KR100202551B1 - 이동보상형 풀다운 보간장치 및 그의 보간방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이동보상형 풀다운 보간장치는, 종래의 필드반복법을 이용한 풀다운 보간장치에서 발생하는 영상의 시간출력방향 해상도 결핍 및 동일 프레임에 속한 필드간의 불일치로 인해 동영상에 포함된 운동체의 이동특성이 자연스럽게 보이지 않으며, 저속재생이나 정지화 재생에서 화면떨림등을 운동체의 이동특성을 고려하여 보간함으로써 고화질의 30Hz영상을 떨림없이 재생할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동보상형 풀다운 보간장치 및 그의 보간방법
제1도는 종래의 기술에 의한 풀다운 보간방식을 도시한 것이고,
제2도는 종래의 기술에 의한 풀다운 보간장치를 도시한 것이며,
제3도는 본 발명에 의한 이동보상형 풀다운 보간방식을 도시한 것이며,
제4도는 본 발명에 의한 이동보상형 풀다운 보간방식의 기본원리를 도시한 것이며,
제5도는 본 발명에 의한 이동보상형 풀다운 보간장치를 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
51 : 주영상 처리부 53 : 제1프레임 메모리
55 : 풀다운 제어부 57 : 제2프레임 메모리
59 : 이동벡터 추정기 61 : 풀다운 보간 필터
본 발명은 풀다운 보간장치(pulldown interpolator)에 관한 것으로, 특히 고화질의 30Hz 영상을 재생할 수 있는 이동보상형 풀다운 보간장치(motion compensated pulldown interpolator) 및 그의 보간방법에 관한 것이다.
미국의 HDTV 표준규격(Grand Alliance HDTV Spec., April 1994)은 24Hz(24 frames/48 fields) 규격의 영상을 30Hz(30 frames/60 fields) 규격의 동영상으로 변환하는 풀다운 보간장치 기능을 포함시킬 것을 권고하고 있다.
이 기능은 24Hz 규격인 영화필름을 30Hz 규격인 NTSC TV 환경에서 재생가능하게 하기 위한 것으로, 제1도에서는 이러한 HDTV 규격 집에서 권고하고 있는 종래의 풀다운 방식을 도시하였다.
먼저 숫자로 표시된 양은 프레임(frame) 번호이며, 첨자 o, e는각각 기수(odd) 및 우수(even)번째의 필드를 의미하며, 보관결과를 보면 매 기수번째 프레임의 기수 또는 우수번째 필드를 번갈아 반복함으로써 30Hz 영상을 발생시킴을 알 수 있다.
제2도에서는 상기와 같은 풀다운 방식을 필드마다 반복시키기 위한 풀다운 보간장치를 도시한 것으로, 엠펙-2(MPEG-2) 영상 복호화(decoder)기와 같이 실제 영상신호를 처리하기 위한 주영상처리부(11)와, 각 필드신호를 서로 다른 영역에 구분하여 저장하기 위한 프레임 메모리(13)와, 상기 프레임 메모리(13)의 요구에 의해서, 또는 요구가 없으면 자동적으로 필드반복위치를 결정하여 출력하기 위한 필드반복 제어부(l5)와. 기수 또는 우수 필드를 반복해서 출력할 수 있도록 조정하기 위한 메모리 주소 제어부(17)로 구성되며, 동작은 다음과 같다.
먼저 상기 주영상 처리부(11)는, 입력신호를 처리하여 영상 메모리(13)에 영상신호 A를 공급하며, 필드 반복 제어부(15)에 관련된 신호 B를 공급한다.
상기 B신호는, 엠펙2와 같은 규격에서 24Hz영상을 부호화할때 필드반복이 필요한 시점에서 이를 알리는 정보로서, 상기한 바와 같이 주영상 처리부(11)에 입력된다.
만일 이러한 정보가 존재하지 않는 응용분야에서는 상기 필드반복 제어부에서 자동적으로 필드반복 위치를 결정하여 출력한다.
그리고 상기 필드반복 제어부(15)에서는 필드반복이 필요한 시점이 되면 1필드 동안 처리중단 신호 C를 발생시켜 상기 주영상 처리부(11)가 영상처리를 멈추어 상기 프레임 메모리(13)로 영상신호 A를 공급하지 못하게 한다.
이와 동시에 상기 프레임 메모리(13)의 주소를 제어하는 메모리 주소 제어부(17)로 기수 흑은 우수 필드를 반복하여 출력할 수 있도록 신호 E를 통해서 조정한다.
그러나 상기와 같은 필드반복법을 이용한 종래의 풀다운 보간장치는, 구현이 용이하나 영상의 시간축방향 해상도결핍 및 동일 프레임에 속한 필드간의 불일치로 인해 동영상에 포함된 운동체의 이동특성이 자연스럽게 보이지 않으며, 저속재생이나 정지화 재생에서 화면떨림 현상이 발생하는등 많은 문제점들이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 영상에 포함된 운동체의 이동특성을 고려하여 보간함으로써 고화질의 30Hz 영상을 재생할 수 있는 이동보상형 풀다운 보간장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이동보상형 풀다운 보간장치를 이용한 보간방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동보상형 풀다운 보간장치는, 실제 입력영상신호를 처리하기 위한 주영상처리부와, 각 필드 신호를 서로 다른 영역에 구분하여 저장하기 위한 제1프레임 메모리와, 상기 주영상처리부의 제어신호에 의해 또는 제어신호가 없을 경우 자동적으로 필드 반복위치를 결정하여 출력하기 위한 풀다운 제어부와, 상기 제1프레임 메모리에 저장되었던 1프레임 이전의 영상을 저장하기 위한 제2프레임 메모리와, 상기 주영상처리부의 출력과, 상기 제1, 제2프레임 메모리의 출력을 이용하여 운동체의 이동벡터를 추정하는 이동벡터 추정기와, 상기 풀다운 제어부로부터 필드반복 개시 신호가 입력되면 상기 제1 및 제2 프레임 메모리의 영상데이타와 이동벡터를 이용하여 이동보상형 풀다운 필터링을 수행하는 풀다운 보간필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이동보상형 풀다운 보간장치의 보간방법은, 프레임 S1이 상기 제1프레임 메모리로 입력되면, 그대로 출력단으로 출력시키면서 이 프레임을 제2프레임 메모리로 이동시키는 제1과정과, 다음 프레임 S2가 입력되면 이동벡터 추정과 필터링 과정을 거친 후 프레임 M2를 출력단으로 출력하며, 프레임 S2는 상기 제2프레임 메모리로 이동시키는 제2과정과, 다음 프레임 S3가 입력되면 이동벡터 추정과 필터링 과정을 거친 후 프레임 M3를 출력단으로 출력하며, 이어서 S3를 출력단으로 출력시키는 제3과정과, 다음 프레임 S4는 그대로 출력단으로 출력시키는 제4과정과, 매 입력되는 4프레임마다 상기 제1과정으로부터 제4과정을 반복하는 제5과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 이동보상형 풀다운 보간장치는 동영상에서의 운동체 이동특성의 연속성 및 시간축 방향 해상도 특성을 개선시키기 위한 것으로, 먼거 제3도 및 제4도를 참조하여 화질저하의 원인을 제거하는 기본원리를 설명하면 다음과 같다.
먼저 화질저하의 원인이 되는 프레임 12,13에 속하는 각 필드를 이동보상 수단에 의해서 새롭게 발생된 프레임 M2,M3로 대체하여 전체적인 영상의 화질을 개선하는데, 여기서 상기 프레임 M2는 원영상중 프레임 S1과 S2를 사용하여 보간한 프레임이며, M3는 원영상중 프레임 S2와 S3를 사용하여 보간한 프레임이다.
따라서 프레임 12,13에 속한 필드는 주변 프레임에 역시 존재하는 것과는 달리 프레임 M2,M3에 속한 필드는 주변 프레임에 존재하지 않는다.
이를 위해서, 프레임 혹은 필드간의 운동체의 이동을 나타내는 이동벡터를 v로 나타내고, 각각 보간될 필드를 기준으로 했을때의 순방향, 역방향을 구분하기 위한 구분자를 f, b로 하며, 종래와 마찬가지로 첨자 o, e를 기수 및 우수 필드 구분자로 하며, 숫자 2, 3을 프레임 번호로 하며, 보간되어 출력될 필드와 보간에 사용될 필드사이의 시간축 방향거리를 D로 하여, 기수번째 필드와 우수번째 필드를 독립적으로 보간한다.
예를들어 기수번째 필드들의 보간을 중심으로 이동보상형 풀다운 보간의 원리를 설명하면, 필드 S1o에 포함된 운동체는 필드 S2o로 시간이 변화하는 동안에 v2o= v2of- v2ob만큼 이동하였으며, 필드 S3o로 변화하는 동안에 추가로 v3o= v3of- v3ob만큼 이동한다.
이러한 운동체의 이동특성을 고려할 경우, 운동체가 선형 이동을 할경우 출력된 필드 M2o에서는 V2of만큼 이동한 위치에 운동체가 존재하며, 필드 M3o에서는 v2o+ v3ob만큼 이동한 위치에 운동체가 존재한다는 가정하에, 이동벡터정보와 필드간의 거리정보 D를 이용하여 필드간보간 필터링을 수행한다.
이때 거리정보 D는 두 인접 필드단의 가중치로 이용되는데, 입력되는 2필드 S1o(I1o)와 S3o(14o) 사이에 출력될 2개 필드 M2o, M3o가 시간적으로 균등한 시간 간격으로 위치하도록 결정되어야 한다.
즉, 선형적인 이동조건을 만족시키기 위해 D2of= D2ob+ D3of= D3ob=1/30 sec의 조건이 만족해야 한다.
한편, 우수번째 필드들에 대해서도 상기한 바와 같은 기수번째 필드들에서와 유사한 과정을 적용하여 이동보상형 보간을 수행하는데, 각 필드사이의 거리는 선형적인 이동조건에 근사적으로 일치하도록 인접한 필드들 간의 관계와 동일 프레임에 속하는 기수번째 필드와의 거리를 고려하여 결정해야 한다.
예를들면 D2ef= 0.75D2of, D2eb= 1.5D2ob, D3ef= 0.5D3of, D3ef= 1.25D3ob인 값이 사용될 수 있다.
제5도는 상기와 같은 이동보상형 풀다운 보간방식을 실제로 구현한 발명에 의한 이동보상형 풀다운 보간장치를 도시한 것으로, 주영상처리부(51)와, 풀다운 제어부(55) 및 제1프레임 메모리(53)는 종래와 동일하며, 추가로 상기 제1프레임 메모리(53)에 저장되었던 1프레임 이전의 영상을 저장하기 위한 제2프레임 메모리(57)와, 상기 주영상 처리부(51)의 출력(F)과, 풀다운 제어부(55) 및 제2프레임 메모리(57)에 저장된 영상데이타 (1,G)를 이용하여 운동체의 이동벡터(H)를 추정(estimation)하는 이동벡터 추정기(59)와, 상기 풀다운 제어부(55)로부터 필드반복 개시 신호가 입력되면 상기 제1 및 제2 프레임 메모리(53,57)로부터 입력되는 영상데이타와 , 상기 이동벡터 추정기(59)로부터 입력받은 이동벡터를 이용하여 이동보상형 풀다운 필터링을 수행하는 풀다운 보간필터(61)로 구성되며, 상기 이동벡터 추정기(59)와 풀다운 보간필터(61)에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 이동벡터 추정기(59)에서는 제4도에서 설명한 이동벡터들(v2of, v2ob, v2ef, v2eb, v3of, v3ob, v3ef, v3eb)을 구하는데, 이 이동벡터들은 각 필드의 K픽셀L라인으로 구성된 매크로블럭 마다 1개씩 구해지며, 프레임 S1, M2, S2와 관련된 필드를 기준할때 상기 이동벡터를 구하는 과정은 다음과 같다.
먼저 각 프레임에 속한 필드를 인터리브(interleave) 시켜서 프레임 영상을 구성하고, 프레임 S1을 기준영상으로 하여 프레임 S2 영상에서 K픽셀2L라인으로 구성된 매 프레임 블럭마다 프레임간 이동벡터(v2)를 계산하며, 여기서 블럭별 이동벡터의 추정은 블럭정합기법 및 시공간 경사법등을 사용한다.
그리고 프레임 S1 및 S2 사이에 추정된 이동벡터로부터 보간되어 출력될 프레임 M2에 포함된 각 필드의 K픽셀L라인로 구성된 매크로 블럭마다의 이동벡터를 구한다.
이때 제3도를 기준으로 필드별 이동벡터는 다음과 같이 구해진다.
여기서 상기 (v2,x, v2,y)는 프레임간 이동벡터 v2의 수평방향 및 수직방향 성분을 의미한다.
그리고 상기 풀다운 보간필터(61)에서의 이동보상형 풀다운 필터링 방법은 프레임 M2와 관련된 필드에서 이동벡터가 앞의 수식으로 구해진(i,j) 번째의 블록을 다음과 같이 구한다.
여기서 상기 M2oB(i,j)와 M2eB(i,j)는 구해진 블럭이며, S1oB(i,j) V2of와 S1oB(i,j) V2of는 각각 M2oB(i,j)와 대응하는 위치에서 v2of, v2ob만큼 이동한 위치에 존재하는 블럭을 나타내며, SleB(i,j) V2ef와 S2eB(i,J) V2ef는 각각 M2eB(i,j)와 대응하는 위치에서v2ef, v2eb만큼 이동한 위치에 존재하는 블럭을 나타낸다.
결론적으로 본 발명에 의한 이동보상형 풀다운 보간장치를 제4도와 연관시켜 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저 상기 프레임 S1이 제1프레임 메모리(53)로 입력되며, 이 프레임은 그대로 출력단으로 출력시키면서 이 프레임을 제2프레임 메모리(57)로 이동시킨다.
이어서 다음 프레임 S2가 입력되면 이동벡터 추정과 필터링 과정을거친 후 프레임 M2를 출력하며, 프레임 S2는 상기 제2영상 메모리(57)로 이동시킨다.
다음 프레임 S3가 입력되면 이동벡터 추정과 필터링 과정을 거친 후 프레임 M3를 출력하며, 이어서 S3를 출력시킨다.
그리고 이어서 입력되는 프레임 S4는 그대로 출력단으로 출력시키며,입력 프레임 S1S4가 입력되어 5프레임이 출력되면 3:2 풀다운의 1주기가 끝난다.
매 입력되는 4프레임마다 위와 같은 과정을 반복한다.
이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 3:2 풀다운 보간방식의 화질을 개선하고, 영상에 포함된 운동체의 이동이 자연스럽게 느껴지도록 하며, 화면떨림을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 입력 영상신호를 처리하기 위한 주영상처리부와, 각 필드 신호를 서로 다른 영역에 구분하여 저장하기 위한 제1프레임 메모리와, 상기 주영상처리부의 제어신호에 의해 또는 제어신호가 없을 경우 자동적으로 필드 반복위치를 결정하여 출력하기 위한 풀다운 제어부와, 상기 제1프레임 메모리에 저장되었던 1프레임 이전의 영상을 저장하기 위한 제2프레임 메모리와, 상기 주영상처리부의 출력(F)과 제1, 제2 프레임 메모리의 출력(1, G)을 이용하여 운동체의 이동벡터를 추정하는 이동벡터 추정기와, 상기 풀다운 제어부로부터 필드반복 개시 신호가 입력되면 상기 제1 및 제2 프레임 메모리의 영상데이타와 상기 이동벡터 추정기의 이동벡터를 이용하여 이동보상형 풀다운 필터링을 수행하는 풀다운 보간필터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이동보상형 풀다운 보간장치.
  2. 주영상처리부로 입력된 프레임 S1이 제1프레임 메모리로 입력되면, 그대로 출력단으로 출력시키면서 상기 프레임1을 제2프레임 메모리로 이동시키는 제1과정과, 다음 프레임 S2가 입력되면 이동벡터 추정과 필터링 과정을 거친 후 새로운 프레임 M2를 출력단으로 출력하며, 상기 프레임 S2는 상기 제2프레임 메모리로 이동시키는 제2과정과, 다음 프레임 S3가 입력되면 이동벡터 추정과 필터링 과정을 거친 후 새로운 프레임 M3를 출력단으로 출력하며, 상기 프레임 S3를 출력단으로 출력시키는 제3과정과, 다음 프레임 S4는 그대로 출력단으로 출력시키는 제4과정과, 매 입력되는 4프레임마다 상기 제1과정으로부터 제4과정을 반복하는 제5과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이동보상형 풀다운 보간방법 .
  3. 제2항에 있어서, 상기 이동보상형 풀다운 보간장치의 보간방법은 기수번째 필드와 우수번째 필드를 독립적으로 이동 보상하여 보간하는 것을 특징으로 하는 이동보상형 풀다운 보간방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 이동벡터는 필드별로 다음식에 따라 구하는 것을 특징으로 하는 S이동보상형 풀다운 보간방법.
    (단, (vn,x, vn,y)는 프레임간 이동벡터 vn의 수평방향 및 수직방향 성분이고, f, b는 순방향,역방향 구분자이며, 첨자 o, e는 기수 및 우수필드 구분자이며, 숫자 n은 프레임 번호이며, D는 보간되어 출력될 필드와 보간에 사용될 필드사이의 시간축 방향 거리임)
  5. 제2항에 있어서, 상기 필터링 과정에서는 i,j번째의 매크로 블록을 다음식 따라 구하는 것을 특징으로 하는 이동보상형 풀다운 보간방법.
    (단, S(n-1)oB(i,j) Vnof와 SnoB(i,j) Vnof는 각각 필드 S(n-1)o 및 S(n)o 내애서 M2oB(i,j)와 대응하는 위치애서 vnof. vnob만큼 이동한 위치에 존재하는 블럭이고. S(n-1)eB(i,j) Vnef와 SneB(i,j) Vnef는 각각 M2eB(i,j)와 대응하는 위치에서 vnef, vneb만큼 이동한 위치에 존재하는 블럭이며,n은 프레임 번호임)
  6. 제4항에 있어서, 상기 D는 실제 출력되는 인접필드 사이에 출력될 대체 필드가 시간적으로 균등한 시간간격으로 위치하도록 결정하는 것을 특징으로 하는 이동보상형 풀다운 보간방법.
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