KR100574523B1 - 움직임 타입 판단 장치 및 방법 - Google Patents

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KR100574523B1 KR1020030053230A KR20030053230A KR100574523B1 KR 100574523 B1 KR100574523 B1 KR 100574523B1 KR 1020030053230 A KR1020030053230 A KR 1020030053230A KR 20030053230 A KR20030053230 A KR 20030053230A KR 100574523 B1 KR100574523 B1 KR 100574523B1
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Abstract

움직임 타입 판단 장치 및 방법이 개시된다. 제1판단부는 보간할 현재블럭의 제로움직임벡터에 대응되는 이전 및 현재프레임/필드의 제1 및 제2블럭으로부터 제1 및 제2고주파신호를 추출하여 제1문턱값을 설정한 후, 제1 및 제2블럭간의 제1움직임예측오차값과 비교하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단하며, 제2판단부는 현재블럭의 보상을 위해 추정된 움직임벡터에 대응되는 이전 및 현재프레임/필드의 제3 및 제4블럭으로부터 제3 및 제4고주파신호를 추출하여 제2문턱값을 설정한 후, 제3 및 제4블럭 간의 제2움직임예측오차값과 비교하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단하며, 움직임 타입 판단부는 제1 및 제2판단부로부터 판단된 각각의 움직임 여부 결과를 비교하여 현재블럭의 움직임 타입을 판단한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 현재블럭의 제로움직임벡터 및 블럭매칭방식에 의해 추정된 움직임벡터를 고려하여 현재블럭의 움직임 타입을 판단한 후, 판단된 움직임 타입에 따라 적응적으로 움직임 보상을 수행하도록 함으로써 개선된 화질을 갖는 영상을 제공할 수 있다.
움직임 타입, 고주파, 블럭 아티팩트, SAD

Description

움직임 타입 판단 장치 및 방법{Apparatus and method for decision of motion type}
도 1은 종래의 움직임 보상 방법에 의해 블럭 아티팩트가 발생된 영상의 시뮬레이션 예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 보상 선택 장치를 개략적으로 도시한 블럭도,
도 3은 도 2의 움직임 판단부를 보다 상세히 도시한 블럭도,
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 움직임 추정부의 동작을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 5는 도 2의 움직임 타입 판단부에서 판단된 폐색움직임을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 6은 블럭 아티팩트를 제거하기 위해 적용되는 OBMC 기법을 설명하기 위해 도시한 도면,
도 7은 도 2에 의해 블럭 아티팩트가 제거된 영상의 시뮬레이션 예를 도시한 도면,
도 8은 도 2에 의한 움직임 타입 판단 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 벡터 필터 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
200 : 적응형 움직임 보상 선택 장치 210, 910 : 움직임 추정부
220, 920 : 움직임 판단부 222a, 922a : 제1HPF
222b, 922b : 제1문턱값 설정부 222c, 922c : 제1움직임 판단부
224a, 924a : 제2HPF 224b, 924b : 제2문턱값 설정부
224c, 924c : 제2움직임 판단부 230, 930 : 움직임 타입 판단부
240 : 움직임 보상기법 선택부 940 : 움직임 벡터 필터
본 발명은 움직임 타입 판단 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 보상할 현재블럭의 제로움직임 벡터 및 블럭 매칭 방식에 의해 추정된 움직임 벡터를 고려하여 현재블럭의 움직임 타입을 판단하는 움직임 타입 판단 장치 및 방법에 관한 것이다.
FRC(Frame Rate up-Conversion), IPC(Interaced to Progressive Converstion) 등과 같은 영상 처리에 있어서, 영상 프레임 간의 움직임 추정은 필수적으로 수행되고 있다. 움직임 추정은 움직임 보상을 위해 움직임 벡터를 추정하는 것으로서, 일반적으로 블럭 매칭 알고리즘(Block Maching Algorithm, 이하에 서는 "BMA"라 한다)을 이용하여 추정된다.
BMA는 연속입력되는 두 장의 프레임/필드를 블럭 단위로 비교하여 블럭당 하나의 움직임 벡터를 추정한다. 이 때 움직임 벡터는 이미 공지된 움직임 예측 오차값, 예를 들어, SAD(Sum of Absolute Difference) 값을 이용하여 추정된다. 그리고, 움직임 보상 과정에서는 추정된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행한다.
그러나, 종래의 움직임에 있어서, 블럭 별로 추정된 각각의 움직임 벡터는 부정확하게 추정되는 경우가 발생한다. 이러한 경우, 부정확하게 추정된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 수행하게 되면, 도 1에 도시된 바와 같이 보간프레임/필드 영상에서는 블럭 아티팩트(Block Artifact)가 발생한다. 도 1과 같은 블럭 아티팩트는 인접한 블럭 간의 경계가 불연속적으로 보이는 현상으로서, 시각적으로 거슬리는 영상을 제공하며, 화질 저하를 초래한다. 이러한 블럭 아티팩트는 인접 블럭과의 상관성(correlation)을 고려하지 않은 상태에서 추정된 움직임 벡터를 이용하여 블럭 별로 움직임 보상을 수행함으로써 발생한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 보상할 소정 블럭의 움직임 벡터가 부정확하게 추정되어 발생하는 블럭 아티팩트를 해소하기 위해 보상할 소정 블럭의 움직임 타입을 판단하여 움직임 보상 기법을 선택할 수 있도록 하는 움직임 타입 판단 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 움직임 타입 판단 장치는, 보간할 현재블럭의 제로움직임벡터에 대응되는 이전 및 현재프레임/필드의 제1 및 제2블럭으로부터 제1 및 제2고주파신호를 추출하여 제1문턱값을 설정한 후, 상기 제1 및 제2블럭간의 제1움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제1판단부와, 상기 현재블럭의 보상을 위해 추정된 움직임벡터에 대응되는 상기 이전 및 현재프레임/필드의 제3 및 제4블럭으로부터 제3 및 제4고주파신호를 추출하여 제2문턱값을 설정한 후, 상기 제3 및 제4블럭 간의 제2움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제2판단부, 및 상기 제1 및 제2판단부로부터 판단된 각각의 상기 움직임 여부 결과를 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 타입을 판단하는 움직임 타입 판단부를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 제1판단부는, 상기 제1 및 제2블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제1 및 제2고주파신호를 추출하는 제1고역통과필터와, 추출된 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한) 제1문턱값으로 설정하는 제1문턱값 설정부, 및 기산출된 상기 제1움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제1문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제1움직임 판단부를 포함한다.
또한, 상기 제2판단부는, 상기 제3 및 제4블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제3 및 제4고주파신호를 추출하는 제2고역통과필터와, 추출된 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한) 제2문턱값으로 설정하는 제2문턱값 설정부, 및 기산출된 상기 제2움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제2문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제2움직임 판단부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2판단부는 각각 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나와 소정의 노이즈신호를 가산하여 상기 제1문턱값을 설정하고, 상기 제2움직임 판단부는 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나와 소정의 노이즈신호를 가산하여 상기 제2문턱값을 설정한다.
또한, 상기 제1판단부는 상기 제1고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 상기 노이즈신호를 가산하여 상기 제1문턱값을 설정하며, 상기 제2판단부는 제3 및 제4고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 상기 노이즈신호를 가산하여 상기 제2문턱값을 설정한다.
상세하게는, 상기 제1 및 제2판단부로부터 상기 현재블럭의 움직임이 각각 비제로 및 제로인 것으로 판단되면, 상기 움직임 타입 판단부는 상기 현재블럭의 움직임 타입은 전역움직임이며 상기 추정된 움직임 벡터는 정확하게 추정된 것으로 판단한다.
또한, 상기 제1 및 제2판단부로부터 상기 현재블럭의 움직임이 각각 비제로인 것으로 판단되면, 상기 움직임 판단부는 상기 현재블럭의 움직임이 존재하나, 상기 추정된 움직임 벡터는 부정확하게 추정된 것으로 판단한다.
자세하게는, 추정된 움직임 벡터는 양방향 및 단방향 블럭매칭방식 중 어느 하나를 적용하여 산출된 다수의 움직임 예측 오차값 중 최소 움직임 예측 오차값을 갖는 위치로부터 추정된다.
상기 제1 및 제2움직임 예측 오차값은 SAD(Sum of Absolute Difference), MAD(Mean Absolute Difference) 및 MSE(Mean Square Error) 중 어느 하나에 의해 산출된다.
한편, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한, 본 발명에 따른 움직임 타입 판단 방법은, 보간할 현재블럭의 제로움직임벡터에 대응되는 이전 및 현재프레임/필드의 제1 및 제2블럭으로부터 제1 및 제2고주파신호를 추출하여 제1문턱값을 설정한 후, 상기 제1 및 제2블럭간의 제1움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제1판단단계와, 상기 현재블럭의 보상을 위해 추정된 움직임벡터에 대응되는 상기 이전 및 현재프레임/필드의 제3 및 제4블럭으로부터 제3 및 제4고주파신호를 추출하여 제2문턱값을 설정한 후, 상기 제3 및 제4블럭 간의 제2움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제2판단단계, 및 상기 제1 및 제2판단단계로부터 판단된 각각의 상기 움직임 여부 결과를 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 타입을 판단하는 움직임 타입 판단단계를 포함한다.
보다 상세하게는, 상기 제1판단단계는, 상기 제1 및 제2블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제1 및 제2고주파신호를 추출하는 제1필터링단계와, 추출된 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한) 제1문턱값으로 설정하는 제1문턱값 설정단계, 및 기산출된 상기 제1움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제1문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제1움직임 판단단계를 포함하며, 상기 제2판단 단계는, 상기 제3 및 제4블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제3 및 제4고주파신호를 추출하는 제2필터링단계와, 추출된 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한) 제2문턱값으로 설정하는 제2문턱값 설정단계, 및 기산출된 상기 제2움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제2문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제2움직임 판단단계를 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 보상 선택 장치를 개략적으로 도시한 블럭도, 도 3은 도 2의 움직임 판단부를 보다 상세히 도시한 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 보상 선택 장치(200)는 움직임 추정부(210), 움직임 판단부(220), 움직임 타입 판단부(230) 및 움직임 보상기법 선택부(240)를 포함한다. 먼저, 도 2에서 움직임 판단부(220) 및 움직임 타입 판단부(230)는 본 발명에 따른 움직임 타입 판단 장치로 적용된다.
움직임 추정부(210)는 입력되는 현재프레임/필드(이하에서는, '현재프레임'이라 한다)(Fn)를 소정 크기의 블럭으로 분할하여, 도 4a에 도시된 바와 같이 분할된 각 블럭의 제로움직임벡터(v z )에 대응되는 이전프레임/필드(이하에서는, '이전프레임'이라 한다)(Fn-1)의 블럭으로부터 움직임 예측 오차값(Motion Estimation Error)을 산출한다.
또한, 움직임 추정부(210)는 현재프레임(Fn)의 각 블럭의 움직임 벡터(MV, 이하 "v"라 한다)를 추정한다. 본 발명에서, 움직임 추정부(210)는 분할된 각 블럭과 이전프레임(Fn-1)에 대해 도 4b에 도시된 바와 같이 양방향 BMA를 적용한다. 그리고, 움직임 추정부(210)는 각 블럭마다 다수의 움직임 예측 오차값을 산출한 후 최소 움직임 예측 오차값을 갖는 위치로부터 각 블럭의 움직임 벡터(v)를 추정한다.
또한, 분할된 각 블럭의 움직임 벡터(v)는 양방향 BMA 뿐만 아니라, 도 4c에 도시된 바와 같이 단방향 BMA, 또는, 움직임 벡터를 추정할 수 있는 모든 공지된 기술들에 의해 추정될 수 있음은 물론이다.
한편, 움직임 예측 오차값은 SAD(Sum of Absolute Difference), MAD(Mean Absloute Difference), MSE(Mean Square Error) 등 다양한 방식에 의해 산출될 수 있으며, 본 발명에서는 SAD 값을 적용하므로 이하에서는 'SAD 값'이라 한다.
분할된 각 블럭 증 보상할 현재블럭의 제로 움직임 벡터(v z ), 추정된 움직임 벡터(v), 제로 움직임 벡터(v z )에 대응되는 SAD 값(SADZ) 및 추정된 움직임 벡터(v)에 대응되는 SAD 값(SADV)은 움직임 판단부(220)로 제공된다.
움직임 판단부(220)는 분할된 각 블럭 중 움직임을 보상할 현재 블럭의 움직임 여부를 판단한다. 자세히 설명하면, 움직임 판단부(220)는 입력되는 영상의 고주파 성분을 추출한 후, 추출된 고주파 성분과 소정의 노이즈(noise)성분을 가산하 여 문턱값을 설정한다. 그리고, 움직임 판단부(220)는 설정된 문턱값과 움직임 추정부(210)로부터 제공된 현재블럭의 SAD 값을 비교하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단한다. 이를 위하여, 움직임 판단부(220)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1판단부(222) 및 제2판단부(224)를 갖는다.
제1판단부(222)는 제1고역통과필터(High Passs Filter, 이하 "제1HPF"라 한다)(222a), 제1문턱값 설정부(222b) 및 제1움직임 판단부(222c)를 포함한다.
제1HPF(222a)는 도 4a에 도시된 바와 같이, 현재 블럭의 제로 움직임 벡터(v z )에 대응되는 이전프레임(Fn-1)의 제1블럭(B1) 및 현재프레임(F n)의 제2블럭(B2)을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 제1 및 제2고주파신호를 추출한다. 여기서, 제2블럭(B2)은 곧 현재블럭이다.
제1문턱값 설정부(222b)는 추출된 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나를 이용하여 제1문턱값을 설정한다. 제1문턱값은 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한 기준값이다. 본 발명에 있어서, 제1문턱값 설정부(222b)는 [수학식 1]을 이용하여 제1문턱값을 설정한다.
Figure 112003028518102-pat00001
여기서, ε(v z )는 제1문턱값, H(f(x+v z ,n-1)) 및 H(f(x+v z ,n))은 제1HPF, v z 는 현재블럭의 제로 움직임 벡터, Max{H(f(x+v z ,n-1)),H(f( x+v z ,n))}는 변화도(gradient), α는 노이즈신호를 의미한다. 다시 말하면, α는 영상에서 노 이즈가 분포된 정도를 표시하는 소정의 상수로서, 영상의 특성에 따라 가변가능한 매개변수(parameter)이다. [수학식 1]을 참조하면, 제1문턱값 설정부(222b)는 추출된 제1 및 제2고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 소정의 노이즈신호를 가산하여 제1문턱값을 설정한다.
제1움직임 판단부(220)는 제1 및 제2블럭(B1, B2)간의 제1SAD 값, 즉, 움직임 추정부(210)로부터 제공된 제로 움직임 벡터(v z )에 대응되는 SAD 값(SAD Z)과 설정된 제1문턱값을 비교하여 현재 블럭의 움직임 여부를 판단한다. 이를 간단히 표시하면 [수학식 2]와 같다.
Figure 112003028518102-pat00002
여기서, m은 움직임 여부, φ(v z )는 제로 움직임 벡터(v z )에 대응되는 SAD 값, zero는 현재블럭의 움직임이 없음을 의미하며, non-zero는 현재블럭의 움직임이 있음을 의미한다. 즉, 제1움직임 판단부(220)는 제1SAD 값이 설정된 제1문턱값 이하이면 이전프레임(Fn-1)의 제1블럭(B1)과 비교시 현재블럭의 움직임이 없는 것으로 판단하며, 제1SAD 값이 설정된 제1문턱값을 초과하면 제1블럭(B1)과 비교시 움직임이 있는 것으로 판단한다.
제2판단부(224)는 제2HPF(224a), 제2문턱값 설정부(224b) 및 제2움직임 판단부(224c)를 포함한다.
제2HPF(224a)는 도 4b에 도시된 바와 같이, 현재 블럭의 양방향 움직임벡터에 대응되는 이전프레임(Fn-1)의 제3블럭(B3) 및 현재프레임(Fn)의 제4블럭(B4)을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 제3 및 제4고주파신호를 추출한다. 여기서, 제4블럭(B4)은 곧 현재블럭이다.
제2문턱값 설정부(224b)는 추출된 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나를 이용하여 제2문턱값을 설정한다. 제2문턱값은 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한 기준값이다. 본 발명에 있어서, 제2문턱값 설정부(224b)는 [수학식 3]을 이용하여 제2문턱값을 설정한다.
Figure 112003028518102-pat00003
여기서, ε(v)는 제2문턱값, H(f(x+v, n-1)) 및 H(f(x+v, n))은 제2HPF, v는 현재블럭의 추정된 움직임벡터, Max{H(f(x+v,n-1)),H(f(x+v,n))}는 변화도(gradient), α는 영상에서 노이즈가 분포하는 정도를 표시하는 매개변수를 의미한다. [수학식 3]을 참조하면, 제2문턱값 설정부(224b)는 추출된 제3 및 제4고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 소정의 노이즈신호를 가산하여 제2문턱값을 설정한다.
제2움직임 판단부(220)는 제3 및 제4블럭간의 제2SAD 값, 즉, 움직임 추정부(210)로부터 제공된 현재블럭의 추정된 움직임 벡터(v)에 대응되는 SAD 값(SADV)과 설정된 제2문턱값을 비교하여 현재 블럭의 움직임 여부를 판단한다. 이 를 간단히 식으로 표시하면 [수학식 4]와 같다.
Figure 112003028518102-pat00004
여기서, m은 움직임 여부, φ(v)는 추정된 움직임 벡터(v)에 대응되는 SAD 값, zero는 현재블럭의 움직임이 없음을 의미하며, non-zero는 현재블럭의 움직임이 있음을 의미한다. 즉, 제2움직임 판단부(220)는 제2SAD 값이 설정된 제2문턱값 이하이면 이전프레임(Fn-1)의 제3블럭(B3)과 비교시 현재블럭의 움직임이 없는 것으로 판단하며, 제2SAD 값이 설정된 제2문턱값을 초과하면 제3블럭(B3)과 비교시 움직임이 있는 것으로 판단한다.
다시 도 2를 참조하면, 움직임 타입 판단부(230)는 [표 1]에 의해 현재블럭의 움직임 타입을 판단한다.
제2움직임 판단부로부터의 판단결과
제로(zero) 비제로(non-zero)
제1움직임 판단부로부터의 판단결과 zero 알 수 없음(unknown) 정지(zero)
non-zero 전역움직임(global) 폐색움직임(deformable)
[표 1]을 참조하여 움직임 타입 판단부(230)의 동작에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.
첫째, 제1 및 제2움직임 판단부(220)로부터 현재블럭의 움직임이 각각 제로인 것으로 판단된 경우는 움직임이 존재하지 않으면서 추정된 움직임 벡터(v)가 맞는 경우이다. 이러한 경우, 움직임 타입 판단부(230)는 현재블럭의 움직임 타입을 판단하지 못 하므로, 이와 같은 움직임을 'unknown'으로 정의한다. 또한, 이와 같은 움직임은 대체적으로 평활한(smooth) 영상에서 발생한다.
둘째, 제1 및 제2움직임 판단부(220)로부터 현재블럭의 움직임이 각각 제로 및 비제로인 것으로 판단되면, 움직임 타입 판단부(230)는 현재블럭의 움직임 타입은 정지움직임인 것으로 판단한다. 즉, 움직임 타입 판단부(230)는 'zero'로 정의된 현재블럭은 정지영상인 것으로 판단한다.
셋째, 제1 및 제2움직임 판단부(220)로부터 현재블럭의 움직임이 각각 비제로 및 제로인 것으로 판단되면, 움직임 타입 판단부(230)는 현재블럭의 움직임 타입은 전역 움직임(global)인 것으로 판단한다. 이러한 경우는 BMA 모델에 부합되는 경우로서, 현재블럭에서 움직임이 존재하고, 추정된 움직임 벡터(v)가 정확하게 추정되었음을 의미한다. 여기서, 전역움직임은 병합(translation) 움직임 보델에 잘 부합되는 경우를 말한다.
넷째, 제1 및 제2움직임 판단부(220)로부터 현재블럭의 움직임이 각각 비제로인 것으로 판단되면, 움직임 타입 판단부(230)는 현재블럭의 움직임이 병합 움직임 모델에 부합되지 않는 것으로 판단한다. 이는 현재블럭의 움직임이 존재하나, 추정된 움직임 벡터(v)는 부정확하게 추정된 경우로서 BMA 모델에 부합하지 않는다. 이와 같은 움직임은 'deformable'이라 정의한다. 이러한 움직임 타입은 현재블럭이 움직이는 영상의 폐색영역(Occlusion Region), 또는 경계영역(Boundary Region)에 위치하는 경우 주로 발생한다. 여기서 폐색영역은 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 배경영상(background)의 움직임 방향(←)과 움직이는 물체(moving object)의 움직임 방향(↘)이 엇갈리는 영역을 말하며, 폐색움직임은 폐색영역에서 발생하는 움직임을 말한다.
움직임 추정부(210)로부터 추정된 현재블럭의 움직임 벡터(v) 및 움직임 타입 판단부(230)로부터 판단된 현재블럭의 움직임 타입은 움직임 보상기법 선택부(240)로 제공된다. 움직임 보상기법 선택부(240)는 움직임 타입에 따라 단순 움직임 보상 기법 및 중첩 블럭 움직임 보상(Overlap Block Motion Compensation, 이하 "OBMC"라 한다) 기법 중 어느 하나를 선택하여 현재블럭의 움직임 보상 기법으로 적용한다.
예를 들어, 움직임 타입 판단부(230)로부터 현재블럭의 움직임 타입이 도 5와 같은 'deformable' 즉, 폐색움직임인 것으로 판단되면, 움직임 보상기법 선택부(240)는 현재블럭의 움직임 보상 기법으로서 OBMC 기법을 선택한다. 이는 폐색움직임을 갖는 현재블럭을 단순 움직임 보상 기법을 사용하여 보상하는 경우 블럭 아티팩트가 발생할 수 있기 때문이다.
OBMC 기법은 현재블럭의 추정된 움직임 벡터(v)와 주변블럭의 움직임 벡터(미도시)와의 상관성이 높다는 특성을 이용하는 것이다. 자세히 설명하면, OBMC 기법은 도 6과 같이 소정 주변블럭(B1)을 가로/세로 방향(화살표 방향)으로 소정 크기 확장시켜 현재블럭(B0)의 일부와 중첩시킨 후, 중첩된 서브 블럭(sub block)(사선으로 도시)을 보상 단위로 설정하여 움직임 보상을 수행한다. 즉, OBMC 기법은 중첩된 서브 블럭에서는 현재 블럭(B0)의 움직임 벡터(v)와 주변 블럭(B1)의 움직임 벡 터(미도시)가 움직임 보상에 영향을 준다는 가정하에, 서브 블럭 내의 소정 위치별로 서로 다른 가중치를 할당하여 보상을 수행하도록 하는 것이다. 여기서 주변블럭은 현재블럭에 인접해 있는 적어도 하나의 블럭을 말한다.
이로써, 도 5와 같은 폐색영역을 갖는 현재블럭은 OBMC 기법에 의해 보상됨으로써 도 7에 도시된 바와 같이 블럭 아티팩트 현상이 제거 또는 감소된 영상으로 구현될 수 있다.
반면, 움직임 타입 판단부(230)로부터 현재블럭의 움직임 타입이 'unknown, zero 및 global' 중 어느 하나로 판단되면, 움직임 보상기법 선택부(240)는 현재블럭의 움직임 보상 기법으로서 단순 움직임 보상 기법을 선택한다. 단순 움직임 보상 기법은 이전프레임(Fn-1) 또는 다음프레임에서 추정된 움직임 벡터(v)에 해당하는 데이터(즉, 화소)를 참조하여 보간하는 방법을 말한다.
도 8은 도 2에 의한 움직임 타입 판단 방법을 개략적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 먼저, 움직임 추정부(210)는 다수의 블럭으로 분할된 현재프레임(Fn) 중 현재블럭의 움직임 벡터(v)를 추정하며, 추정된 움직임 벡터(v), 추정된 움직임 벡터(v)에 대한 움직임 예측 오차값, 현재블럭의 제로 움직임 벡터(v z ) 및 제로 움직임 벡터(v z )에 대한 움직임 예측 오차값을 움직임 판단부(220)로 제공한다.
움직임 판단부(220)의 제1HPF(222a)는 제로 움직임 벡터(v z )에 대응되는 이 전프레임(Fn-1)의 제1블럭 및 현재프레임(Fn)의 제2블럭을 각각 필터링하여 제1 및 제2고주파신호를 추출한다(S810). S810단계가 수행되면, 제1문턱값 설정부(222b)는 추출된 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나와 노이즈신호를 가산하여 제1문턱값을 설정한다(S820). 그리고, 제1움직임 판단부(220)는 산출된 제로 움직임 벡터(v z )에 대한 SAD 값(SADZ)과 제1문턱값을 비교하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단한다(S830). S830단계에서, 제1움직임 판단부(220)는 제로 움직임 벡터(v z )에 대한 SAD 값(SADZ)이 제1문턱값을 초과하면 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단한다.
한편, 움직임 판단부(220)의 제2HPF(224a)는 현재블럭의 추정된 움직임 벡터(v)에 대응되는 이전프레임(Fn-1)의 제3블럭 및 현재프레임(Fn)의 제4블럭을 각각 필터링하여 제3 및 제4고주파신호를 추출한다(S840). S8410단계가 수행되면, 제2문턱값 설정부(224b)는 추출된 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나와 노이즈신호를 가산하여 제2문턱값을 설정한다(S850). 그리고, 제2움직임 판단부(220)는 추정된 움직임 벡터에 대한 SAD 값(SADV)과 제2문턱값을 비교하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단한다(S860). 즉, S860단계에서, 제2움직임 판단부(220)는 추정된 움직임 벡터(v)에 대한 SAD 값(SADV)이 제2문턱값을 초과하면 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단한다.
S860단계가 수행되면, 움직임 타입 판단부(230)는 S830단계 및 S860단계의 판단결과에 따라 현재블럭의 움직임 타입을 [표 1]을 참조하여 판단한다(S870). S810단계 내지 S870단계의 움직임 판단 방법은 도 2 내지 도 7을 참조하여 자세히 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 벡터 필터 장치를 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 9를 참조하면, 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 벡터 필터 장치(900)는 움직임 추정부(910), 움직임 판단부(920), 움직임 타입 판단부(930) 및 움직임 벡터 필터(940)를 포함한다.
도 9에 도시된 움직임 추정부(910), 움직임 판단부(920) 및 움직임 타입 판단부(930)는 도 2에 도시된 움직임 추정부(210), 움직임 판단부(220), 움직임 타입 판단부(230)와 유사 또는 동일한 동작을 수행한다. 따라서, 움직임 추정부(910), 움직임 판단부(920) 및 움직임 타입 판단부(930)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
움직임 추정부(910)는 입력되는 현재프레임을 소정 크기로 분할한 후, 양방향 또는 단방향 BMA를 적용하여 각 블럭의 최소 움직임 예측 오차값을 산출하여 움직임 벡터를 추정한다. 그리고, 움직임 추정부(910)는 분할된 각 블럭 중 움직임 보상할 현재블럭의 제로 움직임 벡터, 제로 움직임 벡터에 대응되는 SAD 값(SADZ) 및 추정된 움직임 벡터에 대응되는 SAD 값(SADV)을 움직임 판단부(220)로 제공한다.
움직임 판단부(920)는 도 2에 도시된 제1판단부(222) 및 제2판단부(2924)를 갖는다.
제1판단부(222)는 제1HPF(222a), 제1문턱값 설정부(222b) 및 제1움직임 판단부(222c)를 갖는다. 제1HPF(222a)는 제로 움직임 벡터에 대응하는 블럭들을 필터링하여 고주파 성분을 추출한다. 제1문턱값 설정부(222b)는 [수학식 1]을 이용하여 제1문턱값을 설정한다. 제1움직임 판단부(922c)는 [수학식 2]를 이용하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단한다.
제2판단부(224)는 제2HPF(224a), 제2문턱값 설정부(224b) 및 제2움직임 판단부(224c)를 갖는다. 제2HPF(224a)는 추정된 움직임 벡터에 대응하는 블럭들을 필터링하여 고주파 성분을 추출한다. 제2문턱값 설정부(224b)는 [수학식 3]을 이용하여 제2문턱값을 설정한다. 제2움직임 판단부(224c)는 [수학식 4]를 이용하여 현재블럭의 움직임 여부를 판단한다.
움직임 타입 판단부(930)는 제1 및 제2움직임 판단부(222c, 224c)의 움직임 여부 결과 및 [표 1]을 이용하여 현재블럭의 움직임 타입을 판단한다.
움직임 벡터 필터(940)는 움직임 타입 판단부(930)에서 판단된 현재블럭의 움직임 타입에 따라 움직임 추정부(910)에서 추정된 현재블럭의 움직임 벡터를 적응적으로 필터링한다. 예를 들어, 움직임 타입 판단부(930)로부터 현재블럭의 움직임 타입이 'deformable'인 것으로 판단되면, 움직임 벡터 필터(940)는 본 발명자에 의해 선출원된 "P03-38794"에 명시된 "움직임 벡터 생성 장치 및 방법"을 적용하도록 한다. 자세히 설명하면, 선출원된 "P03-38794"에서 "움직임 벡터 생성 장치의 최종 움직임 벡터 생성부"와 같은 동작에 의해 'OBMC'와 유사한 결과를 갖는 보상이 이루어지도록 한다.
또한, 움직임 타입 판단부(930)로부터 현재블럭의 움직임 타입이 'unknown, zero 및 global' 중 어느 하나로 판단되면, 움직임 벡터 필터(940)는 움직임 추정부(910)에서 추정된 움직임 벡터(v)를 그대로 출력한다.
상술한 바와 같이, 현재블럭의 움직임 타입에 따라 추정된 움직임 벡터 또는 제로 움직임 벡터를 적응적으로 필터링함으로써 보다 정확한 움직임 벡터를 이용하여 현재블럭을 보상할 수 있다. 이로써 도 7과 같이 화질개선된 최종 영상을 화면상에 출력하게 된다.
한편, 상술한 본 발명에 따른 움직임 타입에 따른 적응형 움직임 보상 선택 장치(200) 및 방법, 움직임 벡터 필터 장치(900) 및 방법에서, 상술한 제1 및 제2문턱값 설정부(224a, 224b)는 각각 추출된 두 고주파 신호 중 큰 값을 갖는 신호 뿐만 아니라 두 신호의 평균값 또는 중간값 등을 산출한 후, 노이즈신호와 가산하여 각각 제1 및 제2문턱값을 설정하는 것도 가능하다.
지금까지 설명한 본 발명에 따른 움직임 타입 판단 장치 및 방법에 의하면, 보상할 블럭의 제로움직임 벡터 및 소정 기법에 의해 추정된 움직임 벡터를 고려하여 보상할 블럭의 움직임 타입을 판단할 수 있다. 다시 말하면, 입력되는 영상의 고주파신호를 추출한 후, 추출된 고주파신호와 소정의 노이즈신호를 가산하여 문턱값을 설정한다. 그리고, 보상할 블럭의 움직임 추정과정에서 산출된 움직임 예측 오차값과 문턱값을 비교하여 보상할 블럭의 움직임 타입을 판단한다. 이로써, 판단된 움직임 타입에 따라 적응적으로 움직임 보상 기법 또는 움직임 벡터의 필터링 을 수행하도록 함으로써 움직임 추정 및 보상의 성능을 향상시키며, 이로써 블럭 아티팩트와 같은 화질저하요소를 개선할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 보간할 현재블럭의 제로움직임벡터에 대응되는 이전 및 현재프레임/필드의 제1 및 제2블럭으로부터 제1 및 제2고주파신호를 추출하여 제1문턱값을 설정한 후, 상기 제1 및 제2블럭간의 제1움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제1판단부;
    상기 현재블럭의 보상을 위해 추정된 움직임벡터에 대응되는 상기 이전 및 현재프레임/필드의 제3 및 제4블럭으로부터 제3 및 제4고주파신호를 추출하여 제2문턱값을 설정한 후, 상기 제3 및 제4블럭 간의 제2움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제2판단부; 및
    상기 제1 및 제2판단부로부터 판단된 각각의 상기 움직임 여부 결과를 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 타입을 판단하는 움직임 타입 판단부;를 포함하는 것 을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1판단부는,
    상기 제1 및 제2블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제1 및 제2고주파신호를 추출하는 제1고역통과필터;
    추출된 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한 제1문턱값으로 설정하는 제1문턱값 설정부; 및
    기산출된 상기 제1움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제1문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제1움직임 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2판단부는,
    상기 제3 및 제4블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제3 및 제4고주파신호를 추출하는 제2고역통과필터;
    추출된 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한 제2문턱값으로 설정하는 제2문턱값 설정부; 및
    기산출된 상기 제2움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제2문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제2움직임 판단부;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2판단부는 각각 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나와 소정의 노이즈신호를 가산하여 상기 제1문턱값을 설정하고, 상기 제2움직임 판단부는 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나와 소정의 노이즈신호를 가산하여 상기 제2문턱값을 설정하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제1판단부는 상기 제1 및 제2 고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 상기 노이즈신호를 가산하여 상기 제1문턱값을 설정하며, 상기 제2판단부는 제3 및 제4고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 상기 노이즈신호를 가산하여 상기 제2문턱값을 설정하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2판단부로부터 상기 현재블럭의 움직임이 각각 비제로 및 제로인 것으로 판단되면, 상기 움직임 타입 판단부는 상기 현재블럭의 움직임 타입은 전역움직임이며 상기 추정된 움직임 벡터는 정확하게 추정된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2판단부로부터 상기 현재블럭의 움직임이 각각 비제로인 것으로 판단되면, 상기 움직임 판단부는 상기 현재블럭의 움직임이 존재하나, 상기 추정된 움직임 벡터는 부정확하게 추정된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 움직임 타입 판단부는 상기 현재블럭은 움직이는 영상의 폐색영역에 위치하는 영상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 추정된 움직임 벡터는 양방향 및 단방향 블럭매칭방식 중 어느 하나를 적용하여 산출된 다수의 움직임 예측 오차값 중 최소 움직임 예측 오차값을 갖는 위치로부터 추정된 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2움직임 예측 오차값은 SAD(Sum of Absolute Difference), MAD(Mean Absolute Difference) 및 MSE(Mean Square Error) 중 어느 하나에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 장치.
  11. 보간할 현재블럭의 제로움직임벡터에 대응되는 이전 및 현재프레임/필드의 제1 및 제2블럭으로부터 제1 및 제2고주파신호를 추출하여 제1문턱값을 설정한 후, 상기 제1 및 제2블럭간의 제1움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제1판단단계;
    상기 현재블럭의 보상을 위해 추정된 움직임벡터에 대응되는 상기 이전 및 현재프레임/필드의 제3 및 제4블럭으로부터 제3 및 제4고주파신호를 추출하여 제2문턱값을 설정한 후, 상기 제3 및 제4블럭 간의 제2움직임 예측 오차값과 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하는 제2판단단계; 및
    상기 제1 및 제2판단단계로부터 판단된 각각의 상기 움직임 여부 결과를 비교하여 상기 현재블럭의 움직임 타입을 판단하는 움직임 타입 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제1판단단계는,
    상기 제1 및 제2블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제1 및 제2고주파신호를 추출하는 제1필터링단계;
    추출된 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한 제1문턱값으로 설정하는 제1문턱값 설정단계; 및
    기산출된 상기 제1움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제1문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제1움직임 판단단계;를 포함 하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 제2판단단계는,
    상기 제3 및 제4블럭을 각각 필터링하여 설정된 주파수 이상의 상기 제3 및 제4고주파신호를 추출하는 제2필터링단계;
    추출된 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나를 상기 현재블럭의 움직임 여부를 판단하기 위한 제2문턱값으로 설정하는 제2문턱값 설정단계; 및
    기산출된 상기 제2움직임 예측 오차값이 설정된 상기 제2문턱값을 초과하면 상기 현재블럭의 움직임이 존재하는 것으로 판단하는 제2움직임 판단단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 제1판단계는 각각 상기 제1 및 제2고주파신호 중 적어도 하나와 소정의 노이즈신호를 가산하여 상기 제1문턱값을 설정하고, 상기 제2판단단계는 상기 제3 및 제4고주파신호 중 적어도 하나와 소정의 노이즈신호를 가산하여 상기 제2문턱값을 설정하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 제1판단단계는 상기 제1 및 제2 고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 상기 노이즈신호를 가산하여 상기 제1문턱값을 설정하고, 상기 제2판단단계는 제3 및 제4고주파신호 중 큰 값을 갖는 신호와 상기 노이즈신호를 가산하여 상기 제2문턱값을 설정하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2판단단계에서 상기 현재블럭의 움직임이 각각 비제로 및 제로인 것으로 판단되면, 상기 움직임 타입 판단단계는 상기 현재블럭의 움직임 타입은 전역움직임이며 상기 추정된 움직임 벡터는 정확하게 추정된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2판단단계에서 상기 현재블럭의 움직임이 각각 비제로인 것으로 판단되면, 상기 움직임 판단단계는 상기 현재블럭의 움직임이 존재하나, 상기 추정된 움직임 벡터는 부정확하게 추정된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 움직임 타입 판단단계는 상기 현재블럭은 움직이는 영상의 폐색영역에 위치하는 영상인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 추정된 움직임 벡터는 양방향 및 단방향 블럭매칭방식 중 어느 하나를 적용하여 산출된 다수의 움직임 예측 오차값 중 최소 움직임 예측 오차값을 갖는 위치로부터 추정된 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2움직임 예측 오차값은 SAD(Sum of Absolute Difference), MAD(Mean Absolute Difference) 및 MSE(Mean Square Error) 중 어느 하나에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 움직임 타입 판단 방법.
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