KR100641200B1 - 영상의 블록 효과 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상의 블록 효과 평가 방법에 관한 것으로, 종래에는 블록 효과의 정도를 평가하는 객관적인 평가 척도가 없으므로 블록 효과의 발생을 적절히 판단하여 화질 저하 정도를 확인하지 못하고 화질 저하에 따른 적절한 화질 개선 방법을 적용하여 개선된 화질 정도를 평가하지 못하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 블록 가장자리의 화소를 읽어들여 에지 화소의 기울기와 에지 화소에 이웃한 화소의 기울기를 계산하는 단계와; 블록 경계 부분에서의 화소 기울기와 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 비교 판단하여 화소 기울기가 이웃 화소 기울기보다 클 경우 두 기울기의 차를 제곱하는 단계와; 블록 효과에 해당하는 부분만을 선택하여 가로 방향과 세로 방향의 기울기 차의 제곱 값을 누적하는 단계와; 누적된 두 기울기 차의 제곱 값을 로그 연산하여 블록 효과의 측정 척도를 계산하는 단계로 이루어져 영상의 블록 효과가 발생된 부분만을 판단하여 블록 효과의 양만을 측정함으로써 인간의 시각 특성을 고려하여 객관적 화질 평가 척도로 사용하고 영상의 블록 효과를 판단하는 기준으로 사용하는 효과가 있다.

Description

영상의 블록 효과 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING BLOCKING EFFECT OF IMAGE}
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 영상 평가 장치의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 영상의 블록 효과 평가 방법의 동작 흐름도.
도 3은 본 발명을 설명하기 위한 블록 가장자리에서 수평 방향의 밝기 분포를 보인 예시도.
본 발명은 영상의 블록 효과 평가 방법에 관한 것으로, 특히 낮은 부호화율로 인한 화질 저하에 대한 평가 척도를 객관적으로 제시할 수 있게 한 영상의 블록 효과 평가 방법에 관한 것이다.
영상 부호화에서 블록 기반 부호화 방법은 가장 널리 사용되는 영상 압축 방법으로 영상을 일정한 크기의 블록으로 나눈 다음 각 블록을 독립적으로 부호화한다. 블록 기반 부호화 방법은 각 블록을 독립적으로 부호화하므로 블록의 에지 부분에서 불연속성이 생기게 되고 낮은 비트율의 부호화 방법에서 불연속성은 더 심 하게 나타난다. 이러한 현상을 그리드 노이즈(grid noise) 또는 블록 효과(blocking effects)라고 한다.
블록 효과는 블록의 에지 부분에 불연속성을 발생시켜 화질 저하를 일으키므로 영상 부호화에서 블록 효과를 줄이도록 부호기를 직접 변형하여 부호기에서 잡음 제거 동작을 수행하여 블록의 에지 부분에서의 잡음을 제거한다. 부호기를 직접 변형하지 않고 영상 복호화에서 저대역 필터를 이용하여 블록의 에지 부분에서의 잡음을 제거하여 블록 효과를 제거할 수도 있다.
필터링된 영상의 화질을 평가하는 방법에는 먼저 주관적인 화질 평가가 있고, 가장 보편적으로 사용되는 첨두신호 대 잡음비(PSNR: Peak Signal to Noise Ratio)가 있다. 그러나 주관적 화질 평가는 객관적인 척도가 될 수 없고, PSNR은 화면 전체의 화질을 평가하는 척도이지만 블록 효과의 정도를 평가하는데 한계를 갖는다.
PSNR은 사람의 시각 특성을 고려하지 않은 것이므로 영상의 주관적 화질을 제대로 나타낼 수 없고, 화소 단위로 영상 전체에 대해 계산한 경우 발생 위치가 분명한 블록 가장자리에서의 왜곡을 나타내는데 문제점이 있다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 블록 효과의 정도를 평가하는 객관적인 평가 척도가 없으므로 블록 효과의 발생을 적절히 판단하여 화질 저하 정도를 확인하지 못하고 화질 저하에 따른 적절한 화질 개선 방법을 적용하여 개선된 화질 정도를 평가하지 못하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 블록의 경계부분에서의 화소 변화를 계산하고 블록 효과가 나타난 부분에 대한 값을 누적하여 부호화 중에 발생한 블록 효과의 양만을 측정할 수 있도록 한 영상의 블록 효과 평가 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 블록 가장자리의 화소를 읽어들여 에지 화소의 기울기와 에지 화소에 이웃한 화소의 기울기를 계산하는 단계와; 블록 경계 부분에서의 화소 기울기와 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 비교 판단하여 화소 기울기가 이웃 화소 기울기보다 클 경우 두 기울기의 차를 제곱하는 단계와; 블록 효과에 해당하는 부분만을 선택하여 가로 방향과 세로 방향의 기울기 차의 제곱 값을 누적하는 단계와; 누적된 두 기울기 차의 제곱 값을 로그 연산하여 블록 효과의 측정 척도를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
블록의 경계 부분에서는 블록 효과가 정해진 형태로 발생하고 사람의 시각 특성상 잘 구분되는 부분이므로 상기 부분에서의 영상 왜곡 정도를 나타내 주는 척도가 필요하다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 영상 평가 장치의 구성을 보인 블록도이다.
영상 평가 장치에서 기울기 계산부(11)는 블록 경계 화소의 기울기를 계산하고, 블록 효과 판단부(12)는 계산된 기울기로 블록 효과의 발생 정도를 판단하고, 척도 계산부(13)는 블록 효과가 발생된 경계 부분의 밝기 차이의 제곱을 누적 계산하여 블록 효과에 대한 측정 척도를 계산한다.
영상 평가 장치는 블록 크기를 판단하고 블록의 경계 부분의 화소를 확인하고 확인된 화소간의 기울기를 계산한다. 영상 평가 장치는 블록의 가로 방향과 세로 방향에 위치하는 경계 부분의 화소를 결정하고 결정된 경계 부분의 화소간의 변화 정도를 계산한다.
영상 평가 장치는 블록 경계 부분에서의 화소 기울기와 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 비교 판단하여 블록 효과의 발생 정도를 판단하고 블록 효과가 발생된 경계 부분의 밝기 차이의 제곱을 계산하고 누적하여 블록 효과에 대한 측정 척도를 계산한다.
영상 평가 장치는 영상의 경계 부분을 판단하여 측정 척도 계산에서 영상의 경계 부분의 밝기 차이를 제외한다. 영상의 경계 부분에서 밝기 차이는 부호화 잡음에 의한 밝기 차이보다 훨씬 크므로 측정 척도 계산에서 영상의 경계 부분의 밝기 차이를 포함하면 블록 효과에 의해 생긴 영상 왜곡을 정확하게 표현하지 못한다.
영상 평가 장치는 블록의 가로 방향과 세로 방향으로 블록 효과가 발생된 경계 부분의 밝기 차이의 제곱을 누적 계산하여 측정 척도인 BAM(Blocking Artifacts Measure)를 계산하고 BAM을 블록 효과의 발생에 의한 화질 저하를 평가하는 척도로 사용한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 영상의 블록 효과 평가 방법의 동작 흐름 도로서, 이에 도시된 바와 같이 블록 가장자리의 화소를 읽어들여 에지 화소의 기울기와 에지 화소에 이웃한 화소의 기울기를 계산하는 단계와; 블록 경계 부분에서의 화소 기울기와 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 비교 판단하여 화소 기울기가 이웃 화소 기울기보다 클 경우 두 기울기의 차를 제곱하는 단계와; 블록 효과에 해당하는 부분만을 선택하여 가로 방향과 세로 방향의 기울기 차의 제곱 값을 누적하는 단계와; 두 기울기 차의 제곱 값을 로그 연산하여 블록 효과의 측정 척도를 계산하는 단계로 이루어진다.
영상 평가 장치에서 영상을 일정한 크기의 블록으로 나눈 다음 각 블록을 독립적으로 부호화할 때 나타나는 블록 효과를 측정하고자 새로운 평가 척도인 BAM을 계산한다고 가정하자.
영상 평가 장치는 블록 가장자리의 밝기 분포 특성을 고려하여 블록 가장자리의 화소를 읽어들여 에지 화소의 기울기와 에지 화소에 이웃한 화소의 기울기를 계산한다. 블록 가장자리의 밝기 분포 특성은 원 영상의 화소 밝기에 비해 불연속성을 나타내며 블록 에지의 수평 방향과 수직 방향에서 밝기 왜곡을 나타낸다. 예를 들어 블록 영상에서 수평 방향의 밝기 분포를 그래프로 도시하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명을 설명하기 위한 블록 가장자리에서 수평 방향의 밝기 분포를 보인 예시도이다. 수평 방향의 밝기 분포는 블록 가장자리를 기준으로 왼쪽 블록에서 오른쪽 블록으로 이동할 때 밝기는 불연속성의 계단 모양으로 나타나며 작은 크기에서 큰 크기로 커진다.
영상 평가 장치는 복원된 영상에서 블록 크기를 판단하고 블록의 경계 부분 의 화소를 확인하고 확인된 화소간의 기울기를 계산한다. 영상 평가 장치는 수학식 1을 이용하여 블록의 가로 방향에 위치하는 경계 부분의 화소를 결정하고 결정된 경계 부분의 화소간의 변화 정도를 계산한다.
Figure 112005020901922-pat00001
여기서, dy(k)는 블록의 에지 화소간의 기울기이고, U(k,Nj)은 오른쪽 블록에서 왼쪽 경계 부분에 있는 화소의 밝기 값이고, U(k,Nj-1)은 왼쪽 블록에서 오른쪽 경계 부분에 있는 화소의 밝기 값이다.
영상 평가 장치는 블록의 가로 방향에 대해 화소간의 변화 정도를 계산한 바와 같이 블록의 세로 방향에 대해서도 화소간의 변화 정도를 계산한다.
영상 평가 장치는 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 계산하고자 수학식 2를 이용하여 블록의 가로 방향에 위치하는 경계 부분의 이웃 화소간의 변화 정도를 계산한다.
Figure 112005020901922-pat00002
여기서, my(k)는 경계 화소에 이웃한 화소의 기울기이고, U(k,Nj+1)은 오른쪽 블록에서 왼쪽 경계 부분에 있는 화소에 이웃한 화소의 밝기 값이고, U(k,Nj-2)은 왼쪽 블록에서 오른쪽 경계 부분에 있는 화소에 이웃한 화소의 밝기 값이다.
영상 평가 장치는 블록의 가로 방향에 대해 이웃 화소간의 변화 정도를 계산한 바와 같이 블록의 세로 방향에 대해서도 이웃 화소간의 변화 정도를 계산한다.
영상 평가 장치는 블록 경계 부분에서의 화소 기울기와 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 비교 판단하여 화소 기울기가 이웃 화소 기울기보다 클 경우, 즉 블록 효과가 나타날 때만 수학식 3과 4를 이용하여 두 기울기 차이를 제곱하여 블록의 가로 방향과 세로 방향에 대해 에지 화소간의 기울기와 이웃 화소간의 기울기의 차의 제곱 값을 누적한다.
Figure 112005020901922-pat00003
여기서, εy 2는 가로 방향의 기울기 차의 제곱 값이고, dy(k)는 블록의 에지 화소간의 기울기이고, my(k)는 경계 화소에 이웃한 화소의 기울기이다.
Figure 112005020901922-pat00004
여기서, εx 2는 가로 방향의 기울기 차의 제곱 값이고, dx(k)는 블록의 에지 화소간의 기울기이고, mx(k)는 경계 화소에 이웃한 화소의 기울기이다.
영상 평가 장치는 화소 밝기 차이와 잡음에 의한 화소 밝기 차이를 비교하여 화소 밝기 차이가 훨씬 클 경우 기울기 차의 제곱 값 누적 계산에서 해당 제곱값을 제외하여 영상의 경계와 겹치는 부분을 제외한다.
영상 평가 장치는 블록 효과에 해당하는 부분만을 선택하여 가로 방향과 세로 방향의 기울기 차의 제곱 값을 누적하여 εx 2와 εy 2를 계산한다. 영상 평가 장치는 수학식 5를 이용하여 두 기울기 차의 제곱 값을 로그 연산하여 블록 효과의 측정 척도인 BAM(Blocking Artifacts Measure)를 계산한다.
Figure 112005020901922-pat00005
여기서, BAM은 블록 효과의 새로운 측정 척도이고, εx 2는 가로 방향의 기울기 차의 제곱 값이고, εy 2는 가로 방향의 기울기 차의 제곱 값이다.
영상 평가 장치는 BAM의 크기를 영상의 블록 효과를 판단하는 기준으로 사용한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 영상의 블록 효과가 발생된 부분만을 판단하여 블록 효과의 양만을 측정함으로써 인간의 시각 특성을 고려하여 객관적 화질 평가 척도로 사용하고 영상의 블록 효과를 판단하는 기준으로 사용하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 블록 가장자리의 화소를 읽어들여 에지 화소의 기울기와 에지 화소에 이웃한 화소의 기울기를 계산하는 단계와;
    블록 경계 부분에서의 화소 기울기와 경계 부분에 이웃한 화소 기울기를 비교 판단하여 화소 기울기가 이웃 화소 기울기보다 클 경우 두 기울기의 차를 제곱하는 단계와;
    블록 효과에 해당하는 부분만을 선택하여 가로 방향과 세로 방향의 기울기 차의 제곱 값을 누적하는 단계와;
    누적된 두 기울기 차의 제곱 값을 로그 연산하여 블록 효과의 측정 척도를 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 영상의 블록 효과 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에지 화소의 기울기 계산은 수학식 1을 이용하여 블록의 가로 방향에 위치하는 경계 부분의 화소를 결정하고 결정된 경계 부분의 화소간의 변화 정도를 계산하게 이루어진 것을 특징으로 하는 영상의 블록 효과 평가 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112005020901922-pat00006
    여기서, dy(k)는 블록의 에지 화소간의 기울기이고, U(k,Nj)은 오른쪽 블록 에서 왼쪽 경계 부분에 있는 화소의 밝기 값이고, U(k,Nj-1)은 왼쪽 블록에서 오른쪽 경계 부분에 있는 화소의 밝기 값이다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에지 화소에 이웃한 화소의 기울기 계산은 수학식 2를 이용하여 블록의 가로 방향에 위치하는 경계 부분의 이웃 화소간의 변화 정도를 계산하게 이루어진 것을 특징으로 하는 영상의 블록 효과 평가 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112005020901922-pat00007
    여기서, my(k)는 경계 화소에 이웃한 화소의 기울기이고, U(k,Nj+1)은 오른쪽 블록에서 왼쪽 경계 부분에 있는 화소에 이웃한 화소의 밝기 값이고, U(k,Nj-2)은 왼쪽 블록에서 오른쪽 경계 부분에 있는 화소에 이웃한 화소의 밝기 값이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기울기 차의 제곱 값 누적은 화소 밝기 차이와 잡음에 의한 화소 밝기 차이를 비교하여 화소 밝기 차이가 훨씬 클 경우 기울기 차의 제곱 값 누적 계산에서 해당 제곱 값을 제외하게 이루어진 것을 특징으로 하는 영상의 블록 효과 평가 방법.
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