KR100213025B1 - Circuit for improving picture quality in image signal processing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 영상신호처리장치에 있어서 화질개선회로에 관한 것으로서, 복호화된 영상신호에 대하여 구해진 매크로블럭 단위의 복잡도, 프레임 단위의 복잡도와 부호화시 비트레이트로부터 프레임 단위의 양자화 스텝사이즈와 매크로블럭 단위의 양자화 스텝사이즈를 예측하는 양자화 스텝사이즈 예측부, 복호화된 영상신호에 대하여 매크로블럭의 양자화 스텝사이즈로부터 구해진 필터계수를 이용하여 수평 및 수직방향 필터링을 수행하는 수평방향필터 및 수직방향필터와, 필터링된 영상신호에 대하여 해당화소와 주위화소들과의 명암을 대비한 후, 대비결과에 따라 해당화소의 명암을 조절하여 필터링된 영상신호의 고주파부분을 강조하는 고주파부분 강조부로 구성된다. 따라서, 필터링으로 인한 화질의 손상을 방지할 수 있으므로 복호화된 영상신호의 화질을 개선시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image quality improvement circuit in a video signal processing apparatus. A quantization step size prediction unit for predicting the quantization step size, a horizontal filter and a vertical filter for performing horizontal and vertical filtering on the decoded video signal by using a filter coefficient obtained from the quantization step size of the macroblock, After contrasting the contrast between the corresponding pixel and the neighboring pixels with respect to the video signal, it is composed of a high frequency portion emphasis unit that emphasizes the high frequency portion of the filtered video signal by adjusting the contrast of the corresponding pixel according to the contrast result. Therefore, the image quality of the decoded video signal may be improved because the quality of the image may be prevented from being damaged due to the filtering.
Description
제1도는 영상신호처리장치에 있어서 종래의 화질개선회로를 설명하기 위한 블럭도.1 is a block diagram for explaining a conventional image quality improvement circuit in a video signal processing apparatus.
제2도는 라플라스 연산자를 나타낸 도면.2 shows the Laplace operator.
제3도는 영상신호처리장치에 있어서 본 발명에 의한 영상신호 화질개선회로를 설명하기 위한 블럭도.3 is a block diagram for explaining a video signal quality improving circuit according to the present invention in a video signal processing apparatus.
제4도는 매크로블럭의 양자화 스텝사이즈와 필터계수와의 관계를 나타낸 그래프.4 is a graph showing a relationship between a quantization step size and a filter coefficient of a macroblock.
제5도는 5탭 필터를 나타낸 도면.5 shows a 5-tap filter.
제6도는 제3도에 도시된 고주파부분 강조부의 고주파부분 강조방법을 설명하기 위한 도면.FIG. 6 is a view for explaining a high frequency part emphasis method of the high frequency part emphasis part shown in FIG.
본 발명은 영상신호처리장치에 있어서 화질개선회로에 관한 것으로서, 특히 보호화된 영상의 부호화 잡음을 제거하고, 명암대비를 높여 화질을 개선학기 위한 화질개선회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image quality improvement circuit in an image signal processing apparatus, and more particularly, to an image quality improvement circuit for improving image quality by removing coding noise of a protected image and increasing contrast.
일반적으로 디지탈 영상신호를 전송하거나 저장매체에 기록할 경우 데이타량을 줄이기 위하여 부호화를 수행하게 된다. 부호화시, 이산여현변현(DCT) 등과 같은 직교변환을 많이 이용하는데, 이러한 경우 고주파영역에 대해서 양자화 스텝사이즈를 크게 해서 부호화하기 때문에 부호화 잡음이 많이 생긴다. 이산여현변환된 영상신호는 영상의 복잡도에 따라 결정된 양자화 스텝사이즈로 양자화를 수행하는데, 이때 복잡도가 클수록 양자화 스텝사이즈를 크게 해서 양자화를 수행한다. 양자화 스텝사이즈가 클수록 복호화 후에 부호화 잡음이 많이 생긴다. 따라서, 양자화 스텝사이즈는 잡음이 어느 정도인가를 예측하는 중요한 척도가 된다.In general, when a digital video signal is transmitted or recorded on a storage medium, encoding is performed to reduce the amount of data. Orthogonal transforms, such as discrete cosine transform (DCT), are often used during encoding. In this case, encoding noise is generated because the quantization step size is increased in the high frequency region. The discrete cosine transformed video signal is quantized using a quantization step size determined according to the complexity of the image. In this case, as the complexity increases, the quantization step is performed by increasing the quantization step size. The larger the quantization step size, the more encoding noise occurs after decoding. Thus, the quantization step size is an important measure of how much noise is.
제1도는 영상신호처리장치에 있어서 종래의 화질개선회로를 나타낸 블럭도로서, 화질판단부(11), 필터부(13)와 고주파부분 강조부(15)로 구성된다.FIG. 1 is a block diagram showing a conventional image quality improvement circuit in a video signal processing apparatus, and is composed of an image quality determination section 11, a filter section 13, and a high frequency portion emphasis section 15. As shown in FIG.
구성에 따른 동작을 살펴보면, 화질판단부(11)는 영상신호를 부호화할 때의 매크로블럭 단위의 양자화 스텝사이즈를 인가받아 프레임 단위로 평균을 구하고, 이를 근거로 하여 복호화된 영상 중 해당 프레임의 화질이 어느 정도인가를 예측한다.Referring to the operation according to the configuration, the image quality determining unit 11 receives a quantization step size in units of macroblocks when encoding an image signal, obtains an average in units of frames, and based on the image quality of the decoded image. Predict how much this is.
필터부(13)에서는 화질판단부(11)에서 복호화된 영상에 대하여 예측한 화질에 따라 필터링을 수행한다. 이때, 먼저 각 화소를 필터링한 후, 필터링된 값과 원래 신호갓과의 차이값을 구한다. 이 차이값이 일정치보다 클 때는 해당 화소가 잡음이 아니고 경계부분이라고 판단하여 필터링된 값에다 이 차이값을 더함으로써 원래 복호화된 값을 만들어 출력한다. 영상신호의 잡음은 원래 영상시호와 그 차이가 적기 때문에 필터링된 값과 원래 신호값과의 차이값이 클 경우에는 잡음이 아니라 경계부분에 의해 나타나는 차이값으로 본다. 한편, 차이값이 일정치보다 작을 때는 부호화잡음이 존재하는 것으로 판단하여 필터링된 값을 출력한다.The filter unit 13 filters the image decoded by the image quality determining unit 11 according to the image quality predicted. In this case, first, after filtering each pixel, a difference value between the filtered value and the original signal shade is obtained. If the difference is greater than a certain value, the pixel is determined to be a boundary, not noise, and the difference is added to the filtered value to generate and output the original decoded value. Since the noise of the video signal is smaller than that of the original video signal, when the difference between the filtered value and the original signal value is large, the noise of the video signal is regarded as the difference value indicated by the boundary rather than the noise. On the other hand, when the difference value is smaller than a predetermined value, it is determined that the encoding noise exists and outputs the filtered value.
고주파부분 강조부(15)에서는 필터부(13)에 의해 필터링이 완료된 영상은 필터링으로 인해서 고주파부분이 감소하기 때문에 저하된 명암(contrast)을 높여 주기 위해서 제2도에 도시된 라플라스 연산자를 이용하여 라플라스값을 구하여 필터링된 영상에 더해줌으로써 필터링된 영상신호의 고주파부분을 강조해 준다.In the high frequency portion emphasis unit 15, since the high frequency portion is reduced due to the filtering of the image filtered by the filter unit 13, the Laplace operator shown in FIG. 2 is used to increase the contrast. The Laplace value is obtained and added to the filtered image to emphasize the high frequency portion of the filtered image signal.
영상신호를 부호화할 때에는 한 프레임에서 매크로블럭 단위로 양자화 스텝사이즈를 결정하고 이에 따라 양자화를 수행한다. 따라서, 한 프레임의 모든 매크로블럭의 평균 양자화 스텝사이즈를 그 프레임의 양자화 스텝사이즈로 하여 이에 따라 프레임 단위로 화질을 판단하여 일률적으로 필터링을 수행하게 되면 ㅍ레임내에서 부분적으로 나타나는 잡음을 ㅔ거하는데에는 한계가 있다. 즉, 매크로블럭마다 잡도가 다르고 양자화 스텝사이즈를 달리하여 부호화하기 때문에 한 프레임을 일률적으로 필터링할 경우 필터링을 하지 않아도 되는 부분까지 필터링이 행해지기 때문에 화질의 저하를 초래한다. 또한, 부호화시의 양자화 스텝사이즈를 알기 위해서는 부호화된 비트스트림을 복호화기에서 따로 복호화해야 하는데, 통상의 복호화기에서는 영상신호만을 복호화할 수 있기 때문에 실제로 양자화 스텝사이즈까지 복호화하는 것이 불가능하다.When encoding a video signal, the quantization step size is determined in units of macroblocks in one frame, and quantization is performed accordingly. Therefore, if the average quantization step size of all the macroblocks of one frame is used as the quantization step size of the frame, the image quality is judged frame by frame, and filtering is performed uniformly to remove the noise that appears partially in the frame. There is a limit. That is, since macroblocks are encoded with different variances and different quantization step sizes, filtering is uniformly performed to a portion where no filtering is required, resulting in deterioration of image quality. In addition, in order to know the quantization step size at the time of encoding, the coded bitstream must be separately decoded by the decoder. However, since a normal decoder can only decode the video signal, it is impossible to actually decode the quantization step size.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기위하여 복호화된 영상의 복잡도를 게산한 후 복잡도에 다라 필터링을 수행하고, 필터링된 영상에서 고주파부분을 강조해 줄 화소와 주위화소들과 명암을 대비한 후 대비결과에 따라 고주파부분을 강조해 줄 화소의 명암을 조절하기 위한 화질개선회로를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to calculate the complexity of the decoded image in order to solve the above-described problem, and to perform filtering according to the complexity, and to contrast the pixels, the surrounding pixels, and the contrast to emphasize the high frequency portion of the filtered image. It is to provide an image quality improvement circuit for adjusting the contrast of pixels to emphasize the high frequency part according to the post contrast result.
상기 목적을 달성하기 위하여 영상신호처리장치에 있어서 본 발명에 의한 화질개선회로는 복호화된 영상신호에 대하여 구해진 매크로블럭 단위의 복잡도, 프레임 단위의 복잡도와 부호화시 비트레이트로부터 프레임 단위의 양자화 스텝사이즈를 구하고, 프레임 단위의 복잡도와 매크로블럭 단위의 복잡도의 비와 프레임 단위의 양자화 스텝사이즈로부터 매크로블럭 단위의 양자화 스텝사이즈를 예측하기 위한 양자화 스텝사이즈 예측부; 상기 복호화된 영상신호에 대하여 상기 매크로블럭의 양자화 스텝사이즈로부터 구해진 필터계수를 이용하여 수평방향 필터링을 수행하기 위한 수평방향필터; 상기 수평방향 필터링된 영상신호에 대하여 상기 필터계수를 이용하여 수직방향 필터링을 수행하기 위한 수직방향필터; 및 상기 수직방향 필터링된 영상신호에 대하여 해당화소와 주위화소들과의 명암을 대비한 후, 대비결과에 따라 상기 해당화소의 명암을 조절하여 상기 필터링된 영상신호의 고주파부분을 강조해 주기 위한 고주파부분 강조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, in the image signal processing apparatus, the image quality improvement circuit may be configured to calculate the complexity of the macroblock unit, the complexity of the frame unit, and the quantization step size of the frame unit from the bit rate at the time of encoding. A quantization step size prediction unit for predicting a quantization step size in macroblock units from a ratio of complexity in units of frames and complexity in units of macroblocks and quantization step sizes in units of frames; A horizontal filter for performing horizontal filtering on the decoded video signal using a filter coefficient obtained from the quantization step size of the macroblock; A vertical filter for performing vertical filtering on the horizontally filtered video signal using the filter coefficients; And contrasting the contrast between the corresponding pixel and the surrounding pixels with respect to the vertically filtered image signal, and then adjusting the contrast of the corresponding pixel according to the contrast result to emphasize the high frequency portion of the filtered image signal. Characterized in that it comprises a highlight.
그러면 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Next, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제3도는 영상신호처리장치에 있어서 본 발명에 이한 화질개선회로를 설명하기 위한 블럭도로서, 복호화된 영상신호로부터 계산된 매크로블럭 단위의 복잡도에 의해 양자화 스텝사이즈를 예측하기 위한 양자화 스텝사이즈 예측부(31)와, 복호화된 영상신호에 대하여 예측된 양자화 스텝사이즈를 이용하여 수평방향 필터링을 수행하기위한 수평방향 필터부(33)와, 수평방향 필터부(33)에서 필터링된 영상신호에 대하여 예측된 양자화 스텝사이즈를 이용하여 수직방향 필터링을 수행하기 위한 수직방향 필터부(35)와, 수평 및 수직방향 필터링으로 인하여 저하된 명암을 높여 주기 위한 고주파부분 강조부(37)로 구성된다.3 is a block diagram for explaining an image quality improvement circuit according to the present invention in a video signal processing apparatus, and a quantization step size predictor for predicting a quantization step size based on a complexity of a macroblock unit calculated from a decoded video signal. (31), a horizontal filter unit 33 for performing horizontal filtering by using the predicted quantization step size on the decoded video signal, and a prediction of the video signal filtered by the horizontal filter unit 33 And a vertical filter unit 35 for performing vertical filtering by using the quantized step size, and a high frequency portion emphasis unit 37 for increasing contrast that is degraded due to horizontal and vertical filtering.
제3도의 구성에 따른 동작은 다음과 같다.Operation according to the configuration of Figure 3 is as follows.
양자화 스텝사이즈 예측부(31)에서는 복호화된 영상신호를 8×8 블럭 단위로 이산여현변환을 수행한다. 4개의 8×8 블럭으로 구성된 16×16 매크로블럭내의 AC 계수를 전부 더하고 평균을 구해서 매크로블럭의 복잡도(Cm)를 구비한다. 한 프레임마다 모든 매크로블럭의 복잡도를 더하고 평균을 연산하여 프레임의 복잡도(Cf)를 구한다. 프레임의 복잡도(F)와 부호화시의 초당 비트레이트를 이용하여 다음(1)식에 의해 프레임 전체에 대한 양자화 스텝사이즈(Qf)를 구한다.The quantization step size prediction unit 31 performs discrete cosine transform on the decoded video signal in units of 8 × 8 blocks. The complexity of the macroblock C m is obtained by adding all the AC coefficients in a 16 × 16 macroblock consisting of four 8 × 8 blocks and averaging them. For each frame, the complexity of all macroblocks is added and the average is calculated to find the complexity of the frame (C f ). Using the complexity F of the frame and the bit rate per second in encoding, the quantization step size Q f for the entire frame is obtained by the following equation (1).
(1)식에서 b는 비트레이트, a는 Cf와 b의 관계상수를 각각 나타낸다.In equation (1), b is the bit rate and a is the relation constant between C f and b.
한편, 프레임 복잡도(Cf)와 매크로블럭 복잡도(Cm)의 비와 프레임 전체에 대한 양자화 스텝사이즈(Qf)를 이용하여 다음 (2)식에 의해 매크로블럭의 양자화 스텝사이즈(Qm)를 예측한다.On the other hand, a frame complexity (C f) and macroblock complexity (C m) ratio and the frame using the Full quantization (Q f), the step size for the following (2) the quantization step size of the macroblock by the formula (Q m) Predict.
수평방향필터(33)와 수직방향필터(35)에서는 매크로블럭의 양자화 스텝사이즈(Qm)를 이용하여 제4도에 도시된 그래프에서 매크로블럭 단위의 필터계수(n)을 산출하고, 필터계수(n)을 이용하여 제5도에 도시된 5탭 필터의 m을 다음 (3)식에 의해 계산한다.In the horizontal filter 33 and the vertical filter 35, the filter coefficient n in macroblock units is calculated from the graph shown in FIG. 4 using the quantization step size Q m of the macroblock, and the filter coefficient Using (n), m of the 5-tap filter shown in FIG. 5 is calculated by the following equation (3).
(3)식에 의해 산출된 필터계수를 이용하여 수평방향필터(33)에서는 복호화된 영상에 대하여 수평방향 필터링을 수행하고, 수직방향필터(35)에서는 수직방향 필터링을 수행한다.Using the filter coefficient calculated by Equation (3), the horizontal filter 33 performs horizontal filtering on the decoded image, and the vertical filter 35 performs vertical filtering.
고주파부분 강조부(37)에서는 수평 및 수직방향 필터링으로 인하여 저하된 명암을 높여 주기 위하여 고주파부분을 강조하는데, 상세한 동작은 다음과 같다.The high frequency part emphasis unit 37 emphasizes the high frequency part to increase the contrast that is degraded due to the horizontal and vertical filtering. The detailed operation is as follows.
먼저, 제6도에서 처리할 화소를 중심으로 안쪽 윈도우 8화소(⊙)의 평균밝기(Ai)와 바깥쪽의 윈도우 16화소(○)의 평균밝기(A0)를 구한다. Ai와 A0를 이용하여 다음 (4)식에 의해 명암(C)를 구한다.First, the average brightness A i of the inner window 8 pixels ⊙ and the average brightness A 0 of the outer window 16 pixels ○ are obtained centering on the pixels to be processed in FIG. Using A i and A 0 , the contrast (C) is obtained by the following equation (4).
여기서, 명암(C)는 고주파부분을 강조해 줄 화소와 주위에 있는 화소들과의 관계를 나타내고 있다. 명암을 증가시키기 위해서는 윈도우 중심에 있는 화소의 밝기(a)를 Ai와 A0값과 그레이 레벨(grey level) 크기 순서로 배열될 수 있도록 만들어 주어야 한다. 따라서, Ai가 A0보다 클 때에는 안쪽 윈도우가 바깥쪽 윈도우보다 더 밝기 때문에 처리할 화소를 더 밝게 만들어 주기 위해서 다음 (5)식과 같이 윈도우 중심에 있는 화소의 밝기를 a에서 a'으로 증가시킨다.Here, the contrast (C) represents the relationship between the pixels to emphasize the high frequency portion and the pixels around. To increase the contrast, the brightness (a) of the pixels in the center of the window must be arranged in the order of A i and A 0 values and the gray level size. Therefore, when A i is larger than A 0 , since the inner window is brighter than the outer window, the brightness of the pixel at the center of the window is increased from a to a 'as shown in Equation (5). .
이때, 안쪽 윈도우 화소의 평균발기가 바깥쪽 윈도우 화소의 평균밝기보다 클 경우 각 화소의 그레이 레벨 크기는 윈도우 중심에 있는 화소, 안쪽 윈도우 화소, 바깥쪽 윈도우 화소 순으로, 윈도우 중심에 있는 화소가 가장 크도록 해 준다.In this case, when the average erection of the inner window pixels is larger than the average brightness of the outer window pixels, the gray level of each pixel is the pixel at the center of the window, the inner window pixel, and the outer window pixel. Make it big.
상기한 바와 같이 각 화소의 밝기가 순서대로 되었을때 복호화된 영상의 고주파 부분이 강조된다.As described above, when the brightness of each pixel is in order, the high frequency portion of the decoded image is emphasized.
반면, Ai가 A0보다 작을 때에는 안쪽 윈도우가 바깥쪽 윈도우보다 어둡기 때문에 처리할 화소를 더 어둡게 만들어 주기 위해서 다음(6)식과 같이 윈도우 중심에 있는 화소의 밝기를 a에서 a'으로 감소시킨다.On the other hand, when A i is smaller than A 0 , since the inner window is darker than the outer window, the brightness of the pixel at the center of the window is reduced from a to a 'as shown in Equation (6).
이때, 각 화소의 그레이 레벨 크기는 바깥쪽 윈도우 화소의 평균밝기가 안쪽 윈도우 화소의 평균밝기보다 클 경우에는 상기 바깥쪽 윈도우 화소, 안쪽 윈도우 화소, 해당화소 순서로 바깥쪽 윈도우에 있는 화소가 가장 크도록 해 준다.In this case, when the average brightness of the outer window pixels is larger than the average brightness of the inner window pixels, the gray level size of each pixel is the outer window pixel, the inner window pixel, and the pixels in the outer window in the corresponding pixel order. Let's do it.
상술한 바와 같이 영상신호처리장치에 있어서 본 발명에 의한 화질개선회로에서는 복호화된 영상의 특성을 나타내는 복잡도를 계산한 후 복잡도에 따라 필터링을 수행하고, 필터링된 영상에서 고주파부분을 강조해 줄 화소와 주위화소들과의 명암을 대비한 후 대비결과에 따라 고주파부분을 강조해 줄 화소의 명암을 증가 혹은 감소시킴으로써 필터링으로 인한 화질의 손상을 방지할 수 있으므로 복호화된 영상신호의 화질을 개선시킬 수 있다.As described above, in the image signal processing apparatus, the image quality improvement circuit calculates a complexity indicating a characteristic of a decoded image and performs filtering according to the complexity, and the pixels and the surroundings that emphasize the high frequency portion of the filtered image. By contrasting the contrast with the pixels, the image quality of the decoded video signal can be improved because the image quality of the decoded video signal can be prevented by increasing or decreasing the contrast of the pixel to emphasize the high frequency part according to the contrast result.
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