KR101797673B1 - 대역별 공간적 변조를 통한 영상 질감 향상 방법 및 그 장치 - Google Patents

대역별 공간적 변조를 통한 영상 질감 향상 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 영상 화질 개선 및 영상 질감 향상 방법 및 그 장치를 제안한다.
본 발명은, 영력 영상을 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리하여, 저주파 성분을 디더링을 통해 블록 단위로 변조하고, 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조하여, 변조된 저주파 성분 및 변조된 고주파 성분을 합성함으로써, 영상 질감을 향상시키는 방법을 개시한다.

Description

대역별 공간적 변조를 통한 영상 질감 향상 방법 및 그 장치{Method and apparatus for image quality enhancement using spatial modulation on a per-bandbasis}
본 발명은, 영상 화질 개선 및 향상에 관한 것이다.
영상의 압축 또는 스케일링 과정에서, 영상의 주파수 성분이 손실될 수 있다. 소정 주파수 대역의 영상 성분이 손실되면 영상의　세밀한 질감이　훼손되면서, 과도하게 성글거나 밋밋한 느낌의 영상으로 변형되어 영상의 화질이 시각적으로 열화될 수 있다.
이렇게 열화된 영상의 화질을 개선하기 위해, 약화된 주파수 대역의 영상 성분을 증폭시키기 위한 영상 처리 기법이 이용되고 있다. 하지만, 이러한 영상 처리 기법에 따라, 영상의 고주파 성분이 증폭되면 영상의 전체적인 선예도는 향상시키지만, 이미 상실된　고주파 성분이 복원되기는 어려우므로, 원본 영상의 세밀한 질감이 복원되기는 어렵다.
본 발명은, 영상의 저주파 대역 및 고주파 대역 별로, 영상 성분을 변조함으로써 영상 화질을 개선하고 영상 질감을 향상시키기는 방법 및 그 장치를 제안한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 방법은, 입력 영상을 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리하는 단계; 상기 저주파 성분을 디더링을 통해 블록 단위로 변조하는 단계; 상기 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조하는 단계; 및 상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 저주파 성분 변조 단계는, 입력 영상의 저주파 성분들 중에서, 현재 블록과 주변 블록의 유사도를 결정하는 단계; 및 상기 현재 블록과 주변 블록의 유사도에 기초하여, 상기 현재 블록에 랜덤값을 합성할지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 상기 고주파 성분 변조 단계는, 상기 고주파 성분에 대하여 디블러링 동작을 수행하는 단계; 상기 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소된 고주파 성분에 대하여 샘플링 동작을 수행하는 단계; 및 상기 고주파 성분의 픽셀들에 대하여, 현재 픽셀을 중심으로 소정 범위 내의 주변 픽셀들 중에서, 소정 위치의 픽셀들을 선택하여 합성하여 상기 현재 픽셀에 대한 샘플링 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치는, 입력 영상을 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리하는 주파수 분리부; 상기 저주파 성분을 디더링을 통해 블록 단위로 변조하는 저주파 변조부; 상기 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조하는 고주파 변조부; 및 상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하는 주파수 합성부를 포함한다.
일 실시예에 따른 상기 영상 질감 향상 장치는, 현재 영상에 대하여 상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하여 현재 변조 영상을 생성하고, 이전 영상에 대한 변조 영상과 상기 현재 변조 영상을 합성하는 시간적 합성부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 방법을 연산 프로세서로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체를 포함한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치의 블록도를 도시한다.
도 2 는 다른 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치의 블록도를 도시한다.
도 3 은 일 실시예에 따른 샘플링 윈도우를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 방법의 흐름도를 도시한다.
이하 도 1 내지 4를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치 및 그 방법을 상술한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치의 블록도를 도시한다. 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(100)는, 비디오 등의 영상 시퀀스를 입력받아, 입력 영상마다 저주파 성분 및 고주파 성분별로 변조하여, 비디오의 화질을 향상시킨다.
일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(100)는, 주파수 분리부(110), 저주파 변조부(120), 고주파 변조부(130) 및 주파수 합성부(140)를 포함한다. 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(100)는, 중앙 연산 프로세서 또는 그래픽 프로세서를 구비하여, 주파수 분리부(110), 저주파 변조부(120), 고주파 변조부(130) 및 주파수 합성부(140)의 동작을 총괄적으로 제어할 수 있다. 또한 일 실시예에 따른 주파수 분리부(110), 저주파 변조부(120), 고주파 변조부(130) 또는 주파수 합성부(140)가, 각각의 연산 프로세서를 구비하여 해당 연산 프로세서에 의해 작동될 수도 있다.
일 실시예에 따른 주파수 분리부(110)는, 입력 영상을 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리한다.
일 실시예에 따른 저주파 변조부(120)는, 주파수 분리부(110)에 의해 분리된 입력 영상의 저주파 성분을 디더링을 통해 변조한다. 저주파 변조부(120)는, 입력 영상의 저주파 성분을 블록 단위로 디더링한다. 저주파 변조부(120)의 저주파 블록에 대한 변조 동작은, 공간 영역에서의 저주파 성분을 기초로 수행된다.
일 실시예에 따른 저주파 변조부(120)의 변조 동작은, 입력 영상의 저주파 성분을 기초로, 블록 단위로 저주파 변조 성분을 결정할 수 있다. 예를 들어 저주파 변조부(120)는 저주파 블록에 대해 변조 동작을 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 저주파 블록은, 입력 영상의 저주파 성분들로 구성된 저주파 영상의 블록들 중 하나를 나타낼 수 있다. 또는 저주파 변조부(120)는, 입력 영상의 블록들을 입력받아, 블록별로 저주파 성분들을 추출하고, 블록별 저주파 성분을 포함하는 저주파 블록을, 현재 블록을 위한 저주파 성분 변조에 이용할 수 있다.
일 실시예에 따른 저주파 변조부(120)는, 입력 영상의 저주파 성분의 현재 블록과 주변 블록의 유사도에 기초하여, 현재 블록에 랜덤값을 합성함으로써 변조할 수 있다.
일 실시예에 따른 저주파 변조부(120)는, 입력 영상의 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록의 유사도를 결정할 수 있다. 저주파 변조부(120)는, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록의 유사도에 기초하여, 현재 저주파 블록에 랜덤값을 합성할지 여부를 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 저주파 변조부(120)는, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록이 거의 유사하다면, 영상 질감이 손실되어 과도하게 평탄화된 영역으로 판단하여, 현재 저주파 블록의 저주파 성분에 랜덤값을 합성함으로써 영상 질감을 복원하고자 한다.
예를 들어 일 실시예에 따른 저주파 변조부(120)는, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록이 유사하다면, 현재 저주파 블록에 랜덤값을 합성할 수 있다. 현재 저주파 블록의 저주파 성분마다, 독립적으로 생성된 난수가 합성될 수 있다. 즉, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록이 유사하다면, 현재 저주파 블록에 랜덤값이 합성하여, 현재 저주파 변조 성분을 출력할 수 있다.
반면에 현재 저주파 블록의 평균값과 주변 저주파 블록의 평균값이 유사하지 않다면, 저주파 변조부(120)는 현재 저주파 블록을 그대로 현재 저주파 변조 성분으로서 출력할 수 있다.
즉,입력 영상의 현재 저주파 블록 및 이전 저주파 블록의 저주파 성분들의 평균값들 간의 차이가 소정 임계치보다 작거나 같을 정도로 유사한 경우, 저주파 변조부(120)는 현재 저주파 블록과 이전 저주파 블록을 과도하게 평탄한 영역으로 판단할 수 있다. 이 경우, 저주파 변조부(120)는 과도하게 평탄한 영역인 현재 저주파 블록에 임의의 랜덤값을 추가함으로써, 저주파 대역에 집중되어 있는 주파수 성분을 고주파 대역으로 분산시킴으로써 좀 더 자연스러운 화질의 영상을 유도할 수 있다.
일 실시예에 따른 고주파 변조부(130)는, 주파수 분리부(110)에 의해 분리된 입력 영상의 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조한다. 고주파 변조부(130)의 픽셀별 고주파 성분에 대한 변조 동작은, 공간 영역에서의 고주파 성분을 기초로 수행된다.
일 실시예에 따른 고주파 변조부(120)의 변조 동작은, 입력 영상의 픽셀별 고주파 성분들을 기초로 고주파 변조 성분을 결정할 수 있다. 예를 들어 고주파 변조부(120)는, 입력 영상의 픽셀별 고주파 성분으로 구성된 고주파 영상을 기반으로, 현재 픽셀의 영상 성분, 즉 현재 고주파 성분에 대하여 변조 동작을 수행할 수 있다. 또는 고주파 변조부(120)는, 입력 영상의 픽셀들마다 고주파 성분들을 추출하여, 현재 픽셀의 고주파 성분인 현재 고주파 성분의 변조 동작을 수행할 수도 있다.
일 실시예에 따른 고주파 변조부(130)는, 입력 영상의 픽셀별 고주파 성분에 대하여, 현재 고주파 성분을 위한 샘플링을 수행하여 현재 고주파 변조 성분을 결정할 수 있다. 예를 들어 고주파 변조부(130)는, 현재 고주파 픽셀을 중심으로 소정 범위 내의 주변 고주파 픽셀들 중에서, 소정 위치의 픽셀들을 선택하여 픽셀별 고주파 성분을 합성함으로써, 현재 고주파 성분에 대한 샘플링 합성값을 결정하고, 현재 고주파 변조 성분을 출력할 수 있다.
일 실시예에 따른 고주파 변조부(130)는, 입력 영상의 고주파 성분의 변조를 위해 디블러링 동작을 수행할 수 있다. 고주파 변조부(130)는, 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소된 고주파 성분에 대하여 샘플링 및 합성 동작을 추가적으로 수행하여 고주파 변조 성분을 결정할 수도 있다.
일 실시예에 따른 주파수 합성부(140)는, 저주파 변조부(120)에 의해 변조된 저주파 성분과 고주파 변조부(130)에 의해 변조된 고주파 성분을 합성하여, 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 방식에 따라 변조된 영상을 출력한다.
일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(100)는, 저주파 대역 및 고주파 대역에서의 독립적인 변조를 기초로, 원본 주파수 대역에 비해 폭넓은 대역대의 주파수 성분들을 추가할 수 있다. 이로써, 영상 확대 또는 열화에 의해 영상의 주파수 성분들이 저주파 대역에 집중되어 과도하게 평탄화된 입력 영상에 대하여, 주파수 대역별 성분들을 분산시킴으로써, 손상된 영상 질감이 복원될 수 있다.
도 2 는 다른 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치의 블록도를 도시한다.
다른 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(200)는, 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(100)의 주파수 분리부(110), 저주파 변조부(120), 고주파 변조부(130), 주파수 합성부(140)과, 버퍼들(205, 215, 225, 235), 및 시간적 합성부(270)를 추가적으로 포함한다.
주파수 분리부(110)는, 저역통과 필터(Lowpass Filter) 및 양방향 필터(Bilateral Filter) 중 적어도 하나를 이용하여, 입력 영상의 저주파 성분과 고주파 성분을 분리할 수 있다. 주파수 분리부(110)에 의해 분리된 저주파 성분은 버퍼(205)에 저장되고, 고주파 성분은 버퍼(215)에 저장될 수 있다.
주파수 분리부(110)의 일 동작례는 수학식 1 및 2로 표현될 수 있다.
Figure 112011042586685-pat00001
Figure 112011042586685-pat00002
Y는 입력 영상, LPF(·)는 저역통과 필터링 함수를 나타낸다. 수학식 1에 따라, 입력 영상 Y에 대한 저역통과 필터링을 통해 입력 영상의 저주파 성분 YLF이 생성될 수 있다. 수학식 2에 따라, 입력 영상 Y로부터 저주파 성분 YLF을 제외한 고주파 성분 YHF이 생성될 수 있다.
저주파 변조부(120)는, 입력 영상의 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록의 유사도에 기초하여, 현재 저주파 블록의 저주파 성분들에 랜덤값을 합성함으로써, 입력 영상의 저주파 변조 성분을 결정할 수 있다.
구체적으로 다른 실시예에 따른 저주파 변조부(120)는, 평균값 결정부(220), 랜덤값 생성부(230), 저주파 변조값 결정부(240) 및 버퍼(225)를 포함할 수 있다.
평균값 결정부(220)는, 버퍼(205)로부터 입력 영상의 저주파 성분의 블록들인 저주파 블록들을 입력받아, 블록마다 평균값을 결정할 수 있다. 버퍼(225)는, 평균값 결정부(220)에 의해 결정된 하나 이상의 블록에 대하여 결정된 블록별 평균값을 저장할 수 있다. 랜덤값 생성부(230)는, 랜덤값을 생성할 수 있다.
평균값 결정부(220)가 입력 영상의 저주파 블록들에 대하여, 현재 저주파 블록의 평균값을 결정하여 저주파 변조값 결정부(240)에게로 출력할 수 있다. 저주파 변조값 결정부(240)는, 버퍼(225)에 저장되어 있는, 현재 저주파 블록에 공간적으로 인접하는 주변 저주파 블록의 평균값과 현재 저주파 블록의 평균값을 비교하여, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록의 유사도를 결정할 수 있다.
저주파 변조값 결정부(240)는, 입력 영상의 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록의 유사도에 기초하여, 현재 저주파 블록에 랜덤값을 합성할지 여부를 결정하고, 현재 블록의 저주파 변조 성분을 출력할 수 있다. 저주파 변조값 결정부(240)는, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록이 유사하다고 결정하면 랜덤값 생성부(230)에 의해 생성된 랜덤값을 현재 저주파 블록에 합성할 수 있다. 저주파 변조값 결정부(240)는, 현재 저주파 블록의 평균값과 주변 저주파 블록의 평균값이 유사하지 않다고 결정하면, 현재 저주파 블록을 그대로 출력할 수 있다.
저주파 변조값 결정부(240)의 일 동작례는 수학식 3로 표현될 수 있다.
Figure 112011042586685-pat00003
Figure 112011042586685-pat00004
및
Figure 112011042586685-pat00005
는 각각 입력 영상 Y의 n번째 저주파 블록 및 n-1번째 저주파 블록의 저주파 성분의 평균값을 나타내며,
Figure 112011042586685-pat00006
는 현재 n번째 저주파 블록의 변조된 저주파 값을 나타낸다. th 는 입력 영상 Y의 n번째 저주파 블록 및 n-1번째 저주파 블록 간의 유사도를 결정하기 위한 임계값을 나타낸다. value rand 는 랜덤값을 나타내며, var은 랜덤값의 분산을 나타낸다.
즉, 저주파 변조값 결정부(240)는, 입력 영상 Y의 n번째 현재 저주파 블록 및 n-1번째 이전 저주파 블록의 저주파 성분들의 평균값들 간의 차이가 소정 임계치보다 작거나 같은 경우, 현대 블록의 저주파 성분 값에, 랜덤값의 분산에 비례하여 증감하는 랜덤값을 추가하여 출력할 수 있다.
즉, 저주파 변조값 결정부(240)는, 입력 영상 Y의 n번째 현재 저주파 블록 및 n-1번째 이전 저주파 블록의 저주파 성분들의 평균값들 간의 차이가 소정 임계치보다 큰 경우는 현대 블록의 저주파 성분 값을 그대로 출력할 수 있다.
따라서, 저주파 변조부(120)에 의해 출력되는 저주파 변조 성분은, 블록 단위로 출력되며, 입력된 현재 저주파 블록의 주파수 대역에 비해 고주파 대역의 영상 성분을 더 포함할 수도 있다.
일 실시예에 따른 고주파 변조부(130)는, 입력 영상의 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조한다. 구체적으로 고주파 변조부(130)는, 디블러링 동작부(250) 및 샘플링 합성부(260)를 포함한다.
디블러링 동작부(250)는, 버퍼(215)로부터 입력 영상의 픽셀별로 고주파 성분을 입력받아, 픽셀에 대해 디블러링 동작을 수행할 수 있다. 샘플링 합성부(260)는, 디블러링 동작부(250)의 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소된 고주파 성분에 대하여 샘플링 동작을 수행할 수 있다.
영상이 큰 비율로 확대되거나 열화가 심한 경우, 영상의 고주파 성분이 많이 훼손되어 파워가 약화될 수 있다. 이러한 경우, 디블러링 동작을 통해 영상의 고주파 성분이 증폭될 수 있다.
예를 들어 디블러링 동작부(250)는, 하나 이상의 대역통과 필터(Bandpass Filter)를 이용하여 현재 고주파 성분에 대한 디블러링 동작을 수행할 수 있다. 디블러링 동작부(250)는, 현재 고주파 성분에 하나 이상의 대역통과 필터를 적용하여, 주파수 대역별로 주파수 성분들을 추출하고, 추출된 대역별 주파수 성분들을 가중합하여, 현재 고주파 성분에 합성할 수 있다.
대역통과를 이용한 디블러링 동작부(250)의 일 동작례는 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure 112011042586685-pat00007
YHF는 입력 영상의 픽셀별 고주파 성분, ck는 대역별 가중치, BPFk(·)는 n개의 대역별 대역통과 필터링 함수를 나타낸다. Ydeblur는 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소된 고주파 성분을 나타낸다. 즉, 입력 영상의 픽셀별 고주파 성분에 대한 대역별 대역통과 필터링 결과가 가중합됨으로써, 디블러링 동작이 구현될 수 있다.
샘플링 합성부(260)는, 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 제거된 현재 고주파 성분에 대하여 샘플링을 수행하고 샘플링된 값들을 합성한 고주파 변조 성분을 결정할 수 있다. 샘플링 합성부(260)는, 현재 픽셀을 중심으로 소정 범위 내의 주변 픽셀들 중에서, 소정 위치의 픽셀들을 선택하여 해당 고주파 성분들을 합성함으로써, 현재 고주파 성분에 대한 샘플링 합성 결과를 결정하고, 현재 고주파 변조 성분을 출력할 수 있다.
샘플링 합성부(260)는, 현재 픽셀을 중심으로 선택된 소정 위치의 픽셀들에 대하여, 소정 위치별 가중치를 이용하여 가중합하여 현재 픽셀의 고주파 성분에 대한 샘플링 및 합성 결과를 결정할 수 있다. 일 실시예에 따른 샘플링 합성 동작은 수학식 5로 표현될 수 있다.
Figure 112011042586685-pat00008
Figure 112011042586685-pat00009
는 샘플링 및 가중합 함수를 나타내고,
Figure 112011042586685-pat00010
는 블러 성분이 감소된 고주파 성분 Ydeblur에 대한 샘플링 및 가중합을 통해 변조된 성분을 나타낸다.
예를 들어 샘플링 합성부(260)는, 현재 픽셀을 중심으로 특정 간격으로 떨어져 위치한 픽셀의 고주파 성분들을 선택하기 위하여, 소정 크기의 샘플링 윈도우 또는 공간적 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter)를 이용하여 현재 픽셀에 대한 샘플링 동작을 구현할 수 있다. 도 3 은 일 실시예에 따른 샘플링 윈도우를 도시한다.
샘플링 윈도우(300)는, 크기 9x9의 윈도우로서, 현재 픽셀을 중심으로 상하좌우의 각각의 방향으로, 샘플링 간격을 2픽셀로 하면서 두 개의 픽셀들씩 샘플링할 수 있다. 특히 샘플링 윈도우(300)의 중앙 가중치 C는 현재 픽셀을 위한 가중치이며, 나머지 샘플링 위치들을 위한 가중치는 균일하게 1이다. 샘플링 합성부(260)는, 현재 픽셀에 대해 샘플링 위치별로 별도로 설정된 가중치를 이용하여, 샘플링 위치의 픽셀들의 고주파 성분들을 가중합함으로써, 현재 고주파 변조 성분을 결정할 수 있다.
이 밖에도 샘플링 합성부(260)는, 샘플링 위치에 따라 가중치를 달리 결정할 수도 있으며, 샘플링 윈도우의 크기, 샘플링 간격 및 샘플링 윈도우의 형태 등도 임의로 결정하여, 다양한 변수 또는 환경 요인을 고려하여 현재 고주파 성분의 변조를 위한 샘플링을 수행할 수도 있다.
현재 픽셀에 대한 샘플링 동작은 현재 픽셀의 주변 픽셀들로부터 샘플링 대상을 검색하므로, 하나의 현재 픽셀에 대한 샘플링 동작이더라도 샘플링 합성부(260)에는, 현재 픽셀을 중심으로 하는 주변 픽셀들에 대한 고주파 성분들을 포함하는 고주파 블록이 입력될 수 있다.
샘플링 합성부(260)에 픽셀별로 현재 픽셀을 중심으로 하는 고주파 블록이 입력되기 위해서, 주파수 분리부(110)에 의해 분리되어 버퍼(215)에 저장된 고주파 성분들은, 디블러링 동작부(250)부터 현재 픽셀을 중심으로 하는 고주파 블록 단위로 입력될 수 있다.
따라서, 디블러링 동작부(250)는 현재 픽셀을 포함한 현재 고주파 블록을 입력받아, 블러 성분이 제거된 고주파 블록을 출력하고, 샘플링 합성부(260)는 현재 픽셀에 대해 블러 성분이 제거된 고주파 블록을 입력받아, 현재 픽셀에 대한 고주파 변조 성분을 출력할 수 있다.
영상이 과도하게 확대되거나 열화된 경우에, 영상의 고주파 성분이 과도하게 약화되어, 입력 영상의 저주파 성분을 제외한 주파수 성분들이 중주파 대역에 집중되며, 이 경우 영상은 과도하게 평탄해진다. 입력 영상의 고주파 성분에 대한 샘플링 동작을 통해, 앨리어싱 현상이 발생할 수 있다. 영상의 고주파 성분에 대한 앨리어싱 현상을 통해, 중주파 대역의 주파수 성분들이 외각 주파수 대역으로 분산되도록 변조될 수 있다.
따라서 주파수 합성부(140)는, 저주파 변조부(120)로부터 출력된 저주파 변조 성분과 고주파 변조부(130)로부터 출력된 고주파 변조 성분을 공간적으로 합성할 수 있다. 주파수 합성부(140)의 일 동작례는 수학식 6으로 표현될 수 있다.
Figure 112011042586685-pat00011
Figure 112011042586685-pat00012
는 변조된 저주파 성분,
Figure 112011042586685-pat00013
는 변조된 고주파 성분을 나타낸다. 즉, 주파수 합성부(140)는, 변조된 저주파 성분
Figure 112011042586685-pat00014
과 고주파 성분
Figure 112011042586685-pat00015
을 공간적으로 합성하여 변조 영상
Figure 112011042586685-pat00016
을 출력할 수 있다.
저주파 변조부(120)는 블록 단위로 변조 결과를 출력하고, 고주파 변조부(130)는 픽셀 단위로 변조 결과를 출력하여 버퍼(235)에 저장된다. 주파수 합성부(140)는, 버퍼(235)로부터, 저주파 변조부(120)의 결과와 동일한 위치 및 크기에 해당하는 고주파 변조부(130)의 변조 결과들을 입력받아, 변조된 저주파 성분과 변조된 고주파 성분을 합성할 수 있다.
일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(200)는, 입력 영상마다 영상 화질을 향상시키기 위한 동작을 수행하므로, 시간 순서에 따라 이전 영상에 대한 변조 영상을 이용하여 현재 영상을 변조할 수도 있다.
일 실시예에 따른 시간적 합성부(270)는, 주파수 합성부(140)로부터 현재 영상에 대하여 변조된 현재 변조 영상을 입력받아, 이전 영상에 대한 변조 영상과 현재 변조 영상을 합성할 수 있다. 시간적 합성부(270)로부터 출력된 최종 변조 영상은 다시 버퍼(275)에 저장되어, 다음 변조 영상에 대한 이전 영상으로서 이용될 수도 있다.
일 실시예에 따른 시간적 합성부(270)는, 이전 변조 영상과 현재 변조 영상의 시간적 합성을 위해, 이전 영상 및 현재 영상 간의 움직임을 고려할 수 있다. 즉, 시간적 합성부(270)는, 이전 영상 및 현재 영상 간의 움직임 벡터를 결정하고, 움직임 벡터에 기초하여 움직임 보상된 이전 변조 영상과 현재 변조 영상을 합성할 수도 있다. 시간적 합성부(270)의 일 동작례가 수학식 7로 표현될 수 있다.
Figure 112011042586685-pat00017
현재 영상
Figure 112011042586685-pat00018
에 대한 변조 영상은
Figure 112011042586685-pat00019
, 이전 영상
Figure 112011042586685-pat00020
에 대한 변조 영상은
Figure 112011042586685-pat00021
이며, 이전 변조 영상에 대해 움직임 보상된 영상은
Figure 112011042586685-pat00022
이다.
Figure 112011042586685-pat00023
는 이전 변조 영상에 대한 가중치를 나타내며, 다양한 파라미터를 이용하여 변형될 수 있다.
즉, 시간적 합성부(270)는, 움직임 보상된 이전 변조 영상
Figure 112011042586685-pat00024
과 현재 변조 영상
Figure 112011042586685-pat00025
의 가중합을 통해, 시간적 움직임을 고려한 최종 변조 영상
Figure 112011042586685-pat00026
을 결정할 수 있다.
이로써 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 장치(200)는, 과도한 영상 확대 또는 영상 열화를 통해 과도하게 평탄해진 영상에 대해, 새로운 고주파 성분을 추가하거나 주파수 대역별로 영상 성분을 분산시키도록 변조함으로써, 시청자에게 자연스러운 화질을 느끼게 하는 영상 질감을 복원할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 방법의 흐름도를 도시한다.
단계 410에서, 비디오의 입력 영상이 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리된다. 예를 들어, 저역통과 필터링 또는 양방향 필터링을 통해, 입력 영상의 저주파 성분과 고주파 성분이 분리될 수 있다.
단계 420에서, 입력 영상의 저주파 성분이 디더링을 통해 블록 단위로 변조된다. 입력 영상의 저주파 블록들 중에서, 현재 저주파 블록과 주변 저주파 블록의 유사도가 비교되어, 현재 저주파 블록이 주변 저주파 블록과 유사하다면 현재 저주파 블록에 랜덤값이 추가될 수 있다.
단계 430에서, 입력 영상의 고주파 성분이 샘플링을 통해 변조된다. 입력 영상의 픽셀별로, 현재 픽셀을 중심으로 소정 범위 내의 주변 픽셀들 중에서, 소정 위치의 픽셀들이 선택되고 선택된 픽셀들의 고주파 성분들이 합성됨으로써, 현재 고주파 성분에 대한 샘플링 값이 결정될 수 있다. 현재 픽셀과 이를 중심으로 하는 주변 픽셀들을 이용하는 고주파 성분의 샘플링 및 합성 방식은, 소정 크기의 샘플링 윈도우 및 공간적 FIR 필터 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
입력 영상의 픽셀별 고주파 성분에 대하여 샘플링을 통한 변조값이 결정되기 이전에, 고주파 성분에 대하여 디블러링 동작이 수행될 수 있다. 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소되며 증폭된 고주파 성분에 대하여 샘플링 동작이 추가적으로 수행될 수 있다.
단계 440에서, 저주파 변조 성분 및 고주파 변조 성분이 합성되어 변조된 영상이 출력된다.
또한 일 실시예에 따른 영상 질감 향상 방법은, 시간 순서에 따라 현재 영상에 대하여 변조된 영상과 이전 영상에 대한 변조된 영상을 합성함으로써 현재 영상의 최종 변조 영상을 출력할 수 있다. 이 경우, 이전 변조 영상과 현재 변조 영상 간의 움직임을 고려하여, 움직임 보상된 이전 변조 영상이 현재 영상과 합성될 수 있다.
이상, 이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 하지만 전술된 실시예들은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 실시예일 뿐이므로, 본 발명의 원리가 구현되는 형태가 도 1 내지 4에서 개시된 형태에만 국한되는 것은 아니다.
본 발명에서 개시된 블록도들은 본 발명의 원리들을 구현하기 위한 회로를 개념적으로 표현한 형태라고 당업자에게 해석될 수 있을 것이다. 유사하게, 임의의 흐름 차트, 흐름도, 상태 전이도, 의사코드 등은 컴퓨터 판독가능 매체에서 실질적으로 표현되어, 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되든지 아니든지 간에 이러한 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스를 나타낸다는 것이 당업자에게 인식될 것이다. 따라서, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.
도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 적절한 소프트웨어와 관련되어 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어뿐만 아니라 전용 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 이런 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서에 의해 제공될 수 있다. 또한, 용어 "프로세서" 또는 "제어부"의 명시적 이용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 제한 없이, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비휘발성 저장장치를 묵시적으로 포함할 수 있다.
본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 소프트웨어를 수행하기 위해 적합한 회로와 결합된, 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트웨어를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시예'와 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 'A와 B 중 적어도 하나'의 경우에서 '~중 적어도 하나'의 표현은, 첫 번째 옵션 (A)의 선택만, 또는 두 번째 열거된 옵션 (B)의 선택만, 또는 양쪽 옵션들 (A와 B)의 선택을 포괄하기 위해 사용된다. 추가적인 예로 'A, B, 및 C 중 적어도 하나'의 경우는, 첫 번째 열거된 옵션 (A)의 선택만, 또는 두 번째 열거된 옵션 (B)의 선택만, 또는 세 번째 열거된 옵션 (C)의 선택만, 또는 첫 번째와 두 번째 열거된 옵션들 (A와 B)의 선택만, 또는 두 번째와 세 번째 열거된 옵션 (B와 C)의 선택만, 또는 모든 3개의 옵션들의 선택(A와 B와 C)이 포괄할 수 있다. 더 많은 항목들이 열거되는 경우에도 당업자에게 명백하게 확장 해석될 수 있다.
본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 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.

Claims (22)

  1. 영상 질감을 향상시키는 방법에 있어서,
    입력 영상을 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리하는 단계;
    상기 저주파 성분을 디더링을 통해 블록 단위로 변조하는 단계;
    상기 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조하는 단계; 및
    상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하는 단계를 포함하고,
    상기 고주파 성분 변조 단계는, 상기 고주파 성분의 픽셀들에 대하여, 현재 픽셀을 중심으로 소정 범위 내의 주변 픽셀들 중에서, 소정 위치의 픽셀들을 선택하여 합성하여 상기 현재 픽셀에 대한 샘플링 값을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 저주파 성분 변조 단계는,
    입력 영상의 저주파 성분들 중에서, 현재 블록과 주변 블록의 유사도를 결정하는 단계; 및
    상기 현재 블록과 주변 블록의 유사도에 기초하여, 상기 현재 블록에 랜덤값을 합성할지 여부를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 저주파 성분 변조 단계는,
    상기 현재 블록의 평균값과 상기 현재 블록에 공간적으로 인접하는 주변 블록의 평균값을 비교하여 상기 현재 블록과 상기 주변 블록의 유사도를 결정하는 단계;
    상기 현재 블록과 상기 주변 블록이 유사하다면, 상기 현재 블록에 랜덤값을 합성하는 단계; 및
    상기 현재 블록과 상기 주변 블록이 유사하지 않다면, 상기 현재 블록을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 현재 픽셀 샘플링 값 결정 단계는,
    상기 소정 범위 내의 주변 픽셀들 중에서 선택된 픽셀들에 대하여, 상기 소정 위치별 가중치를 이용하여 가중합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 현재 픽셀 샘플링 값 결정 단계는,
    소정 크기의 샘플링 윈도우 및 공간적 FIR 필터(Finite Impulse Response Filter) 중 적어도 하나를 이용하여 상기 현재 픽셀에 대한 샘플링 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고주파 성분 변조 단계는,
    상기 고주파 성분에 대하여 디블러링 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소된 고주파 성분에 대하여 샘플링 동작을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 디블러링 동작 수행 단계는,
    현재 고주파 성분에 대하여 하나 이상의 대역통과 필터(Bandpass Filter)를 이용하여 하나 이상의 소정 대역 주파수 성분을 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 소정 대역 주파수 성분들을 가중합하여 상기 현재 고주파 성분에 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 저주파 성분 및 고주파 성분 분리 단계는,
    저역통과 필터(Lowpass Filter) 및 양방향 필터(Bilateral Filter) 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 입력 영상의 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 영상 질감 향상 방법은,
    현재 영상에 대하여 상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하여 현재 변조 영상을 생성하는 단계; 및
    이전 영상에 대한 변조 영상과 상기 현재 변조 영상을 합성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 이전 변조 영상과 현재 입력 영상의 합성 단계는;
    상기 이전 영상 및 상기 현재 영상 간의 움직임 벡터를 결정하는 단계; 및
    상기 움직임 벡터에 기초하여 움직임 보상된 이전 변조 영상과 상기 현재 변조 영상을 합성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 방법.
  12. 영상 질감 향상 장치에 있어서,
    입력 영상을 저주파 성분 및 고주파 성분으로 분리하는 주파수 분리부;
    상기 저주파 성분을 디더링을 통해 블록 단위로 변조하는 저주파 변조부;
    상기 고주파 성분을 샘플링을 통해 변조하는 고주파 변조부; 및
    상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하는 주파수 합성부를 포함하고,
    상기 고주파 변조부는, 상기 고주파 성분의 픽셀들에 대하여, 현재 픽셀을 중심으로 소정 범위 내의 주변 픽셀들 중에서, 소정 위치의 픽셀들을 선택하여 합성하여 상기 현재 픽셀에 대한 샘플링 값을 결정하는 샘플링 합성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 저주파 변조부는,
    상기 입력 영상의 저주파 성분들 중에서, 현재 블록과 주변 블록의 유사도에 기초하여, 상기 현재 블록의 현재 저주파 성분들에 랜덤값을 합성함으로써 변조하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 저주파 변조부는,
    상기 저주파 성분의 입력 블록의 평균값을 결정하는 평균값 결정부;
    랜덤값을 생성하는 랜덤값 생성부; 및
    상기 저주파 성분의 현재 블록의 평균값과, 상기 현재 블록에 공간적으로 인접하는 주변 블록의 평균값을 비교하여 상기 현재 블록과 상기 주변 블록의 유사도를 결정하고, 상기 현재 블록과 주변 블록의 유사도에 기초하여, 상기 현재 블록과 상기 주변 블록이 유사하다면 상기 현재 블록에 랜덤값을 합성하고, 상기 현재 블록의 평균값과 상기 주변 블록의 평균값이 유사하지 않다면 상기 현재 블록을 출력하는 저주파 변조값 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  15. 삭제
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 샘플링 합성부는,
    상기 선택된 소정 위치의 픽셀들에 대하여, 상기 소정 위치별 가중치를 이용하여 가중합하여 상기 현재 픽셀에 대한 샘플링 값을 결정하고,
    소정 크기의 샘플링 윈도우 또는 공간적 FIR 필터를 이용하여 상기 현재 픽셀에 대한 샘플링 값을 결정하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 고주파 변조부는,
    상기 고주파 성분에 대하여 디블러링 동작을 수행하는 디블러링 동작부를 포함하고,
    상기 고주파 변조부는, 상기 디블러링 동작을 통해 블러 성분이 감소된 고주파 성분에 대하여 샘플링 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디블러링 동작부는,
    현재 고주파 성분에 대하여 하나 이상의 대역통과 필터를 이용하여 하나 이상의 소정 대역 주파수 성분을 추출하고, 상기 추출된 소정 대역 주파수 성분들을 가중합하여 상기 현재 고주파 성분에 합성하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 주파수 분리부는,
    저역통과 필터 및 양방향 필터 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 입력 영상의 저주파 성분과 고주파 성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 영상 질감 향상 장치는,
    현재 영상에 대하여 상기 변조된 저주파 성분 및 상기 변조된 고주파 성분을 합성하여 현재 변조 영상을 생성하고, 이전 영상에 대한 변조 영상과 상기 현재 변조 영상을 합성하는 시간적 합성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 시간적 합성부는,
    상기 이전 영상 및 상기 현재 영상 간의 움직임 벡터를 결정하여, 상기 움직임 벡터에 기초하여 움직임 보상된 이전 변조 영상과 상기 현재 변조 영상을 합성하는 것을 특징으로 하는 영상 질감 향상 장치.
  22. 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 영상 질감 향상 방법을 연산 프로세서로 구현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체.
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WO2023090569A1 (ko) * 2021-11-19 2023-05-25 삼성전자 주식회사 영상 처리 장치 및 그 동작 방법

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