KR101330640B1 - 영상 선명도 인핸싱 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
에지 레벨에 따른 신호 처리를 통해 오버슈트/언더슈트 및 비트맵 계단 현상(jagging artifact)을 억제하는 영상 신호의 선명도 인핸싱 장치 및 방법이 개시되어 있다. 본 발명은 서로 다른 계수를 갖는 필터를 사용하여 입력 영상의 고주파 영역 성분들을 검출하고, 그 고주파 영역 성분들의 최소값으로 슈트를 서프레스하는 과정, 고주파 영역 성분에서 소정 범위 이하의 레벨을 가지는 신호의 이득을 코어링하는 과정, 입력 영상의 외곽 특성 정보에 근거하여 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 설정하여 조합하는 과정, 조합된 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 상기 고주파 영역 성분에 부여하는 과정을 포함한다.
Description
도 1은 종래의 영상 신호의 선명도 인핸싱 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 영상 선명도 인핸싱 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2의 슈트 억제부의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 4는 도 2의 코어링부의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 5는 도 2의 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 6은 도 2의 크리스프닝 게인 검출부의 동작을 설명하는 개념도이다.
본 발명은 영상 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 에지 레벨(edge-level)에 따른 신호 처리를 통해 오버슈트/언더슈트(overshoot/undershoot) 및 비트맵 계단 현상(jagging artifact)을 억제하는 영상 신호의 선명도 인핸싱 장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로 HD급 영상 촬상 장치가 보급되고 방송 신호의 고화질화가 진행됨에 따라 화면에서 외곽 정보의 선명도를 향상하기 위한 기술의 중요성이 커지고 있다.
도 1은 종래의 영상 신호의 선명도 인핸싱 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 종래에는 선명도를 증진키기기 위하여 두 가지 필터링(filtering)을 수행하였다. 101과 같은 작은 외곽 정보에 대해서는 102와 같이 고주파를 증폭시킴으로서 선명도를 높였다. 이에 따라 고주파를 증가시킴으로서 주파수공간에서는 105와 같은 주파수 응답이 106과 같이 커지는 효과를 나타나게 된다. 따라서 101과 같이 작은 전이 에지(transition edge)에서는 피킹(peaking) 기능을 수행한다.
또한 103과 같은 큰 외곽정보에 대해서는 104와 같이 외곽의 전이 시간(Transition Time)을 줄임으로써 선명도를 향상시켰다. 이에 따라 외곽의 전이 시간(Transition Time)을 줄임으로써 주파수 공간에서는 105와 같은 주파수 응답이 107과 같이 더 높은 주파수 신호를 생성시키는 효과를 나타나게 된다. 따라서 103과 같이 큰 전이 에지(transition edge)에서는 크리스프닝(crispening) 기능을 수행한다.
그러나 종래 선명도 인핸싱 방법을 두 가지 필터링을 수행함에 있어서 입력 화소에 대하여 똑같은 처리를 가하거나 특정 구간에서는 102와 같은 필터링을 수행하고 또 다른 구간에서는 104와 같은 필터링을 수행하였다. 이러한 방법은 특정 화 소에 대해 중복된 필터링을 수행함으로써 몇 가지 아티팩트(artifact)들이 발생할 수 있는 단점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 입력되는 영상에 대해 피킹 및 크리스프닝 비율을 설정하여 영상 신호에서 슈트를 감소시키고 비트맵 계단 현상(jagging artifact)을 억제하는 영상 신호의 선명도 인핸싱 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 영상 선명도 인핸싱 방법에 있어서,
서로 다른 계수를 갖는 필터를 사용하여 입력 영상의 고주파 영역 성분들을 검출하고, 그 고주파 영역 성분들의 최소값으로 슈트를 서프레스하는 과정;
상기 고주파 영역 성분에서 소정 범위 이하의 레벨을 가지는 신호의 이득을 코어링하는 과정;
상기 입력 영상의 외곽 특성 정보에 근거하여 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 설정하여 조합하는 과정;
상기 조합된 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 상기 고주파 영역 성분에 부여하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 영상 선명도 인핸싱 장치에 있어서,
서로 다른 계수를 갖는 필터를 사용하여 입력 영상의 고주파 영역 성분들을 검출하는 고역필터부;
상기 고역필터부에서 검출된 서로 다른 고주파 영역의 성분들의 최소값으로 영상 외곽에서의 슈트를 제거하는 슈트 억제부;
상기 고주파 영역 성분에서 소정 범위 이하의 레벨을 가지는 신호의 이득을 코어링하는 코어링부;
입력 영상의 해당 화소를 중심으로 주변 화소와의 차분값중 최대값 또는 주변 화소 정보를 바탕으로 피킹 및 크리스프닝 비중을 결정하는 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부;
상기 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부에서 결정된 및 피킹 크리스프닝 비중을 상기 슈트 억제부 및 코어링부에서 출력되는 고주파 영역의 성분에 곱하는 곱셈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 영상 선명도 인핸싱 장치의 블록도이다.
도 2의 영상 선명도 인핸싱 장치는 제1,제2고역필터(201, 202), 슈트 억제부(203), 코이링부(204), 로칼 최소 및 최대값 검출부(206), 피킹 및 크리스프닝 비율 결정부(206), 크리스프닝 게인 검출부(207), 제1,제2,제3곱셈부(210, 211, 212), 가산부(213)로 구성된다. 도 2의 영상 선명도 인핸싱 장치는 영상 선명도 인핸싱 방법의 흐름도로 대치할 수 있다.
제1고역필터부(201)는 소정의 필터 계수를 사용하여 입력되는 영상신호(Y-in)의 고주파 영역의 성분(hpf1)을 검출한다.
제2고역필터부(202)는 제1고역필터부(201)와 다른 소정의 필터 계수를 사용하여 입력되는 영상신호(Y-in)의 고주파 영역의 성분(hpf2)을 검출한다.
슈트 억제부(203)는 제1고역필터부(201) 및 제2고역필터부(202)에서 검출된 두 고주파 영역의 성분들(hpf1, hpf2)의 최소값을 취하여 영상 외곽에서의 오버/언더 슈트(over/under shoot)발생을 억제한다.
코어링부(204)는 제2고역필터부(202)에서 검출되는 고주파 영역의 성분(hpf2)에서 불필요한 성분 즉, 피킹시 노이즈 성분들의 부스트-업을 방지한다. 코어링부(204)는 소정 범위 이하의 레벨을 가지는 고주파 성분의 입력 신호에 대해서는 이득을 "0"로 함으로써 이들 신호를 제거하여 출력한다. 즉, 코어링부(204)는 영상 신호에서 울림 현상의 주요한 원인이 되는 고주파 성분에서 신호 레벨이 작은 부분을 제거함으로써 울림 현상을 약화시킨다.
로칼 최소 및 최대값 검출부(205)는 입력되는 영상신호(Y-in)에서 처리중인 화소를 기준으로 인접 화소간의 최소 및 최대값을 검출하여 해당화소가 어떠한 외곽 성분인지를 분석한다.
피킹 및 크리스프닝 비중 결정부(206)는 로칼 최소 및 최대값 검출부(205)에서 검출된 로칼 최소 및 최대값을 이용하여 피킹 및 크리스프닝 비중(c_ratio, p_ratio)을 결정하여 조합한다.
크리스프닝 게인 검출부(207)는 로칼 최소 및 최대값 검출부(205)에서 검출 된 로칼 최소 및 최대값을 이용하여 크리스프닝 게인(c_gain)을 검출한다. 즉, 크리스프닝 게인 검출부(207)는 크리스프닝시 해당 화소가 외곽의 어느 위치에 있는지를 검출한다.
제1곱셈부(210)는 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부(206)에서 결정된 크리스프닝 비중(c_ratio)과 슈트 억제부(203)에서 출력되는 고주파 영역의 성분(hpf1')을 곱하여 선명도를 개선시킨다.
제2곱셈부(211)는 제1곱셈부(210)에서 출력되는 신호와 크리스프닝 게인 검출부(207)에서 검출된 크리스프닝 게인(c_gain)을 곱하여 비트맵 계단 현상(jagging artifact)을 억제한다.
제3곱셈부(212)는 코어링부(204)에서 출력되는 고주파 영역의 성분((hpf2')과 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부(206)에서 결정된 피킹 비중(p_ratio)을 곱한다.
가산부(213)는 제2곱셈부(211)에서 출력되는 신호와 제3곱셈부(212)에서 출력되는 신호를 가산하여 선명도가 개선된 영상 신호(Y-out)를 출력한다.
도 3은 도 2의 슈트 억제부(203)의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 3을 참조하면, 외곽 부분에서 입력되는 영상 신호(301)(Yin)를 제1고역필터부(201)에서 고역 필터링했을 때 302와 같은 필터링 성분으로 나타난다. 또한 외곽 부분에서 입력되는 영상 신호(301)(Yin)를 제2고역필터부(202)에서 고역 필터링했을 때 303와 같은 필터링 성분으로 나타난다. 따라서 두 고역 필터 성분을 이용하여 최소 값(Min(HPF1, ｜HPF2｜))을 취하게 되면 304와 같은 파형을 얻을 수 있 다. 305는 슈트를 억제한 후의 출력 영상 신호(Yout)이다. 306은 기존의 슈트 억제 방법을 수행한 시뮬레이션 파형이며, 307은 본 발명에 따른 슈트 억제 방법을 수행한 시뮬레이션 파형이다. 따라서 기존의 306 파형과 본 발명의 307 파형을 비교해보면 외곽 영상에서 슈트 발생을 현저히 감소했음을 알 수 있다. 슈트 억제부(203)에서 출력되는 슈트가 억제된 고주파 성분의 신호(hpf1')는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
도 4는 도 2의 코어링부(204)의 동작을 설명하는 파형도이다.
도 4를 참조하면, 영상 신호에서 고역필터를 사용하여 고주파 영역을 증폭시키게 되면 작은 잡음성 신호들도 동일 응답으로 생성되기 때문에 코어링(coring)작업에 의해 작은 신호들에 대해서는 처리를 하지 않는다. 401은 원 영상 신호를 나타내며 402는 코어링된 출력 신호를 나타낸다. 제1임계치(th1)는 입력 신호에서 고주파 증폭 처리를 하지 않는 구간에 대한 임계치이며, 제2임계치(th2)는 고주파 증폭의 상한값에 대한 임계치이다.
따라서 코어링부(204)의 동작은 다음과 같이 동작된다.
IF ｜hpf｜<th1, hpf' = 0
Else if ｜hpf｜> th2, hpf' = ±th2
Else hpf' = hpf ± th1
도 5는 도 2의 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부(206)의 동작을 설명하는 개 념도이다.
영상 신호에서 외곽의 특성을 분석하여 피킹과 크리스프닝의 비중을 결정한다. 501은 입력 영상 화소를 나타내며 a2를 기준으로 a1과 a3중 최대값을 구하고 최대값이 제1임계치(th1)을 기준으로 어느 위치에 있는가에 따라 피킹 비중(peaking ratio)과 크리스프닝 비중(crispening ratio)을 구할 수 있다.
여기서 X1과 N1을 수학식 2와 같이 정의한다.
N1 = min[｜a2 - a1｜, ｜a2 - a3｜
따라서 도 5에 도시된 바와 같이 제1임계치(th1)의 왼쪽에 최대값이 존재하면 502와 같이 피킹 비중은 X1이 증가함과 동시에 피킹 비중은 감소하고 크리스프닝 비중은 증가하게 된다.
반면에 최대값이 제1임계치(th1)의 오른쪽에 위치하면 503과 같이 크리스프닝 비중은 감소하지만 502와 같이 피킹 비중은 "0"으로 맵핑이 됨으로서 인접화소의 차분 값이 큰 위치에서는 피킹을 수행하지 않는다. 피킹 비중은 작은 에지 향상을 위해 사용되고, 크리스피닝 비중은 큰 에지 향상을 위해 사용한다.
다시말하면, 크리스프닝에 대한 비중은 피킹 비율에 반비례하도록 혹은 주변 화소와의 차분값중 최대값에 대한 비율을 이용하여 설정한다.
도 6은 도 2의 크리스프닝 게인 검출부(207)의 동작을 설명하는 개념도이다.
도 6을 참조하면, 현재 화소(601)가 주변 화소들(602, 603)과 비교하여 어느 위치에 있는가를 검출하여 크리스피닝 게인(또는 강도)을 구한다. 도 6에 도시된 바와 같이 전이 부분에서 현재 화소(701)와 주변 화소들(602, 603)에 대하여 최소 값(N1)과 최대 값(X1)을 구하여 두 값의 비에 해당하는 게인값(G1)을 계산하고 G1이 커지면 크리스프닝 게인이 크게되어 신호의 외곽이 선명해지는 효과를 얻을 수 있으며, G1이 작아지면 크리스프닝 게인이 적게되어 극단적 외곽을 방지함으로써 슈트 및 비트맵 계단 현상(jagging artifact)을 최대한 방지 할 수 있다.
따라서 크리스프닝 게인 검출부(207)의 동작은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
전이(transition)영역에서 If a2>a1 && a2<a3 or If a2<a1 && a2>a3
G1 = N1/X1
If G1 ↑, then crispen gain ↑,
If G1 ↓, then crispen gain ↓.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
또한 본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함 한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 정보로서 저장되고 실행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 큰 외곽과 세세한 외곽을 효율적으로 검출하여 서로 다른 필터링을 수행함으로써 오버슈트/언더슈트 및 비트맵 계단 현상(jagging artifact)을 억제할 수 있다.
Claims (7)
- 영상 선명도 인핸싱 방법에 있어서,서로 다른 계수를 갖는 필터를 사용하여 입력 영상의 고주파 영역 성분들을 검출하고, 그 고주파 영역 성분들의 최소값으로 입력 영상의 외곽에 대한 슈트를 서프레스하는 과정;상기 고주파 영역 성분에서 소정 범위 이하의 레벨을 가지는 신호의 이득을 코어링하는 과정;상기 입력 영상의 외곽 특성 정보에 근거하여 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 설정하여 조합하는 과정;상기 조합된 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 상기 고주파 영역 성분에 부여하는 과정을 포함하는 영상 선명도 인핸싱 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중은 처리중인 화소를 중심으로 주변 화소와의 차분값중 최대값 또는 주변 화소 정보를 이용하여 설정하는 것임을 특징으로 하는 영상 선명도 인핸싱 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 피킹 및 크리스프닝에 대한 비중을 상기 고주파 영역 성분에 부여하는 과정은 해당 화소에 대한 피킹 비중 또는 크리스프닝 비중과 고역 필터 성분을 곱하는 것임을 특징으로 하는 영상 선명도 인핸싱 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 크리스프닝에 대한 비중은 상기 피킹 비율에 반비례하도록 혹은 주변 화소와의 차분값중 최대값에 대한 비율을 이용하여 설정하는 것임을 특징으로 하는 영상 선명도 인핸싱 방법.
- 제1항에 있어서, 입력 영상의 특정 화소에 대해 주변 화소와의 차분값중 최대값과 최소값에 대한 비율을 이용하여 상기 크리스프닝에 대한 게인을 설정하여 상기 고주파 영역 성분에 부여하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 인핸싱 방법.
- 영상 선명도 인핸싱 장치에 있어서,서로 다른 계수를 갖는 필터를 사용하여 입력 영상의 고주파 영역 성분들을 검출하는 고역필터부;상기 고역필터부에서 검출된 서로 다른 고주파 영역의 성분들의 최소값으로 영상 외곽에서의 슈트를 제거하는 슈트 억제부;상기 고주파 영역 성분에서 소정 범위 이하의 레벨을 가지는 신호의 이득을 코어링하는 코어링부;입력 영상의 해당 화소를 중심으로 주변 화소와의 차분값중 최대값 또는 주변 화소 정보를 바탕으로 피킹 및 크리스프닝 비중을 결정하는 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부;상기 피킹 및 크리스프닝 비중 결정부에서 결정된 피킹 및 크리스프닝 비중을 상기 슈트 억제부 및 코어링부에서 출력되는 고주파 영역의 성분에 곱하는 곱셈부를 포함하는 영상 선명도 인핸싱 장치.
- 제6항에 있어서, 입력 영상의 특정 화소에 대해 주변 화소와의 차분값중 최대값과 최소값에 대한 비율을 바탕으로 상기 크리스프닝에 대한 게인을 설정하는 크리스프닝 게인 검출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 선명도 인핸싱 장치.
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