KR100930483B1 - 영상포맷 변환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상 변환에 관한 것으로, 특히 RGB, YCbCr, YUV 포맷과 같은 영상 데이터를 메모리의 효율적 사용이나 적용 시스템에 맞도록 YUV나 YCbCr과 같은 휘도 색차 데이터로 변환시 3 탭(tab) 필터를 적용함으로써 영상의 화질 저하를 최소화하고 왜곡 현상을 개선시키는 영상포맷 변환 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 RGB 포맷 데이터를 저장 제공하고 RGB 포맷 데이터를 변환 처리한 지정휘도색차 포맷 데이터를 저장하여 제공하는 메모리 및 메모리로부터 상기 RGB 포맷 데이터를 수신하여 휘도색차 포맷 데이터로 변환하고 상기 휘도색차 포맷 데이터를 3탭필터를 이용하여 지정한 대역폭을 가지도록 지정 휘도색차 데이터로 변환 처리하고 상기 메모리에 저장시키는 영상 포맷 변환부를 포함함을 특징으로 한다.
콘트롤러, DMA(Direct Memory Access) 입출력기, 포맷변환기, 컨버터

Description

영상포맷 변환 장치{Image format transformation apparatus}
본 발명은 영상 변환에 관한 것으로, 특히 RGB, YCbCr, YUV 포맷과 같은 영상 데이터를 메모리의 효율적 사용이나 적용 시스템에 유용하도록 YUV나 YCbCr과 같은 휘도 색차 데이터로 변환시 3 탭(tab) 필터를 적용함으로써 영상의 화질 저하를 최소화하고 왜곡 현상을 개선시키는 영상포맷 변환 장치에 관한 것이다.
일반적으로 YCbCr 포맷의 이미지를 YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:1:1 또는 YCbCr 4:2:0 포맷으로 변환하여 사용하는 이유는 영상 데이터를 줄이기 위한 것이다. 인체의 눈이 가장 민감하게 반응 하는 영역은 휘도(Luminance) Y이며 이 Y에 해당하는 데이터는 매우 중요한 정보로 여겨 지는 반면 색에 대한 정보를 담고 있는 Cb, Cr 색차(Chrominance) 정보는 휘도(Luminance) 보다 상대적으로 둔하게 반응 하게 됨으로 이러한 인체의 특성을 이용하여 휘도보다는 색차 정보를 감소시켜 영상데이터의 양을 줄인다.
도 1은 종래의 CPU를 이용한 영상 포맷 변환을 설명하는 도면이다.
종래의 영상 포맷 변환은 고속의 범용 CPU나 하드웨어 컨버터(H/W Converter)를 이용하여 영상 포맷의 변환을 수행하였다.
도 1을 참조하면 메모리(10)에 YCbCr 4:4:4 포맷으로 저장되어 있는 이미지 데이터를 CPU(20)에서 읽어들여 출력 포맷을 YCbCr 4:2:2 또는 YCbCr 4:2:0로 변환하는 것으로, CPU(20)에서 빗금 친 부분의 픽셀을 삭제하여 포맷에 맞는 이미지 데이터를 생성하여 메모리(10)에 다시 저장해 놓는 방식으로 영상 변환을 수행하였다. 즉, Cb, Cr에 해당하는 데이터를 삭제하여 YCbCr 4:2:2 또는 YCbCr 4:2:0로 변환 처리하였다.
종래의 영상 포맷을 변환하는 범용 CPU나 하드웨어 컨버터(H/W Converter)를 이용한 방식 중 범용 CPU를 사용한 방식은 CPU의 성능에 의존적이므로 CPU에는 부하(load)가 발생하고 범용 CPU 가 처리해야 하는 다른 작업에 영향을 주게 되는 문제점이 발생된다.
또한 범용 CPU의 원영상 읽기 동작이 진행되고 변환 영상의 저장 동작이 반복됨에 따라 주요 버스에 부하(load) 가 발생한다. 또한, 영상처리 장치에서 최종으로 변환 영상의 출력을 위해 읽기 동작을 수행함에 따라 따른 성능 저하 및 빈번한 메모리 엑세스(memory access)로 인한 추가적인 전력 손실이 발생된다.
그리고 포맷에 맞는 형태로 변환시키기 위해서 픽셀을 삭제하기 때문에 화질이 저하되고 열화 현상을 발생 시키게 된다.
도 2는 종래의 RGB 영상을 YCbCr 4:2:2로 포맷 변환하는 과정을 나타낸 화면 예이다.
도 2는 종래의 선출원 특허 출원번호 10-2004-0064194호 (화질 왜곡이 적은 영상 포맷 변환 방법)에 개시된 도면으로 포맷 변환시 픽셀을 삭제하는 방법에서 발생하는 화질 왜곡 현상을 개선하기 위한 방법이다.
선출원 특허는 RGB 색상정보를 YCbCr 4:2:2로 변환하는 과정에 있어서 인접하는 두 픽셀의 RGB의 정보를 YCbCr 4:4:4의 정보로 변환하는 제 1단계, 변환한 YCbCr의 정보에서 Y의 성분은 그대로 두고, 인접하는 두 픽셀의 Cb와 Cr의 성분의 평균값을 각각 구하여 YcbCr 4:2:2의 정보로 변환하는 제 2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 왜곡이 적은 영상 포맷 변환 방법이다.
RGB 색상정보를 YCbCr 4:2:2로 변환할 때, 각 색상의 정보 값을 각각의 평균값을 구하여 변환함으로써 화질의 왜곡 현상을 개선 하였다.
그러나 도 2와 같은 종래의 하드웨어 컨버터(H/W Converter)를 이용한 방식은 평균값을 적용함으로써 화질 열화 현상을 개선하였으나 2픽셀 단위로 필터링이 되므로 도 1의 방식과 같이 화질의 열화현상을 충분히 극복하지 못하는 문제점이 있다.
상술한 종래의 영상 포맷 변환 방식으로는 인위적인 영상 즉, OSD(On Screen Display)나 GUI(Graphic User Interface) 같은 영상에서는 화질의 열화가 시각적으로 나타나게 된다. 또한 사용자의 요구 화질이 매우 높아지고 있어 종래의 포맷 변환 방식으로는 무리가 있으므로 이에 대한 대비책이 요구된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 LCD에서 디스플레이시 또는 카메라로부터 촬영된 영상을 압축하여 전송하는 경우와 같은 다양한 영상처리 장치에 적용 가능한 것으로, CPU가 아닌 영상 포맷 변환장치에서 영상의 압축 변환을 처리하므로 별도의 CPU 부하나 CPU의 가상주소를 참조하지 않아도 되는 장점이 있으며 성능 향상과 구현이 용이하고 종래의 샘플링(sampling) 방식이나 평균값(average)을 구하는 방식보다 영상의 화질 왜곡(distortion) 현상과 열화 현상을 크게 개선시키는 영상포맷 변환 장치를 제공함을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 영상포맷 변환 장치는, RGB 포맷 데이터를 저장 제공하고 상기 RGB 포맷 데이터를 변환 처리한 지정 휘도색차 데이터를 저장하여 제공하는 메모리, 상기 메모리에 저장된 RGB 포맷 데이터를 읽어서 제공하고 변환 처리된 상기 지정휘도색차 데이터를 다시 메모리에 쓰기하는 DMA 입출력기, DMA 입출력기에서 RGB 포맷 데이터를 수신하여 상기 지정휘도색차 데이터로 변환 처리한 후 다시 상기 DMA 입출력기로 제공하는 포맷변환기 및 DMA 입출력기와 상기 포맷변환기의 동작에 필요한 제어를 하며 상기 DMA 입출력기에는 변환 전후의 데이터가 저장된 메모리의 주소를 전달하고 상기 포맷변환기에는 변환하고자 하는 데이터의 포맷 정보를 제공하는 컨트롤러를 포함를 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 포맷변환기는 RGB 포맷의 데이터를 휘도색차 포맷으로 변환하는 RGB변환기, RGB변환기에서 출력되는 상기 휘도색차 포맷 데이터를 적용 시스템에 맞는 지정휘도색차 데이터로 재변환하는 컨버터를 포함할 수 있다.
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본 발명은 CPU가 원영상을 읽어서 처리하는 방식이 아니고 별도의 영상 포맷 변환장치에서 원영상을 읽어 처리하는 구조이므로 CPU 부하나 CPU 의 가상주소를 참조하지 않아도 되며 성능 향상과 구현이 용이하다.
또한 본 발명은 RGB나 YCbCr 또는 YUV 데이터를 YCbCr 4:2:2 또는 YCbCr 4:2:0 형태로 압축하여 변환하는 경우 3 탭(tab) 필터를 적용함으로써 종래의 샘플링(sampling) 방식이나 평균값(average)을 구하는 방식보다 이미지의 화질 왜곡 현상을 크게 개선시키는 효과가 있다. 또한 본 발명은 YUV와 같이 다른 휘도색차 포맷을 변환하는데도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 편의상 다른 실시예(도면)에 있더라도 동일한 기능과 역할을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다.
도 3은 본 발명에 따른 영상 포맷 변환 장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 영상 포맷 변환 장치(80)는 DMA(Direct Memory Access) 입출력기(60), 포맷변환기(Format Converter)(70), 콘트롤러(50) 블록으로 이루어진다.
DMA 입출력기(60)는 메모리(30)에 영상 데이터의 읽기/쓰기를 처리하며, 포맷변환기(70)는 RGB 포맷 영상 데이터를 휘도색차 포맷인 YCbCR 데이터나 YUV 데이 터로 변환한다. 콘트롤러(50) 블록은 전체적인 변환 처리 동작을 제어한다.
본 발명에서 영상 포맷의 변환은 RGB 영상의 가로 라인 단위로 수행된다. DMA 입출력기(60)를 이용하여 메모리(30)에 저장되어 있는 RGB 포맷 데이터를 포맷변환기(Format Converter)(70) 블록으로 전달하고 포맷변환기(Format Converter)(70)에서는 변환된 휘도색차 포맷인 YCbCr 데이터 또는 YUV 데이터를 다시 DMA 입출력기(60)를 이용하여 메모리(30)에 다시 저장하는 순서로 처리된다.
이와 같은 동작을 수행하기 위한 제어 신호들은 콘트롤러(50) 블록에서 처리를 담당한다.
또한, 콘트롤러(50) 블록은 DMA 입출력기(60)와 포맷변환기(Format Converter)(70)의 동작에 필요한 정보들을 전달하는 기능을 수행한다.
콘트롤러(50) 블록은 DMA 입출력기(60) 블록에는 RGB 포맷 영상 데이터가 저장되어 있는 메모리(30)의 주소와 변환된 휘도색차 포맷인 YCbCr 데이터 또는 YUV 영상 데이터를 저장할 메모리(30)의 주소를 전달한다.
또한, 콘트롤러(50) 블록은 포맷변환기(Format Converter)(70) 블록에는 변환하고자 하는 휘도색차 포맷인 YCbCr 데이터 또는 YUV 데이터의 포맷(format) 정보를 전달한다.
상술한 바와 같이 DMA 입출력기(60)는 RGB 포맷의 영상 데이터가 저장 되어있는 주소의 데이터를 포맷변환기(Format Converter)(70) 블록에 전달하고 변환된 휘도색차 포맷인 YCbCr 데이터 또는 YUV 데이터를 다시 저장될 메모리 주소에 저장하는 기능을 수행한다.
포맷변환기(Format Converter)(70)는 DMA 입출력기(60)로부터 전달받은 RGB 포맷의 영상데이터를 YCbCr 4:4:4 데이터로 변환한 다음 최종적으로 설정된 YCbCr 4:2:2 또는 4:2:0 포맷으로 변환하고 다시 DMA 입출력기(60) 블록으로 변환된 영상데이터를 전달한다.
상술한 본 발명의 영상 포맷 변환 장치는 DMA 입출력기(60)에서 RGB 포맷의 영상데이터를 수신하면 포맷변환기(Format Converter)(70)에서 먼저 휘도색차 포맷인 YCbCr 4:4:4 데이터로 변환한 후에 YCbCr 4:4:4 데이터를 필터링하여 YCbCr 4:2:2 포맷으로 변환하거나 YCbCr 4:2:0 포맷으로 변환하여 다시 DMA 입출력기(60) 블록으로 제공하여 변환된 영상 데이터가 화면으로 표시될 수 있도록 한다.
또한 발명의 영상 포맷 변환 장치는 RGB 포맷의 영상데이터를 휘도색차 포맷인 YCbCr 형태로의 변환 뿐만 아니라 YUV 형태로의 변환 또한 가능하다.
도 4는 본 발명의 도 3에 도시한 포맷변환기의 상세도이다.
본 발명의 포맷 변환기(Format Converter)(70)는 RGB 포맷의 영상 데이터를 YCbCr 이나 YUV 4:4:4 영상으로 변환하는 RGB변환기(100)와 영상의 화질 열화를 최소한으로 줄이기 위한 3탭 필터(3tab filter)(120, 130)로 이루어진 컨버터(110)로 구성된다.
RGB 변환기(100)는 언급한 바와 같이 RGB 포맷의 영상데이터를 수신하여 YCbCr 4:4:4 포맷이나 YUV 4:4:4 포맷의 영상 데이터로 변환 처리하는 것으로 이는 아래의 수학식 1을 하드웨어로 구현하여 처리한다. 본 발명의 RGB변환기(100)에서 변환시에 영상 데이터의 삭제는 없다.
컨버터(Converter)(110)를 이루는 두 개의 3탭 필터(120, 130)는 RGB 변환기(100)에서 변환된 YCbCr 4:4:4 포맷이나 YUV 4:4:4 포맷의 영상 데이터에서 Y를 제외한 Cb, Cr 데이터 또는 U, V를 필터링하여 4:2:2 포맷으로 변환 처리하거나 다시 필터링하여 4:2:0 포맷으로 영상데이터를 변환 처리하고, 원하는 4:1:1의 형태 등의 포맷으로 변환할 수 있다.
4:2:2 포맷은 4:4:4 포맷에서 Y의 수평 해상도(horizontal resolution)의 절반을 가지도록 Cb, Cr이 구성되는 것으로 상당한 고화질의 영상에서 많이 사용된다. 4:4:4 포맷은 다른 칼라 스페이스로 변환시에 흔히 사용하는 포맷이다.
4:2:0 포맷은 Y의 수직 해상도(vertical resolution)의 절반을 가지도록 Cb, Cr이 구성되도록 하는 포맷으로 H.261/263 등에서도 사용한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 적용한 3-탭(tab) 필터(120, 130)는 색차 데이터인 Cb, Cr이나 U, V 영상 데이터의 수를 줄여서 4:4:4 데이터를 4:2:2, 또는 4:2:0으로 변환하지만, 그 외에 4:1:1과 같은 다른 변환 타입으로의 처리도 가능하다.
본 발명은 입력된 Y, Cb, Cr 영상 정보 중 Y 정보는 그대로 사용되고, Cb, Cr 정보는 도 4와 같이 3탭(tab) 필터(120, 130)를 적용하며, 3탭(tab) 필터 의 세부 구성은 아래의 수학식 2를 적용한 하드웨어로 구현하여 처리한다.
아래의 수학식 2에서 사용되는 필터 계수 a, b, c의 값은 언급한 컨트롤러(60) 블록에서 전달되는 가중치이다.
Y = 0.257 R + 0.504 G + 0.098 B + 16
Cb = -0. 148 R -0.291 G + 0.493 B + 128
Cr = 0.439 R - 0.368 G -0.071 B + 128
'C 0 = (C 0 * (a + b) + C 1 * c ) / (a + b + c)
'C 1 = (C 1 * a + C 2 * b + C 3 * c) / (a + b + c)
'C 2 = (C 3 * a + C 4 * b + C 5 * c) / (a + b + c)
수학식 2에서 C0, C1, C2, C3, C4, C5는 입력 영상데이터를 나타내고, 'C0, 'C1, 'C2는 3탭 필터에서 변환되어 출력되는 영상데이터이고, 필터 계수 a, b, c의 값은 컨트롤러(60) 블록에서 제공하는 가중치이다. 여기서, C0는 라인상 맨 왼쪽 픽셀의 색차 신호(Cr 또는 Cb)이기 때문에 'C0를 구할 때 수학식 2와 같이 구하였다.
상술한 수학식 1은 RGB변환기(100)에서 RGB 영상을 YCbCr이나 YUV 4:4:4 포맷의 영상으로 변환하는 식이고, 세부 구성은 수학식 1을 적용한 하드웨어로 구현 처리한다. 수학식 2는 3탭(tab) 필터에 적용한다.
도 5는 본 발명의 3탭 필터를 설명하는 도면이다.
본 발명의 3탭 필터(120, 130)는 Cb, Cr 또는 U, V 형태를 절반으로 줄여서 처리하며, 상술한 수학식 2를 처리하도록 구현된다.
도면을 참조하면 3-탭 필터로 입력되는 데이터 C0~C5가 출력시에는 수학식 2에 의하여 변환되어 'C0, 'C1, 'C2 데이터로 출력되고, 데이터의 양은 절반으로 줄여져서 출력되는 것을 볼 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 YCbCr이나 YUV 4:4:4 포맷으로 변환된 영상을 3-탭 필터를 통과시키면 4:2:2 포맷으로 변환 처리하고, 다시 필터링하면 4:2:0 포맷으로 변환된다. 또한, 4:1:1 포맷과 같은 다양한 대역폭(Bandwidth)을 나타내는 포맷으로 변환 가능하다.
지금까지 본 발명의 실시 예의 구성 및 동작에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형을 가할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다
도 1은 종래의 CPU를 이용한 영상 포맷 변환을 설명하는 도면.
도 2는 종래의 RGB 영상을 YCbCr 4:2:2로 포맷 변환하는 과정을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 영상 포맷 변환 장치의 개략적인 구성도면.
도 4는 본 발명의 포맷변환기의 상세도면.
도 5는 3-탭(tab) 필터를 설명하는 도면.
<도면의 주요부호에 대한 설명>
30: 메모리 50: 콘트롤러
60: DMA(Direct Memory Access) 입출력기 70: 포맷변환기
100: RGB변환기 110: 컨버터
120, 130: 3-탭(tab) 필터)

Claims (7)

  1. 삭제
  2. RGB 포맷 데이터를 저장 제공하고 상기 RGB 포맷 데이터를 변환 처리한 지정 휘도색차 데이터를 저장하여 제공하는 메모리;
    상기 메모리에 저장된 RGB 포맷 데이터를 읽어서 제공하고 변환 처리된 상기 지정휘도색차 데이터를 다시 메모리에 쓰기하는 DMA 입출력기;
    상기 DMA 입출력기에서 RGB 포맷 데이터를 수신하여 상기 지정휘도색차 데이터로 변환 처리한 후 다시 상기 DMA 입출력기로 제공하는 포맷변환기 및
    상기 DMA 입출력기와 상기 포맷변환기의 동작에 필요한 제어를 하며 상기 DMA 입출력기에는 변환 전후의 데이터가 저장된 메모리의 주소를 전달하고 상기 포맷변환기에는 변환하고자 하는 데이터의 포맷 정보를 제공하는 컨트롤러를 포함함을 특징으로 하는 영상포맷 변환 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 포맷변환기는
    RGB 포맷의 데이터를 휘도색차 포맷으로 변환하는 RGB변환기;
    상기 RGB변환기에서 출력되는 상기 휘도색차 포맷 데이터를 적용 시스템에 맞는 지정휘도색차 데이터로 재변환하는 컨버터를 포함함을 특징으로 하는 영상포맷 변환 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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