KR19990055254A - 영상 색차신호의 포맷변환장치 - Google Patents

영상 색차신호의 포맷변환장치 Download PDF

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Abstract

영상색차신호의 포맷변환장치에 관한 것이며, 제1색차신호를 저장하는 제1메모리부와; 제2색차신호를 저장하는 제2메모리부와; 상기 제1메모리부 및 제2메모리부에 저장된 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉스부와; 상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제1메모리부에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제1FIFO부 및 제2FIFO부와; 상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제2메모리부에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제3FIFO부 및 제4FIFO부와; 상기 제1색차신호 저장부 및 제2 색차신호 저장부의 신호를 외부장치로 출력하는 SMPTE 처리부와; 상기 메모리부 및 멀티플렉서를 제어하는 메모리 제어부로 구성되어 로우패스 필터링과정을 생략하여 하드웨어 구조를 간단히 하고, 시스템의 복잡도를 증가시키지 않고 제로차 필터 구조의 인터폴레이션을 하드웨어로 구현할 수 있다.

Description

영상 색차신호의 포맷변환장치
본 발명은 영상 색차신호의 포맷변환장치에 관한 것으로, 특히 4:2:0 형태의 영상신호를 4:2:2 방식으로 변환시에 로우패스 필터링 과정이 필요없는 영상색차신호의 포맷변환장치에 관한 것이다.
일반적으로 영상매체의 주사선당 포함되어 있는 휘도정보 Y(Luminance)와 색차정보 Cb,Cr(Chrominance)의 세가지 성분의 비율을 나타내는 방법으로 □:□:□ 의 표현법이 이용된다. MPEG2 규격에서 사용되는 것은 4:4:4 ,4:2:2, 4:2:0의 세가지 포맷이 있다.
여기서 4:4:4 라는 것은 휘도성분과 색차성분의 비율이 매 화소마다 동일한 비율로 구성되어 있는 것이다. 즉, 한 화소이 정보를 나타내기 위해서 휘도정보 Y에 8비트, 색차정보Cb, Cr 각각 8비트씩 할당하여 총24비트를 사용한다. 4:2:2 라는 것은 도1에 도시된 바와 같이 휘도정보는 4:4:4 와 동일한 비율로 나타낼 때 색차정보를 Cb,Cr이 수직방향으로 휘도정보 두화소당 한번씩 번갈아 가면서 나타내는 방법으로 인간의 시각적 특성이 색차정보에 둔감하다는 것을 이용하여 영상데이타의 압축효과를 높이기 위하여 사용한다. 마찬가지로 도2에 도시된 바와 같이 4:2:0 은 색차정보를 수직방향,수평방향에 대하여 각각 휘도정보의 절반으로 줄여서 표현한 것을 말한다.
고선명 TV 복호기(HDTV Decoder)등에서 출력 인터페이스 규격으로 사용하는 SMPTE260M(Society of Motion Picture and Television Enginners)의 Ey,Epb,Epr의 출력속도는 Ey가 74.25MHz의 속도로 출력되고, Epb,Epr은 각각 시간 멀티플렉싱되어 74.25MHz로 전송된다. 즉 MPEG2에서 지원하는 포맷과 비교하면 4:2;2 속도를 가지면서 비월주사(interlaced display)형식을 띠고 있는 것이다.
고선명 TV등과 같이 많은 정보를 실시간으로 처리하기 위해서 일반적으로 영상 데이터 포맷 가운데 앞서 설명한 4:2:0 포맷이 색차신호의 정보량이 적지만 웬만한 수준의 화질을 얻을 수 있으므로 많이 사용된다. 일반적으로 디지털 HDTV 는 MPEG2 알고리즘을 이용하여 부호화되고 압축된 영상정보를 복호한 후, 그 결과를 화면에 출력하기 위해서 SMPTE260M 규격으로 신호변환이 마지막 단에서 이루어진다. 4:2:0으로 전송되어 복호된 영상을 4:2:2의 포맷으로 변환하기 위해서는 디지털 신호처리 기법 가운데 업샘플링(up sampling)과 인터폴레이션(interpolation)과정을 거쳐야 한다. 업샘플링이란 샘플링된 신호와 신호 가운데 필요한 개수만큼의 샘플링을 추가하는 것을 말하며, 이 샘플들의 값을 결정하기 위하여 인터폴레이션 과정을 거치게 된다(도3(A)-(C)참조).
도3(A)-(C)에 인터폴레이션 과정을 보이는 설명도가 도시된다. 도3(A)는 4:2:0 형태로 샘플된 데이터이며, 도3(B)는 4:2:0 형태의 신호에서 제로차 인터폴레이션 방법으로 4:2:2 형태의 신호를 형성하는 설명도이고, 도3(C)는 4:2:0 형태의 신호에서 제1차 인터폴레이션 방법으로 4:2:2 형태의 신호를 형성하는 설명도이다.
인터폴레이션은 일반적으로 샘플간에 적용되는 필터의 탭수에 따라 제로차 필터 인터폴레이션(zero-order filter interpolation), 1차 필터 인터폴레이션(first-order filter interpolation), 2차 필터 인터폴레이션(second-order filter interpolation) 등으로 구분할 수 있다. 필터 탭수가 증가함에 따라 보간된 샘플들 사이의 고주파수 효과는 없앨수 있지만, 반면에 시스템이 복잡해지는 단점이 있다. 특히 하드웨어를 이용하여 실시간으로 영상정보를 처리해야 하는 시스템에서는 피터의 탭수가 증가함에 따라 복잡도는 기하급수적으로 늘어난다.
도4에 종래의 보간필터를 이용한 포맷변환장치가 도시된다.
종래의 제로차 인터폴레이션을 이용한 포맷 변환장치는 색차신호를 입력받아 순서대로 출력하는 제1FIFO부(41)와, 색차신호를 입력받아 소정시간 지연시키는 제1지연기(432)와, 상기 색차신호를 입력받아 제1탭계수(c1)를 곱셈하여 출력하는 제1곱셈기(431)와, 상기 제1지연기(432)에서 출력되는 지연된 색차신호에 제2탭계수(c2)를 곱셈하여 출력하는 제2곱셈기(433)와, 상기 제1곱셈기(431)와 제2곱셈기(433)에서 출력되는 신호들을 가산하는 제1가산기와(444), 상기 제1가산기(444)에서 입력되는 보간된 데이타신호를 입력되는 순서대로 출력하는 제2FIFO부(42)로 구성된다.
색차신호는 제1FIFO부(41)에 저장되고, 동시에 제1지연기(432)에서 지연되고, 제1곱셈기(431)에서 상기 색차신호와 제1탭계수(c1)가 곱셈되어 출력된다. 여기서 제1곱셈기(431)에 입력되는 신호와 상기 제1지연기(432)에서 출력되는 지연된 색차신호 사이에는 1주사선만큼의 시간 지연이 생긴다. 그리고, 상기 제1지연기(432)에서 출력되는 1주사선 지연된 색차신호는 2탭계수(c2)가 곱셈되어 제2곱셈기(433)에서 출력된다. 상기 제1곱셈기(431)와 제2곱셈기(433)에서 출력되는 신호들은 제1가산기와(444)에서 가산되어 현재 색차신호와 이전 색차신호의 평균값에 해당하는 색차신호가 제2FIFO부(42)에 저장된다. 이와같이 색차신호가 저장된 제1FIFO부(41)와 제2FIFO부(42)에서 1주사선마다 색차신호를 읽어들여 화면에 주사하게 되면 4:2:0 포맷의 신호로 4:2:2 포맷의 신호로 변환시킬수 있다.
그러나 종래의 변환장치는 차수를 하나증가시켜 제일차 인터폴레이션을 이용하는 경우에는 지연기, 곱셈기 및 가산기가 하나씩 추가되며, 차수가 일씩 증가할 때마다 상기와 같이 지연기, 곱셈기 및 가산기가 추가된다. 이와같이 4:2:0 형태의 영상신호를 4:2:2 로 변환하기 위해서는 업 샘플링(up sampling)과정과 신호들간의 에일리어싱을 줄이기 위한 로우패스 필터링과정을 거쳐야 되기 때문에 이러한 업샘플링및 로우패스 필터링과정은 하드웨어의 구조를 매우 복잡하게 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명의 목적은 로우패스 필터링과정을 생략하여 하드웨어 구조를 간단히 하는 영상 색차신호의 포맷 변환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 시스템의 복잡도를 증가시키지 않고 제로차 필터 구조의 인터폴레이션을 하드웨어로 구현하는 영상색차신호의 포맷변환장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 장치는 제1색차신호를 저장하는 제1메모리부와; 제2색차신호를 저장하는 제2메모리부와; 상기 제1메모리부 및 제2메모리부에 저장된 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉스부와; 상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제1메모리부에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제1FIFO부 및 제2FIFO부와; 상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제2메모리부에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제3FIFO부 및 제4FIFO부와; 상기 제1색차신호 저장부 및 제2 색차신호 저장부의 신호를 외부장치로 출력하는 SMPTE 처리부와; 상기 메모리부 및 멀티플렉서를 제어하는 메모리 제어부로 구성된다.
도 1은 4:2:2 포맷의 신호이다.
도 2는 4:2:0 포맷의 신호이다.
도3(A)-(C)는 인터폴레이션 과정을 보이는 설명도이다.
도4는 종래의 보간필터를 이용한 포맷변환장치이다.
도5는 본 발명에 의한 포맷 변환장치의 구성을 보이는 블록도이다.
다항식을 구하는 순서도이다.
도6에 본 발명에 의한 포맷변환장치의 타이밍 차트가 도시된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
51....메모리 제어부 52....제1 메모리부
53....제2메모리부 54....멀티플렉서
55....제1FIFO부 56....제2FIFO부
57....제3FIFO부 58....제4FIFO부
59....SMPTE 처리부
이하, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 들어 그 동작 및 작용효과를 상세히 설명한다.
도5에 본 발명에 의한 포맷 변환장치의 구성을 보이는 블록도가 도시된다.
본 발명에 의한 장치는 입력되는 제1색차 신호를 저장하는 제1메모리부(52) 와; 제2색차신호를 저장하는 제2메모리부(53)와; 상기 멀티플렉스부(54)를 통해 상기 제1메모리부(52)에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제1FIFO부(55) 및 제2FIFO부(56)와; 상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제2메모리부(53)에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제3FIFO부(57) 및 제4FIFO부(58)와; 상기 제1FIFO부(55)내지 제4 FIFO부의 신호를 외부장치로 출력하는 SMPTE 처리부(59)와; 상기 메모리부 및 멀티플렉서를 제어하는 메모리 제어부(51)로 구성된다.
화면 주사에 사용되는 클록은 74.25MHz로 동작한다. 4:2:0 포맷신호에서 휘도신호(Y)는 74.25 MHz로 전송되며, 제1 색차신호(Cb)와 제2색차신호(Cr)는 37.125 MHz로 교대로 전송한다. 즉, Y:Cb:Cr= 74.25 MHz:37.125/2 MHz: 37.125/2 MHz 이다. 4:2:0 포맷의 제1 및 제2색차신호(Cb,Cr)가 송신시스템으로부터 교대로 송신되며, 제1색차신호(Cb)는 제1메모리부(52)에 저장되고 제2색차신호(Cr)는 제2메모리부(53)에 저장된다.
도6에 본 발명에 의한 포맷변환장치의 타이밍 차트가 도시된다.
37.125 MHz로 교대로 수신되는 제1색차신호(Cb)는 메모리 제어부(51)에서 도6(a)의 쓰기제어신호(WR1)가 "로우(Low)"일 때(t1), 제1색차신호(Cb)의 제1데이타(L1)가 제1메모리부(52)에 저장되고, 다음의 쓰기 제어신호(t2)에서 제2데이타(L2)가 저장되고, 쓰기 제어신호(t3)에서 제3데이타(L3)가 저장된다. 도6에는 제1색차신호(Cb)에 대해서만 도시되어 있으나, 제2색차신호(Cr)에 대해서도 동일한 과정이 이루어진다.
이렇게 제1 및 제2 색차신호(Cb,Cr)가 제1메모리부(52)와 제2메모리부(53)에 저장된 후, 메모리제어부(51)는 멀티플렉서(54)를 제어하여 제1메모리부(52)와 제2메모리부(53)에 저장된 색차신호(Cb,Cr)를 읽어들여 출력한다. 제1색차신호(Cb)는 메모리 제어부(51)의 제어신호(WR2)를 받아 제1및 제2FIFO부(55,56)에 동시에 저장되며, 제2색차신호(Cr)는 제3및제4FIFO부(57,58)에 동시에 저장된다.
제1및 제2FIFO부(55,56)에 동시에 저장된 제1색차신호(Cb)는 SMPTE 처리부(59)에서 출력되는 제1읽기신호(RD1)에 의해 제1FIFO부(55)에 저장된 제1색차신호(Cb)가 읽혀져서 SMPTE 처리부(59)를 거쳐 출력된다(도6(c)참조). 마찬가지로, 제3및 제4FIFO부(57,58)에 동시에 저장된 제2색차신호(Cb)는 SMPTE 처리부(59)에서 출력되는 제1읽기신호(RD1)에 의해 제3FIFO부(57)에 저장된 제2색차신호(Cb)가 읽혀져서 SMPTE 처리부(59)를 거쳐 출력된다. 이어서 SMPTE 처리부(59)는 280클록주기(280T)가 지난후에 제2읽기신호(RD2)를 제2FIFO부(56) 및 제4FIFO부(58)에 인가하며, 이때 제2FIFO부(56)에서는 상기 제1읽기신호(RD1)의 인가시에 출력된 것과 동일한 제1색차신호(Cb)가 읽혀져서 SMPTE 처리부(59)로 출력되고, 제4FIFO부(58)에서도 상기 제1읽기신호(RD1)의 인가시에 출력된 것과 동일한 제2색차신호(Cr)가 SMPTE 처리부(59)로 출력된다. 그럼으로써 SMPTE 처리부(59)는 Y:Cb:Cr=4:2:2 포맷의 신호를 출력하게 된다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 4:2:0포맷의 신호를 4:2:2 포맷의 신호로 변환시키기 위하여 업샘플링과 인터폴레이션 과정을 수행시에 하드웨어를 복잡하게 하지않고 변환시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 색차신호의 포맷 변환장치에 있어서,
    제1색차신호를 저장하는 제1메모리부와;
    제2색차신호를 저장하는 제2메모리부와;
    상기 제1메모리부 및 제2메모리부에 저장된 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉스부와;
    상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제1메모리부에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제1FIFO부 및 제2FIFO부와;
    상기 멀티플렉스부를 통해 상기 제2메모리부에서 색차신호를 입력받아 저장하는 제3FIFO부 및 제4FIFO부와;
    상기 제1색차신호 저장부 및 제2 색차신호 저장부의 신호를 외부장치로 출력하는 SMPTE 처리부와;
    상기 메모리부 및 멀티플렉서를 제어하는 메모리 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 색차신호의 포맷변환 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1FIFO부 및 제2FIFO부는 상기 메모리제어부에서 출력되는 쓰기제어신호에 의해 상기 제1메모리부에서 출력되는 제1색차신호를 저장하고, 상기 제3FIFO부 및 제4FIFO부는 상기 메모리제어부에서 출력되는 쓰기제어신호에 의해 상기 제2메모리부에서 출력되는 제2색차신호를 저장하는 것을 특징으로 하는 영상 색차신호의 포맷변환 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1FIFO부 및 제3FIFO부는 상기 SMPTE 처리부에서 출력되는 제1읽기제어신호에 의해 각각 색차신호를 출력하고, 상기 제2 FIFO부 및 제4FIFO부는 상기 SMPTE 처리부에서 출력되는 제2읽기제어신호에 의해 각각 색차신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 색차신호의 포맷변환 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1읽기제어신호와 상기 제2읽기제어신호는 유효화면영역의 시간만큼 차이가 있는 것을 특징으로 하는 영상 색차신호의 포맷변환 장치.
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