역필터(5)로 출력하고, 공간영역 저역필터(5)는 감도테이블(2)에서 출력되는 제어신호에 의해 가산기(3)의 출력신호를 공간영역 저역필터링할 것인지 여부를 결정한 후 해당하는 영역에 대해서만 공간영역 저역필터링을 수행하여 출력한다.
그러나, 상술한 기존의 디지탈 영상 잡음제거필터에서는 움직임영역과 정지영역을 구분하기 위하여 프레임간 차영상신호를 이용하였기 때문에 불규칙적으로 발생하는 전송로상의 잡음성분은 제거할 수 있지만 영상신호를 압축 및 복원하는 도중 발생하는 양자화잡음은 제거할 수 없다. 부연 설명하면, 영상신호를 압축 및 복원하게 되면 정지영역의 영상신호에 대해서도 프레임의 순서에 따라 양자화간격이 다를 수 있기 때문에 영상신호에 포함된 양자화잡음의 크기가 달라지게 된다. 따라서 단순히 프레임간의 차영상신호만을 이용하여 정지영역과 움직임영역을 판단할 경우에는 오히려 움직임영역을 정지영역으로 잘못 판단하여 잡음성분이 더욱 커질 수가 있다. 이러한 이유로 인해 영상신호를 압축 및 복원하는 디지탈 영상시스템에는 기존의 영상 잡음제거필터를 적용하기 힘든 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 영상신호를 압축 및 복원하는 디지탈 영상시스템에 있어서, 디지탈 영상신호의 압축 및 복원과정에서 발생하는 매크로블럭 정보, 양자화간격 및 움직임벡터 등의 부가정보를 이용하여 시간영역 저역필터의 계수 종류와 크기를 결정함으로써 전송잡음 및 양자화잡음을 효과적으로 제거하기 위한 영상 잡음제거필터를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 영상 잡음제거필터는 매크로블럭 정보를 이용하여 필터계수의 종류를 선택하기 위한 감도선택부; 원하는 기준 프레임 메모리로부터 기준 매크로블럭 영상신호를 읽기 위한 어드레스를 움직임벡터를 이용하여 발생시키거나, 양자화간격 메모리로부터 필터계수결정을 위한 양자화간격을 읽기 위한 어드레스를 상기 움직임벡터를 이용하여 발생시키기 위한 어드레스 발생부; 양자화간격과 상기 감도선택부에서 출력되는 필터계수결정 제어비트를 이용하여 시간영역 저역필터링을 위한 필터계수를 결정하기 위한 필터계수 결정부; 입력되는 영상신호의 시간영역에 대한 잡음을 상기 필터계수 결정부에서 결정된 필터계수를 이용하여 제거하기 위한 시간영역 저역필터; 및 상기 시간영역 저역필터에서 출력되는 영상신호의 공간영역에 대한 잡음을 제거하기 위한 공간영역 저역필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
제3도는 본 발명에 의한 영상 잡음제거필터를 나타낸 블럭도이다.
제3도에 도시된 영상 잡음제거필터는, 입력 영상신호의 시간간격에 대한 상관성을 이용하여 잡음을 제거하는 시간간격 저역필터(10)와, 양자화간격을 이용하여 시간영역 필터계수계수를 결정하는 필터계수 결정부(20)와, 기준 프레임 메모리로 부터 원하는 기준 매크로블럭 영상신호를 읽어내기 위한 어드레스 발생부(30)와, 매크로블럭 정보를 이용하여 필터계수의 종류를 선택하는 감도선택부(40)와, 시간영역 저역필터(10)에서 출력되는 영상신호의 공간영역 상관성을 이용하여 잡음을 제거하는 공간영역 저역필터(50)로 구성된다.
또한, 시간영역 저역필터(10)는 저역통과필터(11), 역방향 기준 프레임 메모리(12)와 정방향 기준 프레임 메모리(13)로 구성되고, 필터계수 결정부(20)는 역수변환 테이블(21), 역방향 양자화간격 메모리(22), 정방향 양자화간격 메모리(23), 제1 및 제2평균값 계산부(24,25)와, 제1 및 제2계수출력부(26,27) 예컨데 앤드게이트로 구성되고, 어드레스 발생부(30)는 기입 어드레스 발생부(31)와 독출 어드레스 발생부(32)로 구성된다.
제4도는 일반적인 영상 압축 및 복원시스템에서 사용하는 매크로블럭과 움직임벡터를 설명한 것이다. 매크로블럭은 움직임벡터와 양자화간격을 결정하는 최소단위이며, 2차원 화소의 집합으로 구성된다. 제4도는 16×16의 화소로 구성된 예를 보인 것이다. 움직임벡터는 현재 입력된 프레임이 매크로블럭이 기준 프레임의 어느 위치와 가장 일치하는지를 추정함으로써 구해진다. 시간축상으로 이전의 프레임을 기준 프레임으로 사용하여 구한 움직임벡터를 정방향 움직임벡터라고 하고, 이때 사용한 기준 프레임을 정방향 기준 프레임이라고 한다. 한편, 시간축상으로 이후의 프레임을 기준 프레임으로 사용하여 구한 움직임벡터를 역방향 움직임벡터라고 하고, 이때 사용한 기준 프레임을 역방향 기준 프레임이라고 한다. 매크로블럭 정보는 매크로블럭의 영상신호를 압축하기 위하여 영상신호의 시간영역 상관성을 이용했는지에 대한 정보와 움직임벡터의 사용유무, 사용한 움직임벡터의 종류에 대한 정보를 포함한다. 매크로블럭 정보, 양자화간격, 움직임벡터는 영상 압축 및 복원시스템에서 일반적으로 사용되는 부가정보이므로 본 발명의 영상 잡음제거필터에서는 별도로 구할 필요가 없다.
제5도는 영상 부호화 및 복호화 시스템(51,52)과 영상 잡음제거필터(53)의 입출력관계를 도시한 것이다. 본 발명의 영상 잡음제거필터는 매크로블럭 정보, 양자화간격, 움직임벡터를 이용하여 압축 및 복원된 영상신호의 양자화잡음(n1)과 전송잡음(n2)을 최소화하는 역할을 한다.
제6도는 제3도에 도시된 시간간격 저역필터의 화소 단위 적용위치를 나타낸 도면이다.
그러면 본 발명의 동작을 제3도 내지 제6도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제3도에 도시된 영상 잡음제거필터에서는 디지탈 영상신호의 압축 및 복원과정에서 발생하는 매크로블럭 정보, 양자화간격, 움직임벡터 등의 부가정보를 이용하여 시간간격 저역필터와 공간영역 저역필터의 감도를 결정한다.
시간영역 저역필터(10)의 저역필터(11)는 필터계수 결정부(20)에서 보낸 필터계수값(a,b,c)를 이용하여 잡음성분을 제거한다. 저역필터(11)의 입력 영상신호를 X, 정방향 및 역방향 기준 프레임 메모리(13,12)에서 출력되는 움직임 보상된 영상신호를 Y, Z라 하고, 출력 영상신호를 X'이라고 할때, 저역필터(11)는 다음 제1식과 같이 구성한다.
이때, X, Y, Z는 모두 16×16의 화소로 구성된 매크로블럭을 단위로 하며, 실제가 필터가 적용되는 화소의 위치는 제6도에 도시된 바와 같다.
필터계수 결정부(20)에서는 양자화간격을 입력으로 하여 역수변환 테이블(21)에서 양자화간격의 역수값으로 변환시킨다. 역수로 변환된 양자화간격은 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리(22,23)에 저장되거나 시간간격 저역필터(10)의 계수(a)로 보내진다. 시간간격 저역필터(10)의 계수(b,c)는 각각 정방향 및 역방향 양자화간격 메모리(23,22)로 부터 읽혀진 값을 제2 및 제1평균값 계산부(25,24)에서 평균함으로써 구해진다. 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)에 저장되는 매크로블럭은 영상 압축시 양자화간격을 구할 때의 매크로블럭과 일치하므로 매크로블럭내의 영상신호는 동일한 양자화간격을 가지고 있지만, 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)에서 읽혀지는 매크로블럭은 움직임벡터가 지시하는 위치의 매크로블럭이므로 양자화간격을 구할 때의 매크로블럭과는 다르다. 그러므로 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)에서 읽혀지는 매크로블럭내의 영상신호는 서로 다른 양자화간격을 가질 수 있다. 이러한 이유로 제1 및 제2평균값 계산부(24,25)에서는 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리(22,23)에서 읽혀지는 데이타의 매크로블럭내의 평균값을 계산하여 그 결과, 계수(c,b)를 시간간격 저역필터(10)로 보낸다.
어드레스 발생부(30)에서는 매크로블럭정보와 움직임벡터를 이용하여 시간영역 저역필터(10)의 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)와 필터계수 결정부(20)의 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리(22,23)의 입출력을 위한 어드레스를 발생시킨다. 이때 매크로블럭과 움직임벡터의 관계는 제4도에 도시된 바와 같다.
각 메모리에 데이타를 기입할 경우에는 입력되는 영상신호와 동일한 순서로 어드레스를 발생시키지만 각 메모리로 부터 데이타를 독출할 경우에는 움직임벡터가 지시하는 위치에 해당하는 어드레스를 발생시킨다. 또한, 매크로블럭 정보를 이용하여 현재 입력되는 영상신호가 정방향 기준 프레임에 속할 경우에는 정방향 기준 프레임 메모리(13)와 정방향 양자화간격 메모리(23)에 시간간격 저역필터(10)의 출력영상과 양자화간격을 각각 저장할 수 있도록 하고, 현재 입력되는 영상신호가 역방향 기준 프레임에 속할 경우에는 역방향 기준 프레임 메모리(12)와 역방향 양자화간격 메모리(22)에 시간영역 저역필터(10)의 출력영상과 양자화간격을 각각 저장할 수 있도록 한다. 만약 현재 입력되는 영상신호가 기준 프레임에 속하지 않는 경우에는 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)에 시간간격 저역필터(10)의 출력영상과 양자화간격을 저장하지 않는다.
역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)의 입출력 데이타는 화소 단위이므로 어드레스가 화소 단위로 증가하지만, 양자화간격은 매크로블럭 단위로 발생하므로 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리(22,23)의 기입 어드레스는 매크로블럭 단위로 증가한다. 반면, 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리(22,23)의 독출 어드레스는 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리(12,13)에서 화소 단위로 읽혀지는 영상신호가 속한 매크로블럭의 양자화간격을 화소 단위로 읽게 된다.
감도선택부(40)에서는 매크로블럭 정보를 해석하여 필터계수결정 제어비트(S1,S2)를 필터계수 결정부(20)로 보낸다. 매크로블럭 정보는 현재 입력된 영상신호가 속한 프레임이 정방향 기준 프레임인지, 역방향 기준 프레임인지 혹은 기준 프레임이 아닌지에 대한 정보와, 정방향/역방향/쌍방향 움직임벡터 중 어느 벡터를 사용했는지에 대한 정보를 포함한다. 감도선택부(40)에서는 이러한 정보를 이용하여 다음 테이블 1에 나타낸 바와 같은 필터계수결정 제어비트(S1,S2)를 출력한다.
즉, 현재 입력되는 영상신호가 정방향 기준 프레임에 속할 경우에는 S1=S2='0'이 되어 시간간격 저역필터(10)로 입력되는 필터계수가 b=c='0'가 된다. 따라서 시간간격 저역필터(10)의 출력은 입력과 동일하고, 결과적으로 정방향 기준 프레임에 속하는 영상신호는 공간영역 저역필터(50)만 적용되게 된다. 한편, 입력 영상신호가 정방향 기준 프레임에 속하지 않을 경우에는 S1 또는 S2가 '1'이 되어 b 또는 c가 '0'이 아닌 값으로 된다.
공간영역 저역필터(50)에서는 일반적인 공지의 저역필터를 사용하여 잠음성분을 제거한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 영상 잡음제거필터에서는 디지탈 영상신호의 압축 및 복원과정에서 발생하는 매크로블럭 정보, 양자화간격 및 움직임벡터 등의 부가정보를 이용하여 시간간격 저역필터의 계수 종류와 크기를 결정함으로써 전송잡음 및 양자화잡음을 효과적으로 제거할 수 있는 이점이 있다. 또한, 영상신호의 부호화 및 복호화 시스템에서 사용하는 부가정보를 그대로 이용함으로써 영상 잡음제거필터를 구현하는 회로를 간소화한 이점이 있다.

Claims (8)

  1. 매크로블럭 정보를 이용하여 필터계수의 종류를 선택하기 위한 감도선택부; 원하는 기준 프레임 메모리로부터 기준 매크로블럭 영상신호를 읽기 위한 어드레스를 움직임벡터를 이용하여 발생시키거나, 양자화간격 메모리로 부터 필터계수결정을 위한 양자화간격을 읽기 위한 어드레스를 상기 움직임벡터를 이용하여 발생시키기 위한 어드레스 발생부; 양자화간격과 상기 감도선택부에서 출력되는 필터계수결정 제어비트를 이용하여 시간간격 저역필터링을 위한 필터계수를 결정하기 위한 필터계수 결정부; 입력되는 영상신호의 시간간격에 대한 잡음을 상기 필터계수 결정부에서 결정된 필터계수를 이용하여 제거하기 위한 시간간격 저역필터; 및 상기 시간간격 저역필터에서 출력되는 영상신호의 공간영역에 대한 잡음을 제거하기 위한 공간영역 저역필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 매크로블럭 정보, 양자화간격 및 움직임벡터는 영상신호의 압축 및 복원과정에서 발생하는 부가정보인 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 어드레스 발생부는 상기 시간영역 저역필터의 출력영상을 상기 기준 프레임 메모리에 기입하거나, 상기 양자화간격을 상기 양자화간격 메모리에 기입하기 위한 어드레스를 상기 입력되는 영상신호와 동일한 순서로 발생시키기 위한 기입어드레스 발생부; 및 상기 기준 프레임 메모리에 저장된 상기 시간간격 저역필터의 출력영상을 독출하거나, 상기 양자화간격 메모리에 저장된 상기 양자화간격을 독출하기 위하여 상기 움직임벡터가 지시하는 위치에 해당하는 어드레스를 발생시키기 위한 독출어드레스 발생부로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 필터계수 결정부는 상기 양자화간격을 역수값으로 변환하여 상기 시간간격 저역필터의 제1필터계수로 출력하기 위한 역수변환 테이블; 상기 역수변환 테이블에 의해 역수로 변환된 양자화간격을 상기 어드레스 발생부에서 출력되는 기입 혹은 독출어드레스에 따라서 저장 혹은 독출하기 위한 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리; 상기 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리에서 독출되는 양자화간격의 매크로블럭내 평균값을 각각 계산하기 위한 제1 및 제2평균값 계산부; 및 상기 제1 및 제2평균값 계산부에서 출력되는 양자화간격 평균값과 상기 감도선택부에서 출력되는 필터계수결정 제어비트로 부터 제2 및 제3필터계수를 상기 시간간격 저역필터로 출력하기 위한 제1 및 제2계수출력부로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 시간영역 저역필터는 상기 시간영역 저역필터의 출력영상을 상기 어드레스 발생부에서 공급되는 기입 혹은 독출어드레스에 따라서 저장 혹은 독출하기 위한 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리; 및 상기 필터계수 결정부에서 출력되는 제1 내지 제3필터계수를 이용하여 상기 입력되는 영상신호와 상기 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리에서 독출되는 움직임보상된 영상신호에 대하여 잡음을 제거하기 위한 저역필터로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  6. 제5항에 있어서, 상기 감도선택부는 상기 매크로블럭 정보를 이용하여 상기 입력되는 영상신호가 정방향 기준 프레임에 속할 경우에는 상기 공간영역 저역필터만 적용하기 위한 필터계수결정 제어비트를 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 역방향 및 정방향 양자화간격 메모리의 기입어드레스는 매크로블럭 단위이고, 독출어드레스는 화소 단위인 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
  8. 제7항에 있어서, 상기 역방향 및 정방향 기준 프레임 메모리의 기입 및 독출어드레스는 화소 단위인 것을 특징으로 하는 영상 잡음제거필터.
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