KR100994770B1 - Picture size conversion apparatus using multi directional filtering - Google Patents
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Abstract
수직 및 수평 방향 이외의 방향 성분에 대한 크기 변환 필터링을 고려함으로써 보다 완벽한 화질의 크기 변환 영상을 얻기 위한 화상 크기 변환 장치가 개시된다. 화상 크기 변환 장치는, 입력 화상으로부터 수직 방향 및 수평 방향 이외의 방향에 대한 적어도 하나의 1차원 방향성 신호를 추출하여 출력하고, 상기 입력 화상의 각 화소값을 상기 1차원 방향성 신호의 값으로 합성한 신호와 상기 입력 화상과의 신호의 차이로부터 잔여 신호를 생성하여 출력하는 분해 변환기와, 상기 분해 변환기에서 출력된 상기 1차원 방향성 신호를 소정의 크기에 대응되도록 필터링하는 방향성 신호 필터와, 상기 분해 변환기에서 출력된 상기 잔여 신호를 상기 소정의 크기에 대응되도록 필터링하는 잔여 신호 필터와, 상기 방향성 신호 필터와 상기 잔여 신호 필터에서 필터링된 방향성 신호와 잔여 신호를 합성하여 출력하는 합성 변환기를 포함한다. 또한, 여러 개의 1차원 방향성 신호를 사용함으로써 최종 잔여 신호를 소정 기준의 에너지 이하로 만들어서 잔여 신호에 대한 필터링 수고를 덜수도 있다.
화상 크기 변환, 필터링, 1차원 방향성 신호
Disclosed is an image size conversion apparatus for obtaining a size converted image with more perfect image quality by considering size conversion filtering on components other than the vertical and horizontal directions. The image size converting apparatus extracts and outputs at least one one-dimensional directional signal for a direction other than the vertical direction and the horizontal direction from the input image, and synthesizes each pixel value of the input image into the value of the one-dimensional directional signal. A decomposition converter for generating and outputting a residual signal from a difference between a signal and the signal of the input image, a directional signal filter for filtering the one-dimensional directional signal output from the decomposition converter to correspond to a predetermined size, and the decomposition converter And a synthesizer converter for synthesizing the residual signal output from the filter to correspond to the predetermined magnitude, and synthesizing the directional signal and the residual signal filtered by the directional signal filter and the residual signal filter. In addition, by using multiple one-dimensional directional signals, the final residual signal can be made less than a predetermined reference energy, thereby reducing the filtering effort for the residual signal.
Image size conversion, filtering, one-dimensional directional signal
Description
도 1은 종래의 화상 크기 변환 장치의 블록도이다.1 is a block diagram of a conventional image size conversion device.
도 2는 종래의 화상 크기 변환 과정을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a conventional image size conversion process.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화상 크기 변환 장치의 블록도이다.3 is a block diagram of an image size converting apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방향성 신호를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a directional signal according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방향성 신호의 분해, 합성 및 잔여 신호의 생성을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining decomposition, synthesis, and generation of a residual signal of a directional signal according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명은 화상의 크기를 변환하는 장치에 관한 것으로서, 특히 화상의 가로 및 세로 방향의 신호 성분뿐만 아니라 다른 방향의 신호 성분도 고려하여 화상의 크기를 변환하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for converting an image size, and more particularly, to an apparatus for converting an image size in consideration of signal components in other directions as well as signal components in the horizontal and vertical directions of the image.
최근, 디지털 방송과 인터넷의 보급에 수반하여, 압축 화상의 해상도를 변경 하는 소위 트랜스코딩(Transcoding) 기술이 중요하게 부각되고 있다. 이 트랜스코딩 기술은 예컨대, 디지털 방송에서 수신한 여러 방송 프로그램의 화상을 축소 합성하여 1개의 스트림으로 TV 수신기에 표시하는 화면 분할 표시나, 임의의 압축 포맷의 화상을 TV 회의용의 압축 포맷으로 해상도를 변경하여 변환하는 포맷 변환이나, 네트워크 대역이나 컴퓨터의 처리 능력에 상응하여 압축 화상의 해상도를 변경하여 비트율(bit-rate)을 제어하는 영상 중계 장치 등에 이용할 수 있다. 또한, 트랜스코딩 기술은 동화상 뿐만 아니라 정지화상에도 적용될 수 있다.In recent years, with the spread of digital broadcasting and the Internet, a so-called transcoding technique for changing the resolution of compressed images has been important. This transcoding technology is, for example, a screen division display in which images of various broadcast programs received in digital broadcasting are reduced and synthesized and displayed on a TV receiver as one stream, or an image in any compressed format is compressed in a compression format for a TV conference. It can be used for a format conversion for changing and converting, an image relay device for controlling bit-rate by changing the resolution of a compressed image in accordance with a network bandwidth or a processing capability of a computer. In addition, the transcoding technique can be applied not only to moving pictures but also to still pictures.
도 1에는 동화상의 크기를 축소하여 송신하는 종래의 동화상 송신장치의 일예가 도시되어 있다. 송신 장치(10)는 입력된 아날로그 동화상을 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(12), 원화상의 수평 방향 크기를 변환하는 수평 방향 필터(14), 원화상의 수직 방향 크기를 변환하는 수직 방향 필터(16) 및 부호화기(18)로 구성되며, 부호화기(18)는 크기 변환된 원화상에 대해 소정의 부호화 처리를 수행함과 동시에 이로써 얻어진 화상 부호화 데이터를 MPEG2(Moving Picture Experts Group Phase 2) 규격에서 정해진 포맷에 따라 전송 스트림(Transport Stream) 패킷화한 전송 스트림 패킷 데이터를 출력한다. 이 때, 입력되는 원화상이 디지털 화상인 경우에는 A/D 변환기(12)는 필요없다. 또한, 화상 수신 장치에서 원화상의 크기를 변환할 수도 있는데, 이 때에는 부호화된 원화상의 신호를 복호화하여 원화상의 크기를 변환할 수 있을 것이다.FIG. 1 shows an example of a conventional moving picture transmission apparatus which reduces a size of a moving picture and transmits it. The
도 2에는 도 1의 수평 방향 필터(14) 및 수직 방향 필터(16)에서 원 영상의 수직 성분 화소 및 수평 성분 화소가 크기 변환되는 과정이 도시되어 있다. 도 2에 따르면 다수의 수평 방향 1차원 화소 신호로 분리된 원 영상은 각 수평 방향 화소 신호의 크기를 변환하여 수평 방향으로 크기가 변환된 영상이 얻어지고, 이어서 수평 방향으로 크기가 변환된 영상은 다수의 수직 방향 1차원 화소 신호로 분리되어 각 수직 방향 화소 신호의 크기를 변환하여 최종적으로 크기가 변환된 영상이 얻어진다. 이 때, 화소 신호의 크기를 변환한다는 것은 1차원 신호가 예컨대 5개의 개수로 이루어져 있다면 이 개수를 3개 또는 8개 등으로 변화시키는 것을 말하며, 이 때 변환된 신호들은 기존의 신호와 모양이 유사하게 되어야 한다.FIG. 2 illustrates a process in which the vertical component pixels and the horizontal component pixels of the original image are size-converted by the
또한, 도면에서는 단순히 필터라고만 도시하였지만 1차원 신호의 크기를 변환하는 세부적인 과정은 업 샘플링(upsampling), 다운 샘플링(downsmmpling) 및 필터링(filtering)의 과정을 거쳐 이루어지며, 예컨대 신호의 크기를 키울 때는(소위 보간(interpolation)이라 함), 기존의 신호를 업 샘플링 한 후, 보간 필터링을 해주면 된다. 신호의 크기를 줄일 때는(소위, 데시메이션(decimation)이라 함) 기존의 신호를 데시메이션 필터링 한 후에 다운 샘플링을 해주면 된다. 이 때, 업 샘플링은 기존의 신호 사이 사이에 0 값을 갖는 신호를 보충해주는 것이며, 다운 샘플링은 기존의 신호들 중 몇 개를 버리는 것을 말한다.In addition, although only a filter is illustrated in the drawing, the detailed process of converting the magnitude of the one-dimensional signal is performed through upsampling, downsmmpling, and filtering, for example, to increase the size of the signal. In some cases (so-called interpolation), upsample the existing signal and then perform interpolation filtering. To reduce the size of the signal (so-called decimation), you can decimate the existing signal before downsampling. At this time, upsampling supplements a signal having a zero value between existing signals, and downsampling discards some of the existing signals.
그러나, 종래의 화상 크기 변환 기술은 원화상의 크기를 변환할 때 수직 방향과 수평 방향으로만 필터링을 하기 때문에, 화상의 특징 중 수직 방향과 수평 방향으로 나타나는 신호 성분만이 고려되어 최종적으로 크기가 변환된 화상에서는 원화상의 대각선 방향 등의 다른 방향의 성분을 효과적으로 표현하지 못하는 문제점이 있었다.However, since the conventional image size conversion technology filters only the vertical and horizontal directions when converting the size of the original image, only the signal components appearing in the vertical and horizontal directions among the features of the image are considered. In the converted image, there is a problem in that components in other directions such as diagonal directions of the original image cannot be represented effectively.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 입력 화상의 수평 및 수직 방향의 신호 성분 뿐만 아니라 그 외의 다른 방향의 신호 성분에 대해서도 크기 변환을 수행함으로써 원화상의 화질을 그대로 유지하면서 화상의 크기를 변환할 수 있는 화상 크기 변환 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to maintain the image quality of an original image by performing size conversion not only on signal components in the horizontal and vertical directions of the input image but also on signal components in other directions. An image size converting apparatus capable of converting an image size while maintaining it is provided.
이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 입력 화상의 크기를 변환하는 화상 크기 변환 장치에 있어서, 상기 입력 화상으로부터, 수직 방향 및 수평 방향 이외의 방향에 대한 적어도 하나의 1차원 방향성 신호를 추출하여 출력하고, 상기 입력 화상의 각 화소값을 상기 1차원 방향성 신호의 값으로 합성한 신호와 상기 입력 화상과의 신호의 차이로부터 잔여 신호를 생성하여 출력하는 분해 변환기와, 상기 분해 변환기에서 출력된 상기 1차원 방향성 신호를 소정의 크기에 대응되도록 필터링하는 방향성 신호 필터와, 상기 분해 변환기에서 출력된 상기 잔여 신호를 상기 소정의 크기에 대응되도록 필터링하는 잔여 신호 필터와, 상기 방향성 신호 필터와 상기 잔여 신호 필터에서 필터링된 방향성 신호와 잔여 신호를 합성하여 출력하는 합성 변환기를 포함하는 화상 크기 변환 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an image size conversion device for converting the size of an input image, by extracting at least one one-dimensional directional signal for a direction other than the vertical direction and the horizontal direction from the input image A decomposition converter for outputting and generating a residual signal from a difference between a signal obtained by synthesizing each pixel value of the input image into a value of the one-dimensional directional signal and the input image, and the outputted from the decomposition converter. A directional signal filter for filtering a one-dimensional directional signal to correspond to a predetermined magnitude, a residual signal filter for filtering the residual signal output from the decomposition converter to correspond to the predetermined magnitude, the directional signal filter and the residual signal A synthesizer that synthesizes and outputs the filtered directional and residual signals An image size converting apparatus is provided.
이 때, 상기 분해 변환기는 이전 잔여 신호와, 상기 이전 잔여 신호로부터 추출된 1차원 방향성 신호로부터 합성한 합성 신호의 차이로부터 다음 잔여 신호를 생성하는 과정을 소정 횟수 반복하여 최종 잔여 신호를 생성하여 출력하며, 상기 잔여 신호 필터는 상기 최종 잔여 신호를 필터링하는 것이며, 나아가 상기 1차원 방향성 신호는 동일한 방향성 신호가 중복되어 추출될 수도 있다.At this time, the decomposition converter generates a final residual signal by repeating a process of generating a next residual signal a predetermined number of times from a difference between a previous residual signal and a synthesized signal synthesized from the one-dimensional directional signal extracted from the previous residual signal. The residual signal filter filters the final residual signal, and the one-dimensional directional signal may be extracted by overlapping the same directional signal.
또한, 상기 1차원 방향성 신호는 해당 방향에 포함되는 화소값들의 평균값들에 의해 구성되는 것을 특징으로 한다.The one-dimensional directional signal may be configured by average values of pixel values included in a corresponding direction.
또한, 상기 잔여 신호 필터는 상기 최종 잔여 신호의 에너지가 소정 값 미만인 경우에는 상기 잔여 신호 필터링을 생략하는 것이 바람직하다.In addition, the residual signal filter may omit the residual signal filtering when the energy of the final residual signal is less than a predetermined value.
또한, 상기 1차원 방향성 신호는 수직 방향의 1차원 방향성 신호 및/또는 수평 방향의 1차원 방향성 신호를 포함할 수도 있다.In addition, the one-dimensional directional signal may include a one-dimensional directional signal in the vertical direction and / or a one-dimensional directional signal in the horizontal direction.
또한, 상기 입력 화상을 소정 크기를 갖는 다수의 영역으로 분할하는 영역 분할기와, 상기 합성 변환기에서 출력된 상기 다수의 영역에 대한 합성 신호들을 결합하여 최종적으로 크기가 변환된 영상을 출력하는 영역 결합기를 더 포함하는 것이 바람직하다.Also, an area divider for dividing the input image into a plurality of areas having a predetermined size, and a region combiner for combining the synthesized signals for the plurality of areas output from the synthesis converter and outputting an image having the final size change. It is preferable to further include.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
도 3에는 본 실시에에 따른 화상 크기 변환 장치가 도시되어 있다. 화상 크기 변환 장치(30)는 영역 분할기(31), 분해 변환기(32), 방향성 신호 필터(33), 잔여 신호 필터(34), 합성 변환기(35) 및 영역 결합기(36)로 구성되어 있다.3 shows an image size converting apparatus according to the present embodiment. The image
영역 분할기(31)는 장치(30)로 입력되는 원 영상을 필요에 따라 여러 개의 영역으로 분할한다. 따라서, 영역 분할이 필요 없는 경우에는 영역 분할기(31)가 생략될 수도 있다. The
분해 변환기(32)는 영역 분할기(31)에서 분할된 영역들을 순차로 입력받아 각 영역의 영상 X를 k개의 방향성 신호 Ci와 잔여 신호 Cx,y로 분해 변환한다. 이 때, 방향성 신호 Ci는 Ni개의 계수로 이루어진 신호로서, 이다. 입력 영상을 방향성 신호로 분해하는 과정을 F라고 하고, 그 분해된 방향성 신호를 합성하는 역과정을 라고 한다면 입력 영상의 잔여 신호는 다음의 [식 1]과 같다.The
[식 1][Equation 1]
예컨대, 분해 변환기(32)는 입력된 영상에서 k개의 방향성 신호를 분해하여 출력하고, 그로 인한 잔여 신호도 출력을 하는데, 이 때 수평 방향을 기준으로 0도, 90도, ±45도, ±22.5도, ±67.5도 등을 고려한다고 가정한다. 이 때, 이 각도들은 필터링 과정에서 여러 번 중복되어 사용될 수 있으며 총 사용된 방향성 개수 k는 이러한 중복된 횟수를 모두 포함한 개수이다.For example, the decomposition converter 32 decomposes and outputs the k directional signals from the input image, and also outputs the residual signals, which are 0 degrees, 90 degrees, ± 45 degrees, and ± 22.5 based on the horizontal direction. Assume that the degree, ± 67.5 degrees and so on. At this time, these angles may be used several times in the filtering process, and the total used directional number k is a number including all such overlaps.
도 4를 참조하여 하나의 방향성에 대한 방향성 신호를 구하는 방법을 설명한다. 도 4에는 (a) 0도 (b) 45도 (c) 22.5도의 방향성에 대해 도시되어 있으며, 예컨대, 도 4의 (a)는 수평 방향으로 나열되어 있는 8개의 화소의 평균값이 그 라인의 수평 방향 신호가 된다. 즉, p1부터 p8까지의 1차원 신호가 8*8 블록의 수평 방향의 1차원 방향성 신호가 된다. 도 4의 (b) 및 (c)의 경우에도 마찬가지로 p1~p15 또는 p1~p11까지의 1차원 방향성 신호가 얻어진다. 이와 같이, 방향성에 따라 각 방향의 1차원 신호의 개수가 다를 수 있음을 알 수 있으며, 각 방향성 신호 Ci는 Ni개의 계수로 이루어진 신호로서, 이다. 따라서, 도 4의 (a) 0도의 경우에는 Ni=8이 되고, ={p1, p2, ...,p8}이 된다. A method of obtaining a directional signal for one directional will be described with reference to FIG. 4. 4 shows (a) 0 degrees (b) 45 degrees (c) 22.5 degrees of directionality. For example, in FIG. 4 (a), the average value of eight pixels arranged in the horizontal direction is horizontal to the line. It becomes a direction signal. That is, the one-dimensional signal from p1 to p8 becomes the one-dimensional directional signal in the horizontal direction of the 8 * 8 block. Also in the case of (b) and (c) of FIG. 4, one-dimensional directional signals from p1 to p15 or p1 to p11 are similarly obtained. As such, it can be seen that the number of one-dimensional signals in each direction may vary according to the directionality. Each directional signal Ci is a signal consisting of Ni coefficients. to be. Therefore, in the case of 0 (a) of FIG. 4, Ni = 8, = {p1, p2, ..., p8}.
한 방향으로 분해한 방향성 신호를 만드는 것은 위와 같이 하며, 이 1차원 신호를 다시 복원(합성)하는 것은 방향성 신호의 각 계수를 사용된 방향으로 복사하면 된다. 즉, 도 4의 (a) 0도의 경우에는 맨 윗줄의 8개의 화소는 모두 p1의 값을 갖게 되고, 두 번 째 줄은 p2의 값을 갖게 되며, 마지막 줄은 p8의 값을 갖게 된다.Creating a directional signal decomposed in one direction is as described above, and restoring (synthesizing) the one-dimensional signal again by copying each coefficient of the directional signal in the used direction. That is, in the case of (a) 0 of FIG. 4, all eight pixels of the top row have a value of p1, the second row has a value of p2, and the last row has a value of p8.
도 5를 참조하여, 방향성 신호의 분해 및 합성 과정을 설명하면 다음과 같다. 원 영상과 1차원 신호의 합성 영상은 일반적으로 같지 않을 것이다. 왜냐하면, 특별한 경우, 예컨대, 한 라인의 화소 값이 모두 동일하여 그들의 평균값과 같은 경우에는 원 영상과 1차원 신호의 합성 영상이 모두 같겠지만, 일반적으로는 그렇지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 원 영상과 합성 영상의 차이를 잔여 신호라고 하며, 이 제1 잔여 신호에 대해 2번째 방향성 신호를 계산하여 출력하면, 이 2번째 방향성 신호로 합성한 신호와 제1 잔여 신호의 차이가 발생하며, 이 때 이 두 번 째 차이를 제2 잔여 신호라고 한다. 이 과정을 k개를 한 후에 발생되는 k번째의 최종 잔여 신호가 본 발명에서 말하는 잔여 신호 Cx,y가 된다. 이를 수식으로 표현한 것이 위 [식 1]이다.Referring to Figure 5, the decomposition and synthesis of the directional signal will be described as follows. The composite image of the original image and the one-dimensional signal will generally not be the same. This is because, in a special case, for example, if the pixel values of one line are all the same and their average value is the same, the synthesized image of the original image and the one-dimensional signal will be the same, but generally it will not. Therefore, the difference between the original image and the synthesized image is called a residual signal. When the second directional signal is calculated and outputted with respect to the first residual signal, a difference between the signal synthesized with the second directional signal and the first residual signal occurs. In this case, this second difference is referred to as a second residual signal. The kth final residual signal generated after k steps of this process becomes the residual signal Cx, y in the present invention. This is expressed as a formula above [Equation 1].
방향성 신호 필터(33)에서는 각 방향성 신호 Ci를 각각의 필터 Tifh 필터링하여 신호 계수의 값과 개수를 변화시킨다. 즉, 필터링된 각 방향성 신호 가 된다. 이 때, 영상의 경계 부근을 필터링 할 때에는 주변 영역의 영상으로부터 나온 방향성 신호도 이용하여 처리하는 것이 바람직하다. 또한, 필터링 과정은 종래와 마찬가지로 적절한 크기로 변환하기 위한 업 샘플링 또는 다운 샘플링 과정을 거친다.In the
잔여 신호 필터(34)는 잔여 신호 Cx,y를 기존의 일반적인 영상 필터링 방법을 사용하여 잔여 신호의 크기를 변환한다. 한편, 잔여 신호의 에너지(예컨대, 잔여 신호 화소들의 평균 제곱값)가 일정 기준보다 크지 않을 경우에는 잔여 신호를 버리고 이 과정을 수행하지 않을 수도 있다. 예컨대, 인간의 시각을 기준으로 크게 영향을 미치지 않을 정도의 잔여 신호라면 버려도 크게 상관이 없으며, 이로서 계산 복잡성을 줄이고 프로세스 속도를 향상시킬 수 있다. 한편, 도 5에서와 같이 1차원 방향성 신호가 여러 번 반복해서 사용될수록 최종 잔여 신호의 에너지가 더 작아질 확률이 높을 것이다.The
합성 변환기(35)는 필터링을 통과한 각 방향성 신호를 합성 변환하고, 잔여 신호 필터(34)에서 버리지 않은 잔여 신호가 있을 경우에는 그 잔여 신호를 필터링한 필터링 잔여 신호 C'x,y를 더하여, 최종적으로 크기가 변환된 영상 X'를 얻는다. 즉, 로 표현할 수 있다.The
위 식에서는 각 방향성 신호의 상호 작용에 의해 복원 영상이 만들어지는 것처럼 표현되어 있지만, 방향성 신호를 만들기 위해 지금까지 설명한 분해하는 방법(즉, 방향의 평균값을 구하는 것)을 사용한다면 합성하는 방법을 나타내는 위 수식은 각 방향성 신호의 합성된 신호들의 합으로 표현할 수 있다. 즉, 로 표현할 수 있다.In the above equation, it is expressed as if the reconstructed image is made by the interaction of each directional signal.However, if you use the decomposition method described above (that is, obtaining the average value of the directions) to produce the directional signal, it represents The above equation may be expressed as the sum of the synthesized signals of each directional signal. In other words, .
영역 결합기(36)는 영역 분할기(31)에서 원 영상이 작은 단위의 여러 영역으 로 나누어져 있을 경우, 분해, 필터 및 합성을 거친 각 영역을 결합하여 최종적으로 크기가 변환된 영상을 출력한다.When the original image is divided into several regions of a small unit in the
이와 같이, 본 발명에 따르면, 입력 화상의 수평 및 수직 방향의 신호 성분 뿐만 아니라 그 외의 다른 방향의 신호 성분에 대해서도 크기 변환을 수행함으로써 원화상의 화질을 보다 완벽하게 재현하면서 화상의 크기를 변환할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by performing size conversion not only on the signal components in the horizontal and vertical directions of the input image but also on the signal components in other directions, the size of the image can be converted while reproducing the image quality of the original image more completely. It can be effective.
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |