KR100207641B1 - 영상신호 필터링회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디지탈 영상기기에 있어서 영상신호 필터링회로에 관한 것으로서, 복호화된 영상에 대하여 매 프레임마다 매크로블럭의 분산과 양자화 스텝사이즈를 예측하여 영상의 특성을 추정하기 위한 영상특성 추정부; 영상특성 추정부에서 추정한 영상의 특성에 따라 필터계수를 계산하고, 5탭 필터의 중앙에 있는 필터계수의 크기에 따라서 필터의 탭수를 변환하고 필터계수를 다시 계산하는 탭수 결정부; 및 복호화된 영상을 탭수 결정부에서 결정한 필터와 필터계수로 저역통과필터링하여 잡음을 제거하는 잡음제거부로 구성된다. 따라서, 복호화된 영상의 특성에 따라 평탄부분은 탭수를 증가시켜 필터링함으로써 주위 화소들과 화소값이 비슷해지도록하여 잡음을 제거하고, 고주파부분 즉 에지부분에서는 탭수를 감소시켜 필터링함으로써 영상의 손실을 최소화하면서 잡음을 제거할 수 있다.

Description

영상신호 필터링회로
제1도는 종래의 영상신호 필터링회로를 설명하기 위한 블럭도.
제2도는 본 발명에 의한 영상신호 필터링회로를 설명하기 위한 블럭도.
제3도는 5탭 필터의 예를 나타낸 도면.
제4도는 3탭 필터의 예를 나타낸 도면.
제5도는 7탭 필터의 예를 나타낸 도면.
본 발명은 디지탈 영상기기에 있어서 영상신호 필터링회로에 관한 것으로서, 특히 영상의 특성에 따라 탭수를 달리하여 필터링하기 위한 영상신호 필터링회로에 관한 것이다.
통상적으로 디지탈 영상신호를 전송하거나 저장매체에 기록할 경우, 데이터량을 줄이기 위하여 부호화를 해주게 된다. 부호화시, 이산여현변환(DCT)과 같은 직교변환을 많이 이용하는데, 이러한 경우 고주파영역에 대해서 양자화 스텝사이즈를 크게하여 부호화하기 때문에 복호화를 수행한 후에 화면상에 블럭 단위의 형태가 나타나는 블럭킹 효과(blocking effect)와, 그 밖의 부호화 잡음으로 인하여 화질의 열화가 발생한다. 이렇게 블럭 단위로 부호화된 영상을 복호화한 후에 발생하는 부호화 잡음을 줄이기 위해서 블럭 단위의 복잡도를 구하고 복잡도 즉 영상의 특성에 따라 필터계수를 달리하여 저역통과필터링을 수행한다. 그러나, 필터계수를 달리하여 필터링을 수행하더라도 부호화잡음만을 정확하게 찾아서 제거하는데는 한계가 있다.
제1도는 종래의 영상신호 필터링회로를 나타낸 블럭도로서, 영상특성 추정부(11)와 잡음제거부(13)로 구성된다.
구성에 따른 동작을 살펴보면, 우선 양자화 스텝사이즈는 영상의 복잡도에 따라 결정되는데 즉, 복잡도가 클수록 양자화 스텝사이즈를 크게하여 부호화하는데 양자화 스텝사이즈가 클수록 복호화 후에 잡음이 많이 발생한다. 따라서, 양자화 스텝사이즈는 잡음이 어느 정도 발생할 것인지를 예측하는 중요한 척도가 된다.
우선 영상특성 추정부(11)에서는 1 프레임마다 매크로블럭의 분산과 양자화 스텝사이즈 등 영상의 특성을 구하여, 이 영상을 부호화했을 때 양자화 스텝사이즈와 양자화로 인한 잡음을 예측하고, 잡음제거부(13)에서는 부호화된 영상을 예측된 잡음의 크기에 따라 결정되는 필터계수를 이용하여 필터링한다. 2차원 필터링처리는 다음 (1)식에서와 같이 수평방향에 대하여 필터링을 수행한 수, 수직방향에 대하여 필터링을 수행한다.
여기서, s(i, j)는 필터링된 영상, d(i, j)는 복호화된 영상, hv는 수직방향필터, hh는 수평방향필터를 각각 나타낸다.
한편, 수평방향과 수직방향에 대한 필터링은 다음과 같은 방법으로 처리한다.
먼저, 현재 프레임에 대하여 매크로블럭 단위의 분산을 구한 후, 1 프레임내에서 그 분산값들의 평균을 구하여 해당 프레임의 복잡도로 결정한다. 한편, 부호화시의 프레임 단위 양자화 스텝사이즈()를 다음 (2)식에서와 같이 예측한다.
여기서, F는 프레임 분산, P는 비트레이트를 각각 나타낸다.
(2)식에서 구한 프레임 단위의 양자화 스텝사이즈()를 이용하여 다음(3)식에서와 같이 프레임 복잡도에 대한 매크로블럭의 상대 복잡도(Cr)를 구하여 양자화 스텝사이즈의 예측값으로 사용한다.
여기서, F는 프레임 복잡도, M은 매크로블럭 복잡도를 각각 나타낸다.
한편, 복호화된 영상의 블럭내의 데이터 d(i, j) (여기서, i=0, 1, .., 7, j=0, 1, .., 7)에 대해서 (i, j)위치에 있는 화소를 필터링하기 위해서 제3도에 도시된 5탭(tap) 윈도우안에 있는 다섯 화소들을 이용하여 탭 중앙에 있는 화소의 평균(d)과 분산 ( 2d(i,j))을 다음 (4)식과 (5)식에 의해 구한다.
이때, 필터 탭 중앙에 있는 화소의 분산을 구하기 위해서 양옆에 있는 두 개씩의 화소를 이용할 경우, 그 두 개씩의 화소가 이웃 블럭의 화소일 경우에는 그 데이터를 그대로 사용하고, 프레임의 경계를 벗어날 경우에는 프레임 경계안에 있는 화소를 반복해서 사용한다. 블럭내에서 각 화소들의 분산( 2d(i,j))의 평균값인 평균분산( 2avg) 와 최대분산( 2max)을 구한다.
한편, 블럭내 최대분산( 2max)과 양자화 스텝사이즈(Qs)로부터 블럭 평균 잡음( 2bn)을 구한다. 블럭 평균 잡음( 2bn)은 매크로블럭의 양자화 스텝사이즈(Qs)와 하나의 블럭안에 얼마나 큰 복잡도를 갖는 화소가 있는가에 따라 정해진다. 하나의 블럭내의 각 화소마다 잡음 예측치를 다음 (6)식과 같이 구한다. 이때 블럭 경계부분은 잡음이 크다.
한편, 필터링은 다음 (7)식에 의해 수행한다.
여기서, s(i, j)는 필터링된 화소를 나타낸다.
상기의 필터링방법에서는 제3도에 도시된 탭수가 5개인 필터를 사용한다. 5탭 필터에서는 탭의 중앙의 필터계수 C0가 'a'라는 값을 갖는다면 중앙의 양옆에 있는 C-2, C-1, C1, C2는 모두 (1-a)/4의 값을 갖는다.
따라서, 항상 일정한 탭수를 갖는 필터를 이용하여 필터링을 수행하게 되면 영상신호에 있어서 평탄부분과 고주파부분이 모두 동일하게 필터링되기 때문에 고주파부분에서는 필터링으로 인한 영상신호의 손실이 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 복호화된 영상의 특성에 따라 탭수를 변화시켜 저역통과필터링하기 위한 영상신호 필터링회로를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 영상신호 필터링회로는 복호화된 영상에 대하여 매 프레임마다 매크로블럭의 분산과 양자화 스텝사이즈를 예측하여 영상의 특성을 추정하기 위한 영상특성 추정부; 상기 영상특성 추정부에서 추정한 영상의 특성에 따라 필터계수를 계산하고, 5탭 필터의 중앙에 있는 필터계수의 크기에 따라서 필터의 탭수를 변환하고 상기 필터계수를 다시 계산하는 탭수 결정부; 및 상기 복호화된 영상을 상기 탭수 결정부에서 결정한 필터와 필터계수로 저역통과필터링하여 잡음을 제거하기 위한 잡음제거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러면 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
제2도는 본 발명에 의한 영상신호 필터링회로를 설명하기 위한 블럭도로서, 필터의 탭수를 결정하기 위하여 영상의 특성을 추정하는 영상특성 추정부(21)와, 영상특성 추정부(21)에서 추정된 영상특성을 근거로하여 최적의 필터링을 하기 위한 탭수를 결정하는 탭수 결정부(23)와, 탭수 결정부(23)에서 결정된 탭수의 필터로 복호화된 영상을 필터링하는 잡음제거부(25)로 구성된다.
제2도의 구성에 따른 동작은 다음과 같다.
영상특성 추정부(21)에서는 복호화된 영상에 대하여 종래기술에서 설명한 것과 동일한 방법으로 영상의 특성을 추정하고, 이에 따라 필터계수를 계산한다.
탭수 결정부(23)에서는 제3도에 도시된 5탭 필터의 중앙에 있는 필터계수 C0의 크기에 따라서 필터의 탭수를 변환하고 필터계수를 다시 계산한다. 필터는 모든 탭의 계수를 전부 더하였을 때 항상 1이 되고, 5탭 필터에서는 모든 탭 계수가 같을 때 즉, 0.2일 때 필터링 효과가 가장 크게 된다. 따라서, 5탭 필터에서 C0=0.2 일 때 필터링이 가장 많이 되고, C0=1 일 때 필터링이 전혀 되지 않는다. 즉, Th2의 값은 1이 되고, Th1의 값은 0.2와 1이 중간값으로서, 이값은 영상 특성에 따라 바뀔 수 있다.
즉, 0.2 C0Th1 이면, 3탭 필터로 변환하고, 이때 C0'=C0× (5/3), C1'=C-1'=(1-C0')/2로 결정한다.
한편, Th1 C0Th2이면, 7탭 필터로 변환하고,이때 C0'=C0×(5/7), C-3'=C3'=C-2'=C2'=C-1'=C1'=(1-C0')/6 로 결정한다.
잡음제거부(25)에서는 복호화된 영상을 탭수 결정부(23)에서 결정한 필터와 필터계수로 저역통과필터링하여 잡음을 제거한다.
상술한 바와 같이 디지탈 영상기기에 있어서 본 발명에 의한 영상신호 필터링회로에서는 복호화된 영상의 특성에 따라 평탄부분은 탭수를 증가시켜 필터링함으로써 주위 화소들과 화소값이 비슷해지도록하여 잡음을 제거하고, 고주파부분 즉 에지부분에서는 탭수를 감소시켜 필터링함으로써 영상의 손실을 최소화하면서 잡음을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 복호화된 영상에 대하여 매 프레임마다 매크로블럭의 분산과 양자화 스텝사이즈를 예측하여 영상의 특성을 추정하기 위한 영상특성 추정부; 상기 영상특성 추정부에서 추정한 영상의 특성에 따라 필터계수를 계산하고, 5탭 필터의 중앙에 있는 필터계수의 크기에 따라서 필터의 탭수를 변환하고 상기 필터계수를 다시 계산하는 탭수 결정부; 및 상기 복호화된 영상을 상기 탭수 결정부에서 결정한 필터와 필터계수로 저역통과필터링하여 잡음을 제거하기 위한 잡음제거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상신호 필터링회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 탭수 결정부에서는 5탭 필터의 중앙에 있는 필터계수 (C0)가, 0.2 C0Th1 이면 3탭 필터로 변환하고, 3탭필터의 필터계수 C0'=C0× (5/3), C1'=C-1'=(1-C0')/2 로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상신호 필터링회로.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탭수 결정부에서는 5탭 필터의 중앙에 있는 필터계수(C0)가, Th1 C0Th2이면, 7탭 필터로 변환하고, 상기 7탭 필터의 필터계수 C0'=C0×(5/7), C-3'=C3'=C-2'=C2'=C-1'=C1'=(1-C0')/6 로 결정하는 것을 특징으로 하는 영상신호 필터링회로.
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