KR100204538B1 - 고화질 영상 확대 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고화질 영상 확대 회로에 관한 것으로, 소정의 화소 클럭을 입력받고, 소정의 입력제어 클럭 및 소정의 비트수를 갖는 신호를 출력시키는 제어부와, 외부로부터 데이터를 입력받아 차례로 저장시키고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 상기 데이터를 출력시키는 입력부와, 상기 입력부로부터의 출력값을 입력받아 소정의 방식에따라 보간하여 다수의 보간값을 출력시키는 보간부와, 상기 다수의 보간값 및 상기 소정의 비트수를 갖는 신호를 입력받고, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 선택하여 출력시키는 멀티플랙서와, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 입력받고, 이를 평균하여 출력시키는 평균 필터부와, 상기 평균 필터부로부터의 평균값을 입력받고, 상기 화소 클럭에따라 상기 평균값을 출력시키는 출력부를 포함하여, B-스플라인을 구현할 수 있고, 고배율 영상 확대시 고화질을 유지할 수 있다.

Description

고화질 영상 확대 회로(A Circuit of Magnifying Image with High Quality)
본 발명은 고화질 영상 확대 회로에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 비디오 그래픽 가속기의 1차 보간기에 평균 필터링 기능을 추가하여 B-스플라인 보간을 얻도록 하는 고화질 영상 확대 회로에 관한 것이다.
종래의 영상 확대 회로는 그 보간 방식을 0 차 보간(pixel replication) 또는 1 차 보간(linear interpolation)으로 사용하였다.
도 1A 내지 도 1B는 종래의 보간 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1A를 참조하면, 종래의 보간 방식의 하나인 0 차 보간 방식은 같은 화소를 반복하여 확대하는 방법이며, 화소 A 및 화소 B, 그리고 화소 C를 기준으로 3 배 확대한 스플라인이 도시되어 있다.
도 1B를 참조하면, 종래의 보간 방식의 다른 하나인 1 차 보간 방식은 화소간을 직선으로 연결하여 생겨나는 선을 기준으로 화소를 확대시키는 방법이며, 3 배 확대한 스플라인이 도시되어 있다.
도 2는 종래의 1 차 보간 방식을 이용한 영상 확대 회로도이다.
도 2를 참조하면, 8 배 확대를 위한 1 차 보간 회로는 외부로부터 화소 클럭을 입력받아, 소정의 입력제어 클럭 및 소정의 비트수를 갖는 신호를 출력하는 DDA 축적기(10)와, 외부로부터 데이터를 입력받아 차례로 저장시키고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 상기 데이터를 출력시키는 제 1 및 제 2 레지스터(20, 30)와, 상기 제 1 및 제 2 레지스터(20, 30)로부터 소정값(A, B)을 입력받아 다수의 보간값(A, ag)을 출력하는 1차 보간 회로부(40)와, 상기 다수의 보간값(A, ag)을 입력받고, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호에 응답하여 출력하는 멀티플랙서(50)와, 상기 멀티플랙서(50)로부터 출력된 값을 입력받고, 이를 상기 화소 클럭에따라 출력시키는 제 3 레지스터(60)로 구성된다.
상기 1차 보간 회로부(40)는 상기 제 1 및 제 2 레지스터(20, 30)로부터 화소 A 및 B에 대한 데이터를 입력받고, 상기 화소 A 및 B 두 점간의 8 배 확대된 선형 보간값을 출력한다.
이 때, 상기 8 배 확대된 선형 보간값은 상기 화소 A 및 B 각각의 점에 대한 소정의 기저함수의 콘벌루션(convolution)에 의해 다음과 같이 표현된다.
[수학식 1]
상기 a 에서 g 에 이르는 각각의 값들은 상기 화소 A 및 B 두 점간을 8 배로 확대한 결과 값들이다.
그러나, 이상과 같은 종래의 영상 확대 회로는, 고배율로 확대 될수록 화질의 평탄도가 저하되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 고배율 확대시 화질의 평탄도를 유지 할 수 있는 고화질 영상 확대 회로를 제공함에 그 목적이 있다.
도 1A 내지 도 1B는 종래의 보간 방식을 설명하기 위한 도면;
도 1C는 본 발명의 실시예에 따른 B-스플라인 보간 방식을 설명하기 위한 도면;
도 2는 종래의 1 차 보간 방식을 이용한 영상 확대 회로도;
도 3A 내지 도 3D는 본 발명에 따른 스플라인 함수를 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고화질 영상 확대 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : DDA 축적기20 : 제 1 레지스터
30 : 제 2 레지스터40 : 1차 보간 회로부
50 : 멀티플랙서60 : 제 3 레지스터
100 : 제어부200 : 입력부
300 : 보간부400 : 멀티플랙서
500 : 평균 필터부600 : 출력부
210 : 제 1 레지스터220 : 제 2 레지스터
230 : 제 3 레지스터310 : 제 1 보간수단
320 : 제 2 보간수단
상술한 목적을 달성하기 위해 제안된 본 발명의 특징에 의하면, 고화질 영상 확대 회로는, 소정의 화소 클럭을 입력받고, 소정의 입력제어 클럭 및 소정의 비트수를 갖는 신호를 출력시키는 제어부와; 외부로부터 데이터를 입력받아 차례로 저장시키고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 상기 데이터를 출력시키는 입력부와; 상기 입력부로부터의 출력값을 입력받아 소정의 방식에따라 보간하여 다수의 보간값을 출력시키는 보간부와; 상기 다수의 보간값 및 상기 소정의 비트수를 갖는 신호를 입력받고, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 선택하여 출력시키는 멀티플랙서와; 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 입력받고, 이를 평균하여 출력시키는 평균 필터부와; 상기 평균 필터부로부터의 평균값을 입력받고, 상기 화소 클럭에따라 상기 평균값을 출력시키는 출력부를 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 입력부는, 외부로부터 상기 데이터를 입력받고 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 1 출력값을 출력시키는 제 1 레지스터와; 상기 제 1 레지스터의 출력을 입력으로 하고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 2 출력값을 출력시키는 제 2 레지스터와; 상기 제 2 레지스터의 출력을 입력으로 하고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 3 출력값을 출력시키는 제 3 레지스터를 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 보간부는, 상기 입력부로부터 출력된 제 1 및 제 2 출력값을 입력받아 다수의 1차 보간값을 출력시키는 제 1 보간수단과; 상기 입력부로부터 출력된 제 2 및 제 3 출력값을 입력받아 다수의 1차 보간값을 출력시키는 제 2 보간수단을 포함한다.
이 특징의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 평균 필터부는, 상기 멀티플랙서로부터 출력된 다수의 보간값을 입력받아 가산하고, 이 가산값을 소정의 비트만큼 쉬프트하여 상기 멀티플랙서로부터 입력된 다수의 입력에 대한 평균값으로 출력시킨다.
본 발명은 고화질 영상 확대 회로에 관한 것으로, 소정의 화소 클럭을 입력받고, 소정의 입력제어 클럭 및 소정의 비트수를 갖는 신호를 출력시키는 제어부와, 외부로부터 데이터를 입력받아 차례로 저장시키고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 상기 데이터를 출력시키는 입력부와, 상기 입력부로부터의 출력값을 입력받아 소정의 방식에따라 보간하여 다수의 보간값을 출력시키는 보간부와, 상기 다수의 보간값 및 상기 소정의 비트수를 갖는 신호를 입력받고, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 선택하여 출력시키는 멀티플랙서와, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 입력받고, 이를 평균하여 출력시키는 평균 필터부와, 상기 평균 필터부로부터의 평균값을 입력받고, 상기 화소 클럭에따라 상기 평균값을 출력시키는 출력부를 포함하여, B-스플라인을 구현할 수 있고, 고배율 영상 확대시 고화질을 유지할 수 있다.
도 3A 내지 도 3D는 본 발명에 따른 스플라인 함수를 설명하기 위한 도면이다.
도 3A 내지 도 3D를 참조하면, 도 3A에 도시된 바와 같은 구형파 즉, 0 차 스플라인 함수(bm 0(X))의 콘벌루션은 도 3B에 도시된 바와 같은, 삼각파 즉, 1 차 스플라인 함수(bm 1(X)) 파형을 생성한다.
그리고, 상기 삼각파를 다시 상기 구형파로 콘벌루션하면 도 3C에 도시된 바와 같이, 완만한 곡선 형태인 2 차 스플라인 함수(bm 2(X)) 파형이 생성되며, 상기와 같이 구형파로 콘볼루션하는 과정을 되풀이 할수록 도 3D에 도시된, 3 차 스플라인 함수(bm 3(X)) 파형과 같이, 더욱 완만하고 넓게 퍼진 형태의 파형이 생성된다.
상기 파형들을 기저함수로 이용해 신호의 보간에 이용하게 되는데 이러한 기저함수들의 집합을 스플라인 함수라 한다.
특히, 도 3D에 도시된 바와 같이 함수 bm 3(X)가 많이 사용되는데, 이것은 잘 알려진 큐빅 B-스플라인 방식의 기저함수이다.
그러나, 설계할 구현 대상이 8 배 확대인 점과 구현 관점에서 복잡하지 않아야 하므로, 상기 도 3C에 도시된 바와 같이 bm 2(X)를 기저함수로 선택한다.
이 때, 각각의 샘플값에 대해 상기 함수 bm 2(X)를 콘벌루션하여 확대된 신호를 얻을 수도 있지만, 샘플값에 대해 1차 보간을 수행하고 이동 평균필터링 bm 0(X)을 적용하여 쉽게 보간할 수 있다.
연속적인 n 차의 B-스플라인 함수는 다음과 같이 정의 된다.
[수학식 2]
단, u(x)는 계단 함수(unit step function)를 나타낸다.
여기서, m 배 확대를 위한 n 차의 스플라인 함수는, 다음과 같이 0 차의 스플라인 함수인 구형파들의 되풀이 되는 콘벌루션으로 구성될 수 있다.
[수학식 3]
상기 수학식 3은 각각의 샘플값에 대해 bm 2(X)를 콘벌루션하여 확대된 신호를 얻는 경우, 또는 각각의 샘플값에 대해 이동 평균 필터링 bm 0(X)을 반복 적용하는 경우, 그리고 각각의 샘플값에 대해 1 차 보간을 수행하고 이동 평균 필터링 bm 0(X)을 적용하는 경우, 그 결과가 일치함을 나타낸다.
본 발명에 따른 고화질 영상 확대 회로는 각각의 샘플값에 대해 1차 보간을 수행하고, 이동 평균필터링 bm 0(X)을 적용하여 B-스플라인을 구현한다.
이하, 도 1C 내지 도 4을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고화질 영상 확대 회로도이다.
도 4를 참조하면, 8 배 확대를 위한 고화질 영상 확대 회로는, 제어부(100)와, 입력부(200)와, 보간부(300)와, 멀티플랙서(400)와, 평균 필터부(500)와 출력부(600)를 구비하여, B-스플라인을 구현할 수 있고, 고배율 영상 확대시 고화질을 유지 할 수 있다.
상기 8 배의 확대를 위한 고화질 영상 확대 회로는, 8 배 확대이므로 8 개의 샘플값의 평균을 취해야 하고, 이를 위해 16 개의 1 차 보간값이 필요하다. 이것은 A, B, C 세 점 사이에 8 배 확대 1 차 보간값 생성 회로 두 개를 중첩하여 구현할 수 있다.
여기서, 8 배 확대를 구현하는 것은 확대하고자 하는 대상의 특징에 따른 것으로, 4 배, 16 배 등도 같은 방법으로 구현할 수 있다.
상기 제어부(100)는, 주어진 8 배 범위내에서 1 배부터 8 배 까지의 임의의 배율을 근사화 방법으로 구할 수 있도록 하기 위해 입출력을 제어하는 부분이다. 그 핵심은 DDA 축적기로서 다음과 같은 값을 더해가는 회로이다.
[수학식 4]
즉, 입력 크기가 50이고, 출력 크기가 100이면, 2 배 확대를 요구하는 것으로 상기 값(m-1)은 0.5이고, 초기값 0에서부터 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, … 순으로 축적한다. 단, 실제 회로는 2 진수로 구현된다.
이 때, 축적값 중 소수점 위의 상수는 입력이 변화된 것을 나타내고, 소수점 아래 프랙션(fraction)은 근사치 선택값으로 사용된다.
상기 제어부(100)는, 소정의 화소 클럭을 입력받고, 소정의 입력제어 클럭 및 소정의 4 비트 신호(프랙션의 MSB 4 비트)를 출력한다.
그리고, 상기 입력부(200)는, 외부로부터 데이터를 입력받아 차례로 저장시키고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 상기 데이터를 출력시키며, 외부로부터 상기 데이터를 입력받고 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 1 출력값(C)을 출력시키는 제 1 레지스터(210)와, 상기 제 1 레지스터(210)의 출력을 입력으로 하고 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 2 출력값(B)을 출력시키는 제 2 레지스터(220)와, 상기 제 2 레지스터(220)의 출력을 입력으로 하고 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 3 출력값(A)을 출력시키는 제 3 레지스터(230)를 포함한다.
또한, 상기 보간부(300)는, 상기 입력부(200)로부터의 출력값을 입력받아 1 차 보간하여 16 개의 보간값(A, ag, B, 17)을 출력시키며, 상기 제 1 및 제 2 레지스터(210, 220)로부터 출력된 상기 제 1 및 제 2 출력값(C, B)을 입력받아 8 개의 보간값(B, 17)을 출력시키는 제 1 보간수단(310)과, 상기 제 2 및 제 3 레지스터(220, 230)로부터 출력된 상기 제 2 및 제 3 출력값(B, A)을 입력받아 8 개의 보간값(A, ag)을 출력시키는 제 2 보간수단(320)을 포함한다.
그리고, 상기 멀티플랙서(400)는 상기 16 개의 보간값(A, ag, B, 17)을 입력받고, 이를 상기 4 비트 신호 각각에 대해 다음의 표 1과 같이 선택하여 출력시킨다.
경우 Bits 보간값
1 1000 A, a, b, …, f, g
2 10011010 a, b, c, …, g, B
3 10111100 b, c, d, …, B, 1
4 11011110 c, d, e, …, 1, 2
5 11110 d, e, f, …, 2, 3
6 110 e, f, g, …, 3, 4
7 11100 f, g, B, …, 4, 5
8 101110 g, B, 1, …, 5, 6
9 111 B, 1, 2, …, 6, 7
또한, 상기 평균 필터부(500)는, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이 4 비트를 갖는 신호 각각에 대한 상기 9 가지 경우의 보간값을 입력받고, 이를 평균하여 출력시킨다.
상기 평균을 구하기 위한 연산은 즉, 8로 나누는 것은 상기 멀티플랙서(400)로부터 입력된 상기 9 가지 경우의 보간값을 가산하고, 이 가산한 값을 3 비트 쉬프트함으로써 수행되며, 상기 연산에 따른 값이 상기 멀티플랙서(400)로부터 입력된 다수의 입력에 대한 평균값으로 출력된다.
그 후, 상기 출력부(600)는, 상기 평균값을 입력받고, 상기 화소 클럭에따라 상기 평균값을 출력시킨다.
도 1C는 본 발명의 실시예에 따른 B-스플라인 보간 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1C를 참조하면, B-스플라인 방식은 화소간을 곡선으로 간주하여 화소를 확대하는 방법으로, 본 발명의 고화질 영상 확대 회로를 통해 구현된 3 배 확대한 스플라인은 도 1A 및 도 1B에 각각 도시된, 종래의 0 차 보간 및 1 차 보간 방식과는 달리, 화질의 평탄도가 우수한 특성을 나타낸다.
이상과 같은 고화질 영상 확대 회로는 1차 보간기에 평균 필터링 기능을 추가하여 B-스플라인 보간을 구현한 것으로, 고배율 영상 확대시 화질의 평탄도가 유지될 수 있다.
본 발명은 종래의 고화질 영상 확대 회로가 영상 확대시 고화질 구현이 어려운 문제점을 해결한 것으로서, B-스플라인을 구현할 수 있고, 고배율 영상 확대시 고화질을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 고화질 영상 확대 회로에 있어서,
    소정의 화소 클럭을 입력받고, 소정의 입력제어 클럭 및 소정의 비트수를 갖는 신호를 출력시키는 제어부(100)와;
    외부로부터 데이터를 입력받아 차례로 저장시키고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 상기 데이터를 출력시키는 입력부(200)와;
    상기 입력부(200)로부터의 출력값을 입력받아 소정의 방식에따라 보간하여 다수의 보간값을 출력시키는 보간부(300)와;
    상기 다수의 보간값 및 상기 소정의 비트수를 갖는 신호를 입력받고, 상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 선택하여 출력시키는 멀티플랙서(400)와;
    상기 소정의 비트수를 갖는 신호 각각에 대한 상기 다수의 보간값을 입력받고, 이를 평균하여 출력시키는 평균 필터부(500)와;
    상기 평균 필터부(500)로부터의 평균값을 입력받고, 상기 화소 클럭에따라 상기 평균값을 출력시키는 출력부(600)를 포함하여 B-스플라인을 구현하는 것을 특징으로 하는 고화질 영상 확대 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력부(200)는, 외부로부터 상기 데이터를 입력받고 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 1 출력값을 출력시키는 제 1 레지스터(210)와;
    상기 제 1 레지스터(210)의 출력을 입력으로 하고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 2 출력값을 출력시키는 제 2 레지스터(220)와;
    상기 제 2 레지스터(220)의 출력을 입력으로 하고, 상기 소정의 입력제어 클럭에따라 제 3 출력값을 출력시키는 제 3 레지스터(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고화질 영상 확대 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보간부(300)는, 상기 입력부(200)로부터 출력된 제 1 및 제 2 출력값을 입력받아 다수의 1차 보간값을 출력시키는 제 1 보간수단(310)과;
    상기 입력부(200)로부터 출력된 제 2 및 제 3 출력값을 입력받아 다수의 1차 보간값을 출력시키는 제 2 보간수단(320)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고화질 영상 확대 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 평균 필터부(500)는, 상기 멀티플랙서(400)로부터 출력된 다수의 보간값을 입력받아 가산하고, 이 가산값을 소정의 비트만큼 쉬프트하여 상기 멀티플랙서(400)로부터 입력된 다수의 입력에 대한 평균값으로 출력시키는 것을 특징으로 하는 고화질 영상 확대 회로.
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