KR100382650B1 - 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를이용한 움직임 검출 방법 및 장치와 이를 이용한 데이터보간 방법 및 장치 - Google Patents

비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를이용한 움직임 검출 방법 및 장치와 이를 이용한 데이터보간 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디지털 비디오신호 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 비월 주사 방식의 비디오신호를 순차 주사 방식의 비디오신호를 순차 주사 방식의 비디오신호로 변환 시에 시간축 영상 정보를 효과적으로 이용하기 위하여 이전 프레임에서의 비디오 프레임 차 데이터와 현재 프레임에서의 비디오 프레임 차 데이터로부터 선형 혹은 비선형 스케일 움직임 검출 정보를 추출하는 방법 및 장치와 이를 이용하여 비월-순차 변환시에 필요한 보간 데이터를 생성시키는 데이터 보간 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 종래의 기술에 비하여 정확한 움직임 검출 정보 및 보간 데이터를 생성시킬 수 있으므로 비디오 규격 변환시에 화질의 열화를 방지할 수 있는 효과가 발생되며, 특히 수직 및 수평 방향으로 고주파 성분이 존재하는 영역에서도 종래의 기술에 비하여 보다 정확하게 움직임 검출 정보를 연산할 수 있으며, 노이즈가 많은 부분에서도 정확한 움직임 검출 정보를 연산할 수 있는 효과가 발생된다.

Description

비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법 및 장치와 이를 이용한 데이터 보간 방법 및 장치{Method and apparatus for detecting motion using scaled motion information in video signal processing system and data interpolating method and apparatus therefor}
본 발명은 디지털 비디오신호 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 비월 주사 방식의 비디오신호를 순차 주사 방식의 비디오신호를 순차 주사 방식의 비디오신호로 변환 시에 시간축 영상 정보를 효과적으로 이용하기 위하여 이전 프레임에서의 비디오 프레임 차 데이터와 현재 프레임에서의 비디오 프레임 차 데이터로부터 선형 혹은 비선형 스케일 움직임 검출 정보를 추출하는 방법 및 장치와 이를 이용하여 비월-순차 변환시에 필요한 보간 데이터를 생성시키는 데이터 보간 방법 및 장치에 관한 것이다.
디지털 TV(DTV) 시스템의 개발에 있어서 세계적으로 각기 다른 여러가지 디지털 TV의 비디오 규격이 선정됨에 따라서, 비디오 규격 변환 기능은 DTV의 필수 구성 요건이 되었다. 예를 들어 북아메리카의 ATSC DTV 표준 시스템은 그 표준 비디오 규격으로 1081×1920 비월주사 방식의 비디오, 720×1280 순차주사 방식의 비디오, 720×480 비월주사 및 순차주사 방식의 비디오 등을 표준 규격으로 선정하였다. 이에 따라서, 입력되는 여러가지 다른 비디오 규격의 비디오신호를 고정된 해상도를 갖는 모니터, FLCD, 또는 프라즈마 디스플레이와 같은 디스플레이 장치에 디스플레이시키기 위해서 그 디스플레이 장치에 맞는 비디오 규격으로 변환시키는 비디오 규격 변환이 필요하게 되었다.
좋은 비디오 규격 변환 시스템은 DTV 수상기의 비디오의 시각적 성능에 직접적으로 영향을 줄 수 있기 때문에 매우 중요하다. 기본적으로, 비디오 규격 변환 동작은 멀티-레이트(multi-rate) 시스템 설계, 다상(poly-phase) 필터 설계 및 비월-순차 주사 변환 또는 비월 비디오신호의 수직 주사 비율을 2배로 늘리는 단순 순차주사화(deinterlacing) 표현에 대한 향상된 알고리즘을 필요로 한다.
역사적으로, 순차주사화 알고리즘(deinterlacing algorithm)은 필드 사이의 움직임, 라인 플리커, 래스터(raster) 라인 가시도 및 필드 플리커가 있을 때 톱니꼴 라인과 같이 보여지는 비월 비디오신호의 본질적인 성가신 문제를 줄임으로써 NTSC TV 수상기의 비디오 품질을 향상시켰다. 그밖에도, 움직임 검출 또는 움직임 보상을 이용하는 정교한 순차주사화 알고리즘은 특별히 비디오신호에서 정지된 물체에 대하여 비월 비디오신호의 수직 주사 비율을 2배 증가시키는 훌륭한 방법을 제공한다.
순차주사화 알고리즘은 2차원(2-D) 순차주사화 알고리즘과 연속적인 비월 비디오 시이퀀스에 포함된 움직임 정보의 이용에 종속적인 3차원(3-D) 순차주사화 알고리즘으로 분류할 수 있다. 움직임 검출에 근거한 3차원 순차주사화 알고리즘은 2차원 순차주사화 알고리즘보다 만족한 성능을 제공하는 것으로 잘 알려져 있다. 3차원 순차주사화 알고리즘은 비월 비디오신호에서 정확하게 움직임을 검출하는 방법이 핵심이다. 순차주사화 방법은 다음과 같은 참고문헌에 기술되어져 있다.
[1] Simple line doubling scheme, vertical filtering, vertical edge controlled interpolation method disclosed in the IEEE Transactions on Consumers Electronics, pp. 279-289, August 1989 by D. I. Hentschei;
[2] Edge direction dependent deinterlacing method disclosed in the Proc. of the Int. Workshop on HDTV, 1994, by D. Bagni, R. Lancini, and S. Tubaro;
[3] Nonlinear interpolation methods based on:
- a weighted median filter disclosed in the Proc. of the IEEE ISCAS, pp.433-436, Portland, USA, May 1989, by J. Juhola, A. Nieminen, J. Sal, and Y. Neuvo,
- FIR median hybrid interpolation disclosed in Pro. Of SPIE's Visual Communications and Image Processing, Lansanne, Switzerland, October 1990, 00. 125-132 by A. Lehtonen and M. Renfors,
- a complementary median filter disclosed in Proc. of the Int. Workshop on HDTV, 1994 by H. Blume, I. Schwoerer, and K. Zygis,
[4] A motion adaptive method disclosed in IEEE Transactions onConsumer Electronics, pp. 110-114, May 1990 by C. Markhauser.
Recently, a new motion detection based deinterlacing method has been claimed in the following references:
[5] Interlaced to progressive conversion apparatus and method using motion and spatial correlation, Young-Taek Kim, U.S. Patent 5,943,099, Aug. 24, 1999.
[6] Motion picture detecting method, Yong-Hun Cho, U.S. Patent 5,959,681, Sep. 28, 1999.
위의 참고문헌 [5]-[6]에 기술된 방법의 요점은 프레임 차신호와 수직방향에서의 샘플 상관에 근거하여 움직임 판단 인자를 평가하는 것이다. 이들 방법들은 데이터 값이 보간되어 질 샘플링 위치의 수직 방향에서의 샘플 상관을 이용함으로써 그릇된 움직임 검출로부터 발생될 수 있는 시각적인 문제점을 줄이는 방법을 제공하고 있다. 그러나, 참고문헌 [5]-[6]에서 청구된 방법은 수직 방향으로 고주파수 성분이 존재할 때 정확히 움직임을 검출할 수 없는 결점이 있다. 다시 말해서, 참고문헌 [5]-[6]에 청구된 방법은 수직 방향으로 고주파 성분이 존재할 때 필드 사이에 실제 움직임이 없을 경우 수직 해상도를 증가시킬 수 없게 된다.
이와 같은 비디오신호 비월-순차 변환 시에, 정지화의 경우 시간 축 영상 정보의 활용은 우수한 보간 방법을 제공하는데, 이를 위해선 근본적으로 정지 영상인지의 여부를 판별하기 위한 움직임 검출이 필연적으로 동반되어야 하는데, 이 움직임 검출은 비월-순차 변환시 화질에 직접적인 큰 영향을 미치므로 보다 정확한 움직임 검출 방법의 연구가 필요하게 되었다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 의한 움직임 검출 장치는 프레임 메모리(101), 감산기(102), 절대값 연산부(103), 공간 저역통과필터1(Spatial Low Pass Filter1 : 104), 비교기(105) 및 공간 저역통과필터2(Spatial Low Pass Filter2 : 106)로 구성되어 있다.
프레임 메모리(101)는 프레임 단위로 비디오 데이터를 저장하므로, 프레임 단위로 비디오 데이터를 지연시켜 출력시키는 역할을 한다.
이로 인하여 감산기(102)에는 현재 프레임의 비디오 데이터(xn+1)와 2필드(1프레임) 이전의 비디오 데이터(xn-1)가 입력되어, 감산기(102)는 현재 프레임의 비디오 데이터(xn+1)에서 2필드(1프레임) 이전의 비디오 데이터(xn-1)를 감산하여 출력한다.
그러면, 절대값 연산부(103)에서 감산기(102) 출력값의 절대값을 구한 후에, 공간 저역통과필터1(104)에 의하여 노이즈 필터링을 실행한 후에 비교기(105)로 출력한다.
그러면, 비교기(105)에서는 공간 저역통과필터1(104)에서 출력되는 값을 임계값과 비교하여, 임계값보다 큰 경우에는 1을 출력하고, 그렇지 않은 경우에는 0(zero)을 출력한다. 비교기(105)에서 1이 출력되는 경우에는 1프레임 전에 비하여 움직임이 검출된 경우에 해당되며, 0이 출력되는 경우에는 움직임이 검출되지 않은 경우에 해당된다.
그리고 나서, 비교기(105)에 의하여 1차로 판단된 움직임 검출값은 공간 저역통과필터2(106)에 의하여 필터링되어 최종적인 움직임 검출값으로 출력된다.
이와 같은 종래의 기술에 의한 움직임 검출 방법에 의하면 이전 프레임과 현재 프레임의 필드 데이터 차를 연산하여 움직임이 발생되었는지 아닌지를 1 또는 0의 값으로 단순하게 결정함으로써 움직임의 발생 정도를 세부적으로 알 수 없으므로 정확하게 움직임 검출 정보를 생성시킬 수 없는 문제점이 있었다. 이로 인하여 움직임 검출 정보를 이용한 데이터 보간시에도 보간 노이즈가 발생되어 화질이 열화되는 문제점이 있었다.
본 발명이 이루고자 하는 제1,2기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 한 프레임 전후의 필드 비디오 데이터 차를 연산하고, 이들 연산 값을 세분화된 스케일 움직임 정보로 변환시켜 움직임 검출 정보를 생성시키기 위한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 제3,4기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 1프레임 전후의 필드 비디오 데이터 차를 연산하고, 이들 연산 값을 세분화된 스케일 움직임 정보로 변환시켜 움직임 검출 정보를 생성시킨 후에, 이들 움직임 검출 정보를 이용하여 비월-순차 변환시에 데이터 보간을 실행하는 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 기술에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 장치의 구성도이다.
도 2는 비월 주사 방식에서의 필드와 라인의 관계를 도시한 것이다.
도 3은 비월 주사 방식에서의 보간 위치와 라인의 관계를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 의한 움직임 검출 방법의 시간 및 공간 축에서의 데이터 위치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시 예에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시 예에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치의 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제1실시 예에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터보간 장치의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시 예에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 장치의 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시 예에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 장치의 구성도이다.
도 11은 본 발명에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법 및 이를 이용한 데이터 보간 방법의 흐름도이다.
상기 제1기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법은 비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 방법에 있어서, (a) 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차의 절대값을 연산하고, 상기 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 단계 및 (b) 상기 스케일 움직임 정보와 1필드 이전의 인접된 영역에서의 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 움직임 검출 데이터를 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제2기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치는 비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 장치에 있어서, 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차를 연산하고, 연산된 차 값의 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 스케일 움직임 검출부, 상기 스케일 움직임 정보를 소정의 시간동안 지연시켜 출력시키기 위한 지연부, 상기 스케일 움직임 검출부에서 출력되는 스케일 움직임 정보와 상기 지연부에서 출력되는 지연된 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 움직임 검출 데이터를 생성시키기 위한 연산부 및 상기 연산부에서 출력되는 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행하여 최종적인 움직임 검출 데이터를 생성시키는 공간 저역통과필터를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제3기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 방법은 비디오신호 처리 시스템에서의 보간 방법에 있어서, (a) 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차의 절대값을 연산하고, 상기 절대값을 소정의 선형 혹은 비선형 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 단계, (b) 상기 스케일 움직임 정보와 1필드 이전의 인접된 영역에서의 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 제1움직임 검출 데이터를 생성시키는 단계, (c) 상기 제1움직임 검출 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행하여 최종적인 움직임 검출 데이터를 생성시키는 단계 및 (d) 상기 최종적인 움직임 검출 데이터와 소정의 보간 알고리즘에 의하여 구한 공간적 보간값 및 시간적 보간값을 소정의 상관 연산식에 의하여 연산하여 보간 데이터를 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.
상기 제4기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 장치는 비디오신호 처리 시스템에서의 보간 장치에 있어서, 비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 장치에 있어서, 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차를 연산하고, 연산된 차 값의 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 스케일 움직임 검출부, 상기 스케일 움직임 정보를 소정의 시간동안 지연시켜 출력시키기 위한 지연부, 상기 스케일 움직임 검출부에서 출력되는 스케일 움직임 정보와 상기 지연부에서 출력되는 지연된 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 움직임 검출 데이터를 생성시키기 위한 연산부, 상기 연산부에서 출력되는 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행하여 최종적인 움직임 검출 데이터를 생성시키는 공간 저역통과필터, 상기 입력되는 비디오 데이터 대비 1필드 이전의 비디오 데이터를 입력하여, 소정의 공간적 보간 알고리즘에 의하여 공간적 보간 데이터를 연산하는 공간 보간부, 상기 입력되는 비디오 데이터 및 상기 지연부에서 출력되는 지연된 비디오 데이터를 입력하여, 소정의 시간적 보간 알고리즘에 의하여 시간적 보간 데이터를 연산하는 시간 보간부 및 상기 최종적인 움직임 검출 데이터와 상기 공간적 보간 데이터 및 시간적 보간 데이터를 입력하여, 소정의 상관 연산식에 의하여 연산하여 보간 데이터를 생성시키는 혼합부를 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명하기 위하여 시간 t=n에서 현재 입력되는 비월 주사 비디오 필드 데이터를 xn이라 하고, 수직 위치를 v, 수평 위치를 h로 표현할 때 좌표 (v,h)의 위치에 있는 점의 비디오 데이터를 xn(v,h)로 표현한다. 비월 주사의 정의에 따라서 톱(top) 필드에서 xn은 짝수 라인(v=0,2,4,...)에만 존재하고, 보텀(bottom) 필드에서 xn은 홀수 라인(v=1,3,5,...)에만 존재한다. 다시 말해서, 톱 필드라면 홀수 라인에는 데이터가 존재하지 않고 짝수 라인에만 데이터가 존재하며, 보텀 필드라면 짝수 라인에는 데이터가 존재하지 않고 홀수 라인에만 데이터가 존재한다.
도 2는 이를 설명한 것으로서, 톱 필드와 보텀 필드는 시간축으로 교대로 바꾸어지며, 이 때 시간 t=m에서의 필드가 톱 필드이고 t=m+1에서의 필드가 보텀 필드라고 가정하자.
이러한 비월 주사 방식의 비디오 데이터를 순차 주사 방식 비디오 데이터로 변환시키기 위해서는 톱 필드에서는 데이터가 없는 홀수 라인을 보간하여야 하며, 보텀 필드에서는 데이터가 없는 짝수 라인을 보간에 의하여 생성시켜야 한다.
이와 같이 필드 별로 데이터가 존재하지 않는 라인을 보간에 의하여 생성시키기 위해서는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 시간 t=n에서 보간에 의하여 생성할 데이터 xn(i,h)는 만일 t=n-1, t=n, t=n+1 동안 보간하고자 하는 공간적 위치(i,h)에 물체가 정지하고 있다고 가정하면, 시간 t=n-1에서의 xn-1(i-1,h) 데이터와 시간 t=n+1에서의 xn+1(i-1,h)를 이용하여 효과적으로 보간할 수 있는데, 이의 선행조건으로 정지인지 움직임이 있는지의 여부를 판별하기 위한 움직임 검출 정보가 필요하게 된다.
그러면, 세부적으로 본 발명에 의하여 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 정보를 생성시키는 방법 및 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 의한 비월 주사 비디오 시퀀스에서의 스케일 움직임 정보를 이용하여 움직임을 검출하는 알고리즘을 실행시키기 위한 장치로서, 프레임 메모리(50A), 감산기(503), 절대값 연산부(504), 공간 저역통과필터1(공간 LPF1 : 505), 비교기(506), 지연부(50B), 최소값 연산부(509), 가산기(510) 및 공간 저역통과필터2(공간 LPF2 : 511)를 구비한다.
여기에서, 프레임 메모리(50A)는 필드 메모리1(501) 및 필드 메모리2(502)로 구성되며, 지연부(50B)는 필드 메모리3(507) 및 라인 메모리(508)로 구성된다.
그리고, 프레임 메모리(50A), 감산기(503), 절대값 연산부(504), 공간 저역통과필터1(공간 LPF1 : 505) 및 비교기(506)로 구성된 회로를 스케일 움직임 검출부라 칭하고, 최소값 연산부(509)와 가산기(510)로 구성된 회로를 연산부라 칭하기로 한다.
그러면, 도 11의 흐름도의 순서에 따라 도 5의 구성도를 중심으로 본 발명에 의한 움직임 검출 알고리즘을 설명하기로 한다.
제1단계(S1)에서는, 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차의 절대값(Dn)을 연산한다.
세부적으로, 입력되는 비디오 데이터에 비하여 1프레임 이전의 비디오 데이터를 얻기 위하여 2개의 필드 메모리1,2(501,502)로 구성된 프레임 메모리(50A)를 이용한다.
이에 따라서, 입력되는 비디오 필드 데이터가 xn+1인 경우에 필드 메모리1(501)에서 출력되는 비디오 필드 데이터는 xn+1에 비하여 1필드 이전의 비디오 필드 데이터로서 xn이 되며, 필드 메모리2(502)에서 출력되는 비디오 필드 데이터는 xn에 비하여 1필드 이전의 비디오 필드 데이터로서 xn-1이 된다.
이로 인하여, 감산기(503)에는 현재 필드의 비디오 데이터와 2필드 이전의비디오 데이터가 입력되어, 현재 필드의 비디오 데이터(xn+1)에서 2필드 이전의 비디오 데이터(xn-1)를 감산하여 출력한다. 즉, 감산기(503)는 1 프레임간격으로 필드간의 비디오 데이터 차를 연산한다.
절대값 연산부(504)에서는 감산기(503)에서 연산한 비디오 필드 데이터 차 값의 절대값을 연산하여 출력한다. 즉, 절대값 연산부(504)의 출력값(Dn)은 수학식 1과 같다.
수학식 1은 xn+1과 xn-1사이에 화면에 변화가 발생되었는지를 나타내는 것이다.
제2단계(S2)에서는, 노이즈를 필터링하기 위하여 공간적 저역 통과 필터링을 실행한다.
즉, 절대값 연산부(504)에서 출력되는 데이터 Dn을 공간 저역통과필터1(505)에 의하여 노이즈를 필터링한다. 즉, 공간 저역통과필터1(505)의 출력값(dn)은 수학식 2와 같다.
여기에서, LPF(ㆍ)는 입력 비디오 시퀀스에 대해 저역통과필터링한 것을 나타내며, 이것은 M×N의 값이 있을 때, 이는 일반적으로 그 임펄스 음답이 수학식 3과 같이 표현되는 M x N 필터링 계수 WMXN를 이용하여 저역통과필터링함을 나타낸다.
여기에서 (w11, ..., wMN)은 미리 정의된 계수들의 집합이다.
제3단계(S3)에서는, 1프레임 간격을 두고 각 공간위치 포인트에서의 움직임이 발생되었는지를 판단한다.
즉, 비교기(506)에 의하여 각 포인트에서의 스케일 움직임 정보 fn(i,h)는 수학식 4와 같이 계산된다.
여기에서, LK(ㆍ)는 여러가지 함수로 정의할 수 있는데, 수학식 5와 같은 선형적 스케일 함수, 수학식 6과 같은 지수함수적 스케일 함수, 보다 일반적으로는 수학식 7과 같은 성질로 표현된 단조 증가 함수로 정의할 수 있다.
여기에서 K는 상수이다.
여기에서 a, K는 상수이다.
,
여기에서, K는 상수이다.
즉, 비교기(506)는 프레임간의 필드 데이터의 차값의 절대값을 비교하여 단순히 움직임 발생되었는지 아닌지를 판단하는 것이 아니라, 움직임이 발생되지 않은 것으로 판단하더라도 변화량이 어느 정도인지를 스케일 함수에 의하여 결정하여 스케일 움직임 정보로 출력한다. 그리고 여러가지 다른 성질의 스케일 함수를 사용할 수 있게 함으로써 보다 다양한 특성의 움직임 검출 방법을 제공하게 된다.
제4단계(S4)에서는, 제3단계(S3)에서 각 점에 대하여 구한 스케일 움직임 정보에 대하여 영역을 지정하고, 영역 범위내의 스케일 움직임 정보들을 연산부(509, 510)에서 수학식 8과 같이 연산한다.
여기에서, fn-1(ㆍ)은 스케일 움직임 정보를 한 필드 지연시킨 값을 의미한다.
이와 같은 연산을 실행하기 위하여 비교기(506)에서 출력되는 스케일 움직임 정보 fn(i,h)를 필드 메모리3(507)을 이용하여 1필드 지연시키고, 라인 메모리(508)를 이용하여 1라인 지연시킨다. 이에 따라서 비교기(506)에서 스케일 움직임 정보 fn(i,h)이 출력될 때, 필드 메모리3(507)에서는 1필드 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i+1,h)이 출력되고, 라인 메모리(508)에서는 1필드에 1라인이 추가로 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i-1,h)이 출력된다.
이에 따라서, 최소값 연산부(509)에서는 필드 메모리3(507)에서 출력되는 1필드 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i+1,h)와 라인 메모리(508)에서 출력되는 1필드에 1라인이 추가로 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i-1,h)를 입력하여, 양 입력신호 중에서 작은 값을 선택하여 가산기(510)로 출력한다.
그러면, 가산기(510)에서는 최소값 연산부(509)에서 출력되는 최소값과 스케일 움직임 정보 fn(i,h)를 합산하여 출력한다. 이와 같은 동작에 의하여 수학식 8과 같은 연산을 실행하였다.
제5단계(S5)에서는, 제4단계(S4)에서 구한 영역 범위 내에서의 스케일 움직임 정보들을 고려한 움직임 값을 공간 저역통과필터2(511)에 의하여 수학식 9와 같이 연산하여 최종적인 움직임 검출 정보를 산출한다.
여기에서, a,b,c,d ＞0이고, αpq는 미리 정의되어 있는 정규화된 저역통과필터 계수로서 일 예로서 수학식 10과 같이 정의할 수 있다.
이와 같은 장치의 구성 및 알고리즘에 의하여 각 점에 대해 1프레임 이전의 필드 비디오 데이터와 현재 프레임의 필드 비디오 데이터의 차를 스케일 움직임 정보로 변환시킨 후에, 변환된 스케일 움직임 정보들을 각각 이전 필드의 일정 범위내의 스케일 움직임 정보들과의 움직임 검출 에러를 최소화시키기 위한 특정된 연산을 실행하여 움직임 검출 정보를 구함으로써 종래의 기술에 비하여 보다 정확하게 움직임 검출 정보를 구할 수 있게 되었다.
도 6과 도 7은 스케일 움직임 정보를 이용한 검출 장치의 다른 실시 예에 해당되며, 스케일 움직 정보를 생성시키는 회로 즉, 필드 메모리1(601,701)∼비교기(606,706)는 도 5에 도시된 스케일 움직임 검출부의 구성 및 동작과 동일하므로 차이나는 부분인 연산부에 대해서만 설명하기로 한다.
도 6 및 도 7에서는 위의 수학식 8과 같은 연산 대신에 수학식 11 및 수학식 12와 같은 연산을 실행하기 위하여 연산부를 변경시킨 것이다.
즉, 도 6의 구성에 의한 실시 예에서는 스케일 움직임 정보 fn(i,h)와 1필드 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i+1,h) 및 1필드 지연되고 또한 1라인 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i-1,h) 중에서 중간값(메디안값)을 선택하여 공간 저역통과필터2(610)로 출력시켜 최종적인 움직임 검출 정보를 생성시킨다.
그리고, 도 7의 구성에 의한 실시 예에서는 스케일 움직임 정보 fn(i,h)와 1필드 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i+1,h) 및 1필드 지연되고 또한 1라인 지연된 스케일 움직임 정보 fn-1(i-1,h) 중에서 최대값을 선택하여 공간 저역통과필터2(710)로 출력시켜 최종적인 움직임 검출 정보를 생성시킨다.
다음으로, 본 발명에 의한 비월 주사 비디오 시퀀스에서의 데이터 보간 방법 및 장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명에 따른 비월 주사 비디오 시퀀스에서의 데이터 보간 장치로서, 프레임 메모리(80A), 감산기(803), 절대값 연산부(804), 공간 저역통과필터1(공간 LPF1 : 805), 비교기(806), 지연부(80B), 최소값 연산부(809), 가산기(810), 공간 저역통과필터2(공간 LPF2 : 811), 공간 보간부(812), 시간 보간부(813) 및 혼합부(814)를 구비한다.
여기에서, 프레임 메모리(80A)는 필드 메모리1(801) 및 필드 메모리2(802)로 구성되며, 지연부(80B)는 필드 메모리3(807) 및 라인 메모리(808)로 구성된다.
그리고, 프레임 메모리(80A), 감산기(803), 절대값 연산부(804), 공간 저역통과필터1(공간 LPF1 : 805) 및 비교기(806)로 구성된 회로를 스케일 움직임 검출부라 칭한다.
위의 프레임 메모리(80A), 감산기(803), 절대값 연산부(804), 공간 저역통과필터1(공간 LPF1 : 805), 비교기(806), 지연부(80B), 최소값 연산부(809), 가산기(810) 및 공간 저역통과필터2(공간 LPF2 : 811)는 도 5에 도시된 구성과 동일하고, 동작에 있어서도 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 11의 마지막 제6단계(S6)에서는, 일정한 보간 알고리즘에 의하여 구한 공간적 보간값 및 시간적 보간값에 제5단계(S5)에서 구한 움직임 검출 정보를 반영하여 보간 데이터를 생성시키는데, 이러한 연산은 도 8의 혼합부(814)에서 실행된다.
공간 보간부(812)는 입력되는 비디오 데이터를 각종 공간적 보간 알고리즘에 의하여 공간적 보간 데이터를 생성시키는데, 예로서, 필드 메모리1(801)에서 출력되는 1필드 지연된 비디오 데이터 xn을 입력하여, 라인평균을 나타내는 수학식 13 또는 라인 반복을 나타내는 수학식 14와 같은 보간 연산식에 의하여 공간적 보간 데이터를 구한다.
다음으로, 시간 보간부(813)는 입력되는 비디오 데이터를 각종 시간적 보간 알고리즘에 의하여 시간적 보간 데이터를 생성시키는데, 예로서, 지연이 되지 않은 비디오 데이터 xn+1과 필드 메모리2(802)에서 출력되는 2필드 지연된 비디오 데이터 xn-1을 입력하여, 수학식 15 또는 수학식 16과 같은 보간 연산식에 의하여 시간적 보간 데이터를 구한다.
그러면, 최종적으로 혼합부(814)는 이와 같이 구한 공간적 보간 데이터와 시간적 보간 데이터 및 도 5에서 이미 설명한 바와 같이 구해낸 움직임 검출 정보를 입력하여, 수학식 17과 같은 상관 연산식에 의하여 최종적으로 보간 데이터를 생성시킨다.
움직임 검출 정보 mn(i,h)는 0과 1사이의 값을 갖으며, 0인 경우에는 움직임이 없음을 의미하며, 1인 경우에는 움직임 있음을 의미한다.
따라서, 움직임 검출 정보 mn(i,h)가 0일 때 보간 데이터 xn(i,h)는이고, mn(i,h)가 1일 때 xn(i,h)는가 된다.
도 9와 도 10에 도시된 데이터 보간 장치는 도 8에 도시된 실시 예와 비교하여, 움직임 검출 장치를 도 5의 구성을 사용하는 대신에 도 6 및 도 7에 도시된 움직임 검출 장치를 적용하였다는 점에서 상이하며, 공간 보간부, 시간 보간부 및 혼합부에서 실행되는 동작은 도 8에서 설명한 바와 동일하므로 반복적인 동작 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은 알고리즘에 의하여 1프레임 간격으로 필드 데이터를 비교하여 이를 스케일 움직 정보로 세분화시키고, 현재 필드에서 검출된 스케일 움직임 정보와 이에 대응되는 이전 필드의 특정 영역에서의 스케일 움직임 정보를 함께 고려하여 정확한 최종적인 움직임 검출 정보를 생성시키고, 최종적으로 검출된 움직임 검출 정보를 이용하여 시간적 보간 데이터 및 공간적 보간 데이터에 적응적으로 가중치를 부여하여 정확한 보간 데이터를 생성시킬 수 있게 되었다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 현재 필드와 이전 필드와의 차를 스케일 움직임 정보로 변환시키고, 변환된 스케일 움직임 정보와 이에 대응되는 이전필드의 특정 영역에서의 스케일 움직임 정보를 함께 고려하여 최종적인 움직임 검출 정보를 생성시키고, 이들 움직임 검출 정보를 이용하여 보간 데이터를 연산함으로써, 종래의 기술에 비하여 정확한 움직임 검출 정보 및 보간 데이터를 생성시킬 수 있으므로 비월-순차 비디오 변환시에 화질의 열화를 방지할 수 있는 효과가 발생되며, 특히 수직 및 수평 방향으로 고주파 성분이 존재하는 영역에서도 종래의 기술에 비하여 보다 정확하게 움직임 검출 정보를 연산할 수 있으며, 노이즈가 많은 부분에서도 정확한 움직임 검출 정보를 연산할 수 있는 효과가 발생된다.

Claims (20)

  1. 비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 방법에 있어서,
    (a) 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차의 절대값을 연산하고, 상기 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 단계; 및
    (b) 상기 스케일 움직임 정보와 1필드 이전의 인접된 영역에서의 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 움직임 검출 데이터를 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 움직임 검출 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행시키는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정의 스케일 함수 LK(y)는
    (여기에서, K는 상수)
    로 정의됨을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소정의 스케일 함수 LK(y)는
    (여기에서, K, a는 상수임)
    로 정의됨을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소정의 스케일 함수 LK(y)는 단조 증가함수로 정의됨을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 단계(a)는 연산된 절대값을 상기 소정의 스케일 함수에 적용하기 전에 노이즈 제거를 위한 공간적 저역통과필터링하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 1필드 이전의 인접된 영역에서의 스케일 움직임 정보는 움직임을 검출하기 위한 위치에서의 1필드 이전의 위치로부터 1수평 라인 상/하 위치에서의 스케일 움직임 정보임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 소정의 연산 알고리즘은 1필드 지연된 대응되는 위치에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서 1라인 지연된 위치에서의 스케일 움직임 정보 중의 최소값과 현재 프레임에서의 스케일 움직임 정보를 가산한 값으로 상기 움직임 검출 데이터를 결정하는 알고리즘임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소정의 연산 알고리즘은 현재 프레임에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서 1라인 지연된 위치에서의 스케일 움직임 정보 중의 중간값으로 상기 움직임 검출 데이터를 결정하는 알고리즘임을 특징으로 하는 비디오신호처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 소정의 연산 알고리즘은 현재 프레임에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서 1라인 지연된 위치에서의 스케일 움직임 정보 중의 최대값으로 상기 움직임 검출 데이터를 결정하는 알고리즘임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 방법.
  11. 비디오신호 처리 시스템에서의 보간 방법에 있어서,
    (a) 입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차의 절대값을 연산하고, 상기 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 단계;
    (b) 상기 스케일 움직임 정보와 1필드 이전의 인접된 영역에서의 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 제1움직임 검출 데이터를 생성시키는 단계;
    (c) 상기 제1움직임 검출 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행하여 최종적인 움직임 검출 데이터를 생성시키는 단계; 및
    (d) 상기 최종적인 움직임 검출 데이터와 소정의 보간 알고리즘에 의하여 구한 공간적 보간값 및 시간적 보간값을 소정의 상관 연산식에 의하여 연산하여 보간데이터를 생성시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 방법.
  12. 비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 장치에 있어서,
    입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차를 연산하고, 연산된 차 값의 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 스케일 움직임 검출부;
    상기 스케일 움직임 정보를 소정의 시간동안 지연시켜 출력시키기 위한 지연부;
    상기 스케일 움직임 검출부에서 출력되는 스케일 움직임 정보와 상기 지연부에서 출력되는 지연된 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 움직임 검출 데이터를 생성시키기 위한 연산부; 및
    상기 연산부에서 출력되는 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행하여 최종적인 움직임 검출 데이터를 생성시키는 공간 저역통과필터를 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 스케일 움직임 검출부는
    입력되는 비디오 데이터를 프레임 단위로 저장하는 프레임 메모리;
    상기 입력되는 비디오 데이터에서 상기 프레임 메모리에서 출력되는 1프레임이전의 같은 위치의 비디오 데이터를 감산하는 감산기;
    상기 감산기에서 출력되는 감산기의 절대값을 연산하는 절대값 연산부; 및
    소정의 스케일 함수를 이용하여 상기 절대값과 소정의 임계값을 비교한 후에, 상기 절대값이 소정의 임계값보다 큰 경우에는 최대 스케일 값의 스케일 움직임 정보를 발생시키고, 그렇지 않은 경우에는 스케일 함수 연산값을 스케일 움직임 정보로 생성시키는 비교기를 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스케일 움직임 검출부는 상기 절대값 연산부에서 출력되는 데이터를 상기 비교기에 인가하기 전에 상기 절대값 데이터의 노이즈 제거를 위한 공간적 저역통과필터링하기 위한 공간 저역통과필터를 더 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 지연부는
    상기 스케일 움직임 검출부에서 출력되는 스케일 움직임 정보를 필드 단위로 저장하여, 상기 연산부로 1필드 이전의 움직임 판단 데이터를 출력시키기 위한 필드 메모리; 및
    상기 필드 메모리에서 출력되는 1필드 이전의 스케일 움직임 정보를 라인 단위로 저장하여, 상기 연산부로 1필드 이전에서의 1라인 이전의 스케일 움직임 정보를 출력시키기 위한 라인 메모리를 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 소정의 연산 알고리즘은 1필드 지연된 대응되는 위치에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서 1라인 지연된 위치에서의 스케일 움직임 정보 중의 최소값과 현재 프레임에서의 스케일 움직임 정보를 가산한 값으로 상기 제1움직임 검출 데이터를 결정하는 알고리즘임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 소정의 연산 알고리즘은 현재 프레임에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서 1라인 지연된 위치에서의 스케일 움직임 정보 중의 중간값으로 상기 제1움직임 검출 데이터를 결정하는 알고리즘임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 소정의 연산 알고리즘은 현재 프레임에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서의 스케일 움직임 정보와 1필드 지연된 대응되는 위치에서 1라인 지연된 위치에서의 스케일 움직임 정보 중의 최대값으로 상기 제1움직임 검출 데이터를 결정하는 알고리즘임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 스케일 움직임 정보를 이용한 움직임 검출 장치.
  19. 비디오신호 처리 시스템에서의 보간 장치에 있어서,
    비디오신호 처리 시스템에서의 움직임 검출 장치에 있어서,
    입력되는 비디오 데이터와 1프레임 이전의 같은 위치에서의 비디오 데이터의 차를 연산하고, 연산된 차 값의 절대값을 소정의 스케일 함수에 의한 연산에 의하여 스케일 움직임 정보로 변환시키는 스케일 움직임 검출부;
    상기 스케일 움직임 정보를 소정의 시간동안 지연시켜 출력시키기 위한 지연부;
    상기 스케일 움직임 검출부에서 출력되는 스케일 움직임 정보와 상기 지연부에서 출력되는 지연된 스케일 움직임 정보를 소정의 연산 알고리즘에 적용하여 움직임 검출 데이터를 생성시키기 위한 연산부;
    상기 연산부에서 출력되는 데이터를 소정의 저역통과필터 계수에 의하여 공간적 저역통과필터링 연산을 실행하여 최종적인 움직임 검출 데이터를 생성시키는 공간 저역통과필터;
    상기 입력되는 비디오 데이터 대비 1필드 이전의 비디오 데이터를 입력하여, 소정의 공간적 보간 알고리즘에 의하여 공간적 보간 데이터를 연산하는 공간 보간부;
    상기 입력되는 비디오 데이터 및 상기 지연부에서 출력되는 지연된 비디오 데이터를 입력하여, 소정의 시간적 보간 알고리즘에 의하여 시간적 보간 데이터를연산하는 시간 보간부; 및
    상기 최종적인 움직임 검출 데이터와 상기 공간적 보간 데이터 및 시간적 보간 데이터를 입력하여, 소정의 상관 연산식에 의하여 연산하여 보간 데이터를 생성시키는 혼합부를 포함함을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 소정의 상관 연산식은
    (여기에서, xn(i,h)는 보간 데이터이며, mn(i,h)는 최종적인 움직임 검출 데이터이며,는 시간적 보간 데이터이며,는 공간적 보간 데이터)
    임을 특징으로 하는 비디오신호 처리 시스템에서의 데이터 보간 장치.
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