KR100701306B1 - 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치는 입력영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 최대 경사값을 산출하는 최대 경사값 산출부, 최대 경사값의 크기에 대응되는 소정 한계값을 산출하는 한계값 산출부, 산출된 소정 한계값과 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기초로 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출하는 확산량 산출부, 및 산출된 확산량과 기설정된 소정 게인값을 곱한 값을 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 영상신호에 국부적인 특성을 고려한 확산을 적용함으로써, 영상신호를 압축하거나 영상신호가 대역제한된 전송선로를 통과하는 경우에 발생되는 슈트 아티팩트를 줄이면서, 영상의 선명도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 영상신호의 선명도를 효과적으로 향상시켜 현실적이고 생생한 화질을 얻을 수 있다.
슈트 아티팩트, 선명도, 디테일, 확산, 최대 경사값, 픽셀

Description

영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치 및 방법{The device of processing the shoot artifact in the image signal and the method thereof}
도 1a 및 도 1b는 일반적인 영상처리 시스템에서 본 발명에 따른 슈트 아티팩트 처리장치가 위치하는 영역을 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치의 구성을 도시한 블럭도,
도 3은 본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 4는 최대 경사값에 따른 한계값의 변화를 도시한 도면, 그리고
도 5는 한계값에 따른 픽셀차와 픽셀간 확산량과의 관계를 도시한 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *
10: 최대 경사값 산출부 20: 한계값 산출부
30: 확산량 산출부 40: 픽셀값 변환부
42: 곱셈기 44: 덧셈기
50: 슈트 아티팩트 처리장치
본 발명은 아티팩트 처리장치에 관한 것으로, 특히 영상신호를 압축하거나 영상신호가 대역제한된 전송선로를 통과하는 경우에 발생되는 슈트 아티팩트를 줄이기 위한 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치 및 방법에 관한 것이다.
영상신호는 손실 압축(ex:JPEG)을 하거나, 대역제한된 전송선로를 거칠 경우 고주파 성분의 감소로 아티팩트가 발생한다. 이 때, 발생하는 아티팩트는 영상의 에지 부분에 흰 테두리가 겹쳐보이는 현상을 초래하며, 이를 '슈트 아티팩트' (shoot artifact)라고 한다.
이러한 슈트 아티팩트가 존재하는 영상의 선명도를 향상시킬 경우, 밝기값이 크게 변하는 에지 부분에서 슈트 아티팩트가 크게 부각되어 시각적으로 부자연스러움을 초래하는 문제점이 있다.
이러한 슈트 아티팩트를 억제하기 위한 종래의 방법은 미국특허 US 6668097 B1에 개시되어 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 미국특허 US 6668097 B1에서는 특정 임계값을 초과하는 에지에서만 슈트 아티팩트를 억제하도록 하여, 임계값을 초과하지 않는 에지 부분에서 발생하는 슈트 아티팩트를 고려하지 않은 문제점이 있다. 또한, 슈트가 발생된 것으로 판단된 영역에서는 '그레이 레벨 오프닝'(gray level opening)과 '그레이 레벨 클로징' (gray level closing)을 이용하여 슈트를 억제하는데, 이로 인해 영상의 디테일한 성분도 없어지게 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 영상신호에 국부적인 특성을 고려한 확산을 적용함으로써, 영상을 압축할 경우 또는 영상신호가 대역제한된 전송선로를 통과할 경우 발생하는 슈트 아티팩트를 억제하기 위한 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치 및 방법을 제공하기 위함이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치는 입력영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 최대 경사값을 산출하는 최대 경사값 산출부, 최대 경사값의 크기에 대응되는 소정 한계값을 산출하는 한계값 산출부, 산출된 소정 한계값과 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기초로 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출하는 확산량 산출부, 및 산출된 확산량과 기설정된 소정 게인값을 곱한 값을 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환부를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 확산량은, 입력영상신호의 에지 크기에 비례하는 것이 바람직하다.
여기서, 게인값은, 사용자에 의해 조작가능하다.
본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법은 입력영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 최대 경사값을 산출하는 최대 경사값 산출단계, 최대 경사값의 크기에 대응되는 소정 한계값을 산출하는 한계값 산출단계, 산출된 소정 한계값과 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기초로 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출하는 확산량 산출단계, 및 산출된 확산량과 기설정된 소정 게인값을 곱한 값을 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 최대 경사값 산출단계는, 소정 크기의 윈도우 내의 복수의 픽셀 중 인접하는 픽셀간의 픽셀차를 각각 산출하는 단계, 및 산출된 픽셀차 중 최대값을 선택하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 확산량은, 입력영상신호의 에지 크기에 비례하는 것이 바람직하다.
여기서, 게인값은, 사용자에 의해 조작가능하다.
이하에서는 예시된 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 일반적인 영상처리 시스템에서 본 발명에 따른 슈트 아티팩트 처리장치가 위치하는 영역을 나타낸 도면이다. 일반적으로 이미지 프로세싱에서 영상의 미세부분에 대한 선명도(sharpness)를 향상시키기 위해 선명도 향상장치(100)가 사용된다. 선명도 향상장치(100)는 영상의 선명도를 향상시켜 보다 생생한 화질이 재현되도록 하는 장치를 말한다.
도 1a를 참조하면, 본 슈트 아티팩트 처리장치(50)는 선명도 향상장치 (100)의 전단에 위치할 수 있으며, 이 경우 입력영상신호에 이미 존재하는 슈트 아티팩트를 억제한다. 또한, 도 1b를 참조하면, 본 슈트 아티팩트 처리장치(50)는 선명도 향상장치(100)의 후단에 위치하는 것도 가능하며, 이 경우 영상처리과정에서 부각된 슈트 아티팩트를 억제하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 본 슈트 아티팩트 처리장치(50)는 최대 경사값 산출부(10), 한계값 산출부(20), 확산량 산출부(30) 및 픽셀값 변환부(40)를 포함한다.
최대 경사값 산출부(10)는 입력되는 영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 이 윈도우 범위내에서 최대 경사값을 산출한다. 경사값은 윈도우 내의 인접한 픽셀들간의 휘도값의 차로부터 산출되며, 슈트 아티팩트는 큰 경사 즉, 픽셀간의 휘도차가 큰 지점에서 주로 발생한다. 즉, 최대 경사값 산출부(10)는 설정된 윈도우 내의 복수의 픽셀 중 인접하는 픽셀간의 휘도차를 각각 산출한 후, 산출된 복수의 휘도차 중 최대값을 선택함으로써 최대 경사값을 산출한다.
한계값 산출부(20)는 최대 경사값 산출부(10)에서 산출된 최대 경사값에 기초하여 한계값을 산출한다. 한계값은 최대 경사값과 선형적으로 비례하는 관계를 갖도록 설계되는 것이 바람직하나, 설계자의 의도에 따라, 최대 경사값과 싸인함수 또는 코싸인 함수의 관계를 가질 수도 있다.
확산량 산출부(30)는 한계값 산출부(20)에서 산출된 한계값과 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기초로 저역통과필터링을 수행하여 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출한다.
픽셀값 변환부(40)는 확산량 산출부(30)에서 산출된 현재의 픽셀과 인접한 픽셀 간의 확산량과 기설정된 게인값에 기초하여 입력되는 영상신호의 현재의 픽셀의 픽셀값을 변환하여 출력한다
도 3은 본 발명에 따른 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법의 설명에 제공되 는 흐름도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저, 최대 경사값 산출부(10)는 입력되는 영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 이 윈도우 범위내에서 최대 경사값을 산출한다(S310).
경사값은 윈도우 내의 인접한 픽셀들간의 픽셀값의 차로부터 산출되며, 최대 경사값 산출부(10)는 산출된 복수의 경사값 중 최대값을 선택한다.
위의 과정을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112004038263224-pat00001
〈수학식 1〉에서 DMAX는 최대 경사값, p0 ~ pn은 소정 윈도우 내의 픽셀들의 픽셀값, Max()는 최대값 함수를 나타낸다.
〈수학식 1〉에서와 같이 최대 경사값 산출부(10)는 소정 윈도우 내의 복수의 픽셀 중 인접하는 픽셀간의 픽셀차를 각각 산출한 후, 최대값 함수에 의해 산출된 픽셀차 중 최대값을 선택함으로써 최대 경사값을 산출한다.
한계값 산출부(20)는 최대 경사값 산출부(10)에서 산출된 최대 경사값에 기초하여 한계값을 산출한다(S320).
도 4는 최대 경사값에 따른 한계값의 변화를 도시한 도면이다. 도 4의 (a) 그래프를 참조하면, 경사값에 비례하는 슈트 아티팩트의 일반적 특성을 고려하여 최대 경사값이 증가할수록 한계값이 증가되도록 설계되었다.
도 4의 (a)에서 한계값과 최대 경사값의 관계는 아래의 〈수학식 2〉와 같 다.
Figure 112004038263224-pat00002
〈수학식 2〉에서, σ는 한계값, DMAX는 최대 경사값, k1은 임의의 상수를 나타낸다.
한편, 도 4의 (b)를 참조하면, 최대 경사값이 작은 영역에서는 한계값을 더욱 작게 하고, 최대 경사값이 큰 영역에서는 한계값을 더욱 크게함으로써, 조밀한 질감에서는 슈트 제어(shoot controll)가 덜 이루어지도록 설계되었다.
도 4의 (b)에서 한계값과 최대 경사값의 관계는 아래의 〈수학식 3〉과 같다.
Figure 112004038263224-pat00003
〈수학식 3〉에서, σ는 한계값, DMAX는 최대 경사값,
Figure 112006036802571-pat00030
,
Figure 112006036802571-pat00031
는 임의의 상수를 나타낸다.
한계값 산출부(20)에서 산출된 한계값(σ)은 후술하는 확산량 산출부(30)에서 저역통과필터링을 수행시, 저역통과필터링이 적용되는 최대 한계값으로 이용되며, 이는 저역통과필터의 대역폭과 동일하다.
확산량 산출부(30)는 한계값 산출부(20)에서 산출된 한계값(σ)과 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기초로 저역통과필터링을 수행하여 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출한다(S330).
확산량 산출부(30)에서 산출된 픽셀간 확산량은 아래의 수학식 4와 같다.
Figure 112004038263224-pat00004
〈수학식 4〉에서, φ(x,σ)는 픽셀간 확산량, x는 픽셀차, σ는 한계값을 나타낸다.
〈수학식 4〉에서 알 수 있는 바와 같이, 확산량 산출부(30)는 저역통과필터링 방식을 적용하여, 픽셀차(x)가 산출된 한계값(σ)보다 작은 경우에만 픽셀간의 확산량(φ)이 산출되며, 픽셀차(x)가 산출된 한계값(σ)보다 큰 경우, 한계값(σ)보다 큰 값을 갖는 픽셀차(x)는 확산량 산출시 고려되지 않는다. 즉, 픽셀차(x)가 산출된 한계값(σ)보다 큰 경우, 픽셀간 확산량(φ)은 0이된다.
도 5는 한계값에 따른 픽셀차와 픽셀간 확산량과의 관계를 도시한 그래프이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 한계값이 25인 경우로, 픽셀차(x)가 5인 지점에서 확산량(φ)은 피크치를 이루며, 도 5의 (b)를 참조하면, 한계값(φ)이 100인 경우로, 픽셀차(x)가 50인 지점에서 확산량은 피크치를 이룬다.
도 5의 (a)와 (b)를 비교해보면, 확산량 산출부(30)는 현재의 픽셀에 대하여 한계값이 작은 유사한 픽셀 간에는 확산량이 작고, 현재의 픽셀에 대하여 한계값이 큰 상이한 픽셀 간에는 확산량이 큰 확산량을 산출하게 된다. 즉, 확산량은 한계값에 비례하게 된다. 한편, 한계값은 최대 경사값과 비례관계(선형 내지 싸인, 코싸 인 관계)를 이루므로 확산량은 최대 경사값과 비례관계를 형성한다. 또한, 경사값은 에지의 크기에 비례한다고 할 수 있으므로, 결국 확산량은 에지의 크기에 비례하게 된다.
픽셀값 변환부(40)는 확산량 산출부(30)에서 산출된 현재의 픽셀과 인접한 픽셀 간의 확산량과 기설정된 게인값에 기초하여 입력되는 영상신호의 현재 픽셀의 픽셀값을 변환하여 출력한다(S340).
즉, 픽셀값 변환부(40) 내의 승산기(42)는 확산량 산출부(30)에서 확산량(φ)과 기설정된 게인값(G)을 승산하고, 승산값을 가산기(44)에 제공한다. 가산기(44)는 승산기(42)로부터 입력받은 승산값과의 입력영상신호의 현재 픽셀값을 합산하여 픽셀값을 변환하여 출력한다. 이를 수식으로 나타내면 아래의 수학식 5와 같다.
Figure 112006036802571-pat00032
〈수학식 5〉에서 Y'는 출력 픽셀값, Y는 현재 픽셀값, φ는 확산량, G는 게인값을 나타낸다.
위와 같은 과정에 의해, 입력영상신호의 픽셀값이 적절한 픽셀값으로 변환되어 출력되므로, 입력영상신호에 존재하는 아티팩트가 억제된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 영상신호에 국부적인 특성을 고려한 확산을 적용함으로써, 영상신호의 손실 압축시 또는 영상신호가 대역제한된 전송선로를 통과하는 경우에 발생되는 슈트 아티팩트를 줄이면서, 영상의 선명도를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 영상신호의 선명도를 효과적으로 향상시켜 현실적이고 생생한 화질을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에지의 크기에 비례하는 확산량을 적용함으로써, 에지 주변에 존재하는 디테일한 성분이 없어지는 것을 방지하면서 슈트 아티팩트를 억제할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에지의 크기에 비례하게 확산량을 설계함으로 인해, 슈트가 발생하는 전 영역이 고려됨으로써 보다 효과적으로 슈트 아티팩트를 억제할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위에 있게 된다.

Claims (13)

  1. 입력영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 상기 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 최대 경사값을 산출하는 최대 경사값 산출부;
    상기 최대 경사값의 크기에 대응되는 소정 한계값을 산출하는 한계값 산출부;
    산출된 상기 소정 한계값과 상기 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기초로 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출하는 확산량 산출부; 및
    산출된 상기 확산량과 기설정된 소정 게인값을 곱한 값을 상기 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정 한계값은 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치:
    Figure 112004038263224-pat00006
    여기서,
    Figure 112004038263224-pat00007
    는 한계값,
    Figure 112004038263224-pat00008
    은 임의의 상수,
    Figure 112004038263224-pat00009
    는 최대 경사값이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소정 한계값은 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치:
    Figure 112006036802571-pat00010
    여기서,
    Figure 112006036802571-pat00011
    는 한계값,
    Figure 112006036802571-pat00033
    ,
    Figure 112006036802571-pat00034
    는 임의의 상수,
    Figure 112006036802571-pat00013
    는 최대 경사값이다.
  4. 제1항에 있어서, 상기 확산량은,
    산출된 한계값을 기준으로 상기 픽셀차의 크기가 산출된 상기 한계값의 크기보다 작은 경우에만 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치:
    Figure 112004038263224-pat00014
    여기서, φ(x,σ)는 픽셀간 확산량, x는 픽셀차, σ는 한계값이다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 확산량은,
    상기 입력영상신호의 에지 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 게인값은,
    사용자에 의해 조작가능한 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리장치.
  7. 입력영상신호에서 현재 픽셀을 기준으로 소정 크기의 윈도우를 설정하고, 상기 윈도우 내의 픽셀값에 기초하여 최대 경사값을 산출하는 최대 경사값 산출단계;
    상기 최대 경사값의 크기에 대응되는 소정 한계값을 산출하는 한계값 산출단계;
    산출된 상기 소정 한계값과 상기 입력영상신호의 인접 픽셀간의 픽셀차를 기 초로 현재의 픽셀과 인접한 픽셀간의 확산량을 산출하는 확산량 산출단계; 및
    산출된 상기 확산량과 기설정된 소정 게인값을 곱한 값을 상기 현재 픽셀값에 합산하여 출력하는 픽셀값 변환단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 최대 경사값 산출단계는,
    상기 소정 크기의 윈도우 내의 복수의 픽셀 중 인접하는 픽셀간의 픽셀차를 각각 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 픽셀차 중 최대값을 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 소정 한계값은 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법:
    Figure 112004038263224-pat00015
    여기서,
    Figure 112004038263224-pat00016
    는 한계값,
    Figure 112004038263224-pat00017
    은 임의의 상수,
    Figure 112004038263224-pat00018
    는 최대 경사값이다.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 소정 한계값은 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법:
    Figure 112006036802571-pat00019
    여기서,
    Figure 112006036802571-pat00020
    는 한계값,
    Figure 112006036802571-pat00035
    ,
    Figure 112006036802571-pat00036
    는 임의의 상수,
    Figure 112006036802571-pat00022
    는 최대 경사값이다.
  11. 제7항에 있어서, 상기 확산량은,
    산출된 한계값을 기준으로 상기 픽셀차의 크기가 산출된 상기 한계값의 크기보다 작은 경우에만 다음 수식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법:
    Figure 112004038263224-pat00023
    여기서, φ(x,σ)는 픽셀간 확산량, x는 픽셀차, σ는 한계값이다.
  12. 제7항에 있어서, 상기 확산량은,
    상기 입력영상신호의 에지 크기에 비례하는 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 게인값은,
    사용자에 의해 조작가능한 것을 특징으로 하는 영상신호의 슈트 아티팩트 처리방법.
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