KR100893276B1 - 비디오 이미지들의 해상도 다운스케일링 - Google Patents

비디오 이미지들의 해상도 다운스케일링 Download PDF

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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

비디오 이미지들을 낮은 해상도로 다운스케일링하기 위한(예를 들면 HDTV로부터 SDTV로) 방법 및 장치가 제공된다. 방법은 다운스케일링된 비디오 신호를 얻기 위해 제 1 비디오 신호의 라인 방향에 대응하는 제 1 방향에서 제 1 비디오 신호를 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링시키고 다운스케일링하는 단계를 포함하고, 제 2 비디오 신호를 얻기 위하여 제 1 방향에 수직인 제 2 방향에서 다운스케일링된 비디오 신호를 공간 영역 다운스케일링하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법 및 장치는 프로그레시브 및 임의의 형식으로 인코딩된 인터레이스된 신호들을 효율적이고 높은 품질로 디코딩하기 위해 적당하다.
다운스케일링, 비디오 신호, 해상도.

Description

비디오 이미지들의 해상도 다운스케일링{Resolution downscaling of video images}
관련 출원의 우선권/교차-참조에 대한 주장
본 출원은 2001년 5월 22일에 출원된, 미국 임시 출원 일련 번호 60/292,715에 대한 우선권을 주장한다. 위의 식별된 출원의 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 발명은 고해상도 텔레비전(HDTV) 신호들과 같은 비디오 신호들에서 공간 해상도를 다운스케일링하는(downscaling) 것에 관한 것이다. 보다 특별하게, 본 발명은 표준 해상도 텔레비전(SDTV)의 해상도에 맞도록 HDTV 신호들의 해상도를 다운스케일링하는 것에 관한 것이다.
상업 시장들로 진입한 이래로, 텔레비전은 일상 생활의 모든 곳에 존재하는, 어디에나 있는 제품이 되었다. 방송 텔레비전이든지 케이블 텔레비전이든지, 텔레비전은 시청자들에게 세상의 변화들에 대한 어떠한 다른 뉴스의 형태 또는 미디어보다도 많은 정보를 제공한다. 동작하고 있는 이러한 텔레비전들 세트들의 수는 수 억이다.
SDTV(Standard Definition Television)라 불리는, 현재의 텔레비전 기술은 20세기 중반에 개발되고 표준화된 아날로그 기술에 기초한다. 이러한 주파수 할당, 포맷 등에 대해 오랫동안 수립된 텔레비전 방송 표준들은 송신될 수 있는, 따라서 사용자에 의해 시청될 수 있는 정보의 양에 제한들을 부가한다. SDTV의 한계들을 극복하도록 디자인된, HDTV(High Definition Television)라 불리는, 더욱 새로운 디지털 텔레비전 기술은 송신 전에 텔레비전 신호를 디지털화하고 압축함으로써 송신된 데이터의 양을 증가시킬 수 있다. SDTV에 비해 HDTV의 중요한 이점은 증가된 데이터 송신이 시청된 이미지의 깨끗함(clarity)을 개선시킨다는 것이다. 깨끗함은 SDTV의 송신보다 높은 해상도를 갖는 이미지를 송신하는 것에 의해 개선된다.
다수의 HDTV 송신들이 현존하는 SDTV 송신들과 비교하여 증가하기 시작함에 따라, 수억의 SDTV 텔레비전 세트들의 새로운 HDTV 신호들을 수신하도록 적응되어야 한다. SDTV 텔레비전 세트들을 HDTV 포맷들로 적응시키는 것은 수신된 HDTV 신호를 SDTV 텔레비전 세트에서의 시청을 위해 받아들일 수 있는 형식으로 공간적으로 다운스케일링하기 위한 변환기 박스 예를 들면, 셋탑박스(set-top box)를 부가하는 것에 의해 쉽게 이루어질 수 있다. HDTV로부터 SDTV로 공간적으로 다운스케일링하기 위한 기술들은 분야에서 잘 알려져 있다.
WO97/14252-A1은 이미지를 리사이즈(resize)하기 위해 DCT(discrete cosine transform)를 사용하는 방법 및 장치를 설명한다. 이미지를 줄이기 위해, DCT 영역의 반-에일리어싱(anti-aliasing) 필터를 구현하는 DCT의 컨벌루션-곱셈 특성(convolution-multiplication property)을 이용하는 방법 및 장치는, 이후 필터 계수들이 감소된 크기의 이미지의 DCT 계수들을 생성하도록 사용된다.
EP 0 781 052-A2는 임의의 색상 공간 인코딩 포맷에 인코딩된 MPEG 비디오 비트스트림들을 디코딩하고 디코딩된 비디오 비트스트림을 다른 크기의 창들로 출력하기 위한 디코더를 설명한다. MPEG 압축해제 및 색상 공간 디코딩과 변환은 동일한 디코더 내의 비트스트림들 상에서 수행된다. 설명된 디코더는 YUV 4:2:0, YUV 4:2:2, 및 YUV 4:4:4를 포함하는 임의의 세 개의 주 색상 공간 포맷들에서 디코딩된 비디오 비트스트림을 출력하도록 프로그래밍될 수 있다. 디코더는 또한 DCT 기반 이미지 리사이징을 이용하여 다른 크기의 창들로 디코딩된 비트스트림을 출력할 수 있다.
본 발명의 목적은 특히, 필드 유형(field-type)으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들과 프레임 유형(frame-type)으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들 모두를 포함하는 인코딩된 비디오 신호들에 대한 보다 유익한 해상도 다운스케일링을 제공하는 것이다. 이러한 목적을 위하여, 본 발명은 독립항들을 따른 방법 및 장치를 제공한다. 유익한 실시예들이 종속항들에서 정의된다.
본 발명의 제 1 특징에 따라, 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링 및 다운스케일링이 제 1 비디오 신호의 라인 방향에 대응하는 제 1 방향(예를 들면, 수평)에서 수행되고, 공간 영역 다운스케일링이 제 1 방향에 수직인 제 2 방향(예를 들면, 수직)에서 수행된다. 제 1 방향의 다운스케일링은 역 주파수 변환 연산(inverse frequency transform operation) 전에 또는 그 동안에 수행될 수 있다. 본 발명은 필드 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들과 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들 모두에 대해 제 2 방향에서 적용되는 주파수 영역 반-에일리어싱 필터의 주어진 유형이 공간 영역에서의 다른 필터 유형들에 대응한다는 통찰에 기초한다. 이것이 프레임 유형의 픽셀들의 그룹들이 전체로서 변환 인코딩되는 하나의 프레임에 섞인 두 개의 필드들에 대응하는 정보를 일반적으로 포함하는 반면 필드 유형의 픽셀들의 그룹들이 일반적으로 두 개의 개별적인 변환 인코딩된 필드들(예를 들면 최상 필드 및 최하 필드)을 포함한다는 사실의 결과이다. 공간 영역에서 필드 유형 및 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들을 다르게 필터링하는 것은, 필드 유형 및 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들이 모두 비디오 신호에 존재하는 경우에 역 움직임 보상(inverse motion compensation) 동안 상당한 오차들이 일어나도록 할 수 있다. 라인 방향에서의 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링 및 다운스케일링과 수직 방향에서의 공간 영역 다운스케일링에 의해, 이러한 오차들이 감소된다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는, 방법 또는 장치의 주요한 변경들 없이, 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들을 갖는 프로그래시브(progressive) 비디오 신호들뿐만 아니라 섞인 프레임/필드 유형의 픽셀들의 그룹들을 포함하는 인터레이스된(interlaced) 비디오 신호들, 섞인 프레임/필드 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들이 없는 인터레이스된 신호들(예를 들면, 단지 필드 유형 인코딩된 픽셀들의 그룹들)을 처리하기 위해 적당할 수 있다.
실질적인 실시예에서, 제 2 방향에서의 공간 영역 반-에일리어싱 필터링은 제 2 방향에서 공간 영역 다운스케일링 전에 수행된다.
실시예에서, 제 1 비디오 신호는 역 DCT(IDCT)와 같은 역 변환 연산 전에 또는 그 동안 다운스케일링되고 그 변환 연산 다음에 제 2 방향에서 공간 영역 다운스케일링 전에 역 움직임 보상이 이어진다. 이것은 움직임 벡터 다운스케일링에 의해 도입될 수 있는 오차들이 제 2 방향의 역 움직임 보상에서 영향을 끼치지 않는다는 장점을 갖는다. 제 2 방향에서의 공간 영역 다운스케일링은 바람직하게 동일한 방향에서의 반-에일리어싱 필터링에 의해 선행된다. 공간 영역 다운스케일링은 바람직하게 프레임 레벨에서 적용된다. 이것은 보다 날카로운 주파수 컷오프(cutoff)를 얻기 위하여 제 2 방향에서 긴 임펄스 응답을 갖는 필터의 사용을 가능하게 한다. 이러한 실시예의 장점은 블럭에 기초한 필터링때문에 블럭 에지들에서 생기는 왜곡들이 단지 제 1 방향에서만 존재한다는 것이다. 역 움직임 보상이 한 방향으로 다운스케일링된 영상들에서 수행되므로 기준(reference) 필드/프레임 저장을 위해 필요한 메모리 크기는 종래의 완전 공간 영역 스킴과 비교하여 감소된다. 메모리 감소는 수평적인 스케일링 팩터에 의존한다.
바람직하게, 공간 영역 다운스케일링은 역 움직임 보상 전에 수행된다. 역 움직임 보상 전의 수직적 공간 영역 다운스케일링 때문에, 역 움직임 보상을 위한 기준 필드/프레임을 저장하기 위해 필요한 메모리 크기는 예를 들면 다운스케일링이 필드/프레임의 크기를 50%로 감소시키는 경우에 크기의 절반으로 감소된다. 이러한 메모리 크기는 비교되는 양방향 주파수 영역 다운스케일링에 대해 필요한 메모리 크기에 대응한다.
대안의 실시예에서, 필드 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들은 주파수 영역으로 한 방향으로 및 공간 영역에서의 다른 방향보다 주파수 영역의 양 방향들에서 반-에일리어싱 필터링된다. 각 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹에 대해 수평적인 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링 및 수직적 공간 영역 반-에일리어싱 필터링이 수행된다. 이러한 실시예에서, 동일한 주파수 영역 필터가 필드 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들 및 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들을 위해 수평적인 방향에서 적용될 수 있다. 프레임 유형으로 인코딩된 픽셀들의 그룹들을 위해 수직적인 방향에서 사용되는 공간 영역 필터는 필드 유형으로 인코딩된 매크로블럭들을 위해 수직적인 방향에서 사용되는 주파수 영역 필더에 대응한다. 역 움직임 보상 전의 공간 영역에서의 수직적인 다운스케일링 때문에, 역 움직임 보상을 위한 기준 필드/프레임을 저장하기 위해 필요한 메모리 크기는 비교되는 양방향 주파수 영역 다운스케일링을 위해 필요한 메모리 크기에 대응한다. 이러한 실시예의 효율은, 일반적으로 느린 절차인 수직적 공간 영역 필터링이 단지 프레임 유형의 픽셀들의 그룹들에서 수행되고 필드 유형의 픽셀들의 그룹들에서는 수행되지 않기 때문에 보다 높다. 각 프레임 유형의 픽셀들의 그룹은 제 1 방향의 주파수 영역에서만 필터링되며 이후 스케일링할 수 있는(scalable) IDCT 동안 제 1 방향에서 다운스케일링된다. 모든 픽셀들의 그룹들이 이러한 방법으로 디코딩된 후, 섞인(mixed) 필드 정보는 분리될 수 있고 각 픽셀들의 그룹은 필터링되며 움직임 보상 전에 제 2 방향의 공간 영역에서 다운스케일링된다. 필드 유형의 픽셀들의 그룹은 양 방향들에서 주파수 영역 필터링되지만 역 움직임 보상 전에 주파수 영역의 한 방향에서 및 공간 영역의 다른 방향에서 다운스케일링된다.
픽셀들의 그룹들은 픽셀들의 블럭들이거나 매크로블럭들일 수 있다. MPEG-2의 경우에 각 16x16 매크로블럭은 픽셀들의 8x8 블럭들의 4개로 이루어진다. 인터레이스된 신호들은 예를 들면 MPEG-2의 두 개의 다른 모드들: 제 1은 영상의 필드 유형, 제 2는 영상의 프레임 유형에 의해 인코딩될 수 있다. 제 1 경우에 영상의 각 필드는 개별적으로 코딩되고 섞인 필드/프레임 매크로블럭 모드는 사용되지 않는다. 제 2 경우에(가장 일반적으로 사용되는) 각 영상은 프로그래시브(progressive) 방법, 즉, 두 개의 필드들이 섞이고 함께 코딩되는 방법으로 코딩된다. 이러한 경우에 대해 섞인 매크로블럭 모드가 사용된다. 따라서 만일 하나가 제 2 방법으로 인코딩된 인터레이스된 신호들을 위해 바로 양방향 주파수 영역의 하위 변환 스킴을 사용한다면, 그것은 움직임 보상동안 오차 전달 및 상당한 시각적 품질 손실들을 이끌 것이다.
도 1은 전형적인 HDTV 송신 및 수신 시스템을 도시하는 도면.
도 2는 전형적인 HDTV 및 SDTV 디스플레이 포맷들을 도시하는 도면.
도 3은 전형적인 HDTV 수신 시스템 및 SDTV 디스플레이 시스템을 도시하는 도면.
도 4a는 전형적인 MPEG 디코딩 시스템의 기능적인 블럭 다이어그램을 도시하는 도면.
도 4b는 전형적인 MPEG 디코딩 시스템을 설명하는 블럭 다이어그램을 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 원리들을 따른 디코딩 시스템의 전형적인 실시예를 도시하는 도면.
도 6a는 본 발명의 원리들을 따른 디코딩 시스템의 전형적인 블럭 다이어그램을 도시하는 도면.
도 6b는 도 6a에 도시된 바와 같은 전형적인 디코딩 시스템의 부분의 기능적인 블럭 다이어그램을 도시하는 도면.
도 6c는 도 6a에 도시된 바와 같은 전형적인 디코딩 시스템에서 사용하기 위한 전형적인 움직임 벡터 다운스케일링의 기능적인 블럭 다이어그램을 도시하는 도면.
이러한 도면들은 단지 발명의 개념들을 설명하기 위한 목적들만을 위한 것이고 발명의 한계들을 한정하는 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해된다. 아마도 적당한 곳의 참조 특성들에 보충된, 동일 참조 번호들은 전체적으로 대응 부분들을 식별하기 위하여 사용된다는 것이 이해될 것이다.
HDTV 디코딩된 신호들을 표준 텔레비전 스크린들에 디스플레이하기 위한 스케일링을 포함하는 본 발명의 새로운 특성들을 이해하고 인정하기 위하여, 먼저 종래의 HDTV 프로세스들과 그에 연관된 문제점들을 논의할 필요가 있다. 도 1은 종래의 HDTV 시스템을 도시한다. 도시된 바와 같이, 전형적으로 64 픽셀 요소들의 8x8 매트릭스로 구성된, 신호 발생기(101)에 의해 만들어진 디지털 텔레비전 신호는 MPEG 인코더(103)에 의해 압축된다. MPEG 인코딩은 푸리에 변환(Fourier transformation)과 유사하고 분야에 널리 알려진 수학적 연산인 DCT(Discrete Cosine Transformation)에 기초한다. 다른 연산들 중에서, MPEG 인코더(103)는 신호(102)에 의해 표현된, 픽셀들의 전형적인 8x8 매트릭스의, 신호(104)에 의해 표현된, 계수들의 8x8 매트릭스로의 변환을 수행한다. 알려진 바와 같이, 결과적으로 DCT 변환된 매트릭스는 고주파수 정보를 매트릭스의 최상부 좌측 모서리에 저장하고 저주파수 정보는 매트릭스의 최하부 우측 모서리에 저장한다. DCT 변환된 매트릭스는 이후 8비트, 즉, 1 바이트로 양자화되고 각 매트릭스 요소의 값들을 설명하기 위해 사용된다. 양자화된 매트릭스는 이 도시된 예에서, 송신 안테나(106)를 통해 TV 송신기(105)에 의해 송신된다. MPEG(Moving Pictures Experts Group)에 의해 지정된 표준들인 MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7과 같은 디지털 비디오 압축 기술들은 분야에 잘 알려져 있으며 본 명세서에서는 자세히 설명될 필요가 없다.
도 1로 돌아가면, 송신된 디지털 신호(108)는 수신 안테나(110)에 의해 수신되고 튜너(125)를 포함하는 TV 수신기(120)에 의해 처리된다. 튜너(125)는 특정 HDTV 신호를 수신된 복수의 HDTV 및 SDTV 신호들로부터 분리시키기 위해 사용된다. 분리된 신호는 이후 디코더(140), 예를 들면, MPEG 디코더에 의해 처리되고, 디지털적으로 송신된 신호(130)를 디스플레이할 수 있는 신호(145)로 디코딩한다. 예를 들면 MPEG 디코딩을 사용하여, 디코더(140)는 수신된 신호를 디코딩하고 송신된 계수들을 라인들 및 로우들에 의해 정렬된 픽셀 데이터의 스트림으로 되돌려보낸다. 디스플레이 드라이버(150)는 수신된 데이터에 기초한 고해상도 스크린(160)에 디스플레이하기 위하여 적당한 레드(R), 그린(G), 및 블루(B) 색상들의 신호를 발생시킨다.
보다 높은 해상도를 이루기 위하여, HDTV 이미지들은 높은 해상도로 만들어진다. 한 경우에서, 이미지는 각 수평 라인에 1920 픽셀들을 갖고 1080 라인들로, 즉 1920x1080의 해상도로 송신된다. 제 2 경우에서, 이미지는 라인당 1280 픽셀들과 720 라인들, 즉, 1280x720으로 송신된다. 이에 반해서, SDTV 텔레비전은 HDTV보다 상당히 적은 해상도를 갖는다. 예를 들면, 미국 및 일본의 텔레비전 송신 시스템에서, SDTV 시스템의 NTSC는 약 720x480의 해상도, 즉, 480라인들의 각각에 대해 720 픽셀들로 이루어진다. 유럽은 다른 해상도, 즉, 720 x 576를 여전히 사용하는 PAL을 채용한다.
도 2는 HDTV 이미지 상에 포개진 전형적인 NTSC SDTV 이미지의 이미지 시청 부분을 도시한다. 이러한 도시된 예에서, 송신된 HDTV 이미지의 시청 부분은 부분(205)으로 도시되고 SDTV 이미지는 부분(210)으로 도시된다. 도시된 바와 같이, HDTV 이미지의 상당 부분이 SDTV 스크린 상에서 보여질 수 있는 SDTV 이미지를 오버랩하는 HDTV 이미지의 부분으로서 잃게 된다.
SDTV 스크린 상에 HDTV 신호들의 디스플레이를 가능하게 하기 위하여, HDTV 신호는 HDTV 신호를 압축하도록 "다운스케일링(downscale)"된다. 도 3은 디지털 신호(145)를 SDTV 스크린(190) 상의 시청을 위하여 스케일링된 신호(155)로 스케일링하기 위해 도 1의 시스템에 스케일러(170)를 첨가한 것을 도시한다. 이러한 경우에, 스케일러(170)는 본질적으로 도 2의 이미지(205)를 감소시켜 이미지(210)의 경계들 내로 맞추기 위해 신호(145)의 2차원 스케일링을 수행한다. 즉, 이러한 도시된 예에서, 스케일러(170)는 이미지(205)를 다음의 비율로 수평하게 분할하고:
Figure 112003002273405-pct00001
다음의 비율로 수직하게 분할한다:
Figure 112003002273405-pct00002
스케일러(170)는 또한 다른 HDTV 해상도들을 적절하게 다운스케일링하도록 프로그램될 수 있다. CPU(180)는 프로그램 스케일러(170)에 적절한 다운스케일링 비율들을 설명하는데 사용된다.
그러나, 설명된 방법에서 HDTV 신호들을 디코딩하고 및 다운스케일링하는 것은 HDTV 신호와 상당한 리소스들의 전체적인 디코딩을 필요로 한다. 도 4a는 전형적인 디코더(140), 예를 들면 MPEG 디코더를 도시하고, 이는 분야에서 잘 알려져 있으며 본 명세서에서 간단히 설명된다. 도시된 바와 같이, 디지털 신호(130)가 허프만(Huffman) 디코더(425)에 의해 처리된다. 허프만 디코딩된 신호는 이후 역 양자기(inverse quantizer)(405)에 의해 처리된다. 신호(407)는 이후 역 DCT(IDCT)(410)에 의해 전형적으로 송신된 64 계수들의 8x8 매트릭스를 64 픽셀들의 8x8 매트릭스로 변환하도록 처리된다. 변환된 신호(408)는 이후 정적인(stationary) 이미지 데이터를 복구시키는 것에 의해 송신된 이미지를 압축해제하고 원래 적용된 움직임 보상을 역(436)으로 하기 위해 신호와 결합된다. 결과적으로 결합된 신호은 이제 압축해제되고 움직임 보상된 디지털 이미지이다. 허프만 디코더(425)와 역 움직임 보상 블럭(436) 사이의 링크는 역 움직임 보상을 위해 허프만 디코더(425)가 그들의 사용 전에 움직임 벡터 데이터를 디코딩한다는 것을 보여준다. 디지털 이미지는 이후 반-에일리어싱 필터(435)로 이미지로부터 고주파수 성분들을 필터링하기 위해 적용된다. 반-에일리어싱 필터링은 나름대로 분야에 잘 알려져 있고, 예를 들면 로-패스 유한 임펄스 응답 필터(Finite Impulse Response filter)로서 구현될 수 있다. 반-에일리어싱 필터(435)는 디지털 이미지들 내의 데이터 아이템들의 에지들을 약화시킨다. 출력 신호(145)는 이미지를 디스플레이하는데 사용된 비디오 라인들을 나타내는 픽셀 정보를 포함한다.
도 4b는 역 움직임 보상을 수행하기 위해 디코더(140)에 필요한 비디오 메모리(420)를 도시한다. 이러한 도시된 예에서, 각 이미지는 비디오 메모리의 "페이지"에 저장된다. 메모리 페이지(420a)는 따라서 제 1 이미지와 연관된 픽셀 정보를 포함하고, 메모리(420b)는 제 2 이미지와 연관된 픽셀 정보를 포함하며 메모리(420n)는 "n번째" 이미지와 연관된 픽셀 정보를 포함한다. 인식될 것과 같이, 각 비디오 이미지의 기억 장치는 상당한 비디오 메모리를 필요로 한다. 예를 들면, 1920x1080의 해상도를 갖는 이미지의 저장은 2메가바이트 이상의 메모리 기억 장치를 필요로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예를 따른 AFD(All Format Decoder)(505)에 의한 디코더(140)의 대체를 도시한다. 이러한 예시하는 실시예에서, AFD(505)는 디지털 신호(130)를 수신하고 그것을 스케일링된 신호(520)로 변환시킨다. 이러한 경우에, AFD(505)는 SDTV 이미지의 표준들과 유사한 해상도를 이루기 위해 디지털 신호(130)를 수평적으로 스케일링한다. 예를 들면, AFD(505)는 두 개의 팩터에 의해 디지털 신호(130)를 수평적으로 다운스케일링한다(예를 들면, 1920 에서 960의 해상도로). 수평적으로 스케일링된 신호(520)는 이후 SDTV 이미지의 표준들과 유사한 해상도를 이루기 위해 스케일러(170)에 의해 수직적으로 스케일링된다. 예를 들면, 스케일러(170)는 두 개의 팩터에 의해 수평적으로 스케일링된 신호(520)를 수직적으로 즉, 1080 에서 540의 해상도로 다운스케일링한다. 따라서, 다운스케일링된 이미지는 960x540의 해상도를 갖는다.
디지털 신호(130)를 수평적으로 다운스케일링하기 위한 AFD(505)의 사용은 디지털 신호(130)가 전체 해상도에서 디코딩되지 않고 압축되지 않은 움직임 보상된 비디오 데이터를 저장하기 위해 상당히 적은 메모리가 필요하기 때문에 적은 처리 파워가 필요된다는 점에서 유익하다. AFD(505)의 처리 파워 필요량들은 선택적으로 선택된 감소된 데이터 세트로서 상당히 감소되는데, 예를 들면, 32 요소들의 4x8 매트릭스는 종래의 64 요소들의 8x8 매트릭스보다 잘 처리된다. 또한, 단지 선택적으로 선택된 감소된 데이터 세트만으로서가 아니라 완전히 디코딩된 이미지가 저장되지 않는 바와 같이, 스케일링된 이미지들을 저장하기 위해 상당히 적은 비디오 메모리가 필요하다. 감소된 메모리는 도 5에 메모리(510a 내지 510n)로서 도시된다. 이러한 경우에, 역 움직임 보상 수행을 위해 수평적으로 스케일링된 이미지를 저장하기 위한 비디오 메모리 필요량들은 약 1 메가바이트이다. 역 움직임 보상기 전에 매크로블럭들이 공간적으로 다운스케일링된 경우에, 다른 감소된 데이터 세트들이, 예를 들면, 16 요소들의 4x4 매트릭스가 처리된다. AFD(505)의 출력은 그러한 경우에 양 방향들에서 다운스케일링된 따라서 과잉의 스케일러(170)를 만드는 프레임이다. 이러한 경우에, 역 움직임 보상 수행을 위해 수평적으로 및 수직적으로 스케일링된 이미지를 저장하기 위한 비디오 메모리의 필요량들은 약 1과 1/2 메가바이트이다.
도 6a는 AFD(505)의 전형적인 기능 블럭 다이어그램을 도시한다. 이러한 도시된 다이어그램에서, 디지털 신호(130)가 허프만 디코더(425)에 의해 먼저 처리되고, 이후 역 양자기 및 주파수 영역 필터(610)에 의해 처리된다. 양자기/필터(610)의 출력은 신호(612)이다. 도시될 것과 같이, 신호(612)는 반-에일리어싱 필터(435)에 의해 이루어진 필터링된 특징과 유사한 필터링된 특징을 갖는다. 신호(612)는 이후, 신호(612)의 전형적인 64 필터링된 계수 성분들을 선택적으로 선택된, 예를 들면 32 픽셀 성분들로 이루어진 수평적으로 스케일링된 신호로 변환시키는, 스케일링 가능한 IDCT(615)에 의해 처리된다. 스케일링 가능한 IDCT(615)의 출력은 이후 수직적인 방향과 공간 영역 수직적 다운스케일러(511)에서 스케일링되고 이미지 내의 정적인 정보를 복구하고 움직임 보상의 결과를 역으로 하기 위해 스케일링 가능한 움직임 보상기(650)로부터의 신호와 병합된다. 움직임 보상기(650)에서 사용하기 위한 움직임 벡터들은 움직임 벡터 스케일러(513)를 지나 허프만 디코더(425)로부터 파생된다. 출력 신호(520)는 충분히 SDTV 텔레비전 세트들과 유사하게 공간적으로 다운스케일링된 해상도를 갖는 신호이다.
도 6b는 도 6a의 전형적인 디코더의 부분의 기능적인 블럭 다이어그램을 도시한다. 디코더의 이러한 기능적인 실시예에서, 양자기/필터(610)에 의해 생성된 필터링된 신호(612)는 IDCT 및 수평적인 스케일러(615)에 의해 처리되고, 계수들의 세트를 감소된 픽셀들의 세트로 변환한다. 인터레이스된 요소가 매크로블럭들의 섞인 필드/프레임 모드를 포함하는 경우, 디코더는 매크로블럭 레벨 또는 프레임 레벨 상에서 수직적으로 이미지를 다운스케일링하는 공간 영역으로 프로그램될 수 있다. 매크로블럭 레벨이 선택되면, 각각 필터링된 IDCT(630)와 수평적으로 다운스케일링된 매크로블럭은 그것이 프레임 유형으로 코딩된 것이라면 공간적인 필터와 스케일러에 의해 수직적인 방향에서 처리된다. 매크로블럭이 필드 유형으로 디코딩되었으면 그것이 주파수 영역에서 양 방향들에서 이미 필터링될 것이기 때문에 그것은 필터링 없이 스케일러에 의해 처리될 수 있다. 필드 유형으로 코딩된 매크로블럭들을 위해 사용된 수직적인 주파수 영역 필터는 역 움직임 보상동안 예측 왜곡들을 감소시키기 위하여 프레임 유형으로 인코딩된 매크로블럭을 위해 사용된 공간 영역 필터에 대응해야 한다는 것을 주의한다. 프레임 레벨 수직적이고 공간 영역 다운스케일링이 선택되면, 임의의 유형으로 코딩된 매크로블럭들이 IDCT(630)에서 수평적으로 다운스케일링되고 이에 따라 움직임 보상기(650)에 의해 처리된다. 움직임 보상이 수행된 후 공간 영역 필터 및 스케일러(170)는 수직적으로 이미지의 크기를 공간적으로 다운스케일링하기 위해 필요하다.
도 6c는 움직임 벡터 다운스케일러(513)의 기능적인 블럭 다이어그램을 도시한다. 움직임 벡터(122)는 먼저 허프만 디코더(425)에 의해 처리되고, 이후 수평적인 움직임 벡터 스케일러(514)에 의해 수평적으로 다운스케일링되며, 수직적인 움직임 벡터 스케일러(515)에 의해 수직적으로 다운스케일링되고, 움직임 보상기(650)에 의해 처리된다. 프레임 레벨이 수직적이고 공간적으로 다운스케일링하는 경우, 움직임 벡터는 단지 수직적인 움직임 벡터 스케일러(515)에 의해 수직적인 방향에서 다운스케일링되어야 한다.
주파수 영역 및 대응되는 공간 영역 필터들의 선택이 이제 DCT의 컨벌루션-곱셈 특성들과 관련되어 도시된다 분야에 알려진 바와 같이, DCT는 DFT(Discrete Fourier Transform)와 유사한 컨벌루션-곱셈 특성들을 소유한다. 1차원 실수 시퀀스 a(n), n=0...N-1와 1차원 실수 및 짝수 시퀀스 h(n),n=-N...N-1에 대하여, 만일
n=0 .. N-1 에 대하여 Fc(n)=Ac(n)Hf(n)이면 [1]
여기서 Fc(n)은 f(n)의 N-포인트 DCT이고;
Ac(n)은 a(n)의 실수 시퀀스의 N-포인트 DCT이며;
Hf(n)은 h(n)의 2N-포인트 DFT이고;
k=0...N-1에 대하여, f(k)=a(k)*h(k) 임을 알 수 있으며;[2]
여기서 *는 0에 의해 짝수 길이로 확장된 홀수 대칭 시퀀스와 짝수 대칭 시퀀스
Figure 112003002273405-pct00003
인 시퀀스들 h(k)의 2N-길이의 순환적인 컨벌루션의 대칭적으로 폴드된 결과로서 고려될 수 있는 대칭 컨벌루션 연산자를 나타내며: 다음과 같이 설명될 수 있다
Figure 112003002273405-pct00004
주파수 영역의 곱셈과 시간 영역의 컨벌루션 사이의 이러한 관계 특성은 2차원의 경우로 확장될 수 있다: 만일
n,m=0...N-1에 대하여; Fc(n,m)=Ac(n,m)Hf(n,m)이면; [3]
k,l=0...N-1에 대하여; f(k,l)=a(k,l)*h(k,l)이고 [4]
여기서 *는 2차원적 대칭 컨벌루션 연산자를 나타내며; Fc(n,m)은 n,m=0...N-1인 f(n,m)의 2차원적인 NxN DCT이고; Ac(n,m)은 n,m=0...N-1인 a(n,m)의 2차원적인 NxN DCT이며; Hf(n,m)은 n,m=-N...N-1인 h(n,m)의 2차원 2Nx2N DFT이다.
인식될 바와 같이, a(k,l)의 실수 시퀀스의 2차원 DCT는 저주파수 성분들이 매트릭스의 상부 우측에 포함되고 고주파수 성분이 매트릭스의 저부 우측에 포함되는 매트릭스를 생성한다. 이제, 식들 3 및 4에 따라, 양방향들의 DCT 영역에서의 필터링이 공간적인 필터 매트릭스에 의해 수신된 DCT 계수들의 곱에 의해 실현될 수 있다. 예와 같이, 3-탭 로우-패스 필터의 필터 매트릭스는, 예를 들면, 양 방향들에서 임펄스 응답 h(n)={0.25, 0.5, 0.25}에 대해 다음 방법으로 얻어질 수 있다. 식 1에 따라, 지시된 필터 HN(n)의 주파수 응답은 0들에 의해 2N 길이로 확장된 홀수 대칭 시퀀스인 h2N(n)의 DFT의 계산에 의해 얻어질 수 있다. 2차원 주파수 응답은 다음과 같이 고려될 수 있다:
Figure 112003002273405-pct00005
여기서
Figure 112003002273405-pct00006
는 크로네커(kronecker) 곱셈 연산자를 의미한다. 따라서 필터 h(n)에 대한 곱셈 매트릭스는 다음과 같을 것이다:
Figure 112003002273405-pct00007
따라서, 주파수 영역 양자기/필터는 필터 매트릭스 H(m,n)과 양자화 매트릭스의 이전 결합에 의해 역 양자화 함수와 결합될 수 있다. 보다 특별하게, 필터 매트릭스가 HHN이라고 표시되면:
n,m=0...N-1에 대해
Figure 112003002273405-pct00008
그리고 양자화 매트릭스는 다음과 같이 설명될 수 있다:
k.l=0...N-1에 대해
Figure 112003002273405-pct00009
이후 결합된 양자화-필터링 매트릭스는 다음과 같이 설명될 수 있다:
n.m=0...N-1에 대해
Figure 112003002273405-pct00010
섞인 필드/프레임 유형으로 인코딩된 매크로블럭들을 갖는 시퀀스에 대해 프레임 유형으로 인코딩된 매크로블럭들은 단지 수평적인 방향의 주파수 영역에서와 수직적인 방향에서의 공간 영역에서 필터링되어야 한다는 것이 위에서 나타난다. 또한 공간적 수직적으로 다운스케일링하는 프레임 레벨에 대해 모든 매크로블럭들은 단지 수평적인 방향의 주파수 영역에서 필터링되어야만 한다. 이러한 경우들에서 h(n)={0.25, 0.5, 0.25}의 필터 매트릭스는 다음과 같다:
Figure 112003002273405-pct00011
그의 바람직한 실시예들에 적용되는 것으로서 본 발명의 기본적인 새로운 특성들이 도시되고 설명되며 지시되는 동안, 설명된 방법들에서 다양한 생략들 및 대체들 및 변화들이 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 당업자에 의해 만들어 질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 명세서에서 MPEG 디코딩이 HDTV 전송에 관하여 논의되었지만, 본 명세서에 설명된 발명의 의도는 단지 MPEG 코딩/디코딩에만 제한되는 것이 아니라, 다른 디지털 TV 코딩/디코딩 기술들에 적용가능하다는 것이 당업자에 의해 인식될 것이다.
동일한 결과들을 이루기 위해 충분히 동일한 방법에서 충분히 동일한 기능을 수행하는 이러한 요소들 및/또는 방법의 단계들의 모든 조합들이 발명의 범위 내에 있다는 것이 명백히 의도된다. 하나의 설명된 실시예로부터 다른 것으로의 요소들의 대체들이 또한 완전히 의도되고 생각된다.
위에서 언급된 실시예들은 발명을 제한하기 보다 예시하며, 당업자는 첨부된 청구항들의 범위를 벗어남이 없이 많은 대안의 실시예들을 디자인 할 수 있음이 주의되어야 한다. 청구항들에서, 괄호들 사이에 위치된 임의의 참조 기호들은 청구항 을 제한하는 것으로 설명되어서는 안된다. '포함하다(comprise)'라는 단어는 청구항에 나열된 것들 외의 다른 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇몇의 개별적인 요소들을 포함하는 하드웨어, 및 적당히 프로그램된 컴퓨터에 의해서 수행될 수 있다. 몇몇의 수단을 포함하는 장치 청구항에서, 이들 수단의 몇몇은 하드웨어 또는 그의 동일 아이템에 의해 예시될 수 있다. 단지 몇몇 수단이 상호 다른 독립항들에서 설명된다는 사실이 그러한 수단들의 조합이 유익하게 사용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.

Claims (8)

  1. 제 1 비디오 신호의 공간 해상도(spatial resolution)보다 낮은 공간 해상도에서 제 2 비디오 신호를 얻기 위해 상기 제 1 비디오 신호의 공간 해상도를 다운스케일링하는 방법으로서, 상기 제 1 비디오 신호는 픽셀들의 그룹들을 포함하고, 픽셀들의 그룹마다 단계들이 수행되고, 상기 픽셀들의 그룹들은 필드-유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들 및 프레임-유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들을 포함하는 픽셀들의 그룹들의 시퀀스들에 포함되는, 상기 공간 해상도 다운 스케일링 방법에 있어서:
    다운스케일링된 비디오 신호를 얻기 위하여 상기 제 1 비디오 신호의 수평 라인 방향에 대응하는 제 1 방향으로 상기 제 1 비디오 신호를 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링(frequency domain anti-aliasing filtering) 및 다운스케일링하는 단계; 및
    상기 제 2 비디오 신호를 얻기 위하여 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 상기 다운스케일링된 비디오 신호를 공간 영역 다운스케일링(spatial domain downscaling)하는 단계를 포함하고,
    상기 필드-유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 모두에서 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링되고,
    상기 프레임 유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들은 상기 제 1 방향에서 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링되고 상기 제 2 방향에서 공간 영역 반-에일리어싱 필터링되는, 공간 해상도 다운 스케일링 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 비디오 신호는 양자화된 주파수 변환 계수들을 포함하고,
    상기 방법은 주파수 변환 계수들을 얻기 위해 상기 양자화된 주파수 변환 계수들을 역 양자화하는 단계를 더 포함하고,
    상기 반-에일리어싱 필터링 단계는 상기 주파수 변환 계수들에 대해 수행되며,
    상기 역 양자화 단계 및 상기 필터링 단계는 양자화 매트릭스 및 필터 매트릭스의 조합인 조합된 매트릭스를 이용하여 수행되는, 공간 해상도 다운스케일링 방법.
  8. 제 1 비디오 신호의 공간 해상도보다 낮은 공간 해상도에서 제 2 비디오 신호를 얻기 위해 상기 제 1 비디오 신호의 공간 해상도를 다운스케일링하는 장치로서, 상기 제 1 비디오 신호는 픽셀들의 그룹들을 포함하고, 픽셀들의 그룹마다 단계들이 수행되고, 상기 픽셀들의 그룹들은 필드-유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들 및 프레임-유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들을 포함하는 픽셀들의 그룹들의 시퀀스들에 포함되는, 상기 공간 해상도 다운 스케일링 장치에 있어서:
    다운스케일링된 비디오 신호를 얻기 위하여 상기 제 1 비디오 신호의 수평 라인 방향에 대응하는 제 1 방향으로 상기 제 1 비디오 신호를 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링 및 다운스케일링하기 위한 수단; 및
    상기 제 2 비디오 신호를 얻기 위하여 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 상기 다운스케일링된 비디오 신호를 공간 영역 다운스케일링하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 필드 유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들은 상기 제 1 방향 및 상기 제 2 방향 모두에서 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링되고,
    상기 프레임 유형의 인코딩된 픽셀들의 그룹들은 상기 제 1 방향에서 주파수 영역 반-에일리어싱 필터링되고 상기 제 2 방향에서 공간 영역 반-에일리어싱 필터링되는, 공간 해상도 다운 스케일링 장치.
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