KR102508757B1 - 영상 처리 장치 및 방법, 디스플레이 장치 - Google Patents

영상 처리 장치 및 방법, 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 영상 처리 장치 및 방법과, 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 입력 영상의 커버 영역을 이용하여 입력 영상에서 배경 영역일 확률이 높은 영역을 추가적으로 배경 영역으로 설정해줌으로써, 입력 영상의 배경 영역의 정확도를 개선하고 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 획득되는 배경 모션 벡터의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다. 또한, 정확도가 개선된 배경 모션 벡터를 이용하여 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성함으로써, 입력 영상과 보간 영상에 의해 나타나는 영상의 화질을 개선할 수 있도록 한다.

Description

영상 처리 장치 및 방법, 디스플레이 장치{IMAGE PROCESSING DEVICE AND METHOD, DISPLAY DEVICE}
본 발명의 실시예들은 영상 처리 장치 및 방법과 영상 처리 장치를 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하는 디스플레이 장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 유기발광 디스플레이 장치 등과 같은 다양한 유형의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
이러한 디스플레이 장치는, 외부로부터 입력되는 영상을 수신하고, 입력 영상에 따라 디스플레이 패널에 배열된 서브픽셀을 구동함으로써, 입력 영상이 디스플레이 패널을 통해 표시될 수 있도록 한다.
이러한 디스플레이 장치는, 디스플레이 패널을 통해 이미지를 표시함에 있어서, 일 예로, 60Hz나 120Hz의 주파수로 구동되며, 이미지를 표시할 수 있다. 즉, 디스플레이 장치는 1초당 60개나 120개 프레임의 영상을 표시하며 구동될 수 있다.
그러나, 디스플레이 장치가 외부로부터 입력받는 영상의 주파수는 디스플레이 장치가 출력하는 영상의 주파수보다 낮을 수 있다.
따라서, 디스플레이 장치는 구동 주파수보다 낮은 주파수로 영상을 표시하거나, 동일한 프레임의 영상을 복수 회 표시하게 될 수 있으며, 이에 따라, 디스플레이 패널을 통해 표시되는 영상의 화질이 저하될 수 있는 문제점이 존재한다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 외부로부터 입력되는 영상 간에 보간 영상을 삽입하여 디스플레이 패널을 통해 표시되는 영상의 화질을 개선할 수 있는 영상 처리 장치 및 방법과, 이러한 영상 처리 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 외부로부터 입력되는 영상 간의 움직임을 나타내는 모션 벡터의 정확도를 개선함으로써, 모션 벡터에 기초하여 생성되는 보간 영상의 정확도를 높일 수 있는 영상 처리 장치 및 방법과, 이러한 영상 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은, 외부로부터 입력되는 영상 사이에 삽입되는 보간 영상의 정확도를 높여줌으로써, 부정확한 보간 영상의 삽입으로 인한 화질 저하를 방지할 수 있는 영상 처리 장치 및 방법과, 이러한 영상 처리 장치를 포함하는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 배경 영역 설정 모듈과, 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 입력 영상의 배경 모션 벡터를 결정하는 배경 모션 벡터 결정 모듈과, 배경 모션 벡터를 이용하여 입력 영상과 다음 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성하는 보간 영상 생성 모듈을 포함하는 영상 처리 장치를 제공한다.
이러한 영상 처리 장치의 배경 영역 설정 모듈은, 일 예로, N번째 입력 영상의 모션 벡터에 기초하여 N번째 입력 영상의 커버 영역을 획득하고, 커버 영역의 모션 벡터와 후보 배경 영역의 모션 벡터를 비교하여 후보 배경 영역 중 추가 배경 영역을 선택하며, 추가 배경 영역과 미리 설정된 고정 배경 영역을 합하여 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정할 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, N번째 입력 영상의 모션 벡터에 기초하여 N번째 입력 영상의 커버 영역을 획득하는 단계와, 커버 영역의 모션 벡터와 둘 이상의 후보 배경 영역의 모션 벡터를 비교하고 둘 이상의 후보 배경 영역 중 적어도 하나의 후보 배경 영역을 추가 배경 영역으로 선택하는 단계와, 추가 배경 영역과 미리 설정된 고정 배경 영역을 합하여 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 단계와, 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 N번째 입력 영상의 배경 모션 벡터를 결정하는 단계와, 배경 모션 벡터를 이용하여 N번째 입력 영상과 (N+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 다수의 게이트 라인, 다수의 데이터 라인 및 다수의 서브픽셀이 배치된 디스플레이 패널과, 다수의 게이트 라인을 구동하는 게이트 구동 회로와, 다수의 데이터 라인을 구동하는 데이터 구동 회로와, 게이트 구동 회로와 데이터 구동 회로를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
이러한 디스플레이 장치의 컨트롤러는, N번째 입력 영상의 모션 벡터에 기초하여 N번째 입력 영상의 커버 영역을 획득하고, 커버 영역의 모션 벡터와 후보 배경 영역의 모션 벡터를 비교하여 후보 배경 영역 중 추가 배경 영역을 선택하며, 추가 배경 영역과 미리 설정된 고정 배경 영역을 합하여 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정할 수 있다.
그리고, 컨트롤러는, 설정된 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 획득된 배경 모션 벡터를 이용하여 N번째 입력 영상과 (N+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 입력 영상의 배경 영역을 설정함에 있어서, 입력 영상의 커버 영역을 이용하여 배경 영역일 확률이 높은 영역을 추가로 지정함으로써, 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 결정되는 배경 모션 벡터의 정확도를 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 배경 모션 벡터의 정확도를 향상시킴으로써, 배경 모션 벡터를 이용하여 생성되는 보간 영상의 정확도를 높일 수 있도록 한다.
따라서, 입력 영상 사이에 정확도가 개선된 보간 영상이 삽입되도록 함으로써, 입력 영상과 보간 영상에 의해 나타나는 화질을 개선할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 컨트롤러의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 모션 추정과 모션 보상의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 모션 벡터를 결정하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 모션 벡터의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 모션 추정과 모션 보상에서 설정되는 배경 영역의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 배경 영역과 전경 영역 간의 관계의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치가 입력 영상의 커버 영역을 획득하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치가 커버 영역의 모션 벡터를 추출하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치가 후보 배경 영역을 분석하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 13는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치가 추가 배경 영역을 선택하고 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 모션 추정과 모션 보상에서 설정되는 배경 영역의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치의 배경 영역 설정 모듈과 배경 모션 벡터 결정 모듈에서 수행되는 프로세스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 방법의 과정의 예시를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치에 의해 설정된 배경 영역의 예시를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 디스플레이 장치(100)는, 다수의 서브픽셀(SP)이 배열된 디스플레이 패널(110)과, 디스플레이 패널(110)을 구동하기 위한 게이트 구동 회로(120), 데이터 구동 회로(130) 및 컨트롤러(140) 등을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(110)에는, 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL)이 배치되고, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)이 교차하는 영역에 서브픽셀(SP)이 배치된다.
게이트 구동 회로(120)는, 컨트롤러(140)에 의해 제어되며, 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 게이트 라인(GL)으로 스캔 신호를 순차적으로 출력하여 다수의 서브픽셀(SP)의 구동 타이밍을 제어한다.
게이트 구동 회로(120)는, 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로(GDIC, Gate Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있으며, 구동 방식에 따라 디스플레이 패널(110)의 일 측에만 위치할 수도 있고 양 측에 위치할 수도 있다. 또는, 게이트 구동 회로(120)는, 디스플레이 패널(110)의 베젤 영역에 내장되어 GIP(Gate In Panel) 형태로 구현될 수도 있다.
데이터 구동 회로(130)는, 컨트롤러(140)로부터 영상 데이터를 수신하고, 영상 데이터를 아날로그 형태의 데이터 전압으로 변환한다. 그리고, 게이트 라인(GL)을 통해 스캔 신호가 인가되는 타이밍에 맞춰 데이터 전압을 각각의 데이터 라인(DL)으로 출력하여 각각의 서브픽셀(SP)이 영상 데이터에 따른 밝기를 표현하도록 한다.
데이터 구동 회로(130)는, 하나 이상의 소스 드라이버 집적 회로(SDIC, Source Driver Integrated Circuit)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)로 각종 제어 신호를 공급하며, 게이트 구동 회로(120)와 데이터 구동 회로(130)의 동작을 제어한다.
컨트롤러(140)는, 각 프레임에서 구현하는 타이밍에 따라 게이트 구동 회로(120)가 스캔 신호를 출력하도록 하며, 외부에서 수신한 영상 데이터를 데이터 구동 회로(130)에서 사용하는 데이터 신호 형식에 맞게 변환하여 변환된 영상 데이터를 데이터 구동 회로(130)로 출력한다.
컨트롤러(140)는, 영상 데이터와 함께 수직 동기 신호(VSYNC), 수평 동기 신호(HSYNC), 입력 데이터 인에이블 신호(DE, Data Enable), 클럭 신호(CLK) 등을 포함하는 각종 타이밍 신호를 외부(예, 호스트 시스템)로부터 수신한다.
컨트롤러(140)는, 외부로부터 수신한 각종 타이밍 신호를 이용하여 각종 제어 신호를 생성하고 게이트 구동 회로(120) 및 데이터 구동 회로(130)로 출력할 수 있다.
일 예로, 컨트롤러(140)는, 게이트 구동 회로(120)를 제어하기 위하여, 게이트 스타트 펄스(GSP, Gate Start Pulse), 게이트 시프트 클럭(GSC, Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블 신호(GOE, Gate Output Enable) 등을 포함하는 각종 게이트 제어 신호를 출력한다.
여기서, 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동 회로(120)를 구성하는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로의 동작 스타트 타이밍을 제어한다. 게이트 시프트 클럭(GSC)은 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로에 공통으로 입력되는 클럭 신호로서, 스캔 신호의 시프트 타이밍을 제어한다. 게이트 출력 인에이블 신호(GOE)는 하나 이상의 게이트 드라이버 집적 회로의 타이밍 정보를 지정하고 있다.
또한, 컨트롤러(140)는, 데이터 구동 회로(130)를 제어하기 위하여, 소스 스타트 펄스(SSP, Source Start Pulse), 소스 샘플링 클럭(SSC, Source Sampling Clock), 소스 출력 인에이블 신호(SOE, Source Output Enable) 등을 포함하는 각종 데이터 제어 신호를 출력한다.
여기서, 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동 회로(130)를 구성하는 하나 이상의 소스 드라이버 집적 회로의 데이터 샘플링 스타트 타이밍을 제어한다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 소스 드라이버 집적 회로 각각에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭 신호이다. 소스 출력 인에이블 신호(SOE)는 데이터 구동 회로(130)의 출력 타이밍을 제어한다.
이러한 디스플레이 장치(100)는, 디스플레이 패널(110), 게이트 구동 회로(120), 데이터 구동 회로(130) 등으로 각종 전압 또는 전류를 공급해주거나, 공급할 각종 전압 또는 전류를 제어하는 전원 관리 집적 회로를 더 포함할 수 있다.
각각의 서브픽셀(SP)은, 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)의 교차에 의해 정의되며, 디스플레이 장치(100)의 유형에 따라 액정이 배치되거나 발광 소자가 배치될 수 있다.
일 예로, 디스플레이 장치(100)가 액정 디스플레이 장치인 경우, 디스플레이 패널(110)로 광을 조사하는 백라이트 유닛과 같은 광원 장치를 포함하고, 디스플레이 패널(110)의 서브픽셀(SP)에는 액정이 배치된다. 그리고, 각각의 서브픽셀(SP)로 데이터 전압이 인가됨에 따라 형성되는 전계에 의해 액정의 배열을 조정함으로써, 영상 데이터에 따른 밝기를 나타내며 이미지를 표시할 수 있다.
또는, 디스플레이 장치(100)는, 자체 발광 소자를 이용하여 영상 데이터에 따른 밝기를 나타내며 이미지를 표시할 수 있다. 이러한 디스플레이 장치(100)는, 각각의 서브픽셀(SP)에 발광 다이오드(LED)나 유기 발광 다이오드(OLED)와 같은 발광 소자를 포함하고, 데이터 전압에 따라 발광 소자에 흐르는 전류를 제어함으로써 이미지를 표시할 수 있다.
이러한 디스플레이 장치(100)는, 화질 향상을 위해, 외부로부터 입력되는 입력 영상 간의 움직임을 분석하고 보간 영상을 생성하여 입력 영상 사이에 삽입할 수 있다. 그리고, 입력 영상의 분석과 보간 영상의 삽입은, 일 예로, 디스플레이 장치(100)에 포함된 컨트롤러(140)에 의해 수행될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 컨트롤러(140)의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 컨트롤러(140)는, 외부로부터 입력되는 입력 영상 간의 움직임을 분석하고 모션 벡터(MV)를 결정하는 모션 추정 모듈(141)과, 모션 벡터(MV)를 이용하여 보간 영상을 삽입하는 모션 보상 모듈(142)을 포함할 수 있다.
모션 추정 모듈(141)은, 외부로부터 입력 영상(원본 영상)을 수신하면 입력 영상의 이전 입력 영상 또는 다음 입력 영상 간의 움직임을 분석한다.
일 예로, 모션 추정 모듈(141)은, 입력 영상을 일정한 크기의 블록 단위로 구분하고, 다음 입력 영상에서 각각의 블록과 유사한 블록을 탐색한다. 그리고, 입력 영상의 블록과 유사한 다음 입력 영상의 블록 사이의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)를 추출할 수 있다.
모션 추정 모듈(141)이 모션 벡터(MV)를 추출하는 방식은 전술한 예시와 같이, 블록 매칭 방법이 이용될 수도 있으나, 3D 재귀적 탐색 방법, 계층적 탐색 방법, MAP 적용 방법 등과 같이 다양한 방식이 이용될 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 설명의 편의를 위해, 블록 매칭 방법을 이용하는 경우를 예시로 설명하나, 이에 한정되지는 아니한다.
모션 추정 모듈(141)에 의해 입력 영상과 다음 입력 영상 간의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)가 결정되면, 결정된 모션 벡터(MV)를 이용하여 입력 영상과 다음 입력 영상 사이에서 영상의 움직임을 추정할 수 있다. 따라서, 추정된 움직임에 기초하여 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성할 수 있게 된다.
모션 보상 모듈(142)은, 모션 추정 모듈(141)에 의해 결정된 모션 벡터(MV)를 이용하여 입력 영상과 다음 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성한다.
그리고, 외부로부터 수신된 입력 영상과, 모션 벡터(MV)를 이용하여 생성된 보간 영상에 해당하는 데이터 신호를 출력하여, 입력 영상과 보간 영상이 디스플레이 패널(110)을 통해 표시될 수 있도록 한다.
이러한 보간 영상을 삽입하는 방식을, MEMC(Motion Estimation Motion Compensation), 또는 FRUC(Frame Rate-Up Conversion)이라고 한다.
이와 같이, 컨트롤러(140)가 수신하는 복수의 입력 영상을 이용하여 보간 영상을 생성함으로써, 단위 시간당 표시되는 영상 프레임의 수를 증가시켜 디스플레이 패널(110)을 통해 표시되는 영상의 화질을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 모션 추정(ME)과 모션 보상(MC)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 컨트롤러(140)의 모션 추정 모듈(141)은, 외부로부터 입력되는 (n-1)번째 입력 영상, n번째 입력 영상, (n+1)번째 입력 영상 간의 움직임을 분석하고, 모션 벡터(MV)를 추출한다.
일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 모션 추정 모듈(141)은, (n-1)번째 입력 영상의 블록과 유사도가 높은 n번째 입력 영상의 블록을 탐색한다.
여기서, 유사도는 각각의 블록이 나타내는 영상 정보(예, 휘도, RGB 영상 데이터 등)가 유사한 정도를 나타내는 것으로서, 모션 추정 모듈(141)은, (n-1)번째 입력 영상의 블록과 휘도 차이나 RGB 영상 데이터 값의 차이가 가장 작은 n번째 입력 영상의 블록을 탐색할 수 있다.
모션 추정 모듈(141)은, 유사도가 높은 블록이 탐색되면, (n-1)번째 입력 영상의 블록의 위치와 n번째 입력 영상의 블록의 위치에 기초하여 모션 벡터(MV)를 결정할 수 있다.
모션 보상 모듈(142)은, 모션 추정 모듈(141)에 의해 결정된 모션 벡터(MV)에 기초하여, (n-1)번째 입력 영상과 n번째 입력 영상의 사이에 해당하는 시점에 (n-1)번째 입력 영상에 포함된 각 블록의 위치를 산출할 수 있다.
그리고, (n-1)번째 입력 영상과 n번째 입력 영상 사이에 해당하는 시점에 각각의 블록의 위치에 기초하여, (n-1)번째 입력 영상과 n번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 모션 벡터(MV)를 결정하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(140)의 모션 추정 모듈(141)은, n번째 입력 영상의 블록과 유사도가 높은 (n+1)번째 입력 영상의 블록을 탐색한다.
이때, 모션 추정 모듈(141)은, (n+1)번째 입력 영상의 블록 중 n번째 입력 영상의 블록으로부터 일정한 범위 내에 위치하는 블록에 대한 탐색을 수행할 수 있다.
즉, n번째 입력 영상의 블록이 (n+1)번째 입력 영상에서 위치할 가능성이 높은 범위로 한정하여 탐색을 수행함으로써, 탐색 및 유사도 계산의 복잡도를 낮춰줄 수 있다.
모션 추정 모듈(141)은, n번째 입력 영상의 블록과 (n+1)번째 입력 영상의 검색 범위 내 블록 간의 유사도를 계산한다.
이러한 유사도는 전술한 바와 같이, 블록 간의 휘도나 RGB 영상 데이터 등과 같은 영상 정보가 유사한 정도를 의미하며, 유사도를 계산하는 과정을 코스트(Cost)를 계산하는 과정으로 볼 수도 있다.
여기서, 코스트는, 블록 간의 휘도 값의 차이나 RGB 영상 데이터 값의 차이의 절댓값을 모두 합한 값이 이용될 수 있으며, 코스트가 작을수록 유사도가 높은 것으로 볼 수 있다.
일 예로, 하나의 블록에 8×8 서브픽셀(SP) 또는 픽셀이 포함될 수 있으며, 하나의 블록에 포함된 모든 서브픽셀(SP) 또는 픽셀 간의 코스트를 계산하여 입력 영상 간에 유사도가 가장 높은 블록을 탐색할 수 있다.
모션 추정 모듈(141)은, 이러한 탐색 과정을 통해 n번째 입력 영상의 블록에 대한 모션 벡터(MV)를 결정할 수 있다.
도 5와 도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 모션 벡터(MV)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 모션 벡터(MV)는 n번째 입력 영상의 블록과 대응하는 (n+1)번째 입력 영상의 블록 간의 위치 관계를 나타내며, 디스플레이 패널(110)을 통해 표시되는 영상은 2차원이므로 X축 값(mv_x)과 Y축 값(my_y)를 포함할 수 있다.
이러한 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x)과 Y축 값(mv_y)을 이용하여 n번째 입력 영상과 (n+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상에서 해당 블록의 위치를 추정할 수 있다.
즉, 일 예로, 보간 영상에서 해당 블록은, n번째 입력 영상에서 블록의 위치보다 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x)의 1/2만큼 X축 방향으로 이동되고 Y축 값(mv_y)의 1/2만큼 Y축 방향으로 이동될 수 있다.
이와 같이, 모션 벡터(MV)를 이용하여 n번째 입력 영상과 (n+1)번째 입력 영상 사이의 시점에 각 블록의 위치를 추정하고 보간 영상을 생성할 수 있다.
이러한 모션 벡터(MV)는, n번째 입력 영상으로부터 (n+1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)가 이용될 수도 있으나, 다른 방향으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)도 이용될 수 있다.
도 6을 참조하면, n번째 입력 영상으로부터 (n+1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)를 MV1이라고 할 수 있다. 그리고, n번째 입력 영상으로부터 (n-1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)를 MV0이라고 할 수 있다. 또한, (n+1)번째 입력 영상으로부터 n번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)를 MV2이라고 할 수 있다.
이러한 여러 방향의 모션 벡터(MV) 중 적어도 일부 모션 벡터(MV)를 이용하여 입력 영상 간의 움직임을 추정하고 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성할 수 있다.
이와 같이, 입력 영상의 모션 벡터(MV)를 추정하고 보간 영상을 생성함에 있어서, 입력 영상에서 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)는 보간 영상 생성의 정확도를 높이기 위해 매우 중요하다.
이는 배경 영역(BGA)이 일반적으로 전체 영상에서 가장 많은 부분을 차지하며, 배경 영역(BGA)이 전경 영역(FGA, 또는 "전경 오브젝트"라고도 함)에 의해 가려짐으로 인해 모션 벡터(MV)의 정확도가 저하되어 결함이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 영상의 종류에 따라 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 크기나 분포 등이 달라져 정확한 값을 구하기 어렵기 때문이다.
따라서, 이러한 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 정확도를 향상시키는 것은 매우 중요하며, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)인 배경 모션 벡터(BGMV)는 일반적으로, 배경 영역(BGA) 결정, 배경 영역(BGA)에서 모션 벡터(MV)의 분포 분석 및 배경 모션 벡터(BGMV) 결정의 과정으로 수행될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 모션 추정(ME)과 모션 보상(MC)에서 설정되는 배경 영역(BGA)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 컨트롤러(140)의 모션 추정 모듈(141)은, CASE A와 같이, 입력 영상에서 전체 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정할 수 있다. 이는 배경 영역(BGA)이 입력 영상에서 많은 부분을 차지할 경우, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 높여줄 수 있다.
일반적으로 입력 영상에서 배경 영역(BGA)이 가장 많은 부분을 차지하는 점을 고려하여, 이와 같이 입력 영상의 전체 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정할 수 있다.
또는, CASE B와 같이, 입력 영상에서 일부 고정된 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정할 수도 있다. 이는 입력 영상에서 배경 영역(BGA)일 가능성이 아주 높은 부분을 배경 영역(BGA)으로 고정하는 방식이다.
즉, CASE B의 예시와 같이, 영상의 외곽 부분과 오브젝트가 위치할 가능성이 높은 부분을 제외한 영역 중 일부 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정할 수 있다.
이와 같이, 배경 영역(BGA)일 가능성이 높은 일부분을 고정하여 배경 영역(BGA)으로 지정함에 따라, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 높여줄 수 있다.
그러나, CASE A나 CASE B와 같이 설정된 배경 영역(BGA)을 기반으로 결정된 배경 모션 벡터(BGMV)는 영상의 종류나 오브젝트의 위치에 따라 정확도가 저하될 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 배경 영역(BGA)과 전경 영역(FGA) 간의 관계의 예시를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 오브젝트가 위치하는 전경 영역(FGA)이 배경 영역(BGA)에서 상당한 부분을 차지할 수 있다.
CASE A와 같이, 입력 영상의 전체 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정한 경우, 영상(예, 인물/사물의 확대 영상, 대형 오브젝트가 등장하는 영상 등)에 따라 배경 영역(BGA)으로 설정된 부분에서 상당한 부분이 전경 영역(FGA)에 해당할 수 있다.
이러한 경우, 다수의 전경 모션 벡터(FGMV)가 포함되어 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도가 저하되며, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도가 저하됨에 따라 부정확한 보간 영상의 삽입으로 인해 화질이 저하될 수 있다.
또는, CASE B와 같이, 입력 영상의 일부 고정된 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정한 경우, 영상(예, 창이 보이는 곳의 실내를 촬영한 영상, 대형 오브젝트가 등장하는 영상 등)에 따라 배경 영역(BGA)에 전경 영역(FGA)이 포함될 수 있다.
따라서, 배경 영역(BGMV)에서 전경 모션 벡터(FGMV)에 비해 배경 모션 벡터(BGMV)가 충분하지 못해 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도가 저하되고, 이에 따라 화질이 저하될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 입력 영상의 배경 영역(BGA)을 영상에 따라 다르게 설정할 수 있도록 함으로써, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 높일 수 있는 방안을 제공한다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)는, 배경 영역 설정 모듈(210), 배경 모션 벡터 결정 모듈(220) 및 보간 영상 생성 모듈(230)을 포함하며, 메모리(240)를 더 포함할 수 있다.
이러한 영상 처리 장치(200)는, 디스플레이 장치(100)의 컨트롤러(140)일 수도 있고, 컨트롤러(140)의 내부에 구현된 모듈일 수도 있으며, 컨트롤러(140)의 외부에 별도로 배치되는 회로일 수도 있다.
또한, 배경 영역 설정 모듈(210), 배경 모션 벡터 결정 모듈(220) 및 보간 영상 생성 모듈(230)은 각각 별도로 구비된 모듈일 수도 있고, 적어도 일부가 통합된 모듈로 구현될 수 있다.
배경 영역 설정 모듈(210)은, 입력 영상의 배경 영역(BGA)을 설정한다. 이때, 배경 영역 설정 모듈(210)은, 입력 영상에서 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 영역을 추가로 배경 영역(BGA)으로 설정함으로써, 배경 영역(BGA)의 정확도를 높일 수 있도록 한다.
일 예로, 배경 영역 설정 모듈(210)은, n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)을 획득하고, 커버 영역(CA)을 이용하여 배경 영역(BGA)을 설정할 수 있다.
이러한 커버 영역(CA)은, n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)에 해당하고, (n+1)번째 입력 영상에서 전경 영역(FGA)에 해당하는 영역이다. 반대로, n번째 입력 영상에서 전경 영역(FGA)에 해당하고 (n+1)번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)에 해당하는 영역을 언커버 영역(UA)이라고 한다.
배경 영역 설정 모듈(210)은, 입력 영상의 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x)과 Y축 값(mv_y) 중 적어도 하나에 미리 설정된 필터를 적용하여, 커버 영역(CA)이나 언커버 영역(UA)을 획득할 수 있다.
또한, 배경 영역 설정 모듈(210)은, (n+1)번째 입력 영상으로부터 n번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)인 MV2가 큰 값을 나타내는 영역에 기초하여, 커버 영역(CA)과 전경 영역(FGA)의 경계를 구분할 수도 있다. 따라서, 이러한 MV2를 이용하여, 커버 영역(CA)을 정확히 획득하도록 할 수 있다.
배경 영역 설정 모듈(210)은, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 후보 배경 영역(CBGA)의 모션 벡터(MV)를 비교하고, 후보 배경 영역(CBGA) 중 추가 배경 영역(ABGA)을 선택할 수 있다.
여기서, 후보 배경 영역(CBGA)은, n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)일 가능성이 있는 복수의 영역일 수 있으며, (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 획득될 수 있다.
즉, 배경 영역 설정 모듈(210)은, (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)와 n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)를 비교하여, 후보 배경 영역(CBGA)을 획득할 수 있다.
일 예로, n번째 입력 영상에서 (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)와 차이가 일정한 범위 내인 모션 벡터(MV)가 위치하는 영역과, 그 영역을 제외한 영역을 n번째 입력 영상의 후보 배경 영역(CBGA)으로 획득할 수 있다.
배경 영역 설정 모듈(210)은, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 후보 배경 영역(CBGA)의 모션 벡터(MV)를 비교하고, 후보 배경 영역(CBGA) 중 추가 배경 영역(ABGA)을 선택할 수 있다.
커버 영역(CA)은 n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)에 해당하므로, 후보 배경 영역(CBGA) 중 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 차이가 작은 영역이 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 영역으로 볼 수 있다.
따라서, 배경 영역 설정 모듈(210)은, 후보 배경 영역(CBGA)의 모션 벡터(MV)와 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)의 차이가 작은 후보 배경 영역(CBGA)을 추가 배경 영역(ABGA)으로 선택할 수 있다.
여기서, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)는, n번째 입력 영상으로부터 (n-1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)인 MV0을 이용하여 산출될 수 있다.
즉, 커버 영역(CA)은, n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)이면서 (n+1)번째 입력 영상에서 전경 영역(FGA)이므로, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)는 MV1에 의해 산출되지 않을 수 있다. 따라서, n번째 입력 영상으로부터 (n-1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)인 MV0을 이용함으로써, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)를 구할 수 있다.
배경 영역 설정 모듈(210)은, 후보 배경 영역(CBGA) 중 선택된 추가 배경 영역(ABGA)을 미리 설정된 고정 배경 영역(FBGA)과 합하여, n번째 입력 영상의 배경 영역(BGA)을 설정할 수 있다.
고정 배경 영역(FBGA)은, 입력 영상의 일부분에 해당하며 다수의 입력 영상에서 배경 영역(BGA)을 포함하는 영역이므로, 고정 배경 영역(FBGA)를 합하여 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정할 수 있다.
이와 같이, 고정 배경 영역(FBGA)에 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 추가 배경 영역(ABGA)를 합하여 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정함으로써, n번째 입력 영상의 배경 영역(BGA)의 정확도를 높여줄 수 있다.
따라서, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)를 분석하여 결정되는 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 향상시켜줄 수 있다.
배경 모션 벡터 결정 모듈(220)은, 배경 영역 설정 모듈(210)에 의해 배경 영역(BGA)이 설정되면, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 분포를 분석하여 배경 모션 벡터(BGMV)를 결정한다.
여기서, 배경 모션 벡터(BGMV)는, 화면 전체에서 움직임이 동일할 경우 그 하나에 해당하는 모션 벡터(MV) 값일 수 있다. 또는, 화면 전체에서 서로 다른 두 개 이상의 움직임이 존재할 경우, 움직임 중에서 화면상 더 멀리 존재하는 모션 벡터(MV) 값일 수도 있다.
배경 모션 벡터 결정 모듈(220)은, 배경 영역(BGA)에서 모션 벡터(MV)의 분포에 따른 히스토그램이나 클래스를 이용하여 배경 모션 벡터(BGMV)를 결정할 수 있다.
일 예로, 배경 모션 벡터 결정 모듈(220)은, 배경 영역(BGA)에서 모션 벡터(MV)의 값과 빈도 수를 X축 값(mv_x)과 Y축 값(mv_y)으로 표현하고, 빈도 수가 가장 높은 모션 벡터(MV)의 값을 배경 모션 벡터(BGMV)로 결정할 수 있다.
다른 예로, 배경 모션 벡터 결정 모듈(220)은, 배경 영역(BGA)에서 모션 벡터(MV)의 값과 위치 정보 등이 서로 유사한 모션 벡터(MV)를 분류하고, 그 중 대표성이 가장 높은 값을 배경 모션 벡터(BGMV)로 결정할 수 있다.
이러한 배경 모션 벡터(BGMV)를 결정하는 방식은 하나의 예시이며, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 분포를 분석하는 방식으로 다양한 방식이 이용될 수 있다.
배경 모션 벡터 결정 모듈(220)에 의해 결정된 배경 모션 벡터(BGMV)는, 보간 영상을 생성하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 메모리(240)에 저장되어 (n+1)번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)를 구하는 데 이용될 수도 있다.
보간 영상 생성 모듈(230)은, n번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 n번째 입력 영상과 (n+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성한다.
배경 영역(BGA) 설정의 정확도 향상으로 인해 정확도가 개선된 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하므로, 보간 영상 생성 모듈(230)에 의해 생성되는 보간 영상의 정확도를 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도 개선을 통해 외부로부터 수신된 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상의 정확도를 개선함으로써, 모션 추정(ME) 및 모션 보상(MC)에 의해 표시되는 영상의 화질을 개선할 수 있다.
이하에서는, 도 10 내지 도 13에 도시된 예시들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)가 배경 영역(BGA)을 설정하는 방식을 구체적으로 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)가 입력 영상의 커버 영역(CA)을 획득하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 영상 처리 장치(200)는, n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)에 해당하며 (n+1)번째 입력 영상에서 전경 영역(FGA)에 해당하는 커버 영역(CA)을 획득한다.
이러한 커버 영역(CA)은, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)에 미리 설정된 필터를 적용하여 획득될 수 있으며, 도 10은 3×3 필터를 적용하는 경우를 예시로 나타낸다. 이러한 필터는 도 10에 도시된 예시와 유사한 형태를 변형하여 크기를 확장하거나 가중치를 변경하여 설정될 수도 있다.
그리고, 이러한 필터는 n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x)이나 Y축 값(mv_y) 중 적어도 하나의 값에 적용될 수 있다.
일 예로, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x)이 (+1, 0, -1)로 분포된 경우, 도 10에 도시된 필터와 행렬 연산을 수행하면 (+1)(+1)+(0)(0)+(-1)(-1)=2가 되어 0보다 큰 값이 되므로, 커버 영역(CA)으로 인식할 수 있다.
또는, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x)이 (-1, 0, +1)로 분포된 경우, 도 10에 도시된 필터와 행렬 연산을 수행하면 (-1)(+1)+(0)(0)+(+1)(-1)=-2가 되어 0보다 작은 값이 되므로, 언커버 영역(UA)으로 인식할 수 있다.
또한, 이러한 커버 영역(CA)을 획득함에 있어서, (n+1)번째 입력 영상으로부터 n번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)인 MV2를 이용하여 커버 영역(CA)과 전경 영역(FGA)의 경계를 구분할 수 있다.
즉, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)에 필터를 적용하여 획득되는 커버 영역(CA)은 n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)과 전경 영역(FGA)의 일부를 포함할 수 있으므로, MV2가 큰 값을 나타내는 영역을 이용하여 커버 영역(CA)과 전경 영역(FGA)의 경계를 구분함으로써, 커버 영역(CA) 획득의 정확도를 보완해줄 수 있다.
이와 같이, n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)이 획득되면, 영상 처리 장치(200)는 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)를 추출한다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)가 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)를 추출하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)은, (n+1)번째 입력 영상에서 전경 영역(FGA)에 해당하므로, n번째 입력 영상으로부터 (n+1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)인 MV1의 값이 구해지지 않을 수 있다.
이러한 경우, n번째 입력 영상으로부터 (n-1)번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)인 MV0을 이용함으로써, n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)를 추출할 수 있다.
즉, n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)에서의 MV0과 방향이 반대인 모션 벡터(MV)를 구함으로써, n번째 입력 영상의 커버 영역(CA)에서 MV1을 구할 수 있다.
영상 처리 장치(200)는, 추출된 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)를 후보 배경 영역(CBGA)의 모션 벡터(MV)와 비교함으로써, n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)으로 추가적으로 지정될 영역을 선택할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)가 후보 배경 영역(CBGA)을 분석하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 영상 처리 장치(200)는, n번째 입력 영상에서 후보 배경 영역(CBGA)을 획득하고, 후보 배경 영역(CBGA)을 분석하여 후보 배경 영역(CBGA) 중 추가 배경 영역(ABGA)을 선택할 수 있다.
일 예로, 영상 처리 장치(200)는, (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여, n번째 입력 영상에서 후보 배경 영역(CBGA)을 획득할 수 있다.
영상 처리 장치(200)는, (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)와 n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)를 비교한다.
이때, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV) 중 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)는 (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)와 차이가 일정한 범위 내일 수 있다.
또한, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV) 중 전경 영역(FGA)의 모션 벡터(MV)는 (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)와 차이가 일정한 범위 내일 수 있으며, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 차이가 나타내는 범위와 다른 범위에 포함될 수 있다.
즉, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)는 서로 유사한 값을 나타내고, 전경 영역(FGA)의 모션 벡터(MV)도 서로 유사한 값을 나타내므로, (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)와 비교를 통해 유사한 범위에 포함되는 모션 벡터(MV)와 그 모션 벡터(MV)가 포함된 영역을 분류할 수 있다.
그리고, 이와 같이 분류된 영역이 n번째 입력 영상의 후보 배경 영역(CBGA)이 될 수 있다.
영상 처리 장치(200)는, 획득된 후보 배경 영역(CBGA)의 모션 벡터(MV)와 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)를 비교하고, 후보 배경 영역(CBGA) 중 추가 배경 영역(ABGA)을 선택할 수 있다.
일 예로, 영상 처리 장치(200)는, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 제1 후보 배경 영역(CBGA1)의 모션 벡터(MV)의 차이를 산출한다. 그리고, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 제2 후보 배경 영역(CBGA2)의 모션 벡터(MV)의 차이를 산출한다.
커버 영역(CA)은 배경 영역(BGA)에 해당하므로, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와의 차이가 작은 후보 배경 영역(CBGA)이 추가 배경 영역(ABGA)으로 선택될 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)가 추가 배경 영역(ABGA)을 선택하고 입력 영상의 배경 영역(BGA)을 설정하는 방식의 예시를 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 도 12에 도시된 후보 배경 영역(CBGA) 중 제1 후보 배경 영역(CBGA1)이 추가 배경 영역(ABGA)으로 선택된 경우를 예시로 나타낸다.
영상 처리 장치(200)는, 추가 배경 영역(ABGA)과 미리 설정된 고정 배경 영역(FBGA)을 합하여, 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정할 수 있다.
커버 영역(CA)의 특성을 이용하여, 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 추가 배경 영역(ABGA)과 고정 배경 영역(FBGA)을 합하여 배경 영역(BGA)을 설정함으로써, 배경 영역(BGA)의 정확도를 개선할 수 있다.
또는, 경우에 따라서, 추가 배경 영역(ABGA)을 최종적인 배경 영역(BGA)으로 설정할 수도 있고, 추가 배경 영역(ABGA), 고정 배경 영역(FBGA) 및 커버 영역(CA)을 합하여 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정할 수도 있다.
이와 같이, 배경 영역(BGA) 설정의 정확도를 높여줌으로써, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 분포 분석을 통해 결정되는 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 개선할 수 있도록 한다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 모션 추정(ME)과 모션 보상(MC)에서 설정되는 배경 영역(BGA)의 다른 예시를 나타낸 도면이다.
도 14를 참조하면, 도 13의 예시에서, 추가 배경 영역(ABGA), 고정 배경 영역(FBGA) 및 커버 영역(CA)이 최종적인 배경 영역(BGA)으로 설정된 경우를 예시로 나타낸다.
도 14에 도시된 CASE C는, 입력 영상의 전체 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정하는 CASE A에 비하여 배경 영역(BGA)에 포함된 전경 모션 벡터(FGMV)의 수를 감소시켜줌으로써, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도가 개선될 수 있도록 한다.
또한, 입력 영상에서 고정된 일부 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정하는 CASE B에 비하여, 배경 영역(BGA)에 포함된 전경 모션 벡터(FGMV)의 비율을 감소시켜줌으로써, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도가 개선될 수 있도록 한다.
이와 같이, 입력 영상에 따라 배경 영역(BGA)을 다르게 설정함으로써, 배경 영역(BGA)의 정확도와 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)에 기초하여 결정되는 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 개선함으로써, 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 생성되는 보간 영상의 정확도를 높여줄 수 있도록 한다.
따라서, 부정확한 배경 모션 벡터(BGMV)에 기초하여 삽입되는 보간 영상에 의한 화질 이상(예, 후광 현상, 떨림 현상 등)을 방지하고, 모션 추정(ME), 모션 보상(MC)에 의해 나타나는 영상의 화질을 개선할 수 있도록 한다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)의 배경 영역 설정 모듈(210)과 배경 모션 벡터 결정 모듈(220)에 의해 수행되는 프로세스의 예시를 나타낸 도면이다.
도 15를 참조하면, 배경 영역 설정 모듈(210)은, 고정 배경 영역 산출부(211), 커버 영역 산출부(212), 후보 배경 영역 산출부(213) 및 비영상 영역 산출부(214)를 포함할 수 있다.
고정 배경 영역 산출부(211)는, 다수의 입력 영상에서 배경 영역(BGA)을 포함하는 고정된 일부분을 고정 배경 영역(FBGA)으로 산출한다. 일 예로, 고정 배경 영역(FBGA)은, 입력 영상에서 외곽 부분과 오브젝트가 위치할 가능성이 높은 중앙 및 하단 부분을 제외한 영역일 수 있다.
이러한 고정 배경 영역(FBGA)은, 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정할 때 포함될 수 있다.
커버 영역 산출부(212)는, n번째 입력 영상에서 배경 영역(BGA)에 해당하며, (n+1)번째 입력 영상에서 전경 영역(FGA)에 해당하는 커버 영역(CA)을 산출할 수 있다.
이러한 커버 영역(CA)은, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)의 X축 값(mv_x) 및 Y축 값(mv_y) 중 적어도 하나의 값에 미리 설정된 필터를 적용하여 획득될 수 있다.
또한, 커버 영역 산출부(212)는, (n+1)번째 입력 영상으로부터 n번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터(MV)의 값이 큰 영역을 이용하여 커버 영역(CA)과 전경 영역(FGA)의 경계를 구분함으로써, 커버 영역(CA)을 정확히 획득할 수 있다.
커버 영역(CA)은, n번째 입력 영상의 배경 영역(BGA)에 해당하므로, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)는, n번째 입력 영상의 추가 배경 영역(ABGA)을 선택하기 위해 이용될 수 있다.
후보 배경 영역 산출부(213)는, n번째 입력 영상에서 추가 배경 영역(ABGA)으로 지정될 수 있는 후보 배경 영역(CBGA)을 산출한다.
이러한 후보 배경 영역(CBGA)은, n번째 입력 영상의 모션 벡터(MV)와 (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)를 비교하여 획득될 수 있다.
즉, (n-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 n번째 입력 영상에서 유사한 모션 벡터(MV)를 포함하는 제1 후보 배경 영역(CBGA1)과 제2 후보 배경 영역(CBGA2)을 산출할 수 있다.
이러한 제1 후보 배경 영역(CBGA1)과 제2 후보 배경 영역(CBGA2) 각각의 모션 벡터(MV)는 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 비교되며, 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 차이가 작은 모션 벡터(MV)를 포함하는 후보 배경 영역(CBGA)이 추가 배경 영역(ABGA)으로 선택될 수 있다.
비영상 영역 산출부(214)는, 입력 영상에서 영상에 해당하지 않는 영역(예, 레터박스 등)을 산출한다.
추가 배경 영역(ABGA)에 비영상 영역이 포함될 수 있으므로, 추가 배경 영역(ABGA)에서 비영상 영역을 제외시켜줌으로써, 추가 배경 영역(ABGA)을 정확히 획득할 수 있도록 한다.
이러한 추가 배경 영역(ABGA)에 고정 배경 영역(FBGA)을 합하여 n번째 입력 영상 최종적인 배경 영역(BGA)이 설정될 수 있다.
그리고, 추가 배경 영역(ABGA)을 포함하여 설정된 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 코스트를 분석함으로써, n번째 입력 영상의 정확한 배경 모션 벡터(BGMV)를 결정할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 방법의 과정의 예시를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)는 입력 영상의 배경 영역(BGA)을 설정한다(S1600).
구체적으로, 영상 처리 장치(200)는 입력 영상의 커버 영역(CA)을 획득하고(S1601), 입력 영상에서 둘 이상의 후보 배경 영역(CBGA)을 획득한다(S1602).
영상 처리 장치(200)는 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 둘 이상의 후보 배경 영역(CBGA) 각각의 모션 벡터(MV)를 비교한다(S1603).
영상 처리 장치(200)는 둘 이상의 후보 배경 영역(CBGA) 중 커버 영역(CA)의 모션 벡터(MV)와 차이가 작은 모션 벡터(MV)를 포함하는 적어도 하나의 후보 배경 영역(CBGA)을 추가 배경 영역(ABGA)으로 선택한다(S1604).
그리고, 영상 처리 장치(200)는 미리 설정된 고정 배경 영역(FBGA)에 추가 배경 영역(ABGA)을 합하여 입력 영상의 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정한다(S1605).
영상 처리 장치(200)는 설정된 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 분포를 분석하여 배경 모션 벡터(BGMV)를 결정한다(S1610).
영상 처리 장치(200)는 결정된 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 보간 영상을 생성하고(S1620), 외부로부터 수신된 입력 영상과 보간 영상이 디스플레이 패널(110)을 통해 표시될 수 있도록 한다.
이와 같이, 입력 영상에서 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 추가 배경 영역(ABGA)을 포함하여 최종적인 배경 영역(BGA)을 설정함으로써, 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 개선하고 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 삽입되는 보간 영상의 정확도를 높일 수 있도록 한다.
따라서, 원본 영상인 입력 영상과 보간 영상에 의해 나타나는 영상의 화질을 개선할 수 있도록 한다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 영상 처리 장치(200)에 의해 설정된 배경 영역(BGA)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 예시 1의 경우, 오브젝트가 화면의 중앙에 위치하고 있으며, 화면 전체에서 작은 영역을 차지한다. 따라서, CASE A와 같이 화면 전체를 배경 영역(BGA)으로 설정하거나, CASE B와 같이 화면에서 일부 고정된 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정하는 경우에도, 정확한 배경 영역(BGA)을 구할 수 있다.
그러나, 예시 2와 같이, 화면 중앙에 대형 오브젝트가 위치하는 경우에는, CASE A와 같이 화면 전체를 배경 영역(BGA)으로 설정할 경우, 배경 영역(BGA)의 정확도가 저하될 수 있다.
또한, 예시 3에서 CASE B와 같이 화면의 일부 고정된 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정할 경우, 대형 오브젝트가 고정된 배경 영역(BGA)에 위치하고 있으므로, 배경 영역(BGA)의 정확도가 저하될 수 있다.
이때, CASE C와 같이, 커버 영역(CA)의 특성을 이용하여 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 영역을 추가적으로 배경 영역(BGA)으로 설정하는 경우에는, 도 17에 도시된 바와 같이, 예시 1, 2, 3에서 모두 정확한 배경 영역(BGA)을 구할 수 있게 된다.
전술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 입력 영상에 포함된 커버 영역(CA)을 이용하여 입력 영상에서 배경 영역(BGA)일 확률이 높은 영역을 배경 영역(BGA)으로 설정할 수 있도록 한다.
따라서, 입력 영상의 배경 영역(BGA)의 정확도를 향상시키고 배경 영역(BGA)에 포함되는 전경 모션 벡터(FGMV)의 수나 비율을 감소시켜줌으로써, 배경 영역(BGA)의 모션 벡터(MV)의 분포 분석을 통해 결정되는 배경 모션 벡터(BGMV)의 정확도를 개선할 수 있도록 한다.
또한, 정확한 배경 모션 벡터(BGMV)를 이용하여 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성함으로써, 부정확한 보간 영상의 삽입으로 인한 후광 현상이나 떨림 현상 등과 같은 화면 이상을 방지하고, 입력 영상과 보간 영상에 의해 나타나는 영상의 화질을 개선할 수 있도록 한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 디스플레이 장치 110: 디스플레이 패널
120: 게이트 구동 회로 130: 데이터 구동 회로
140: 컨트롤러 141: 모션 추정 모듈
142: 모션 보상 모듈 200: 영상 처리 장치
210: 배경 영역 설정 모듈 211: 고정 배경 영역 산출부
212: 커버 영역 산출부 213: 후보 배경 영역 산출부
214: 비영상 영역 산출부 220: 배경 모션 벡터 결정 모듈
230: 보간 영상 생성 모듈 240: 메모리

Claims (18)

  1. N번째 입력 영상의 모션 벡터에 기초하여 상기 N번째 입력 영상의 커버 영역을 획득하고, 상기 커버 영역의 모션 벡터와 후보 배경 영역의 모션 벡터를 비교하여 상기 후보 배경 영역 중 추가 배경 영역을 선택하며, 상기 추가 배경 영역과 미리 설정된 고정 배경 영역을 합하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 배경 영역 설정 모듈;
    상기 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 모션 벡터를 결정하는 배경 모션 벡터 결정 모듈; 및
    상기 배경 모션 벡터를 이용하여 상기 N번째 입력 영상과 (N+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성하는 보간 영상 생성 모듈
    을 포함하는 영상 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배경 영역 설정 모듈은,
    상기 커버 영역의 모션 벡터와 상기 후보 배경 영역의 모션 벡터의 차이 값을 산출하고, 산출된 차이 값이 가장 작은 후보 배경 영역을 상기 추가 배경 영역으로 선택하는 영상 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배경 영역 설정 모듈은,
    (N-1)번째 입력 영상으로부터 상기 N번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터를 이용하여 상기 커버 영역의 모션 벡터를 추출하는 영상 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배경 영역 설정 모듈은,
    (N-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터와 상기 N번째 입력 영상의 모션 벡터를 비교하여 상기 후보 배경 영역을 획득하는 영상 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배경 영역 설정 모듈은,
    상기 N번째 입력 영상의 모션 벡터의 X축 값 및 Y축 값 중 적어도 하나의 값에 미리 설정된 필터를 적용하여 상기 커버 영역을 획득하는 영상 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배경 영역 설정 모듈은,
    상기 (N+1)번째 입력 영상으로부터 상기 N번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터를 이용하여 상기 N번째 입력 영상의 전경 영역과 상기 커버 영역의 경계를 구분하는 영상 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배경 영역 설정 모듈은,
    상기 추가 배경 영역, 상기 고정 배경 영역 및 상기 커버 영역을 합하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 영상 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고정 배경 영역은 상기 N번째 입력 영상의 일부 영역이며, 상기 N번째 입력 영상과 상기 (N+1)번째 입력 영상에 공통적으로 설정된 영역인 영상 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 커버 영역은 상기 N번째 입력 영상의 배경 영역에 포함되고, 상기 (N+1)번째 입력 영상의 전경 영역에 포함되는 영역인 영상 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 N번째 입력 영상의 배경 모션 벡터를 저장하는 메모리를 더 포함하고,
    상기 메모리에 저장된 상기 N번째 입력 영상의 배경 모션 벡터는 상기 (N+1)번째 입력 영상의 모션 벡터를 획득하기 위해 이용되는 영상 처리 장치.
  11. N번째 입력 영상의 모션 벡터에 기초하여 상기 N번째 입력 영상의 커버 영역을 획득하는 단계;
    상기 커버 영역의 모션 벡터와 둘 이상의 후보 배경 영역의 모션 벡터를 비교하고, 상기 둘 이상의 후보 배경 영역 중 적어도 하나의 후보 배경 영역을 추가 배경 영역으로 선택하는 단계;
    상기 추가 배경 영역과 미리 설정된 고정 배경 영역을 합하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 단계;
    상기 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 모션 벡터를 결정하는 단계; 및
    상기 배경 모션 벡터를 이용하여 상기 N번째 입력 영상과 (N+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 영상 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 추가 배경 영역으로 선택하는 단계는,
    상기 커버 영역의 모션 벡터와 상기 둘 이상의 후보 배경 영역 각각의 모션 벡터의 차이 값을 산출하고, 산출된 차이 값이 가장 작은 후보 배경 영역을 상기 추가 배경 영역으로 선택하는 영상 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 추가 배경 영역으로 선택하는 단계는,
    (N-1)번째 입력 영상으로부터 상기 N번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터를 이용하여 상기 커버 영역의 모션 벡터를 추출하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 추가 배경 영역으로 선택하는 단계는,
    (N-1)번째 입력 영상의 배경 모션 벡터와 상기 N번째 입력 영상의 모션 벡터를 비교하여 상기 둘 이상의 후보 배경 영역을 획득하는 단계를 포함하는 영상 처리 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 커버 영역을 획득하는 단계는,
    상기 N번째 입력 영상의 모션 벡터의 X축 값 및 Y축 값 중 적어도 하나의 값에 미리 설정된 필터를 적용하여 상기 커버 영역을 획득하는 영상 처리 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 커버 영역을 획득하는 단계는,
    상기 (N+1)번째 입력 영상으로부터 상기 N번째 입력 영상으로의 움직임을 나타내는 모션 벡터를 이용하여 상기 N번째 입력 영상의 전경 영역과 상기 커버 영역의 경계를 구분하는 영상 처리 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 배경 영역을 설정하는 단계는,
    상기 추가 배경 영역, 상기 고정 배경 영역과 상기 커버 영역을 합하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정하는 영상 처리 방법.
  18. 다수의 게이트 라인, 다수의 데이터 라인 및 다수의 서브픽셀이 배치된 디스플레이 패널;
    상기 다수의 게이트 라인을 구동하는 게이트 구동 회로;
    상기 다수의 데이터 라인을 구동하는 데이터 구동 회로; 및
    상기 게이트 구동 회로와 상기 데이터 구동 회로를 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    N번째 입력 영상의 모션 벡터에 기초하여 상기 N번째 입력 영상의 커버 영역을 획득하고, 상기 커버 영역의 모션 벡터와 후보 배경 영역의 모션 벡터를 비교하여 상기 후보 배경 영역 중 추가 배경 영역을 선택하며, 상기 추가 배경 영역과 미리 설정된 고정 배경 영역을 합하여 상기 N번째 입력 영상의 배경 영역을 설정하고,
    상기 배경 영역의 모션 벡터를 분석하여 획득된 배경 모션 벡터를 이용하여 상기 N번째 입력 영상과 (N+1)번째 입력 영상 사이에 삽입되는 보간 영상을 생성하는 디스플레이 장치.
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