KR100268142B1 - 영상 신호 처리를 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

영상 신호 처리장치는 수평 시간축 방향에서 영상 신호를 압축하고 압축된 신호를 수평 주사 주파수를 2배로 가지는 2배 밀도 신호로 변환한다. 주파수 성분은 입력 디지털 영상 신호로 부터 제거되는데 주파수 성분은 입력 디지털 영상 신호의 색도 부반송파 주파수 보다 2배 높다. 주파수 성분이 제거된 디지털 영상 신호는 수평 시간축 방향에서 압축된다. 압축된 영상 신호의 수평 주사 주파수는 그리고 나서 2 배로 변환된다.

Description

영상 신호 처리를 위한 장치 및 방법

본 발명은 영상 신호를 수평 시간축 방향에서 압축하는 영상 신호 압축 처리와 수평 주사(scanning) 주파수를 2배로 갖는 2 배 밀도(double-density) 신호를 얻기 위한 2 배속(double-speed) 변환 처리를 하기 위한 영상 신호 처리장치 및 방법에 관련된 것이다.

최근들어, 와이드 종횡비(aspect ratio)의 화면을 가진 (수평과 수직비가 16:9 인) TV 수상기가 시장에 선보였다. 여기서, 현재의 영상 신호(NTSC 신호)의 표준 종횡비(즉 4:3)를 가진 화상을 16:9 의 와이드 종횡비 화면에 재생하기 위해서 TV 수상기에 수평 시간축 방향 압축 회로가 요구된다.

반면에 NTSC 영상 신호의 디지털 신호 처리에서 주파수가 2fsc(fsc: 색도(chrominemce) 부반송파 신소 주파수 = 3.58MHz)인 노이즈(noise)가 불가피하게 발생한다. 이 노이즈는 특히 A/D 변환이나 3 차원 Y/C 분리 처리 동안에 IC 회로(예로 A/D 변환기 IC, 3 차원 Y/C 분리기 IC 등)내의 시스템 관련 문제로 인하여 발생한다.

여기서 2fsc 노이즈 성분이 겹쳐진 디지털 영상 신호의 경우에서도 영상 신호가 화상 디스플레이부(예로 CRT)로 가는 출력전에 수평 시간축 방향에서 간단히 압축되고 D/A 변환될 때는, 재생된 화상은 2fsc 노이즈 성분의 해로운 영향을 받지 않는다. 이는 2fsc 노이즈 성분이 NTSC 영상 신호의 유효 영상 신호대(4.5MHz)보다 충분히 높은 범위에 존재하기 때문이다. 다시 말해서 2fsc 노이즈 성분에 대해 대응책을 쓰지 않더라도 특수한 문제를 일으키지 않는 것이다.

와이드 종횡비(수평과 수직비가 16:9)를 가진 최근의 TV 수상기에서 NTSC 신호의 수평 주사 주파수 보다 2 배 가량 높은 수평 주사 주파수에서 작동하는 TV 수상기가 개발되었다. 이 TV 수상기는 고화질 신호나 컴퓨터에 의한 영상 신호 출력과 같은 상급의 TV 신호를 재생할 수 있다. 즉 2 배속 와이드 TV 수상기로 NTSC 영상 신호를 재생하기 위해서는 NTSC 신호의 수평 주사 주파수를 2 배로 변환하는(즉 2 배 밀도 신호를 얻기위한) 2 배속 변환 회로가 요구된다. 여기에서 2 배속 변환 회로로서, 예를 들면 수평동기 주기당 메모리에 데이터를 쓰고나서 클럭 신호 보다 2 배 높은 속도로 쓴 데이터를 메모리로부터 읽어들이는 회로가 있다.

2 배속 와이드 TV 수상기에서 NTSC 신호가 4:3 의 종횡비를 유지하며 재생될 때 이미 설명한 바와 같이 수평 시간축 방향 압축 회로가 필요하다.

도 1 은 수평 시간축 방향 압축 회로와 2 배속 변환 회로가 제공된 종래의 영상 신호 처리장치를 도시한다.

도 1 에서 아날로그 신호(NTSC 신호)는 A/D 변환기(1)의 입력이고 8fsc 의 샘플링 속도에서 디지털 신호로 변환된다. 변환된 디지털 신호에 대한 응답에서 디지털 화상 처리 회로(2)는 3 차원 Y/C 분리처리, 휘도 노이즈 감소 처리등의 여러 처리를 수행한다. 디지털 화상 처리회로(2)의 출력 신호는 선결되어 있는 압축비로 입력 신호를 수평방향에서 압축 처리하기 위해 수평시간축 방향 압축 회로(3)에 공급된다. 입력 신호는 4:3 의 종횡비를 유지하면서 재생된 화상을 얻기위하여 4/3의 압축비로 처리된다. 여기에서 샘플링 속도는 디지털 화상 처리 회로(2)와 수평 시간축 방향 압축 회로(3) 모두에 대해 8fsc 이다.

이어지는 단의 속도 변환 회로(4)에서 8fsc 의 샘플링 속도는 4fsc 로 변환되는데 즉 데이터 하나 건너씩 빼내는 것이다. 속도 변환회로(4)의 출력 신호를 2 배 밀도 신호로 변환하기 위해 라인 2 배속 변환 회로(4)에 공급된다. 즉 라인 2 배속 변환 회로 5 는 4fsc 속도 신호를 8fsc 속도 2 배 밀도 신호로 변환하기 위해서 속도 변환 회로(4)의 메모리로부터 데이터를 클럭 신호보다 2 배 높은 속도로 수평 동기 주기당 두번 읽어들인다. 이 경우의 2 배 밀도 신호는 한 라인에 대한 데이터 내용이 반복해서 두번 배열한다.

속도 변환 회로(4)와 라인 2 배속 변환 회로(5)는 2 배속 변환 회로(8)를 구성한다.

2 배 밀도 신호로 변환된 디지털 영상 신호는 D/A 변환기(6)에 의해 아날로그 신호로 변환된 다음 CRT 같은 모니터에 출력된다.

상기 종래의 영상 신호 처리장치는 영상 신호가 수평 시간축 방향 압축 회로(3)과 2 배속 변환 회로(8)에서 처리되어 CRT 에 디스플레이 될때 미세하지만 눈에 뜨이는 수직 라인 노이즈가 디스플레이된 화상에 나타나므로써 화질이 저하되는 불리함이 있었다.

본 발명은 영상 신호 처리장치로서, 입력된 디지털 영상 신호로부터 입력된 디지털 영상 신호의 색도 부반송파 주파수보다 2 배 높은 주파수 성분을 제거하는 제거 수단 및 주파수 성분이 제거된 디지털 영상 신호를 수평 시간축방향에서 압축하는 압축 수단 및 압축된 영상 신호의 수평 주사 주파수를 2 배로 변환하는 변환수단을 포함하는 영상 신호 처리장치를 제공한다.

제거 수단은 입력된 디지털 영상 신호의 색도 부반송파 주파수 보다 2 배 높은 주파수 성분을 감쇄시키는 트랩(trap)을 포함할 수 있다.

변환 수단은 압축된 영상 신호의 샘플링 속도를 반으로 변환하는 속도 변환기 및 샘플링 속도가 변환된 영상 신호를 수평 주사 주파수를 2배로 가진 2 배 밀도 신호로 변환하는 라인 2 배속 변환을 포함할 수 있다.

본 발명은 그외에도 영상 신호 처리 방법으로서, 입력된 디지털 영상 신호에서 입력된 디지털 영상 신호의 색도 부반송파 주파수 보다 2 배 높은 주파수 성분은 제거하는 단계 및 주파수 성분이 제거된 디지털 영상 신호를 수평 시간 축방향에서 압축하는 단계 및 압축된 영상 신호의 수평 주사 주파수를 2 배로 변환하는 단계를 포함하는 영상 신호 처리 방법을 제공한다.

제1도는 종래의 영상 신호 처리장치를 도시하는 블럭도.

제2도는 제1도에 도시한 종래의 처리장치에서 각 점에서의 주파수 스펙트럼을 도시하는 도면.

제3도는 본 발명에 따른 영상 신호 처리장치의 실시예를 도시하는 블럭도.

제4도는 제3도에 도시한 처리장치에서 각 점에서의 주파수 스펙트럼을 도시하는 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : A/D 변환기 2 : 디지털 화상 처리기

3 : 수평 시간축 방향 압축기 4 : 속도 변환기

5 : 라인 2 배속 변환기 6 : D/A 변환기

본 발명에 따른 실시예를 기술하기에 앞서 어떻게 본 발명가가 재생된 화상에서 수직 라인 노이즈가 생기는 이유와 이 노이즈 발생을 방지하는 방법을 발견했는지를 설명하겠다.

재생된 화상에서 수직 라인 노이즈 발생 원인을 연구한 후에 본 발명가는 하기의 사실을 발견하였다.

영상 신호는 수평 시간축 방향 압축 처리만에 의해서는 유해한 영향을 받지않지만 영상 신호를 수평시간축 방향 압축 처리와 2 배속 변환 처리를 모두 하면 영상 신호대가 변하여 2fsc 노이즈 성분이 유효 영상 신호 대 부근으로 이동하게 된다. 수직의 미세한 라인 노이즈는 그러므로 이동한 노이즈 성분에 의해 디스플레이된 화상에 일정 간격으로 발생한다.

이는 도 1 과 도 2 를 참고하여 앞으로 상세히 기술될 것이다. 도 2 는 도 1 의 A 점 내지 D 점 각각에서의 주파수 스펙트럼을 도시한 도면이다.

도 1 의 A 점에서 2fsc 주파수 성분을 갖는 노이즈가 도 2 에 보인 디지털 영상 신호 위에 겹쳐지는 것이 확인된다. 여기서 영상 신호 위에 노이즈가 겹쳐지는 이유로서, A/D 변환기(1)과 디지털 화상 처리 회로(2)(예를 들면 3 차원 Y/C 분리 IC 등)과 같은 영상 신호 처리장치의 IC 회로 내의 시스템과 관련된 문제도 고려할 수 있다.

수평 시간축 방향 압축회로(3)에 의해 수평 방향으로 압축될 때 2fsc 노이즈 성분이 겹쳐지는 디지털 영상 신호의 주파수대는 넓어진다. 결과적으로 도 1 의 B 점에서 2fsc 노이즈 성분은 도 2 와 같이 압축비에 따라 변한다.

여기서 도 2 는 풀 모드와 정규 모드 두 경우를 나열하고 있다. 풀 모드(압축없는)에서는 NTSC 신호가 16:9 화면에 재생될 때 재생된 화상이 수평 방향에서 넓어진다. 반면에 정규 모드에서는 (수평 시간축 방향에서 4/3 압축되는) NTSC 신호가 재생될때 재생된 화상의 종횡비가 4:3 으로 유지된다. 즉 풀모드에서는 신호가 압축되지 않으므로 2fsc 잡음 성분이 바뀌지 않는다. 그러나 정규 모드에서는 신호가 4/3 의 압축비로 압축되므로 노이즈 성분이 도 2 의 B 점에서 8/3fsc로 이동된다.

이어지는 단의 속도 변환 회로(4)에서 영상 신호의 대역은 샘플링 속도가 8fsc 에서 4fsc 로 변환되기 때문에 도 1 의 C 점에서 도 2 에 도시한 것처럼 좁아진다. 도 2 에 도시한 것처럼 C 점에서는 풀모드에서 겹침이 없다. 반면 도 2 의 C 점에서 정규모드에서는 겹칩이 있다. 이렇게 겹쳐지는 것은 8/3fsc 의 노이즈 성분과 함께 4/3fsc 의 노이즈 성분이 생성되게 한다. 여기서 유효 영상 신호대는 4.5MHz 이고 4/3fsc(=4.77MHz)의 노이즈 성분은 4.5MHz 대에 매우 가깝다.

다음으로 라인 2 배속 변환 회로(5)는 4fsc 속도 신호를 8fsc 속도 신호로 변환한다. 그러므로 풀모드에서 도 1 의 D 점에서는 C 점의 2fsc 노이즈 성분이 도 2 에서 처럼 4fsc 로 이동한다. 반면 정규 모드에서는 C 점의 4/3fsc 와 8/3fsc 노이즈 성분이 도 3 에서 처럼 각각 8/3fsc 와 16/3fsc 로 이동한다. 그러므로 유효 영상 신호대는 라인 2 배속 변환에 의해 9MHz 로 2 배가 되다.

여기서, D 점에서 풀모드에서는 4fsc 의 노이즈 성분은 14.32Mz 이고 정규 모드에서 16/3fsc 의 노이즈 성분은 19.1MHz 이다. 이 노이즈 성분들은 9MHz 의 유효 영상 신호 대와 비교하면 충분히 높은 주파수이다.

4/3fsc 와 16/3fsc 의 노이즈 성분들은 라인 2 배속 변환회로(3)의 후미단에 제공되며 디지털 연산을 수행하는 고주파수 노이즈 제거 LPF(low-pass filter)나 디지털 연산을 수행하는 겹칩제거 LPF 에 의해 쉽게 제거되거나 감소한다.

이와 대조적으로, D 점에서는 8/3fsc 의 노이즈 성분은 정규모드에서 9.5MHz 정도로 낮고, 이 노이즈 주파수는 유효 영상 신호 대 9MHz 의 근방에 있다. 그러므로 LPF 를 사용하여 8/3fsc 의 노이즈 성분을 제거하는 것이 (정규 모드에서) 불가능하다. 결국 남겨진 8/3fsc 의 노이즈 성분은 CRT 에 수직 라인 노이즈를 일으켜 화질을 떨어뜨린다.

여기에서 라인 2 배속 변환 회로(5)의 후미단에 8/3fsc 트랩 회로를 연결하여 8/3fsc 노이즈 성분(9.5MHz)을 강제로 제거하는 것이 고려될 수도 있다. 그러나 이 방법도 유효 영상 신호대(=9MHz)의 신호 성분도 함께 감쇄되므로 적절하지 못하다. 라인 2 배속 변환회로(5)의 후미단에 컷오프(cut-off) 주파수가 낮은 LPF 를 사용하는 것도 고려할 수 있다.

그러나 CRT 에 수직 노이즈를 일으키는 노이즈 성분은 수평 시간축 방향 압축단에서의 압축비에 의존한다는 것이 발견되어서 8/3fsc 같은 고정된 감쇄 주파수의 트랩 회로와 상기 고정된 컷오프 주파수의 LPF 는 4/3만이 아닌 복수의 압축비가 제공되는 영상 신호처리장치에 대한 요구를 만족시키지 못한다.

이 경우에는 감쇄대를 교환하여 복수의 주파수 성분을 감쇄할 수 있는 트랩 회로를 제공하는 것도 고려될 수 있다. 그러나 이것은 복잡한 회로 구조를 야기할 것이다. 그외에도 그러한 트랩 회로에 의한 주파수 감쇄는 화질을 너무 많이 떨어뜨릴 것이다.

이 연구로 하기의 결론을 내리게 되었다. 2fsc 의 남은 기본적 노이즈 성분만을 제거하기 위해 2fsc 트렙 회로는 수평 시간축 방향 압축 회로의 앞단에 연결된다.

이제 본 발명에 따른 영상 신호 처리장치의 실시예를 도 3 및 도 4 를 참고하여 기술하겠다.

입력된 아날로그 신호(NTSC 신호)는 A/D 변환기(10)의 입력이고 입력된 후 8fsc 의 샘플링 속도에서 디지털 신호로 변환된다. 디지털 화상 처리회로(20)는 변환된 디지털 신호에 3 차원 Y/C 분리나 휘도 노이즈 감소등의 여러가지 처리를 한다.

여기서 2fsc 의 노이즈 성분은 이미 설명한 이유 때문에 디지털 화상 처리회로(20)에 의해 영상 신호 출력위에 겹쳐진다. 2fsc 의 노이즈 성분은 본 발명에 따라 2fsc 신호를 제거하기 위한 2fsc 트랩 회로(70)에 의해 제거된다.

도 4 의 A' 점에서의 스펙트럼으로 알수 있듯이 2fsc 의 노이즈 성분은 2fsc 트랩 회로(70)에 의해 제거된다. 여기서 2fsc (=7.16MHz)의 주파수는 4.5MHz 의 유효 영상 신호대 보다 충분히 높다. 2fsc 트랩 회로(70)는 영상 신호에 어떠한 해로운 영향을 끼치지 않는다.

2fsc 트랩 회로(70)의 출력 신호는 선결된 압축비로 수평 방향에서 입력 신호를 압축처리하는 수평 시간축 방향 압축회로(70)에 공급된다. 입력 신호는 4:3인 종횡비를 유지하며 재생된 화상을 얻기위하여 4/3 의 압축비로 처리된다. 여기서 샘플링 속도는 디지털 화상 처리 회로(20)과 수평 시간축 방향 압축 회로(30) 모두에 대해 8fsc 이다.

그다음 속도 변환 회로(40)는 샘플링 속도를 8fsc 에서 4fsc 로 변환한다. 이 단에서 데이터 하나 건너씩 빼내 버리는 것이다. 속도 변환기 회로(40)의 출력은 신호를 2 배 밀도 신호로 변환하는 라인 2 배속 변환 회로에 공급된다. 더 상세히 설명하면, 라인 2 배속 변환 회로(50)는 4fsc 속도 신호를 8fsc 속도 2 배 밀도 신호로 변환하기 위해서 클록 신호보다 2 배 높은 속도로 수평 동기 주기당 2번 속도 변환회로의 메모리로 부터 데이터를 읽어들인다. 이 경우 2 배 밀도 신호는 1 라인에 대한 데이터 내용이 반복적으로 두번 배열한 것이다.

속도 변환 회로(40)와 라인 2 배속 변환 회로(50)는 2 배속 변환 회로(80)을 구성한다.

2 배 밀도 신호로 변환된 디지털 영상 신호는 그다음에 D/A 변환기(60)에 의해 아날로그 신호로 변환되어 도시하지 않은 CRT 에 출력된다.

본 발명에 따른 영상 신호 처리장치에서 2fsc 트랩 회로(70)은 수평 시간축 방향 압축 회로(30)의 앞단에 배치되었다. 도 4 에서 것처럼 2fsc 의 노이즈 성분은 도 3 의 A' 점에서 제거되었다. 그러므로 또한 도 4 에 도시된 것처럼 도 3 의 B' 점과 D' 점에서 아무런 노이즈 성분이 나타나지 않는다.

도 4 는 수평시간축 방향 압축회로(30)에 의해 4/3 압축이 수행되는 에를 도시한다. 이 경우만이 아니라도 그러한 수직라인 노이즈는 어떤 압축비에서 재생된 화상에서도 방지될 수 있다.

또한, 상기 실시예는 아날로그 신호가 8fsc 샘플링 속도에서 A/D 변환되는 경우를 개시하고 있지만 4fsc 샘플링 속도에서 샘플링되어도 같은 효과를 볼수 있다.

또한 상기 상기예에서 입력된 영상 신호가 NTSC 신호이기 때문에 색도 부반송파 신호 주파수는 3.56MHz 였지만, PAL 신호와 같은 입력된 영상 신호의 형에 따라 색도 부반송파 신호 주파수는 바뀔 수 있다.

본 발명에 따른 영상 신호 처리장치에서 디지털 와이드 신호가 수평 시간축 방향 압축과 2 배속 변환 처리되더라도 2fsc 노이즈 성분으로 인해 야기되어 재생된 화상에 디스플레이 되는 수직 라인 노이즈를 제거하여 화질을 개선할 수 있다. 이는 색도 부반송파 주파수(fsc)보다 2 배 높은 주파수 성분(2fsc)을 제거하기 위한 2fsc 트랩 회로를 수평 시간축 방향 압축 회로의 앞단에 배치하였기 때문이다.

본 발명의 목적은 디지털 영상 신호를 수평시간축 방향 압축 처리와 2 배속 변환 처리를 모두 한 경우에 있어서도 화질의 개선을 위해서 수직 라인 노이즈가 재생 화면에 생기지 않도록 할 수 있는 영상 신호 처리장치와 방법을 제공하는 것이다.

Claims (4)

1. 제1 종횡비로 디스플레이되고 제1 수평 주사 주파수를 갖는 제1 영상 신호를 상기 제1 종횡비보다 넓은 제2 종횡비로 디스플레이되고 상기 제1 수평 주사 주파수보다 빠른 제2 수평 주사 주파수를 갖는 제2 영상 신호로 변환할 때에 디지털 영상 신호 처리 시스템에서 발생된 노이즈를 감소시키기 위한 장치에 있어서, 색도 부반송파 주파수를 가진 입력 디지털 영상 신호로부터 주파수 성분을 제거하는 제거 수단으로서, 상기 주파수 성분은 입력 디지털 영상 신호의 상기 색도 부반송파 주파수의 2 배인, 제거 수단 및, 수평 시간축 방향에서, 상기 주파수 성분이 제거되는 상기 디지털 영상 신호를 압축하는 압축 수단 및, 상기 압축된 영상 신호의 수평 주사 주파수를 2 배로 변환하는 변환 수단을 포함하는, 디지털 영상 신호 처리 시스템에서 발생된 노이즈를 감소시키기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제거 수단은 상기 입력 디지털 영상 신호의 색도 부반송파 주파수의 2 배인 주파수를 가진 주파수 성분들을 감쇄시키는 트랩(trap)을 포함하는, 디지털 영상 신호 처리 시스템에서 발생된 노이즈를 감소시키기 위한 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 변환수단은 상기 압축된 영상 신호의 샘플링 속도를 반으로 감소시키는 속도 변환기 및, 상기 샘플링 속도가 감소되는 상기 영상 신호를 상기 제1 영상 신호의 수평 주사 주파수의 2배의 수평 주사 주파수를 가지는 2 배 밀도 신호로 변환하는 라인 2 배속 변환기를 포함하는, 디지털 영상 신호 처리 시스템에서 발생된 노이즈를 감소시키기 위한 장치.
4. 제1 종횡비로 디스플레이되고 제1 수평 주사 주파수를 갖는 제1 영상 신호를 상기 제1 종횡비보다 넓은 제2 종횡비로 디스플레이되고 상기 제1 수평 주사 주파수보다 빠른 제2 수평 주사 주파수를 갖는 제2 영상 신호로 변환할 때에 디지털 영상 신호 처리 시스템에서 발생된 노이즈를 감소시키기 위한 방법에 있어서, 색도 부반송파 주파수를 가진 입력 디지털 영상 신호로부터 주파수 성분을 제거하는 단계로서, 상기 주파수 성분은 입력 디지털 영상 신호의 상기 색도 부반송파 주파수의 2 배인, 제거 단계 및, 수평 시간축 방향에서, 상기 주파수 성분이 제거되는 상기 디지털 영상 신호를 압축하는 단계 및, 상기 압축된 영상 신호의 수평 주사 주파수를 2 배로 변환하는 단계를 포함하는, 디지털 영상 신호 처리 시스템에서 발생된 노이즈를 감소시키기 위한 방법.