KR100320482B1 - 화질 개선 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불완전한 Y/C 분리로 인한 혼신(crosstalk) 현상을 억제함과 동시에 영상의 에지를 강조함으로써 보다 향상된 화질을 제공하는 장치를 제공하기 위한 것으로서, 입력되는 영상신호를 휘도신호와 색차신호로 분리하는 복호부와, 상기 복호부에서 출력된 신호 중 색차신호의 크기를 검출하는 색 크기 검출부와, 상기 색 크기 검출부에서 검출된 색차신호의 크기가 기준값 이하이면 해당 색차 신호를 제거하는 색 제거부와, 상기 복호부에서 출력된 신호 중 휘도신호에 잔류하는 색신호 성분과 잡음을 제거하는 잡음제거 및 선명화 처리부로 구성되며, 혼선(crosstalk)현상을 억제함과 동시에 영상의 에지를 강조하는 효과가 있다.

Description

화질 개선 장치{apparatus for improve of image quality}

본 발명은 디지털 방송에 관한 것으로, 특히 티브이에서 화질을 보정하는 장치에 관한 것이다.

최근 들어 영상 정보에 대한 사용자들의 새로운 욕구가 고조됨에 따라 디지털 방식의 매체가 관심의 대상이 되고 있다.

디지털 방식의 데이터 처리는 기존의 아날로그 방식에 비해 화질, 신뢰성 및 데이터 처리의 용이성에서 우수한 성능을 얻을 수 있으므로 이에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.

이러한 디지털 방식은 HDTV(High Definition Television), VCD(Video Compact Disk), VOD(Video On Demand) 등에 적용되고 있으며 그 응용범위는 더욱 확대될 전망이다.

현재 MPEG-2 방식 등과 같은 부호화 방식에 의해 디지털 압축 부호화된 영상을 전송하는 디지털 방송이 시작되었고, 점차 대부분의 방송은 디지털 방식으로 바뀔 것이다.

그러나 현재 대부분의 영상 내용(contents)은 NTSC등과 같은 기존 티브이 규격을 따르고 있고 이와 같은 상황은 당분간 계속될 것이다.

따라서 현재 개발되고 있는 고가의 HDTV(High Definition TeleVision)은 기존의 티브이 신호 역시 수용해야 할 뿐만 아니라 기존 아날로그 티브이보다 고화질의 영상을 제공해야 한다.

이러한 측면에서 현행 아날로그 티브이 신호에 대한 불완전한 처리로 인한 잡음을 제거하고 동시에 보다 선명한(sharp) 영상을 제공하는 방식이 필요하다.

도 1 은 종래 기술에 따른 NTSC 티브이 수상기에서의 신호처리를 나타낸 블록도이다.

도 1을 보면 입력 복합신호 CV(t)는 수학식 1과 같이 표현된다.

즉, 입력 복합신호 CV(t)는 기본 밴드(base band) 신호인 휘도신호 Y(t)에 색신호 C(t)를 더하여 얻어진다.

이때 상기 색신호 C(t)는 색차신호 I(t)와 Q(t)를 컬러 부반송파(color subcarrier) 주파수(??3.58 MHz)로 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) 변조하여 얻는다.

이와 같이 복합신호(composite video signal) CV(t)는 Y/C 분리부(10)에서 휘도와 색신호로 분리되고, 상기 색신호는 다시 수학식 2와 같이 처리를 하는 색복조부(20)에 의해서 기본 밴드(base band)신호인 색차신호 I(t)와 Q(t)를 얻게 된다.

상기 수학식 2에서 LPF[]는 저역통과필터를 의미한다.

이와 같은 처리에 의해서 얻어진 기본 밴드(base band) 신호인 Y(t), I(t), Q(t)는 매트릭스(matrix) 회로에 의해서 RGB 신호로 변환된다.

그런데 만일 Y/C 분리가 불완전한 경우 화질열화가 나타날 수 있다.

실 예로서 도 2에 나타난 바와 같이 라인 콤 필터(line comb filter)를 이용하여 Y/C 분리를 수행하면 수직 방향으로 변화가 있는 영역에서 색신호 성분이 휘도신호에 잔류하므로 행잉 도트(hanging dot)와 같은 교차 휘도(cross-luminance) 현상이 발생하고 대각방향으로 빠른 변화를 갖는 영역에서는 휘도성분이 색신호에 잔류하므로 무지개 무늬가 발생하는 교차 컬러(cross-color)현상이 발생한다.

기존 잡음 제거 방식을 보면 잡음이 영상 신호에 비하여 고주파 성분이라는 점을 고려하여 영상신호를 저역통과필터(Low Pass Filter : LPF)로 처리하는 방식이 사용되었다.

그리고 기존 영상 선명화 방식으로 미분 필터와 같은 고역통과필터(High Pass Filter : HPF)를 이용하여 영상의 고주파 영역인 에지(edge)를 강조하는 방식이 사용되었다.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 화질 개선 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 저역통과필터(Low Pass Filter : LPF)로 처리하는 방식은 영상 신호 자체에 있는 세부적인(detail) 성분까지 제거되므로 화질의 저하를 초래하는 문제가 있다.

둘째, 고역통과필터(High Pass Filter : HPF)로 처리하는 방식은 잡음도 영상신호와 함께 강조되어 영상에 잡음이 함께 공존하여 깨끗한 영상을 제공하지 못하는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 불완전한 Y/C 분리로 인한 혼신(crosstalk) 현상을 억제함과 동시에 영상의 에지를 강조함으로써 보다 향상된 화질을 제공하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 종래 기술에 따른 NTSC 티브이 수상기에서의 신호처리를 나타낸 블록도

도 2 는 종래 기술에 따른 불완전한 Y/C 분리로 인해 발생하는 화질열화를 나타낸 실시예

도 3 은 본 발명에 따른 화질개선 장치의 구성도

도 4 는 본 발명에 따른 잡음제거 및 선명화 처리부(3_4)의 세부 구성을 보여주는 블록도

도 5 는 도 4에서 제시한 잡음제거 및 선명화 처리부의 신호처리 실시예

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : Y/C 분리부 20 : 색 복조부

50 : 복호부 60 : 잡음제거 및 선명화 처리부

70 : 색 제거부 80 : 색 크기 검출부

100 : 잡음제거 및 선명화처리부 110 : 저역통과 필터

120 : 감산부 130 : 진폭 조절부

200 : 제 1 제어신호 발생부 210 : 임계치 비교부

220 : 중앙 필터부 300 : 제 2 제어신호 발생부

310 : 대역 통과 필터 320 : 도트 패턴 검출부

400 : 선택 결합부 500 : 제어신호 발생부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화질 개선 장치의 특징은 영상에 포함된 잡음과 불완전한 Y/C 분리로 인한 혼신(crosstalk) 현상을 억제함과 동시에 영상의 에지를 강조하는 장치를 제시한다. 이를 위하여 에지 영역과 혼신(crosstalk)이 발생하는 영역을 검출하여 선별적으로 향상(enhancement)과 잡음 제거 처리를 수행하는데 있다.

본 발명에 따른 다른 특징은 휘도와 색신호의 간섭현상은 색신호의 크기 정보를 이용하여 색신호의 크기가 지나치게 작은 경우는 색차신호 성분을 제거함으로써 교차 컬러(cross-color) 현상을 억제하고 색신호의 크기가 큰 경우에는 교차 휘도(cross-luminance)현상을 억제한다.

본 발명에 따른 또 다른 특징은 에지(edge) 영역을 검출하여 이 영역에 대해서는 향상(enhancement) 처리를 수행하는데 있다.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 화질 개선 장치의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명에 따른 화질개선 장치의 구성도를 보여주고 있다.

도 3을 보면 입력되는 영상신호를 휘도신호와 색차신호로 분리하는 복호부(50)와, 상기 복호부(50)에서 출력된 신호 중 색차신호의 크기를 검출하는 색 크기 검출부(80)와, 상기 색 크기 검출부(80)에서 검출된 색차신호의 크기가 기준값 이하이면 해당 색차 신호를 제거하는 색 제거부(70)와, 상기 복호부(50)에서 출력된 신호 중 휘도신호에 잔류하는 색신호 성분과 잡음을 제거하는 잡음제거 및 선명화 처리부(60)로 구성된다.

이와 같이 구성된 화질개선 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선 입력 복합신호(CV)는 도 1에 나타난 복호부(50)에 의하여 휘도신호(Y)와 색차신호(I, Q)를 각각 출력한다.

한편 색 크기(color energy) 검출부(80)에서는 색차신호의 크기(energy)를 검출하여, 만일 색차신호의 크기가 지나치게 작은 경우는 입력되는 신호가 색신호에 잔류된 휘도신호에 의해 나타나는 색신호일 가능성이 높으므로 색 제거부(70)에서 색차신호 성분을 통과시키지 않는다.

이와 같은 처리에 의하여 실제로 색신호가 없는 경우에도 무지개 무늬가 나타나는 교차 컬러 현상을 억제할 수 있다.

또한 상기 잡음제거 및 선명화 처리부(60)는 색신호 성분이 휘도신호에 잔류함으로써 발생하는 교차 휘도(cross-luminance) 현상을 억제하고 잡음 제거를 수행하며 동시에 휘도신호의 선명도를 증가시킨다.

도 4 는 본 발명에 따른 잡음제거 및 선명화 처리부의 세부 구성을 보여주는 블록도이다.

도 4를 보면 입력되는 휘도신호 Y로 저역통과필터(LPF)(110)에 의해 변형되는 제 1 신호(L)와 잡음과 에지(edge) 정보만을 가지는 제 2 신호(H)를 출력하는 저역통과필터부(100)와, 상기 제 2 신호의 절대값과 임의의 임계값을 비교하는 제 1 제어신호 발생부(200)와, 상기 휘도신호 Y와 상기 색 크기 검출부(80)의 출력 신호를 이용하여 교차 휘도의 발생 유무를 검출하는 제 2 제어신호 발생부(300)와, 상기 제 1 제어신호 발생부(200)와 제 2 제어신호 발생부(300)의 출력신호에 의해 상기 제 1 신호(L)와 제 2 신호(H)를 결합한 신호나 상기 제 1 신호(L) 중 어느 하나를 출력하는 선택 결합부(400)로 구성된다.

이때 상기 저역통과필터(LPF)부(100)는 저역통과필터(110)에 의해 필터된 신호와 필터되지 않은 신호를 감산하는 감산부(120)와, 상기 감산부(120)의 출력신호를 임의의 제어 신호에 따라 진폭을 조절하는 진폭조절부(130)로 구성된다.

그리고 상기 제 1 제어신호 발생부(200)는 일정 기준값을 가지는 임계치 비교부(210)와, 상기 임계치 비교부(210)의 비교 결과에 따라 해당 제어신호를 출력하는 중앙 필터부(220)로 구성된다.

그리고 상기 제 2 제어신호 발생부(300)는 입력되는 휘도신호의 컬러 부반송파(color subcarrier)의 주파수 성분을 추출하는 대역통과필터(BPF)부(310)와, 규칙적으로 반복되는 도트 패턴을 검출하는 도트 패턴 검출부(320)로 구성된다.

이와 같이 구성된 잡음제거 및 선명화 처리부(60)의 동작을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 복호부(50)에서 출력된 신호 Y는 저역통과 필터(LPF)(110)에 의하여 신호 L로 변형되고, 감산부(120)에서 입력신호 Y와 상기 신호 L과의 차신호 H를 출력한다.

결국 신호 L은 고주파 성분인 잡음이 제거된 신호이고, 신호 H는 잡음과 에지(edge) 정보만을 가지는 신호이다.

이 고주파 신호 H는 진폭 조절부(130)에 의해서 제어신호에 따라 진폭이 조절되는데, 보다 선명도를 증가시키고자 할 경우는 진폭을 증가시키면 된다.

상기 진폭 조절부(130)에서 출력된 신호는 에지정보와 잡음을 동시에 포함하고 있다.

또한 에지 영역에는 교차휘도현상에 의한 도트패턴이 포함될 수 있다.

따라서 잡음이나 도트패턴이 있는 영상영역의 선명도를 증가시키면 오히려 열화돤 영상이 얻어진다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 잡음의 크기와 교차휘도 현상에 의한 도트패턴을 검출하고 이 정보를 이용하여 에지만을 강조함으로서 영상의 선명도를 증가시킨다.

상기 잡음의 크기와 도트패턴을 검출하여 에지정보만을 선택적으로 강조하는 동작을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다

먼저, 복호부(50)에서 출력된 신호 Y는 컬러 부반송파(color subcarrier) 주파수 성분을 추출하는 대역통과필터(BPF)(310)에 의하여 3.58 MHz 부근의 신호성분이 추출된다.

그리고 상기 대역통과필터(BPF)(310)에서 출력되는 신호는 도트 패턴 검출기(320)에서 규칙적으로 반복되는 도트 패턴을 검출하게 된다.

이때, 색 크기 검출부(80)의 출력 신호인 색신호의 크기(energy)인 E(컬러)신호가 크고, 또한 도트 패턴 검출기(320)에서 도트 패턴이 검출되는 경우는 교차 휘도가 발생할 가능성이 매우 높은 경우이므로 제어신호 C2를 '하이(high)'로 하고 이외의 경우는 '로우(low)'로 한다.

도트 패턴 검출 방식은 간단히 대역통과필터(BPF)(310)에서 출력되는 컬러 부반송파(color subcarrier)의 주파수 한 주기에 속한 신호 성분들의 평균과 절대값의 평균을 구한다.

그리고 상기 구해진 절대값의 평균이 단순 평균값보다 매우 큰 경우 즉, 절대값의 평균을 단순 평균값으로 나눈 값이 매우 큰 경우는 컬러 부반송파(color subcarrier)로 변조된 신호성분이 남아 있음으로 교차 휘도가 발생할 가능성이 매우 높음을 의미한다.

한편 임계치 비교부(210)에서는 고주파 성분인 신호 H의 절대값과임계치(noise)를 비교하여 임계치보다 큰 경우 '하이(high)'값을, 적을 경우 '로우(low)'값을 출력한다.

보통 백색 잡음(white noise)은 신호에 비하여 크기가 작고 서로간에 상관성을 갖지 않는다.

따라서 신호 H의 절대값이 일정 임계치보다 작으면 이 신호성분은 잡음으로 판단하고, 신호 H의 절대값이 상기 일정 임계치보다 크면 에지와 같은 신호로 판단한다.

그러나 임펄스(impulse)성 잡음은 진폭이 커서 신호로 판단될 수 있다.

이를 해결하기 위해 일반적으로 임펄스성 잡음이 연속적으로 발생하지 않는 것을 이용하여 임계치 비교부(210)의 출력을 중앙(median) 필터부(220)를 통해 처리한다.

즉, 중앙 필터부(220)의 출력신호인 제어신호 C1은 에지 위치에서 '하이(high)'값을 갖고, 화이트 잡음과 임펄스 잡음이 있는 위치에서는 '로우(low)'값을 갖게 된다.

그리고 제어신호 발생부(500)에서는 제어신호 C1과 C2의 결과로부터 C1이 '하이(high)'이고 C2가 '로우(low)'인 경우는 '하이(high)'값을 출력하여 선택 결합부(400)에서 LPF(110)의 출력신호 L과 진폭 조절기(130)의 출력을 더한 값을 출력하고, 이외의 경우는 LPF(110)의 출력신호 L을 출력한다.

도 5 는 도 4에서 제시한 잡음제거 및 선명화 처리부의 신호처리 실시예를 나타내고 있다.

입력신호 Y 는 에지(edge)와 임펄스성 잡음이 있고 전체적으로 백색 잡음이 있는 신호로서, 입력신호 Y를 잡음제거 및 선명화처리부(100)에서 처리하면 백색 잡음이 제거되고 에지 영역의 기울기가 늘어나며 임펄스 잡음의 진폭이 감소된 신호 L을 얻게 된다.

그리고 감산기(120)의 출력신호는 입력신호 Y에서 저역통과필터(110)로 처리된 신호 L을 뺀 값으로 H 신호이다.

한편 H 신호를 절대값 처리 후 일정 임계치와 비교하는 임계치 비교부(210)의 출력을 다시 중앙 필터부(220)에서 처리하여 얻어진 제어신호 C1은 에지영역에 대해서만 '하이(high)'값을 갖고 이외의 영역에 대해서는 '로우(low)'값을 갖는다.

만일 도트 패턴 검출부(320)의 출력 제어신호 C2가 항상 '로우(low)'값을 갖는다면 제어신호 발생부(500)의 제어신호 C_out은 C1과 일치하게 된다.

따라서 이 경우 선택 결합부(400)의 최종출력 O는 C_out이 '하이(high)'인 에지 영역에 대해서는 LPF(110)의 출력신호 L과 진폭 조절기(130)의 출력을 더한 값을 출력함으로써 에지를 강조하고, 이외의 영역에 대해서는 LPF(110)의 출력신호 L을 출력함으로써 잡음이 억제된다.

그리고 본 발명은 에지 영역에서는 잡음제거를 수행하지 않지만 인간의 시각의 에지 영역에서의 잡음에 둔감하므로(masking effect) 이 영역에서는 잡음은 눈에 띄지 않는다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 화질 개선 장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 영상에 포함된 잡음과 불완전한 Y/C 분리로 인한 혼선(crosstalk)현상을 억제함과 동시에 영상의 에지를 강조하는 효과가 있다.

둘째, 에지 영역과 혼선(crosstalk)이 발생하는 영역을 검출하여 얻어진 제어신호를 사용하여 선별적으로 향상(enhancement)과 잡음 제거 처리를 수행함으로써 임펄스성 잡음을 억제하는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (2)

1. 입력되는 영상신호를 휘도신호와 색차신호로 분리하는 복호부와,

   상기 복호부에서 출력된 신호 중 색차신호의 크기를 검출하는 색 크기 검출부와,

   상기 색 크기 검출부에서 검출된 색차신호의 크기가 기준값 이하이면 해당 색차신호를 제거하는 색 제거부와,

   상기 복호부에서 출력된 신호 중 휘도신호에 잔류하는 색신호 성분과 잡음을 제거하는 잡음제거 및 선명화 처리부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 잡음제거 및 선명화 처리부는

   입력되는 휘도신호로 저역통과필터(LPF)에 의해 변형되는 제 1 신호와 잡음과 에지(edge) 정보만을 가지는 제 2 신호를 출력하는 저역통과필터부와,

   상기 제 2 신호의 절대값과 임의의 임계값을 비교하는 제 1 제어신호 발생부와,

   상기 휘도신호와 상기 색 크기 검출부의 출력 신호를 이용하여 교차 휘도의 발생 유무를 검출하는 제 2 제어신호 발생부와,

   상기 제 1 제어신호 발생부와 제 2 제어신호 발생부의 출력신호에 의해 상기 제 1 신호와 제 2 신호를 결합한 신호나 상기 제 1 신호 중 어느 하나를 출력하는선택 결합부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.