KR100732683B1 - 움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법 - Google Patents

움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법 Download PDF

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Abstract

움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법이 개시된다. 본 영상변환장치는 영상변환장치는 순차적으로 입력되는 비디오필드가 순차적으로 저장되는 제1버퍼부 내지 제3버퍼부, 제1버퍼부에 저장된 제1필드 및 제3버퍼부에 저장된 제3필드 간의 움직임벡터를 추정하는 움직임추정부, 움직임추정부로부터 출력되는 움직임벡터를 이용하여 제1필드 및 제3필드 간의 움직임을 보상하여 보간된 필드를 출력하는 움직임보상부, 움직임보상부에서 출력되는 보간된 필드 및 제2버퍼부에 저장된 제2필드 중, 적어도 하나를 출력하는 출력부, 그리고, 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드에 따라, 출력부로부터 출력되는 필드를 선택하는 필드선택부를 포함한다. 이에 따라 풀 다운된 필드에 대한 움직임보상을 효율적으로 수행할 수 있게 된다.
영상포맷, 움직임 추정, 움직임 보상, 움직임벡터, 풀다운, 텔레시네

Description

움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법 { Image conversion apparatus to compensate motion and method thereof }
도 1a 및 도 1b는 종래의 영상포맷 변환방법을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 필드선택부의 구성을 나타낸 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 영상포맷 변환결과를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 움직임추정부의 구성을 나타낸 도면,
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 움직임추정부의 동작을 상세하게 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 움직임보상부의 움직임보상결과를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도, 그리고,
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환자치의 움직임 보상결과를 나타낸 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 제1버퍼부 110 : 제2버퍼부
120 : 제3버퍼부 130 : 움직임추정부
140 : 움직임보상부 160 : 출력부
180 : 필드선택부
본 발명은 움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3:2 풀 다운(pull-down) 및 2:2 풀다운 동작에 의해 발생하는 움직임 열화를 감소시키기 위한 움직임보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법에 관한 것이다.
최근 들어, PDP 및 LCD와 같은 디스플레이장치가 대형화되어 보급됨에 따라, 많은 사용자가 영화를 보기 위해 극장에 가지 않고, 가정에서 대형 디스플레이장치를 통해 영화를 볼 수 있게 되었다.
일반적으로, 극장에서 상영하는 영화는 1초당 24프레임 혹은 25프레임 단위로 생성되며, 생성된 프레임은 각각 필름에 담겨져, 프로그레시브(progressive) 스캔방식으로 스크린에 표시된다. 여기서 말하는 프로그레시브 스캔방식은 한 장면을 프레임 단위로 한번에 스크린에 표시하는 방식이다.
이에 비해, 현재 보급되고 있는 대부분의 디스플레이장치에는 한 장면을 두 개 이상의 필드(field)로 나누어 순차적으로 화면에 표시하는 인터레이스(interlace) 스캔방식을 사용한다. 이러한 디스플레이장치는 전송방식에 따라 NTSC(National Television System Committee)방식의 경우, 초당 60필드로, PAL(Phase Alternation Line) 혹은 SECAM(Sequential Couleur a Memoire)방식의 경우, 초당 50필드로 영상을 처리하여 화면에 표시한다.
이러한 차이점으로 인해, 극장에서 상영하는 영화를 디스플레이장치에서 그대로 재생하게 될 경우, 초당 표시되는 프레임 수가 다르기 때문에, 사용자는 빠른 동영상을 보게 된다. 따라서, 극장에서 상영하는 영화를 디스플레이장치에서 재생하기 위해서는 텔레시네(텔레비젼과 시네마의 합성어)라는 영상변환장치를 통해, 필드 수를 증가시켜야 한다.
좀 더 상세히 말하면, 영화필름을 NTSC방식의 디스플레이장치에 표시하기 위해서는 초당 24프레임을 60필드로 증가시키고, PAL 혹은 SECAM방식의 디스플레이장치에 표시하기 위해서는 초당 25프레임을 50필드로 증가시켜야 한다. 이와 같은 동작을 각각 3:2 풀 다운 및 2:2 풀 다운이라고 하며, 풀 다운된 영상포맷을 프로그레시브 스캔방식을 이용하는 영상 디스플레이장치에 표시하기 위해서는 인버스 텔레시네(inverse telecine)과정을 거쳐야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 영상포맷 변환방법을 설명하기 위한 도면이다.
도면에서 프레임 1의 탑 필드는 T1, 바텀 필드는 B1, 프레임 2의 탑 필드는 T2, 바텀 필드는 B2, 프레임 3의 탑 필드는 T3, 바텀 필드는 B3, 그리고, 프레임 4의 탑 필드는 T4, 바텀 필드는 B4로 표현하였다.
도 1a를 참조하면, 초당 24프레임으로부터 60필드를 얻기 위해, 2개의 프레임으로부터 5개의 필드를 얻는다. 즉, 프레임 1 및 프레임 3으로부터 3개의 필드를 얻고, 프레임 2 및 프레임 4로부터 2개의 필드를 얻는다. 여기서, 영화필름의 한 프레임으로부터 3개의 필드를 얻기 위해서는 탑 필드 혹은 바텀 필드 중, 어느 한 필드를 반복하여 얻는다.
이러한 3:2 풀 다운 과정을 통해 얻은 각각의 비디오필드를 인버스 텔레시네 과정을 통해 프로그레시브 프레임으로 생성한다. 즉, T1과 B1을 합하여 3개의 프레임을 생성하고, T2와 B2를 합하여 2개의 프레임을 생성하며, T3와 B3를 합하여 3개의 프레임을 생성하고, T4와 B4를 합하여 2개의 프레임을 생성한다.
도 1b를 참조하면, 초당 25프레임으로부터 50필드를 얻기 위해, 1개의 프레임으로부터 2개의 필드를 얻는다. 즉, 각 프레임으로부터 탑 필드 및 바텀 필드를 얻는다. 이러한 2:2 풀 다운 과정을 통해 얻은 각각의 비디오필드를 인버스 텔레시네과정을 통해 프로그레시브 프레임으로 생성한다. 즉, 각각의 탑 필드와 바텀 필드를 합하여 각각 2개의 프레임을 생성한다.
이상과 같은 영상포맷 변환에 의해, 두 개 혹은 세 개의 프레임이 같은 움직임 위상(motion phase)을 갖게 된다. 즉, 도 1a의 경우, T1+B1, B2+T2, B3+T3, 및 T4+B4가 각기 같은 움직임 위상을 갖게 된다.
이러한 인버스 텔레시네(inverse telecine)과정에 의해 생성된 프로그레시브 프레임이 화면에 표시되는 경우, 두 개 혹은 세 개의 프레임이 반복되어 화면에 표시됨으로 인해, 움직임 끊김 현상(motion judder)이 발생하게 된다. 이때, 움직임 끊김 현상을 제거하기 위해서는 주변 영상으로부터 움직임을 추정하여 중간 영상을 만들어 내는 움직임 보상을 수행해야한다. 이러한 움직임 보상방법에 대해서는, 미국 특허 제5,929,919호(Motion-compensated field rate conversion) 등과 같이 선행하는 여러 가지 기술들이 존재한다.
그러나, 미국 특허 제5,929,919호에 제시된 움직임 보상방법은 3:2 풀 다운 동작을 수행하는 경우, 모든 입력 필드에 대해 움직임이 보상되므로, 움직임 추정오차로 인한 움직임 열화(halo, block effect, false matching 등)가 발생할 수도 있다. 또한, 움직임의 정확도를 측정하기 위한 움직임 정화 과정을 수행하는 회로(fall-back detection circuit)가 추가로 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 움직임 끊김 현상을 줄이기 위해, 움직임 보상할 필드만을 선택하여 움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 움직임 추정 오차로 인한 움직임 열화를 방지하는데 있어서, 움직임의 정확도를 측정하는 추가 회로 없이, 블록 매칭 알고리즘(block matching algorithm)을 수행함으로써 움직임을 추정하여 움직임 보상을 수행하는 영상변환장치 및 움직임 보상방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상변환장치는 순차적으로 입력되는 비디오필드가 순차적으로 저장되는 제1버퍼부 내지 제3버퍼부, 상기 제1버퍼부에 저장된 제1필드 및 상기 제3버퍼부에 저장된 제3필드 간의 움직임벡터를 추정하는 움직임추정부, 상기 움직임추정부로부터 출력되는 상기 움직임벡터를 이용하여 상기 제1필드 및 상기 제3필드 간의 움직임을 보상하여 보간된 필드를 출력하는 움직임보상부, 상기 움직임보상부에서 출력되는 상기 보간된 필드 및 상기 제2버퍼부에 저장된 제2필드 중, 적어도 하나를 출력하는 출력부, 및 상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드에 따라, 상기 출력부로부터 출력되는 필드를 선택하는 필드선택부를 포함한다.
여기서, 상기 필드선택부는 상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드가 3:2 풀 다운된 필름모드, 2:2 풀 다운된 필름모드, 및 풀 다운되지 않은 필름모드 중, 하나인지를 판단하는 필름모드결정부, 및 상기 필름모드결정부의 판단에 따라, 상기 보간된 필드 및 상기 제2버퍼부에 저장된 제2필드 중, 어느 하나의 필드를 선택하는 선택신호를 출력하는 선택신호출력부를 포함하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 선택신호출력부는 상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드가 3:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 순차적으로 입력되는 필드의 반복필드 중, 마지막 필드가 상기 보간된 필드로 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 선택신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 선택신호출력부는 상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드가 2:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 순차적으로 입력되는 필드를 두 필드마다 상기 보간된 필드가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 선택신호를 출력한다.
또한, 상기 선택신호출력부는 상기 순차적으로 입력되는 비디오필드가 풀 다운되지 않은 필름모드로 판단되는 경우, 상기 보간되지 않은 상기 제2필드가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 선택신호를 출력한다.
그리고, 상기 움직임추정부는 블록매칭 알고리즘(block matching algorithm)을 수행하여 움직임을 추정한다.
상기 움직임추정부는 로렌찌안함수를 선형적으로 근사화한 다음 수학식을 이용하여 움직임을 추정하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005071281097-pat00001
상기 수학식에서, fk +1(x)은 필드 k+1(즉, 제3필드)에서의 영상좌표벡터 x에서의 화소 값, vm은 현재블록 m의 움직임벡터, R(Bm)은 제3필드에서의 블록 m의 영상좌표벡터의 합집합, VN(m)은 현재블록 m을 에워싸고 있는 주변블록의 합집합, λm은 움직임유사성 가중치,
Figure 112005071281097-pat00002
는 움직임유사성 에러 함수인, 그리고,
Figure 112005071281097-pat00003
는 정합 에러 함수이다.
상기 움직임유사성 에러 함수 및 상기 정합 에러 함수 중, 적어도 하나의 에러 함수는 다음 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005071281097-pat00004
if |x|<T
otherwise
Figure 112005071281097-pat00005
상기 수학식에서, T는 최대 화소 값이다.
그리고, 상기 움직임유사성 가중치는 블록에 따라 적응적으로 변하는 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 움직임보상부는 쌍 선형 보간(bilinear interpolation)을 수행하는 것을 특징으로 한다.
한편, 제1 내지 제3버퍼부를 구비한 영상변환장치의 비디오필드 변환방법은 상기 제1 내지 제3버퍼부에 비디오필드가 순차적으로 저장되는 단계, 상기 제1버퍼부 및 상기 제3버퍼부에 저장된 필드를 이용하여 움직임벡터를 산출하는 단계, 상기 움직임벡터를 이용하여 제1버퍼부 및 제3버퍼부에 저장된 필드를 보간하는 단계, 상기 비디오필드의 필름모드를 판단하는 단계, 및 상기 필름모드에 따라 상기 제2버퍼부에 저장된 필드 및 상기 보간된 필드 중, 어느 하나의 필드를 출력하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 어느 하나의 필드를 출력하는 단계는 상기 비디오필드의 필름모드가 3:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 입력되는 비디오필드의 반복필드 중, 마지막 필드를 상기 보간된 필드로 출력하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 어느 하나의 필드를 출력하는 단계는 상기 비디오필드의 필름모드 가 2:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 입력되는 비디오필드를 두 필드마다 보간된 필드를 출력한다.
또한, 상기 어느 하나의 필드를 출력하는 단계는 상기 비디오필드의 필름모드가 풀 다운된 필름모드로 판단되지 않는 경우, 상기 입력되는 비디오필드를 상기 제2버퍼부에 저장된 필드로 출력한다.
그리고, 상기 움직임벡터를 산출하는 단계는 블록매칭 알고리즘(block matching algorithm)을 수행하여 움직임을 추정하여 상기 움직임벡터를 산출한다.
상기 움직임벡터를 산출하는 단계는 로렌찌안함수를 선형적으로 근사화한 다음 수학식을 이용하여 움직임을 추정하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005071281097-pat00006
상기 수학식에서, fk +1(x)은 필드 k+1(즉, 제3필드)에서의 영상좌표벡터 x에서의 화소 값, vm은 현재블록 m의 움직임벡터, R(Bm)은 제3필드에서의 블록 m의 영상좌표벡터의 합집합, VN(m)은 현재블록 m을 에워싸고 있는 주변블록의 합집합, λm은 움직임유사성 가중치,
Figure 112005071281097-pat00007
는 움직임유사성 에러 함수인, 그리고,
Figure 112005071281097-pat00008
는 정합 에러 함수이다.
상기 움직임유사성 에러 함수 및 상기 정합 에러 함수 중, 적어도 하나의 에러 함수는 다음 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112005071281097-pat00009
if |x|<T
otherwise
Figure 112005071281097-pat00010
상기 수학식에서, T는 최대 화소 값이다.
상기 움직임유사성 가중치는 블록에 따라 적응적으로 변하는 값을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 움직임을 보간하는 단계는 쌍 선형 보간(bilinear interpolation)을 수행하여 움직임을 보간하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 영상변환장치는 제1버퍼부(100), 제2버퍼부(110), 제3버퍼부(120), 움직임추정부(130), 움직임보상부(140), 출력부(160), 및 필드선택부(180)를 포함한다.
제1버퍼부(100), 제2버퍼부(110), 및 제3버퍼부(120)에는 순차적으로 입력되는 60필드(NTSC의 경우) 혹은 50필드(PAL의 경우)의 비디오필드가 저장된다. 즉, 제1필드는 제1버퍼부(100)에, 제2필드는 제2버퍼부(110)에, 그리고, 제3필드는 제3버퍼부(120)에 저장된다. 여기서, 제2필드를 필드k로 나타내면, 제1필드는 필드k-1, 그리고, 제3필드는 필드k+1로 나타낼 수 있다.
움직임추정부(130)는 하나의 필드를 M×N크기의 블록(block)으로 분할하여, 제1버퍼부(100)에 저장된 제1필드 및 제3버퍼부(120)에 저장된 제3필드 간의 움직임벡터를 추정한다. 여기서, 움직임추정부(130)는 SAD(Sum of Absolute Difference)를 기반으로 블록매칭 알고리즘(Block Matching Algorithm:BMA)을 수행한다.
이때, 움직임벡터를 추정하고자 하는 블록 주변의 움직임이 급격하게 변하지 않는다는 가정하에서, 블록매칭 알고리즘을 수행하기 위한 영역 정합 에러 함수(Block Matching Error Function) 및 움직임유사성 에러 함수(Motion Smoothness Error Function)로 수학식 1에 정의한 로렌찌안(Lorentzian)함수가 이용된다.
Figure 112005071281097-pat00011
이러한 움직임추정부(130)의 움직임벡터 추정에 대해서는 도 5 내지 도 6c를 통해 상세히 후술하기로 한다.
움직임보상부(140)는 움직임추정부(130)에서 추정한 움직임벡터를 이용하여, 수학식2에 나타낸 쌍 선형 보간(bilinear interpolation)을 수행함으로써, 움직임이 보간된 필드를 출력한다.
Figure 112005071281097-pat00012
여기서, fk(x)는 필드k의 영상좌표벡터 x에서의 화소 값, 그리고, vm은 움직임추정부(130)에서 추정한 최종움직임벡터를 나타낸다.
출력부(160)는 제2버퍼부(110)에서 출력되는 제2필드 및 움직임보상부(140)에서 출력되는 움직임이 보간된 필드 중, 하나의 필드를 후술 되는 필드선택부(180)의 선택신호에 따라 선택하여 출력한다.
필드선택부(180)는 출력부(160)의 출력을 제어하기 위한 선택신호를 출력한다. 즉, 입력필드가 3:2 풀 다운 된 필름모드인 경우, 반복 필드 중에서 마지막 필드에 대해서만 움직임이 보간된 필드를 선택하는 선택신호를 출력한다. 그리고, 입력필드가 2:2 풀 다운 된 필름모드인 경우, 두 필드마다 움직임이 보간된 필드를 선택하는 선택신호를 출력한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 필드선택부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 필드선택부(180)는 필름모드결정부(182) 및 선택신호출력부(184)를 포함한다.
필름모드결정부(182)는 입력되는 필름이 3:2 풀 다운된 필름모드인지, 2:2 풀 다운된 필름모드인지, 그리고, 풀 다운 된 필름모드가 아닌지를 판단한다.
선택신호출력부(184)는 필름모드결정부(182)에서 판단한 결과에 따라, 3:2 풀 다운된 필름모드인 경우, 입력필드에 따라 선택신호 0-0-1-0-1-0-0-1-0-...를 출력하여, 반복되는 필드 중에서 마지막 필드만 움직임 보상을 하도록 한다. 여기서, 선택신호 '0'은 보간된 필드가 아닌 제2버퍼부(110)에 저장된 필드를 그대로 출력하라는 신호이고, 선택신호'1'은 움직임보상부(140)에서 보간되어 출력되는 보간된 필드를 출력하라는 신호이다.
그리고, 선택신호출력부(184)는 필름모드결정부(182)가 입력되는 필름이 2:2 풀 다운 된 필름모드로 판단하면, 입력필드에 따라 선택신호 0-1-0-1-0-1-...을 출력하여, 두 필드 마다 움직임보상을 하도록 한다. 만약, 필름모드결정부(182)가 입력되는 필드가 풀 다운된 필름모드가 아닌 것으로 판단하면, 선택신호 0-0-0-...을 출력하여, 보상을 수행하지 않도록 한다. 즉, 제2버퍼부(110)에 저장된 제2필드를 그대로 출력하도록 한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 영상포맷 변환결과를 나타낸 도면이다.
도 4a를 참조하면, 입력필드가 3:2 풀 다운된 필름모드인 경우, 반복되는 필드 중, 마지막 필드가 움직임보상되어 출력된다. 예를 들어, 제1버퍼부(100) 및 제2버퍼부(110)에 필드 A가 저장되고, 제3버퍼부(120)에 필드 B가 저장되는 경우, 제2버퍼부(110)에 저장된 필드 A가 출력되지 않고, 보간된 필드 A'이 출력된다. 같은 방법으로, 제1버퍼부(100) 및 제2버퍼부(110)에 필드 B가 저장되고, 제3버퍼부(120)에 필드 C가 저장되는 경우, 제2버퍼부(110)에 저장된 필드 B가 출력되지 않 고, 보간된 필드 B'가 출력된다.
도 4b는 입력필드가 2:2 풀 다운 된 필름모드인 경우로 두 필드마다 움직임이 보상되어 출력된다. 예를 들어, 제1버퍼부(100) 및 제2버퍼부(110)에 필드 A가 저장되고, 제3버퍼부(120)에 필드 B가 저장되는 경우, 제2버퍼부(110)에 저장된 필드 A가 출력되지 않고, 보간된 필드 A'이 출력된다. 같은 방법으로, 제1버퍼부(100) 및 제2버퍼부(110)에 필드 B가 저장되고, 제3버퍼부(120)에 필드 C가 저장되는 경우, 제2버퍼부(110)에 저장된 필드 B가 출력되지 않고, 보간된 필드 B'가 출력된다.
도 5, 그리고, 도 6a, 내지 도 6c를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 움직임추정부(130)의 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 도 5를 참조하면, 움직임추정부(130)는 제1오차산출부(131), 곱셈기(132), 제2오차산출부(133), 가산기(134), 및 움직임벡터결정부(135)를 포함한다.
제1오차산출부(131)는 제1필드와 제3필드 간의 움직임유사성 에러(motion smoothness error)인 ES를 산출한다. 이러한 제1오차산출부(131)의 움직임유사성 에러 ES 산출방법에 관해서는 도 6a에 상세하게 도시하였다.
도 6a를 참조하면, 제1오차산출부(131)는 제1감산기(131-1), 제1함수부(131-3), 및 제1시그마(sigma)부(131-5)를 포함한다.
제1감산기(131-1)는 현재블록 m과 현재블록 m을 에워싸고 있는 주변블록들 VN(m) 간의 움직임벡터의 차이를 산출한다. 여기서, 현재블록 m의 위치는 (i,j)이 고, 현재블록 m을 에워싸고 있는 주변블록은 모두 8개이며, 4개는 제3필드에 포함되고, 4개는 제1필드에 포함된다.
제1함수부(131-3)는 산출된 움직임벡터 차이에 움직임 유사성 에러 함수인
Figure 112005071281097-pat00013
를 곱한다. 움직임 유사성 에러 함수
Figure 112005071281097-pat00014
는 상기한 수학식 1의 로렌찌안함수를 통해 산출되며 수학식 3과 같다.
Figure 112005071281097-pat00015
if |x|<ασs
otherwise
Figure 112005071281097-pat00016
여기서, α는 스케일상수이며, ασs는 최대 화소 값을 의미한다.
제1시그마부(131-5)는 움직임유사성 에러 함수인
Figure 112005071281097-pat00017
가 곱해진 움직임벡터 차이를 주변블록의 수만큼 더하여 움직임유사성 에러 ES를 산출하며, 움직임유사성 에러 ES는 다음 수학식 4와 같다.
Figure 112005071281097-pat00018
도 5에서, 곱셈기(132)는 산출된 움직임유사성 에러 ES에 움직임유사성에 대 한 가중치 λm를 곱한다. 여기서 말하는 움직임유사성 가중치 λm는 각 블록의 성격, 예를 들어 평탄도, 질감(texture)도에 따라 다른 값을 가지게 되는데, 한 필드에 대해 하나의 값으로 설정될 수도 있다.
제2오차산출부(133)는 제1필드와 제3필드 간의 영역정합 에러(block matching error)인 ED를 산출한다. 이러한 제2오차산출부(133)의 영역정합 에러 ED 산출방법에 관해서는 도 6b에 상세하게 도시하였다.
도 6b를 참조하면, 제2오차산출부(133)는 제2감산기(133-1), 제2함수부(133-3), 및 제2시그마부(133-5)를 포함한다.
제2감산기(133-1)는 제3필드의 현재블록 m의 화소 값과 제1필드에 포함된 탐색영역P×Q의 화소 값과의 차이를 산출한다. 제3필드에 포함된 현재 블록(m)은 Rk + 1(m)으로 나타낼 수 있으며, 제1필드에 포함된 탐색영역의 소정 블록 m은 Sk - 1(m)으로 나타낼 수 있다.
제2함수부(133-3)는 산출된 화소값의 차이에 정합 에러 함수인
Figure 112005071281097-pat00019
를 곱한다. 정합 에러 함수
Figure 112005071281097-pat00020
는 상기한 수학식 1의 로렌찌안함수를 통해 산출되며 수학식 5와 같다.
Figure 112005071281097-pat00021
if |x|<βσD
otherwise
Figure 112005071281097-pat00022
여기서, β는 스케일상수이며, βσD는 최대 화소 값을 의미한다.
제2시그마부(133-5)는 정합 에러 함수인
Figure 112005071281097-pat00023
가 곱해진 움직임벡터 차이를 탐색영역의 수만큼 더하여 영역정합 에러 ED를 산출하며, 영역정합 에러 ED는 다음 수학식 6과 같다.
Figure 112005071281097-pat00024
도 5에 도시한 가산기(134)는 가중치 λm가 곱해진 움직임유사성 에러 ES에 영역정합 에러 ED를 합하여, 하나의 현재블록(m)에 대한 움직임벡터 오차 Em을 산출한다. 이를 Em=ED+λmES으로 나타낼 수 있다.
움직임벡터결정부(135)는 한 필드에 포함된 복수의 현재블록(m)에 대응되는 보수의 움직임벡터 오차 Em 중, 최소 움직임벡터 에러 Em을 산출하는 움직임벡터 vm을 최종움직임벡터로 출력한다. 필드 k의 소정 블록 m에서의 움직임벡터를 다음 수학식 7과 같이 정의한다.
Figure 112005071281097-pat00025
여기서, Em(vm)은 상기한 수학식 4 및 상기한 수학식 6에 의해, 다음 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005071281097-pat00026
이상과 같이 움직임추정부(130)는 로렌찌안함수를 이용하여 최종움직임벡터를 추정하며, 도 6c에는 움직임유사성 에러 함수인
Figure 112005071281097-pat00027
및 정합에러 함수인
Figure 112005071281097-pat00028
의 예를 나타내었다.
도 6c를 참조하면, 소정 필드에 포함된 화소 값이 최대 화소 값(-ασ,ασ)보다 작은 경우, 로렌찌안함수에 따라 선형적인 움직임벡터 에러 Em을 산출하게 된다. 만약, 소정 필드에 포함된 화소 값이 최대 화소 값(-ασ,ασ) 이상인 경우, 움직임벡터 에러 Em는 모두 log(1+0.5x2/σ2)의 값을 가지게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 움직임보상부의 움직임보상결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 제1필드의 영상좌표벡터의 화소 값 fk -1(x) 및 제3필드의 영상좌표벡터의 화소값 fk + 1(x)를 상기한 수학식 2에 적용하여, 보간된 필드의 영상좌표벡터의 화소값 fk(x)을 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 비디오필드가 제1 내지 제3버퍼부(120)에 입력되면(S200), 움직임추정부(130)가 제1버퍼부(100) 및 제3버퍼부(120)에 저장된 필드를 이용하여, 최종움직임벡터를 산출한다(S210). 이때, 움직임추정부(130)의 최종움직임벡터 추정에는 로렌찌안함수가 이용된다.
움직임보상부(140)가 최종움직임벡터를 이용하여 제1버퍼부(100) 및 제3버퍼부(120)에 저장된 필드를 보간하여 보간된 필드를 출력한다(S220). 여기서, 움직임보상부(140)는 쌍 선형 보간법을 이용하여 보간동작을 수행한다.
이때, 입력필드의 필름모드를 판단하여, 입력필드가 3:2 풀 다운된 필름모드로 판단되면(S230), 필드선택부(180)가 입력필드의 반복되는 필드 중, 마지막 필드가 보간된 필드로 출력되도록 출력부(160)를 제어한다(S240).
만약, 입력필드가 2:2 풀 다운된 필름모드로 판단되면(S250), 필드선택부(180)가 두 필드마다 보간된 필드가 출력되도록 출력부(160)를 제어한다(S260).
그리고, 입력필드가 풀 다운된 필름모드가 아닌 것으로 판단되면(S250), 필드선택부(180)는 보간된 필드가 출력되지 않고, 제2버퍼부(110)에 저장된 필드가 그대로 출려되도록 출력부(160)를 제어한다(S270).
이와 같은 과정에 의해, 입력되는 필름모드에 따라 선택적으로 움직임을 보상할 수 있게 된다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상변환장치의 움직임 보상결과를 나타낸 그래프이다.
도 9a는 3:2 풀 다운된 필름모드에 대한 움직임 보상필드를 1차원적으로 나타낸 그래프이며, 반복되는 필드 중, 마지막 필드는 보간된 필드를 출력하여 움직임 궤적(motion trajectory)에 가까운 영상을 재생할 수 있게 된다.
도 9b는 2:2 풀 다운된 필름모드에 대한 움직임 보상필드를 1차원적으로 나타낸 그래프이며, 두 필드마다 보간된 필드를 출력하여 움직임 궤적에 가까운 영상을 재생할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 블록매칭 알고리즘을 이용하여 움직임 보상할 필드만을 선택하여 움직임 보상을 수행함으로써, 풀 다운에 의해 발생하는 움직임 끊김 현상을 줄일 수 있고, 별도의 움직임 개선(motion refinement)과정과 그에 따른 하드웨어의 추가가 필요 없으며, 로렌찌안함수를 이용하여 정확한 움직임 추정을 할 수 있으므로 움직임 열화를 줄일 수 있게 된다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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 범위 내에 있게 된다.

Claims (19)

  1. 순차적으로 입력되는 비디오필드가 순차적으로 저장되는 제1버퍼부 내지 제3버퍼부;
    상기 제1버퍼부에 저장된 제1필드 및 상기 제3버퍼부에 저장된 제3필드 간의 움직임벡터를 추정하는 움직임추정부;
    상기 움직임추정부로부터 출력되는 상기 움직임벡터를 이용하여 상기 제1필드 및 상기 제3필드 간의 움직임을 보상하여, 보간된 필드를 출력하는 움직임보상부;
    순차적으로 입력되는 상기 비디오필드의 필름모드에 따라, 상기 움직임보상부에서 출력되는 상기 보간된 필드 및 상기 제2버퍼부에 저장된 제2필드 중, 어느 하나를 선택하는 선택신호를 출력하는 필드선택부; 및
    상기 선택신호에 따라 상기 보간된 필드 및 상기 제2필드 중, 어느 하나를 출력하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필드선택부는,
    상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드가 3:2 풀 다운된 필름모드, 2:2 풀 다운된 필름모드, 및 풀 다운되지 않은 필름모드 중, 하나인지를 판단하는 필름모드결정부; 및
    상기 필름모드결정부의 판단에 따라, 상기 보간된 필드 및 상기 제2버퍼부에 저장된 제2필드 중, 어느 하나의 필드를 선택하는 선택신호를 출력하는 선택신호출 력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 선택신호출력부는,
    상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드가 3:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 순차적으로 입력되는 필드의 반복필드 중, 마지막 필드가 상기 보간된 필드로 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 선택신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 선택신호출력부는,
    상기 순차적으로 입력되는 비디오필드의 필름모드가 2:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 순차적으로 입력되는 필드를 두 필드마다 상기 보간된 필드가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 선택신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 선택신호출력부는,
    상기 순차적으로 입력되는 필드가 풀 다운되지 않은 필름모드로 판단되는 경우, 상기 보간되지 않은 상기 제2필드가 출력되도록 상기 출력부를 제어하는 선택 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 움직임추정부는,
    블록매칭 알고리즘(block matching algorithm)을 수행하여 움직임을 추정하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 움직임추정부는,
    로렌찌안함수를 선형적으로 근사화한 다음 수학식을 이용하여 움직임을 추정하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
    Figure 112005071281097-pat00029
    상기 수학식에서, fk +1(x)은 필드 k+1(즉, 제3필드)에서의 영상좌표벡터 x에서의 화소 값, vm은 현재블록 m의 움직임벡터, R(Bm)은 제3필드에서의 블록 m의 영상좌표벡터의 합집합, VN(m)은 현재블록 m을 에워싸고 있는 주변블록의 합집합, λm은 움직임유사성 가중치, 는 움직임유사성 에러 함수인, 그리고,
    Figure 112005071281097-pat00031
    는 정합 에러 함수.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 움직임유사성 에러 함수 및 상기 정합 에러 함수 중, 적어도 하나의 에러 함수는 다음 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
    Figure 112005071281097-pat00032
    if |x|<T
    otherwise
    Figure 112005071281097-pat00033
    상기 수학식에서, T는 최대 화소 값.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 움직임유사성 가중치는 블록에 따라 적응적으로 변하는 값을 가지는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 움직임보상부는,
    쌍 선형 보간(bilinear interpolation)을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상변환장치.
  11. 제1버퍼부, 제2버퍼부, 및 제3버퍼부를 구비한 영상변환장치의 영상포맷 변환방법에 있어서,
    순차적으로 입력되는 비디오필드가 상기 제1버퍼부, 상기 제2버퍼부, 및 상기 제3버퍼부에 순차적으로 저장되는 단계;
    상기 제1버퍼부에 저장된 제1필드 및 상기 제3버퍼부에 저장된 제3필드 간의 움직임벡터를 추정하는 단계;
    상기 움직임벡터를 이용하여 상기 제1필드 및 상기 제3필드 간의 움직임을 보상하여, 보간된 필드를 출력하는 단계;
    순차적으로 입력되는 상기 비디오필드의 필름모드에 따라, 상기 보간된 필드 및 상기 제2버퍼부에 저장된 제2필드 중, 어느 하나를 선택하는 선택신호를 출력하는 단계; 및
    상기 선택신호에 따라, 상기 보간된 필드 및 상기 제2필드 중, 어느 하나의 필드를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 어느 하나의 필드를 출력하는 단계는,
    상기 비디오필드의 필름모드가 3:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 입력되는 비디오필드의 반복필드 중, 마지막 필드를 상기 보간된 필드로 출력하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 어느 하나의 필드를 출력하는 단계는,
    상기 비디오필드의 필름모드가 2:2 풀 다운된 필름모드로 판단되는 경우, 상기 입력되는 비디오필드를 두 필드마다 보간된 필드로 출력하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 어느 하나의 필드를 출력하는 단계는,
    상기 비디오필드의 필름모드가 풀 다운된 필름모드가 아닌 것으로 판단되는 경우, 상기 입력되는 비디오필드를 상기 제2버퍼부에 저장된 필드로 출력하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 움직임벡터를 추정하는 단계는,
    블록매칭 알고리즘(block matching algorithm)을 수행하여 움직임을 추정하여 상기 움직임벡터를 산출하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 움직임벡터를 추정하는 단계는,
    로렌찌안함수를 선형적으로 근사화한 다음 수학식을 이용하여 움직임을 추정하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
    Figure 112007018466545-pat00034
    상기 수학식에서, fk+1(x)은 필드 k+1(즉, 제3필드)에서의 영상좌표벡터 x에서의 화소 값, vm은 현재블록 m의 움직임벡터, R(Bm)은 제3필드에서의 블록 m의 영상좌표벡터의 합집합, VN(m)은 현재블록 m을 에워싸고 있는 주변블록의 합집합, λm은 움직임유사성 가중치,
    Figure 112007018466545-pat00035
    는 움직임유사성 에러 함수인, 그리고,
    Figure 112007018466545-pat00036
    는 정합 에러 함수.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 움직임유사성 에러 함수 및 상기 정합 에러 함수 중, 적어도 하나의 에러 함수는 다음 수학식을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
    Figure 112005071281097-pat00037
    if |x|<T
    otherwise
    Figure 112005071281097-pat00038
    상기 수학식에서, T는 최대 화소 값.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 움직임유사성 가중치는 블록에 따라 적응적으로 변하는 값을 가지는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제1필드 및 상기 제3필드 간의 움직임을 보상하여, 보간된 필드를 출력하는 단계는,
    쌍 선형 보간(bilinear interpolation)을 수행하여 움직임을 보상하는 것을 특징으로 하는 비디오필드 변환방법.
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