KR100695916B1

KR100695916B1 - 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치

Info

Publication number: KR100695916B1
Application number: KR1020000046890A
Authority: KR
Inventors: 민경선
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2007-03-19
Also published as: KR20020013650A

Abstract

개시된 내용은 저해상도의 이미지신호를 고해상도를 갖는 디스플레이장치에 디스플레이하기 위해 고해상도의 이미지신호로 변환하는 이미지 스케일러 장치에 관한 것이다. 본 발명의 이미지 스케일러 장치는 저해상도의 이미지신호를 고해상도의 이미지신호로 변환함에 있어서, 일반적으로 많이 사용되는 바이리니어 보간(Bilinear Interpolation)을 이용한 이미지사이즈 변환보다 보간특성이 우수한 큐빅 스프라인 보간(Cubic Spline Interpolation)방법을 이용함으로써, 보간한 후의 이미지의 화질개선을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.

큐빅 스프라인 보간, 이미지 스케일러, 보간계수테이블

Description

큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치{Image scaler apparatus using Cubic Spline Interpolation}

도 1은 본 발명에 따른 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치를 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 적용된 큐빅 스프라인 보간을 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 1 이미지 스케일러 장치의 수직스케일러를 나타내는 상세도,

도 4은 도 1 이미지 스케일러 장치의 수평스케일러를 나타내는 상세도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 메모리부 120 : 제어부

140 : 보간계수테이블 160 : 수직스케일러

180 : 수평스케일러 320, 420 : 합산기

300 ~ 303, 410 ~ 413 : 곱셈기

400 ~ 403 : 지연기

본 발명은 이미지 스케일러에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저해상도의 이 미지신호를 고해상도를 갖는 디스플레이 장치에 디스플레이하기 위해 큐빅 스프라인 보간방법을 이용하여 고해상도의 이미지신호로 변환하는 이미지 스케일러 장치에 관한 것이다.

기존의 고해상도 디스플레이 장치는 저해상도의 이미지신호를 고해상도의 이미지신호로 변환하기 위하여 라인/픽셀 더블링(line/pixel doubling)이나 바이리니어 보간(bilinear interpolation)을 이용한 이미지 스케일러를 사용하고 있다. 일반적으로 많이 사용되는 바이리니어 보간방법은 가장 가까운 4개 화소들의 가중치를 이용하여 거리-가중 평균치를 구한 다음, 이를 출력영상의 화소값에 할당하는 것이다. 만약, 평균치가 0.5보다 크면 "1", 그렇지 않으면 "0"으로 할당되는데, 실제 주위 화소값의 평균이 0.5에 근접하면 "0"과 "1"의 정확한 구분이 불가능하다. 여기서, "1"은 물체가 있는 영역을, "0"은 물체가 없는 영역을 나타낸다. 따라서, 이러한 손실되는 부분에 의하여 복원영상에 블럭효과가 크게 나타난다. 이러한 블럭효과는 주관적인 화질에 나쁜 영향을 미치는 주된 요인으로, 의미 있는 물체인 내용(contents) 단위로 처리하는데 문제가 발생한다. 이러한 주위 4개 화소만을 고려할 때 생기는 문제점을 줄이기 위해, 고려되는 화소를 보간되는 점을 중심으로 좀더 넓은 영역으로 확장하여 보간하였다.

그러나, 이와 같은 종래의 이미지 스케일러는 어느 정도의 블럭효과를 줄일 수 있었으나, 뭉개짐(smoothing)효과가 지나치게 커지는 문제점이 있다. 따라서, 원래 복잡한 형태를 갖는 영상에 적합하지 않으며, 복원 오차가 커지는 단점이 있 다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해소하기 위하여 저해상도의 이미지신호를 고해상도의 이미지신호로 변환하여 고해상도의 디스플레이장치의 해상도에 맞게 디스플레이함에 있어, 일반적으로 많이 사용되는 바이리니어 보간을 이용한 이미지사이즈 변환보다 보간특성이 좋은 규빅 스프라인 보간(Cubic Splin Interpolation)방법을 이용한 이미지 스케일러(Image Scaler) 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치는, 저해상도의 이미지신호를 고해상도의 이미지신호로 변환하기 위한 이미지 스케일러 장치에 있어서, 입력되는 이미지데이터를 저장하는 메모리부와, 큐빅 스프라인 보간계수가 저장되어 있는 보간계수테이블과, 메모리부의 입출력을 제어하고 보간계수테이블의 어드레스를 발생하는 제어부를 구비한다. 또한, 메모리부의 이미지데이터 및 보간계수테이블의 수직보간계수를 입력받아 수직보간을 통해 이미지의 라인확장을 수행하는 수직스케일러, 및 수직스케일러의 수직보간데이터 및 보간계수테이블의 수평보간계수를 입력받아 수평보간을 통해 이미지의 수평화소확장을 수행하는 수평스케일러를 포함한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치 의 구성도를 나타낸다. 도 1의 이미지 스케일러 장치는 입력되는 이미지데이터를 저장하는 메모리부(100)와, 큐빅 스프라인 보간계수를 테이블(table)형태로 저장하고 있는 보간계수테이블(140)을 구비한다. 여기서, 메모리부(100)는 보통 라인 메모리(line memory)로 구성되어 입력되는 이미지데이터를 한 라인씩 저장하며, 출력시에는 4라인의 데이터를 동시에 출력한다. 보간계수테이블(140)은 사전 계산에 의해 구해진 큐빅 스프라인 보간계수들이 들어있으며 수직보간용 계수와 수평보간용 계수를 각각 출력한다. 또한, 도 1의 이미지 스케일러 장치는 메모리부(100)의 입출력을 제어하고 보간계수테이블의 어드레스를 발생하는 제어부(120)와, 실제 보간기능을 수행하는 수직스케일러(160) 및 수평스케일러(180)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 도 1의 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치에 대한 동작을 도 2 내지 도 4를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 적용된 큐빅 스프라인 보간을 설명하기 위한 도면이다.

큐빅 스프라인 보간이란 기존의 바이리니어 보간보다 좀 더 진보된 영상재배열 기법으로, 이 기법에선 출력화소 주변의 16개 입력화소들을 계산하여 종합적인 화소값으로 전환한다. 따라서, 큐빅 스프라인 보간은 원본 영상의 그레이 레벨(gray level)을 비교적 적게 교체함으로써, 바이리니어 보간보다 좀 더 뚜렷한 영상을 생성한다.

도 2에서, 4개의 샘플링 포인트 X_k-1, X_k, X_k+1, X_k+2에 대한 성분을 Y_k-1, Y_k, Y_k+1, Y_k+2로 주어진다고 하면, 보간포인트 X_p가 [X_k, X_k+1]에 있을 때의 성분인 Y_p는 다음 수학식 1로 구할 수 있다.

Yp = {(Y_k+2-3Y_k+1+3Y_k-Y_k-1)/2}t³+ {(-Y_k+2+4Y_k+1-5Y_k+2Y_k-1)/2}t²

+ {(Y_k+2-2Y_k-1)/2}t + Y_k

여기서, t는 X_k와 X_k+1과의 사이에서 보간포인트 X_p의 위치를 나타내며 그 범위는 0≤t≤1이다.

수학식 1을 Y_k-1, Y_k, Y_k+1, Y_k+2에 대응하는 계수로 나타내면 다음 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

Y_p = C₁Y_k-1 + C₂Y_k + C₃Y_k+1 + C₄Y_k+2

여기서, C₁, C₂, C₃, 및 C₄는 보간계수이며, 다음 수학식 3과 같다.

C₁ = (-t³ + 2t² -t)/2

C₂ = (-3t³ + 4t² + 2)/2

C₃ = (-3t³ + 4t² + t)/2

C₄ = (t³ - t²)/2

따라서, t값을 이용하여 보간계수 C₁, C₂, C₃, 및 C₄를 구할 수 있으며, 이처럼 구해진 보간계수는 보간계수테이블(140)에 저장된다. 이때, t값은 각 샘플링포인트 간격을 32구간으로 나눌 경우 0, 1/32, 2/32, …, 31/32, 1 등의 값을 가지며, 각 t값에 대응하는 보간계수들이 미리 계산되어 보간계수테이블(140)에 저장된다. 또한, 각 샘플링포인트 간격은 64구간 등의 다른 구간으로도 나눌 수 있다.

도 1의 이미지 스케일러 장치에 저해상도의 이미지데이터가 입력되면, 메모리부(100)는 제어부(120)의 제어하에 이미지데이터를 한 라인씩 저장한다. 제어부(120)는 메모리부(100)의 4개 라인에 이미지데이터가 모두 저장되면 4라인의 이미지데이터를 동시에 수직스케일러(160)로 출력하도록 제어함과 동시에, 보간계수테이블(140)의 어드레스를 발생시켜 출력한다. 그러면, 보간계수테이블(140)은 해당 어드레스에 들어있는 수직보간용 계수와 수평보간용 계수를 각각 출력한다.

도 3은 도 1 이미지 스케일러 장치의 수직스케일러(160)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 3의 수직스케일러(160)는 메모리부(100)로부터 입력되는 이미지데이터(n-1, n, n+1, n+2)와 보간계수테이블(140)로부터 입력되는 수직보간계수(VC0, VC1, VC2, VC3)를 각각 곱하기 위한 곱셈기(300 ~ 303), 및 곱셈기(300 ~ 303)의 출력을 모두 더하기 위한 합산기(320)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 도 3의 수직스케일러(160)는 메모리부(100)로부터 4라인의 이미지데이터(n-1, n, n+1, n+2)를 동시에 입력 받는다. 4개의 곱셈기(300 ~ 303) 는 입력된 이미지데이터(n-1, n, n+1, n+2)에 보간계수테이블(140)로부터 입력되는 4개의 수직보간계수(VC0, VC1, VC2, VC3)를 각각 순서대로 곱한 후 출력한다. 합산기(320)는 4개의 곱셈기(300 ~ 303)에서 출력되는 데이터를 모두 더하고, 더한 결과를 수직보간데이터(n_p)로 출력한다. 따라서, 수직스케일러(160)는 이러한 수직보간을 통해 이미지의 라인확장을 수행한다.

도 4은 도 1 이미지 스케일러 장치의 수평스케일러(180)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 도 4의 수평스케일러(180)는 입력되는 수직보간데이터(n_p)를 순차적으로 지연하기 위한 다수의 직렬연결된 지연기(400 ~ 403)와, 각 지연기(400 ~ 403)에서 지연된 수직보간데이터(n_p)와 수평보간계수(HC0, HC1, HC2, HC3)를 서로 곱하기 위한 곱셈기(410 ~ 413), 및 곱셈기(410 ~ 413)의 출력을 모두 더하기 위한 합산기(420)를 구비한다. 이러한 구성을 갖는 도 4의 수평스케일러(180)는 수직스케일러(160)로부터 수직보간데이터(n_p)를 입력 받고, 보간계수테이블(140)로부터 수평보간계수(HC0, HC1, HC2, HC3)를 입력 받는다. 4개의 지연기(400 ~ 403)는 연이어 직렬 접속되어 있으며, 입력된 수직보간데이터(n_p)를 각각 지연하여 출력한다. 4개의 곱셈기(410 ~ 413)는 지연기(400 ~ 403)에서 지연된 각각의 수직보간데이터(n_p)와 보간계수테이블(140)에서 입력된 수평보간계수(HC0, HC1, HC2, HC3)를 각각 곱한 후 출력한다. 합산기(420)는 4개의 곱셈기(410 ~ 413)에서 출력되는 데이터를 모두 더한 후 출력한다. 따라서, 수평스케일러(180)는 이러한 수평보간을 통해 이미지의 수평화소확장을 수행한다.

이와 같이, 큐빅 스프라인 보간을 통해 수직 및 수평적으로 스케일링 처리된 이미지데이터는 고해상도를 갖는 디스플레이장치에 디스플레이 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치는, 저해상도의 이미지신호를 고해상도의 이미지신호로 변환하여 고해상도의 디스플레이 장치에 디스플레이하는 장치에 있어서, 큐빅 스프라인 보간을 이용함으로써, 기존에 많이 사용되었던 바이리니어 보간을 이용한 이미지 스케일러에 비해 보간한 후의 이미지의 화질개선을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

저해상도의 이미지신호를 고해상도의 이미지신호로 변환하기 위한 이미지 스케일러 장치에 있어서,

입력되는 이미지데이터를 한 라인씩 저장하며, 저장된 4라인의 이미지데이터를 동시에 출력하는 메모리부(100);

큐빅 스프라인 보간계수가 저장되어 있는 보간계수테이블(140);

상기 메모리부(100)의 입출력을 제어하며, 상기 보간계수테이블(140)로 어드레스신호를 출력하는 제어부(120);

상기 메모리부(100)의 이미지데이터 및 상기 보간계수테이블(140)의 수직보간계수를 입력받아 수직보간을 통해 이미지의 라인확장을 수행하는 수직스케일러(160); 및

상기 수직스케일러(160)의 수직보간데이터 및 상기 보간계수테이블(140)의 수평보간계수를 입력받아 수평보간을 통해 이미지의 수평화소확장을 수행하는 수평스케일러(180)를 포함하는 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 보간계수테이블(140)의 큐빅 스프라인 보간계수는

C₁ = (-t³ + 2t² - t)/2,

C₂ = (-3t³ + 4t² +2)/2,

C₃ = (-3t³ + 4t² +t)/2, 및

C₄ = (t³ - t²)/2 이며, 보간하고자 하는 위치(t)값에 대해 사전 계산에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수직스케일러(160)는

상기 메모리부(100)로부터 입력되는 4라인의 이미지데이터와 상기 보간계수테이블(140)에서 입력되는 4개의 수직보간계수를 각각 곱하는 곱셈기(300,301,302,303); 및

상기 곱셈기(300,301,302,303)에서 출력되는 4개의 데이터를 모두 더하는 합산기(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치.
제 1항에 있어서, 상기 수평스케일러(180)는

상기 수직스케일러(160)로부터 입력되는 수직보간데이터를 지연시키기 위해 연이어 직렬 접속되어 있는 4개의 지연기(400,401,402,403);

상기 각 지연기(400,401,402,403)로부터 입력되는 수직보간데이터와 상기 보간계수테이블(140)에서 입력되는 4개의 수평보간계수를 각각 곱하는 곱셈기(410,411,412,413); 및

상기 곱셈기(410,411,412,413)에서 출력되는 4개의 데이터를 모두 더하는 합산기(420)를 포함하는 것을 특징으로 하는 큐빅 스프라인 보간을 이용한 이미지 스케일러 장치.