KR101120092B1 - 복합 영상 신호의 화질 개선 방법, 그 장치 및 복합 영상신호의 디코딩 방법 및 장치 - Google Patents

복합 영상 신호의 화질 개선 방법, 그 장치 및 복합 영상신호의 디코딩 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따라 복합 영상 신호의 화질 개선 방법, 그 장치 및 복합 영상 신호의 디코딩 방법 및 장치가 개시된다.
본 발명에 따른 복합 영상 신호의 화질 개선 방법은, 복합 영상 신호로부터 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 에지를 검출하는 단계와, 각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 단계와, 상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 단계를 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 영상이 가진 에지(EDGE)정보와 디테일(DETAIL) 정보를 보존하면서 아티팩트를 효과적을 제거하여 화질을 개선시킬 수 있다.

Description

복합 영상 신호의 화질 개선 방법, 그 장치 및 복합 영상 신호의 디코딩 방법 및 장치{Method for improving quality of composite video signal and the apparatus therefore and method for decoding composite video signal and the apparatus therefore}
도 1은 종래 기술에 따른 NTSC 복합 영상 신호의 인코더의 일 예,
도 2는 종래 기술에 따른 NTSC 복합 영상 신호의 디코더의 일 예,
도 3은 본 발명에 따라 아티팩트를 제거할 수 있는 복합 영상 신호 디코더의 개략도,
도 4는 도 4는 도 3에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 동작 과정을 나타내는 흐름도,
도 5는 도 3에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 일 예,
도 6A는 도 5에 도시된 대역 복원부(510)의 일 예,
도 6B는 도 5에 도시된 대역 복원부(510)의 다른 예,
도 7A 내지 7F는 아티팩트 영역을 설명하기 위한 참고도,
도 8A는 영상 이미지의 Y 성분에서 검출된 에지를 나타내는 도면,
도 8B는 영상 이미지의 I 성분에서 검출된 에지를 나타내는 도면,
도 8C는 영상 이미지의 Q 성분에서 검출된 에지를 나타내는 도면,
도 8D는 도 8A 내지 8C에 도시된 Y성분 에지, I 성분 에지, Q 성분 에지를 이용하여 검출된 아티팩트 영역 결정 맵을 나타내는 도면,
도 9A 내지 9D는 비선형 바이래터럴 필터에 의해 처리한 영상 이미지와 그외 다른 필터에 의해 처리한 영상 이미지의 효과를 비교하기 위한 도면,
도 10은 도 3에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 다른 예.
본 발명은 복합 영상신호에서 휘도 신호와 색 신호를 추출하는 과정에서 생기는 아티팩트를 제거하여 영상의 화질을 개선하기 위한 복합 영상 신호의 화질 개선 방법, 그 장치 및 복합 영상 신호의 디코딩 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 칼라 TV 영상 신호는 휘도(LUMINANCE) 정보와 색(CHROMINANCE) 정보가 제한된 대역폭내에 변조되어 들어오는데 이를 콤 필터(COMB FILTER)를 이용하여 각각의 성분으로 분리한 후 디코딩하여하여 영상으로 복원된다. 사용되는 콤 필터의 성능에 따라 영상에 휘도 신호와 색 신호의 상호간의 간섭에 의한 아티팩트는 영상신호를 열화시키기 때문에, 영상의 화질을 개선하기 위하여 지난 수십년간 NTSC 또는 PAL 컬러 디코딩을 위해 많은 콤 필터링 기술이 연구, 개발되어 왔다.
NTSC 복합영상신호의 인코더 및 디코더를 간단히 소개한다.
도 1은 종래 기술에 따른 NTSC 복합 영상 신호의 인코더의 일 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 컬러 공간 변환부(101)로 입력된 RGB 신호는 YIQ 신호로 변환되며, Y 신호는 0~4.2 MHz 사이의 저역통과필터(102)를 통하여 휘도 성분으로 출력되고, I 신호는 0~1.5 MHz 사이의 저역통과필터를(103), Q 신호는 0~0.5 MHz 사이의 저역통과필터(104)를 통하여 각각 출력된다. 곱셈기(105)와 곱셈기(107)는 I 신호와 Q 신호에 각각 90도의 차이가 나는 위상을 곱하여 각각의 신호를 변조후 합산기(109)로 출력하고 합산기(109)는 입력된 신호를 더하며, 더해진 신호는 BPF(110)를 통과하여 색 성분으로서 합산기(111)로 출력되며, 합산기(111)는 휘도 성분 신호와 색 성분 신호를 더하여 복합 영상신호(CVBS)를 출력한다.
도 2는 종래 기술에 따른 NTSC 복합 영상 신호의 디코더의 일 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 복합 영상 신호 디코더는 Y/C 분리 필터의 일 예로 사용할 수 있는 콤 필터(201), 게이트(202), 위상 보상기(203), 전압제어오실레이터(204), 전압원(205), 합산기(206), 곱셈기(207), 곱셈기(208), LPF(209), LPF(210)를 포함한다.
콤 필터(201)는 입력된 복합 영상 신호를 필터링하여 휘도 신호 Y(t)를 출력한다. 합산기(206)는 상기 콤 필터(201)에 의해 필터링된 신호에서 복합 영상 신호를 빼고 그 결과 신호를 곱셈기(207) 및 곱셈기(208)로 출력한다. 곱셈기(207)와 곱셈기(208)는 전압원(205)에 의해 제공되는 위상 및 상기 위상에 90도 만큼 차이가 나는 위상을 각각 그 입력 신호에 곱하여 복조 후 각각 LPF(209) 및 LPF(210)로 출력한다. 여기서 전압원(205)은 컬러 서브캐리어 주파수를 가지며 이를 이용 하여 디코더에서 색신호를 복조한다. 로우 패스 필터 LPF(209)는 0 에서 1.5 MHz 사이의 대역을 통과시켜 색신호 I(t)를 출력한다. 로우 패스 필터 LPF(210)는 0에서 0.5 MHz 사이의 대역을 통과시켜 색신호 Q(t)를 출력한다.
위와 같이 콤 필터링은 복합 영상 신호로부터 휘도 신호와 QAM 변조된 색 신호를 분리한다. 그러나, 주파수 인터리빙 기술을 통한 복합 영상 신호 전송에 있어 휘도 신호와 색 신호 간의 크로스 토크가 원 신호에서는 포함되지 않았던, 원치 않은 이미지 아티팩트를 발생시키기 때문에 복합 영상 신호로부터 휘도 신호와 색 신호를 이상적으로 추출하는 데에는 어려움이 있다. 즉, 휘도 신호와 색 신호의 주파수 인터리빙 기술은 이론상 콤 필터에 의해 원 신호를 복원할 수 있도록 필터링될 수 있는 것이지만 스펙트럴 오버래핑으로 인하여 실제적인 응용에서는 어려운 점이 많이 있다. 복합 영상 신호(CVBS)의 휘도(LUMINANCE) 신호와 색(CHROMINANCE) 신호의 추출에 있어 상호간의 간섭이 있게되면 이러한 에러로 인해 영상에서의 아티팩트들이 나타나게 된다. 즉 NTSC 영상 포맷은 색(CHROMINANCE)신호의 한 라인과 다음 라인간에 위상차가 존재하게 되는데, 하나의 수직라인을 따라서 영상을 샘플하면 라인간에는 위상의 변환이 있게 되고 이러한 위치의 색 천이(COLOR TRANSITION)가 일어나는 수직선상의 에지를 따라 "DOT CRAWL" 패턴이 나타나 화질 열화가 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하여 입력되는 복합 영상신호의 휘도 신호와 색 신호의 추출에 있어 각각의 신호 상호간의 간섭으로 인한 아티팩트를 제 거함으로써 화질을 개선시킬 수 있는 화질 개선 방법 및 장치 그리고 복합 영상 신호 디코딩 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 특징은, 복합 영상 신호의 화질 개선 방법에 있어서, 복합 영상 신호로부터 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 에지를 검출하는 단계와, 각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 단계와, 상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 에지 검출 단계는, 상기 휘도 정보 신호의 소정 대역을 복원하는 단계와, 상기 대역 복원된 휘도 정보 신호로부터 에지를 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 대역 복원 단계는, 밴드 스톱 필터를 이용하여 상기 휘도 정보 신호의 소정 대역을 높이거나 낮추는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에지 검출 단계는, 마스크 방법 또는 웨이브릿 방법을 이용하여 에지를 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아티팩트 영역 검출 단계는, 상기 휘도 정보 신호의 에지를
Figure 112005029885911-pat00001
, 제1 색정보 신호의 에지를
Figure 112005029885911-pat00002
, 제2색정보 신호의 에지를
Figure 112005029885911-pat00003
라 할 때,
Figure 112005029885911-pat00004
에 의해 아티팩 트 영역을 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 필터링 단계는, 상기 아티팩트 영역에 대해 비선형 바이래터럴 필터를 통과시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 특징은, 복합 영상 신호의 화질 개선 장치에 있어서, 복합 영상 신호로부터 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 에지를 검출하는 에지 검출부와, 각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 아티팩트 영역 검출부와, 상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 필터링부를 포함하는 것이다.
본 발명의 또 다른 특징은, 복합 영상 신호의 디코딩 방법에 있어서, 입력된 복합 영상 신호를 휘도 정보 신호와 색 정보 신호로 분리하는 단계와, 상기 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 에지를 검출하는 단계와, 각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 단계와, 상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 단계와, 상기 필터링된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 RGB 컬러 공간으로 변환하는 단계를 포함하는 것이다.
상기 신호 분리 단계는, 상기 복합 영상 신호를 콤 필터를 이용하여 상기 휘도 정보 신호와 상기 색 정보 신호로 분리하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 에지 검출 단계는, 상기 콤 필터를 통과한 휘도 정보 신호에서 상기 콤 필터에 의해 제거된 대역을 복원하고, 상기 복원된 휘도 정보 신호의 에지를 검출하는 단계와, 제1색 정보 신호의 에지를 검출하는 단계와, 제2색 정보 신호의 에지를 검출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 아티팩트 영역 검출 단계는, 상기 휘도 정보 신호의 에지를
Figure 112005029885911-pat00005
, 제1 색정보 신호의 에지를
Figure 112005029885911-pat00006
, 제2색정보 신호의 에지를
Figure 112005029885911-pat00007
라 할 때,
Figure 112005029885911-pat00008
에 의한 부분을 아티팩트 영역 결정 맵으로 설정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 필터링 단계는, 상기 아티팩트 영역 결정 맵에 의한 영역에 대해 비선형 바이래터럴 필터를 통과시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 특징은, 복합 영상 신호의 디코딩 장치에 있어서, 입력된 복합 영상 신호를 휘도 정보 신호와 색 정보 신호로 분리하는 휘도/색 신호 분리부와, 상기 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 에지를 검출하는 에지 검출부와, 각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 아티팩트 영역 검출부와, 상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 필터링부와, 상기 필터링된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 RGB 컬러 공간으로 변환하는 컬러공간 변환부를 포함하는 것이다.
이제, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따라 아티팩트를 제거할 수 있는 복합 영상 신호 디코더의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 영상 신호 디코더(300)는 휘도/색 신호 분리부(310)와, 아티팩트 제거부(320)와, 컬러 공간 변환부(330)를 포함한다.
휘도/색 신호 분리부(310)는 입력된 복합 영상 신호로부터 휘도(LUMINANCE) 정보 신호와 색(CHROMINANCE) 정보 신호를 분리한다. 휘도 정보 신호와 색 정보 신호는 NTSC 방식의 TV 전송 방식에서 사용되는 YIQ 색상 모델 즉, 하나의 휘도 신호(Y)와 두 개의 색 신호(I, Q)가 될 수도 있고, PAL 이나 SECAM 방식에서 쓰이는 YUV 색상 모델 즉, 하나의 휘도 신호(Y)와 두 개의 색차 신호(U,V)가 될 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 화질 개선 방법은 YIQ 모델이나 YUV 모델 모두에 적용될 수 있다.
아티팩트 제거부(320)는 본 발명에 따라 화질을 개선할 수 있는 구성요소가 추가된 부분으로, 에지 검출부(321), 아티팩트 영역 검출부(322), 필터링부(323)를 포함한다.
에지 검출부(321)는 휘도/색 신호 분리부(310)로부터 출력된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 수신하고, 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각의 에지를 검출한다. 즉, 휘도 정보 신호(Y)의 에지와 제1색 정보 신호(I 또는 U)의 에지와 제2색 정보 신호(Q 또는 V)의 에지를 각각 검출한다. 에지는 영상에서 픽셀의 밝기가 낮은 값에서 높은 값으로 또는 그 반대로 변하는 부분으로, 영역의 경계나 영상 안에 있는 물체의 윤곽에 대응되며 주파수 영역의 고주파 영역에 해당하며 디테일 부분의 정보를 가진다. 이러한 에지에 해당하는 픽셀을 구하는 방법을 에지 검출이라 하며, 여러 가지 방법이 제안되어 있다. 대표적인 에지 검출 방법으로는 프리위트 마스크(PREWITT MASK), 로버트 마스크(ROBERT MASK), 소벨 마스크(SOBEL MASK), 캐니 마스크(CANNY MASK) 방법, 웨이브렛 즉, 필터 뱅크를 이용하는 방법도 있으며, 본 발명에서 에지 검출부(321)는 위와 같은 에지 검출 방법을 이용할 수 있다.
또한, 휘도 정보 신호의 경우에는 휘도 정보 신호의 에지를 검출하기 전에 휘도 정보 신호의 대역을 복원하는 것이 바람직하다. 즉, 휘도/색 신호 분리부(310)에서 복합 영상 신호가 휘도 신호와 색 신호로 분리되는 과정에서 휘도 신호는 소정의 대역폭이 제거될 수 있는데, 원 신호의 손상된 대역을 보상하여 대역폭이 제거되지 않은 원래의 휘도 신호로부터 에지를 검출하는 것이 바람직하므로, 휘도 신호의 에지를 검출하기 전에 휘도 정보 신호의 대역을 복원하여 복원된 휘도 정보 신호에 대해 에지를 검출하는 것이 바람직하다.
아티팩트 영역 검출부(322)는 에지 검출부(321)로부터 출력된 에지 정보 즉, 휘도 신호의 에지 정보와 색 신호의 에지 정보를 이용하여 아티팩트 영역을 검출한다. 아티팩트가 정의하는 영역은 제1색 신호의 에지 정보 영역과 제2색 신호의 에지 정보 영역에서 휘도 신호의 에지 정보 영역을 제외한 부분으로 정의될 수 있다. 이에 대해서는 상세히 후술한다. 아티팩트 영역 검출부(322)는 이와 같이 검출된 아티팩트 영역을 아티팩트 영역 결정 맵으로 설정하고 이러한 아티팩트 영역 결정 맵을 필터링부(323)로 출력한다.
필터링부(323)는 아티팩트 영역 결정 맵을 수신하고 아티팩트 영역 결정 맵에 의해 정의된 영상의 영역에 대해 필터링을 수행한다. 이때 필터링부(323)는 영상의 에지 부분이나 디테일한 영역의 정보가 손상되지 않도록 비선형 바이래터럴 필터(nonlinear bilateral filter)를 이용하는 것이 바람직하다.
컬러 공간 변환부(330)는 필터링부(323)에 의해 아티팩트 영역이 필터링된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 수신하여 컬러 좌표를 변환하여 RGB 신호를 출력한다.
도 4는 도 3에 도시된 복합 영상 신호의 디코더의 동작 과정을 나타내는 흐름도이다.
복합 영상 신호 디코더(300)는 복합 영상 신호를 수신한다(410).
복합 영상 신호 디코더(300)의 휘도/색 신호 분리부(310)는 수신된 복합 영상 신호를 휘도 정보 신호와 색 정보 신호로 분리하여(420) 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 아티팩트 제거부(320)의 에지 검출부(321)로 출력한다.
에지 검출부(321)는 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 에지를 검출하고(430), 검출된 휘도 정보 신호의 에지 정보와 색 정보 신호의 에지 정보를 아티팩트 영역 검출부(322)로 제공한다.
아티팩트 영역 검출부(322)는 각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하고(440), 검출된 아티팩트 영역에 관한 정보를 필터링부(323)로 제공한다.
필터링부(323)는 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행한다(450).
컬러 공간 변환부(330)는 필터링부(323)로부터 제공된 아티팩트 영역이 필터링된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 수신하여 이를 RGB 컬러 공간으로 변환하고(460), 변환된 영상 이미지를 출력한다(470).
이제, 도 3에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 5는 도 3에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 복합 영상 신호 디코더의 일 예는, 휘도/색 신호 분리부(310)와, 아티팩트 제거부(320)와, 컬러 공간 변환부(330)를 포함한다.
휘도/색 신호 분리부(310)는 콤 필터(311), 게이트(312), 합산기(313), 위상 보상기(314), 전압제어오실레이터(315), 곱셈기(316), 곱셈기(317), LPF(318), LPF(319)를 포함한다.
콤 필터(311)는 입력된 복합 영상 신호를 필터링하여 분리된 휘도 신호 Y(t)를 대역 복원부(510)로 출력한다.
합산기(313)는 상기 콤 필터(311)에 의해 필터링된 신호에서 복합 영상 신호를 빼고 그 결과 신호를 곱셈기(316) 및 곱셈기(317)로 출력한다.
곱셈기(316)와 곱셈기(317)는 전압원(312)에 의해 제공되는 위상 및 상기 위상에 90도 만큼 차이가 나는 위상을 각각 그 입력 신호에 곱하여 각각 LPF(318) 및 LPF(319)로 출력한다. 여기서 전압원(312)은 컬러 서브캐리어 주파수를 가지며, 이를 이용하여 디코더에서 색신호를 복조한다.
로우 패스 필터 LPF(318)는 0 에서 1.5 MHz 사이의 대역을 통과시켜 제1색신호 I(t)를 I 신호 에지 검출부(530)로 출력하는 것이 바람직하다.
로우 패스 필터 LPF(319)는 0에서 0.5 MHz 사이의 대역을 통과시켜 제2 색신호 Q(t)를 Q 신호 에지 검출부(540)로 출력하는 것이 바람직하다.
휘도/색 신호 분리부(310)에 의해 입력된 복합 영상 신호(CVBS)가 하나의 휘도 신호(Y)와 두 개의 색 신호(I 와 Q)로 분리되며, 이들간의 관계는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005029885911-pat00009
또한, 색 신호 만으로는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112005029885911-pat00010
아티팩트 제거부(320)는 에지 검출부(321)와 아티팩트 영역 검출부(322)와, 필터링부(323)를 포함한다.
에지 검출부(321)는 대역 복원부(510), Y 신호 에지 검출부(520), I 신호 에지 검출부(530), Q 신호 에지 검출부(540)를 포함한다.
대역 복원부(510)는 콤 필터(311)로부터 출력된 휘도 신호 Y(t)를 수신하고, 이 휘도 신호에서 콤 필터에 의해 제거된 대역을 복원한다. 실제의 영상 처리에 있어서는 입력 영상 이미지에 대해서 비-이상적인 콤 필터링 처리가 행해진다. 따라서 이러한 콤 필터링은 색 부반송파 주파수 성분을 담고 있는 영역을 열화시킨다. 따라서 콤 필터링에 의해 열화된 부분을 복원하는 것이 바람직하다. 휘도 신호의 대역 복원에는 밴드 스톱 필터를 이용할 수 있다.
도 6A는 도 5에 도시된 대역 복원부(510)의 일 예를 나타낸다.
도 6A를 참조하면, 대역 복원부(510)는 밴드 스톱 필터(511), 합산기(512), 곱셈기(513), 합산기(514)를 포함한다.
입력된 Y(t) 신호는 밴드 스톱 필터(511)를 통과하여 합산기(512)로 출력되고, 합산기(512)는 입력된 Y(t) 신호에서 밴드 스톱 필터(511)를 통과한 신호를 빼서 곱셈기(513)로 출력한다. 곱셈기(513)는 합산기(512)로부터 입력된 신호에 소 정의 게인을 곱하여 합산기(514)로 출력하고, 합산기(514)는 게인이 곱해진 신호와 입력 신호 Y(t)를 더하여 대역 복원된 신호 Y'(t)를 출력한다. 이와 같은 대역 boost-up 필터를 이용하여 일정 대역을 sharpning할 수 있다.
도 6B는 도 5에 도시된 대역 복원부(510)의 다른 예를 나타낸다.
도 6B를 참조하면, 도 6A에 도시된 대역 복원부와 동일하게 밴드 스톱 필터(511), 합산기(512), 곱셈기(513), 합산기(514)를 포함하며, 다만 합산기(514)에서는 게인이 곱해진 신호와 입력 신호 Y(t)를 더하여 출력하는 것이 아니라 입력 신호 Y(t)에서 게인이 곱해진 신호를 빼서 대역 복원된 신호 Y'(t)를 출력하므로써 일정 대역을 제거할 수 있다.
이와 같이 도 6A 또는 도 6B에 도시된 바와 같은 밴드 스톱 필터를 이용하여, 콤 필터에 의해 제거되었다고 추정되는 휘도 신호의 대역폭을 복원시킬 수 있다. 즉, 이러한 대역 복원에 의한 필터링은 아티팩트를 강조시키고 휘도 성분에 대해 일정 대역 주파수에 있어 더 날카로운 영상을 만들어줄 수 있다.
Y 신호 에지 검출부(520)는 대역 복원부(510)로부터 출력된 대역 복원된 휘도 신호를 수신하여 그 에지를 검출한다.
I 신호 에지 검출부(530)는 LPF(318)로부터 출력된 색 신호 I(t)를 수신하여 그 에지를 검출한다.
Q 신호 에지 검출부(540)는 LPF(319)로부터 출력된 색 신호 Q(t)를 수신하여 그 에지를 검출한다.
에지 검출 방법은 앞서 설명한 바와 같이 알려진 에지 검출 마스크를 이용하 여 수행할 수 있다. 에지(EDGE) 검출 마스크로는 프리윗 마스크(PREWITT MASK), 로버트 마스크(ROBERT MASK), 소벨 마스크(SOBEL MASK) 등이 사용될 수 있으며, 입력 신호의 노이즈를 고려한 캐니 마스크(CANNY MASK)가 사용 될 수 있다. 이러한 마스크의 예는 아래와 같다.
로버트 마스크의 예는 다음과 같다.
Figure 112005029885911-pat00011
소벨 마스크의 예는 다음과 같다.
Figure 112005029885911-pat00012
프리윗 마스크의 예는 다음과 같다.
Figure 112005029885911-pat00013
아티팩트 영역 검출부(322)는 Y 신호 에지 검출부(520)로부터 Y 신호의 에지 정보, I 신호 에지 검출부(530)로부터 I 신호의 에지 정보, Q 신호 에지 검출부(540)로부터 Q 신호의 에지 정보를 각각 수신하여 아티팩트 영역을 검출한다.
휘도/색 신호 분리가 완벽하게 수행된다면 휘도 신호와 색 신호들은 상호 배타적이어서 서로 오버래핑되는 부분이 없을 것이다. 즉, 도 7A에 도시된 바와 같은 이상적인 형태가 될 것이다.
그렇지 않은 경우에 영상 이미지에는 아티팩트가 생성된다. 휘도 신호의 색 신호의 교차는 하모닉 피크(harmonic peaks)나 에지나 디테일한 영역의 고주파 성분을 포함하게 될 수 있다. 따라서 이러한 휘도 신호와 색 신호의 교차에 의한 아티팩트는 도 7B 내지 7F에 도시된 바와 같이 휘도 신호와 색 신호의 오버래핑 부분에 생성된다. 도 7B는 Y 신호와 I 신호 및 Y 신호와 Q 신호의 오버래핑을 나타내고, 도 7C는 Y, I, Q 신호의 오버래핑을 나타내고, 도 7D는 Y 신호와 I 신호의 오버래핑을 나타내고, 도 7E는 Y 신호와 Q 신호의 오버래핑을 나타내고, 7F는 Y, I, Q 신호가 오버래핑되며 I 신호가 Q 신호를 포함하는 것을 나타낸다.
Y 신호의 에지 정보를
Figure 112005029885911-pat00014
, I 신호의 에지 정보를
Figure 112005029885911-pat00015
, Q 신호의 에지 정보를
Figure 112005029885911-pat00016
라 할 때, 아티팩트 영역은 다음과 같은 식에 의해 정의된다.
Figure 112005029885911-pat00017
즉, 아티팩트 영역 검출부(322)는
Figure 112005029885911-pat00018
,
Figure 112005029885911-pat00019
,
Figure 112005029885911-pat00020
를 비교하여
Figure 112005029885911-pat00021
로 정해지는 영역을 아티팩트 영역 결정 맵으로 설정한다. 이러한 아티팩트 영역을 결정하기 위 한 조합은 일 예를 나타내는 것일 뿐이며, 이와 유사한 조합을 응용하여 아티팩트 영역을 검출하는 것도 물론 가능하다.
도 8A는 영상 이미지의 Y 성분에서 검출된 에지를 나타내고, 도 8B는 영상 이미지의 I 성분에서 검출된 에지를 나타내며, 도 8C는 영상 이미지의 Q 성분에서 검출된 에지를 나타낸다. 아티팩트 영역 검출부(322)는 도 8A 내지 도 8C에 도시된 Y 성분 에지, I 성분 에지, Q 성분 에지를 이용하여 도 8D에 도시된 바와 같은 아티팩트 영역 결정 맵을 설정한다.
필터링부(323)는 아티팩트 영역 검출부(322)로부터 아티팩트 영역 결정 맵을 수신하고, 이 아티팩트 영역 결정 맵에 의해 정의된 아티팩트 영역에 대해서 필터링을 수행한다. 이때 위의 아티팩트 영역의 결정을 위한 식에서 보이듯이, 아티팩트 영역은 I 신호의 에지 영역과 Q 신호의 에지 영역에서 Y 신호의 에지 영역을 뺀 부분으로 정의되므로, 색 신호 에지 정보를 주지 않는 흑백 영상 신호는 필터링되지 않는다.
이때 필터링은 선형 필터 또는 비선형 필터를 이용할 수 있는데, 비선형 필터를 이용하는 바람직하며, 비선형 필터중에서도 바이래터럴 필터를 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 선형 시스템 이론에 기반한 선형 필터링 알고리즘은 디테일 영역의 정보를 손상시키는 경향이 있으므로, 에지와 디테일 정보 보존 및 효과적인 노이즈 감소에 만족할 만한 결과를 제공하는 비선형 필터링 기술이 바람직하다.
비선형 바이래터럴 필터링은 근처의 영상값의 비선형적인 조합에 의해 에지는 보존하면서 영상을 부드럽게 한다. 이러한 비선형 바이래터럴 필터링은 기하적 인 가까움 및 광도특성의 유사성에 기초하여 그레이 레벨 또는 컬러를 결합하며, 도메인 및 레인지 모두에서 멀리있는 값보다는 가까이 있는 값을 선호한다. 전통적인 필터링 방법은 도메인 필터링이고, 레인지 필터링은 비선형적인데 이는 레인지 필터링의 가중치가 이미지 강도 또는 컬러에 의존하기 때문이다. 비선형 바이래터럴 필터는 이러한 레인지(RANGE) 필터와 도메인(DOMAIN) 필터의 결합으로 볼 수 있다.
Figure 112005029885911-pat00022
여기서 Y는 아티팩트가 포함된 영상을 나타내고, X는 오리지널 영상을 나타내고, V는 아티팩트를 각각 나타낸다. 바이래터럴 필터는 이미지 X를 복원하기 위해 주어진 결과 이미지 Y의 픽셀들의 가중 평균을 이용한다. 복원하려는 이미지 X는 다음과 같은 식에 의해 나타내질 수 있다.
Figure 112005029885911-pat00023
여기서,
Figure 112005029885911-pat00024
로 나타낼 수 있으며,
Figure 112005029885911-pat00025
는 영상의 입력신호이고,
Figure 112005029885911-pat00026
는 필터링된 출력 영상 신호이다.
또한, 가중치
Figure 112005029885911-pat00027
과
Figure 112005029885911-pat00028
는 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112005029885911-pat00029
이와 같이 아티팩트 영역으로 결정된 부분에 대해서만 비선형 바이래터럴 필터를 적용하여 필터링함으로써 영상이 가진 에지나 디테일한 영역을 손상시키지 않고 영상이 담고있는 아티팩트 영역만을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 9A 내지 9D는 비선형 바이래터럴 필터에 의해 처리한 영상 이미지의 효과를 보여주기 위한 도면이다.
도 9A는 백색 가우시안 노이즈를 가진 영상을 나타내고, 도 9B는 도 9A에 도시된 영상을 평균하여 저역 통과 필터링(마스크 사이즈, 5x5)을 행한 영상을 나타내고, 도 9C는 도 9A에 도시된 영상을 미디언 필터링(median filtering)한 영상을 나타내고, 도 9D는 도 9A에 도시된 영상을 비선형 바이래터럴 필터링을 수행한 영상을 나타낸다. 비선형 바이래터럴 필터링을 수행한 영상이 가장 효과적인 성능을 나타냄을 알 수 있다.
도 10은 도 3에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 다른 예를 나타낸다.
도 10에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 다른 예는 도 5에 도시된 복합 영상 신호 디코더의 일 예와 거의 유사하며 에지 검출부(321)의 구성만이 다르다. 도 5에 도시된 복합 영상 신호 디코더에서는 에지 검출을 위해 마스크 방법을 이용한 것인 반면, 도 10에 도시된 복합 영상 신호 디코더에서는 에지 검출을 위해 웨이브릿(wavelet) 방법을 이용한 것이다. 따라서, 에지 검출부(321) 이외의 다른 구성요소는 모두 동일한 참조번호를 붙였으며, 그 기능도 동일하므로 이하에서 동일한 참조번호에 의한 구성요소의 설명은 생략한다.
에지 검출부(321)는 대역 복원부(510)와 복수개의 저역통과필터 및 고역통과필터로 구성되는 필터 뱅크로 이루어진다.
대역 복원부(510)로부터 출력된 대역 복원된 휘도 신호는 저역통과필터(1) 및 고역통과필터(2)를 각각 통과하며, 저역통과필터(1)를 통과한 신호는 2x다운샘플러(3)에 의해 2배 다운샘플링되고, 2배 다운샘플링된 신호는 저역통과필터(4) 및 고역통과필터(5)를 각각 통과하며, 다시 저역통과필터(4)를 통과한 신호는 2x다운샘플러(3)에 의해 2배 다운샘플링되고, 2배 다운샘플링된 신호는 다시 저역통과필터(7) 및 고역통과필터(8)를 각각 통과하며, 고역통과필터(2), 고역통과필터(5), 고역통과필터(8)로부터 각각 출력된 신호는 곱셈기(9)에 의해 곱해져서 Y 신호의 에지 정보로 출력된다.
LPF(318)로부터 출력된 I 신호는 저역통과필터(11) 및 고역통과필터(12)를 각각 통과하며, 저역통과필터(11)를 통과한 신호는 2x다운샘플러(13)에 의해 2배 다운샘플링되고, 2배 다운샘플링된 신호는 저역통과필터(14) 및 고역통과필터(15)를 각각 통과하며, 다시 저역통과필터(14)를 통과한 신호는 2x다운샘플러(13)에 의해 2배 다운샘플링되고, 2배 다운샘플링된 신호는 다시 저역통과필터(17) 및 고역 통과필터(18)를 각각 통과하며, 고역통과필터(12), 고역통과필터(15), 고역통과필터(18)로부터 각각 출력된 신호는 곱셈기(19)에 의해 곱해져서 I 신호의 에지 정보로 출력된다.
LPF(319)로부터 출력된 Q 신호는 저역통과필터(21) 및 고역통과필터(22)를 각각 통과하며, 저역통과필터(21)를 통과한 신호는 2x다운샘플러(23)에 의해 2배 다운샘플링되고, 2배 다운샘플링된 신호는 저역통과필터(24) 및 고역통과필터(25)를 각각 통과하며, 다시 저역통과필터(24)를 통과한 신호는 2x다운샘플러(23)에 의해 2배 다운샘플링되고, 2배 다운샘플링된 신호는 다시 저역통과필터(27) 및 고역통과필터(28)를 각각 통과하며, 고역통과필터(22), 고역통과필터(25), 고역통과필터(28)로부터 각각 출력된 신호는 곱셈기(29)에 의해 곱해져서 I 신호의 에지 정보로 출력된다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 복합(COMPOSITE) 영상신호(CVBS)의 휘도 (LUMINANCE) 신호에서의 에지 영역과 색(CHROMINANCE) 신호에서의 에지 영역을 이용하여 아티팩트 영역을 찾아내고, 아티팩트가 존재하는 영역만을 비선형 바이래터럴 필터를 통과시킴으로써, 영상이 가진 에지(EDGE)정보와 디테일(DETAIL) 정보를 보존하면서 아티팩트를 효과적을 제거하여 화질을 개선시킬 수 있다.

Claims (22)

  1. 복합 영상 신호의 화질 개선 방법에 있어서,
    복합 영상 신호로부터 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 휘도 신호의 에지 정보 영역, 제1색신호의 에지 정보 영역, 제2색신호의 에지 정보 영역을 각각 검출하는 단계와,
    각 검출된 에지 정보 영역을 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 아티팩트 영역은 상기 제1색신호의 에지 정보 영역과 상기 제2색신호의 에지 정보 영역에서 상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을 제외한 부분으로 정의되는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에지 검출 단계는,
    상기 휘도 정보 신호의 소정 대역을 복원하는 단계와,
    상기 대역 복원된 휘도 정보 신호로부터 상기 에지 정보 영역을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 대역 복원 단계는,
    밴드 스톱 필터를 이용하여 상기 휘도 정보 신호의 소정 대역을 복원하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에지 검출 단계는,
    마스크 방법 또는 웨이브릿 방법을 이용하여 에지 정보 영역을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 아티팩트 영역 검출 단계는,
    상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00030
    , 제1 색 신호의 에지정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00031
    , 제2색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00032
    라 할 때,
    Figure 112011075344863-pat00033
    에 의해 아티팩트 영역을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    필터링 단계는,
    상기 아티팩트 영역에 대해 비선형 바이래터럴 필터를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  7. 복합 영상 신호의 화질 개선 장치에 있어서,
    복합 영상 신호로부터 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 휘도 신호의 에지 정보 영역, 제1색신호의 에지 정보 영역, 제2색신호의 에지 정보 영역을 검출하는 에지 검출부와,
    각 검출된 에지를 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 아티팩트 영역 검출부와,
    상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 필터링부를 포함하며,
    상기 아티팩트 영역은 상기 제1색신호의 에지 정보 영역과 상기 제2색신호의 에지 정보 영역에서 상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을 제외한 부분으로 정의되는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에지 검출부는,
    상기 휘도 정보 신호의 소정 대역을 복원하는 대역복원부와,
    상기 대역 복원된 휘도 정보 신호로부터 상기 에지 정보 영역을 검출하는 휘도 정보 신호 에지 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 대역 복원부는,
    밴드 스톱 필터를 이용하여 상기 휘도 정보 신호의 소정 대역을 복원하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 에지 검출부는,
    마스크 방법 또는 웨이브릿 방법을 이용하여 상기 에지 정보 영역을 검출하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 아티팩트 영역 검출부는,
    상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00034
    , 제1 색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00035
    , 제2색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00036
    라 할 때,
    Figure 112011075344863-pat00037
    에 의해 아티팩트 영역을 결정하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 필터링부는, 비선형 바이래터럴 필터 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  13. 복합 영상 신호의 디코딩 방법에 있어서,
    입력된 복합 영상 신호를 휘도 정보 신호와 색 정보 신호로 분리하는 단계와,
    상기 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 휘도 신호의 에지 정보 영역, 제1색신호의 에지 정보 영역, 제2색신호의 에지 정보 영역을 검출하는 단계와,
    각 검출된 에지 정보 영역을 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 단계와,
    상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 단계와,
    상기 필터링된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 RGB 컬러 공간으로 변환하는 단계를 포함하며,
    상기 아티팩트 영역은 상기 제1색신호의 에지 정보 영역과 제2색신호의 에지 정보 영역에서 상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을 제외한 부분으로 정의되는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 신호 분리 단계는,
    상기 복합 영상 신호를 콤 필터를 이용하여 상기 휘도 정보 신호와 상기 색 정보 신호로 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 에지 정보 영역 검출 단계는,
    상기 콤 필터를 통과한 휘도 정보 신호에서 상기 콤 필터에 의해 제거된 대역을 복원하고, 상기 복원된 휘도 정보 신호의 에지 정보 영역을 검출하는 단계와,
    제1색 신호의 에지 정보 영역을 검출하는 단계와,
    제2색 신호의 에지 정보 영역을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 아티팩트 영역 검출 단계는,
    상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00038
    , 제1 색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00039
    , 제2색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00040
    라 할 때,
    Figure 112011075344863-pat00041
    에 의한 부분을 아티팩트 영역 결정 맵으로 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 필터링 단계는,
    상기 아티팩트 영역 결정 맵에 의한 영역에 대해 비선형 바이래터럴 필터를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 방법.
  18. 복합 영상 신호의 디코딩 장치에 있어서,
    입력된 복합 영상 신호를 휘도 정보 신호와 색 정보 신호로 분리하는 휘도/색 신호 분리부와,
    상기 분리된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호에서 각각 휘도 신호의 에지 정보 영역, 제1색신호의 에지 정보 영역, 제2색신호의 에지 정보 영역을 검출하는 에지 검출부와,
    각 검출된 에지 정보 영역을 이용하여 아티팩트 영역을 검출하는 아티팩트 영역 검출부와,
    상기 검출된 아티팩트 영역에 대해 필터링을 수행하는 필터링부와,
    상기 필터링된 휘도 정보 신호와 색 정보 신호를 RGB 컬러 공간으로 변환하는 컬러공간 변환부를 포함하며,
    상기 아티팩트 영역은 상기 제1색신호의 에지 정보 영역과 상기 제2색신호의 에지 정보 영역에서 상기 휘도 신호의 에지 정보 영역을 제외한 부분으로 정의되는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 휘도/색 신호 분리부는, 상기 복합 영상 신호를 상기 휘도 정보 신호와 상기 색 정보 신호로 분리하기 위한 콤 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 에지 검출부는,
    상기 콤 필터를 통과한 휘도 정보 신호에서 상기 콤 필터에 의해 제거된 대역을 복원하는 대역 복원부와,
    상기 복원된 휘도 정보 신호의 에지정보 영역을 검출하는 휘도 정보 신호 에지 검출부와,
    제1색 신호의 에지 정보 영역을 검출하는 제1색 정보 신호 에지 검출부와,
    제2색 신호의 에지 정보 영역을 검출하는 제2색 정보 신호 에지 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 아티팩트 영역 검출부는,
    상기 휘도 정보 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00042
    , 제1 색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00043
    , 제2색 신호의 에지 정보 영역을
    Figure 112011075344863-pat00044
    라 할 때,
    Figure 112011075344863-pat00045
    에 의한 부분을 아티팩트 영역 결정 맵으로 설정하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 필터링부는, 상기 아티팩트 영역 결정 맵에 의한 영역을 필터링하는 비선형 바이래터럴 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 영상 신호 디코딩 장치.
KR1020050048115A 2005-06-04 2005-06-04 복합 영상 신호의 화질 개선 방법, 그 장치 및 복합 영상신호의 디코딩 방법 및 장치 KR101120092B1 (ko)

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