KR20000002634A

KR20000002634A - 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치

Info

Publication number: KR20000002634A
Application number: KR1019980023480A
Authority: KR
Inventors: 황인준
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1998-06-22
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR100510471B1

Abstract

본 발명은 해상도를 개선한 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치를 개시한다. 본 발명에 따른 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치는, 복합영상신호를 유입하여 2H 기간 동안 저장시키는 2H라인메모리; 상기 2H라인메모리에서 복합영상신호을 유입하여 저주파대역의 휘도성분신호를 출력하는 로우패스필터; 상기 2H라인메모리에서 복합영상신호를 유입하여 고주파대역의 복합영상신호를 통과시키는 하이패스필터; 상기 저역휘도성분신호를 유입하여 생성한 콤필터계수를 이용하여 상기 고주파대역의 복합영상신호를 콤필터링하여 휘도와 칼라성분신호를 분리하는 적응형 콤필터; 상기 콤필터링된 칼라성분신호를 복조하여 칼라신호를 출력하는 칼라복조부; 및 상기 로우패스필터를 통과한 저역휘도성분신호와 상기 콤필터링된 고역휘도성분신호를 가산하여 휘도신호를 출력하는 가산기를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 복합영상신호의 저주파대역의 휘도성분신호를 수직상관도 측정 입력신호로 활용하고, 그 수직상관도로부터 선택된 적용형 콤필터 계수조합에 의해 고주파대역의 휘도와 칼라신호를 분리함으로써 크로스 루미넌스와 같은 노이즈를 저하시켜 간단한 하드웨어구조로서 고해상도의 화질을 제공한다.

Description

적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치

본 발명은 비디오신호의 휘도 및 칼라신호 분리장치에 관한 것으로서, 특히 복합영상신호에 혼재하여 있는 휘도신호와 칼라신호를 잡음신호없이 분리하는 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치에 관한 것이다.

일반적으로 비디오 표준에는 NTSC와 PAL, SECAM이 있으며, 이러한 비디오 표준들은 부반송파(subcarrier)를 변조함으로써 휘도신호에 칼라신호 정보를 더한 복합영상신호로 전송한다. PAL과 NTSC의 복합영상신호는 휘도신호 정보와 직교(orthogonal)하게 변조된 두 칼라신호의 영상정보로 구성되어지며, 이들 신호들은 엔코더에서 가산된다. 이러한 복합영상신호는 서로 다른 칼라신호 부반송파 주파수(f_sc)를 가지며, 각각 서로 다른 변조방식을 이용한다. 일반적인 NTSC 복합영상신호(CVBS)의 수식표현은 다음 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.

CVBS(t)=Y(t)+U(t)sin(2πf_sct)+V(t)cos(2πf_sct)

여기서, f_sc=445f_H/2이고 f_H=15.734KHz이다.

또한, PAL 복합영상신호(CVBS)의 수식표현은 다음 수학식 2와 같다.

CVBS(t)=Y(t)+U(t)sin(2πf_sct)±V(t)cos(2πf_sct)

여기서, f_sc=1135f_H/4+25Hz, f_H=15.625KHz이며 -V(t)는 짝수라인이다.

상기 수학식 1, 2에서 Y(t)는 휘도신호이고 U(t), V(t)는 칼라신호이며, PAL 복합영상신호에서는 매 라인마다 V신호의 부호가 바뀌는 것을 알 수 있다. 만일 디지털 버스트록(burst-locked) 시스템에서 이러한 복합영상신호를 복조한다면, 부반송파주파수의 4배로 체배된 클럭으로 아날로그 파형을 샘플링하게 되는데, NTSC의 경우는 14.31818MHz, PAL인 경우에는 17.734475MHz를 이용하게 된다. 이러한 주파수의 사용은 칼라신호 정보를 90°간격에 해당하는 1/4 사이클로 샘플링함으로써 칼라신호 정보의 복조를 용이하게 한다. 매 샘플은 각 휘도신호 정보와 서로 직교하는 두 칼라신호 정보와의 중첩결과를 나타낸다. 따라서, 칼라신호의 샘플링 시퀀스는 도 1과 같이 나타낼 수 있다. 도 1에서 a는 부반송파의 주기( Tsc)를 가지며 위상이 변조된 칼라신호를 나타내고, b는 샘플링 래스터(raster)를 나타내고, c는 샘플링된 칼라신호(U, V)를 나타낸다.

NTSC 시스템에서 부반송파 주파수는 455f_H/2 이므로, 한 라인당 227.5 사이클이 포함되어 인접한 라인마다 180°의 위상변화가 발생한다. 이러한 관계를 이용하여 샘플링된 신호에 대해 수직방향으로의 콤(comb)필터링을 수행할 수 있다.

도 2는 NTSC 방식 비디오신호의 2차원 데이터 어레이를 도시한 것으로서, 인접한 두라인의 정보(S1, S2)가 같다고 한다면, 수직방향으로의 라인신호의 합은 (Y+C) + (Y-C) = 2Y와 같이 휘도신호의 2배가 되는 반면 칼라신호(C)를 나타내는 색차신호(U,V)는 제거가 되며, 두라인 차는 (Y+C) - (Y-C) = 2C와 같이 칼라신호의 2배가 되어 휘도신호는 억압된다.

한편, PAL에서의 부반송파 주파수는 1135f_H/4 + 25Hz이므로, 한라인당 285.75 사이클이 포함되어 도 3에 도시된 바와 같이 연속되는 라인마다 부반송파 위상이 90°씩 바뀌게 된다. 따라서, 두 연속적인 라인에 수직으로 정렬되어 있는 두 픽셀(pixel)들은 NTSC의 복합영상신호와 같이 부호만 서로 다른 칼라신호성분을 포함하고 있지 않으며, 한 라인을 통한 수직적 콤(comb) 필터링 또한 불가능하다. 한 라인과 한 픽셀의 지연을 통한 대각선 방향으로의 콤필터링도 고려해 볼 수 있지만, 고주파 영역의 휘도성분을 제거할 수 없기 때문에 성능면에서 수용할 수 없게 된다. 그러므로 두 개의 픽셀(S1', S2')을 단순히 수직 콤필터링하기 위해서는 180°의 위상전이를 위한 두 개의 라인 지연을 필요로 한다.

종래에는 PAL/NTSC 수신기에서 복합영상신호를 복조해내기 위해 단순한 수평필터기술(horizontal filter technique)을 이용해 왔다. 즉, 휘도신호분리를 위해서 복합영상신호내의 부반송파 주파수대역을 제한하는 대역제거필터(notch filter)를 사용함으로 해서 휘도신호의 해상도 저하를 초래하였다. 뿐만 아니라, 몇몇 칼라신호의 측파대(side band) 신호들이 통과하여 휘도성분에 크로스 루미넌스(cross luminance)가 발생하였다. 이러한 크로스토크의 정도는 화면의 종류에 의해 결정되어지는데 특히 칼라신호 경계에서는 도트크롤(dot crawl)이 발생하게 된다. 동일하게 부반송파 주파수 근방의 대역통과필터에 의해 추출된 칼라신호에는 고주파수의 휘도성분이 혼재되어 있어 칼라신호성분에 크로스토크를 발생시키는데, 이는 고주파수의 휘도성분 위치에 무지개 모양의 칼라신호(colored rainbow)로 나타나게 된다.

이에 반하여 수직콤필터 같은 경우는 상술된 바와 같이 복합영상신호안에 휘도신호와 칼라신호를 주파수삽입(frequency interleaving)한 방법을 그대로 역이용하여 훨씬 향상된 휘도신호와 칼라신호의 분리를 제공한다. 하지만 이것은 수직적으로 같은 구조의 화면에서만 완벽하게 동작하는 단점이 있다. 즉, 인접한 라인간에 정보가 상이한 경우에는 행잉도트(hanging dot) 또는 시팅도트(sitting dot)와 같은 복조에러가 발생되고 이에 따라 수직화면의 해상도 저하가 초래되는 문제점이 발생하였다. 또한, 종래의 적응형 콤필터링에서는 필터계수조합을 결정하는 수직상관도의 측정을 전대역의 복합영상신호로 측정함으로써 매라인 마다 변하는 칼라신호의 위상을 고려해야 되므로, 복잡한 알고리듬 및 하드웨어가 요구되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 저주파대역의 휘도신호정보로부터 산출된 수직상관도를 이용하여 휘도와 칼라신호 분리시에 발생되는 해상도 저하를 방지하고, 간단한 하드웨어 구조를 갖는 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치를 제공하는 데 목적이 있다.

도 1은 일반적인 칼라신호의 샘플링을 도시한 시퀀스도이다.

도 2는 NTSC 비디오신호의 2차원 데이터 어레이를 나타낸 도면이다.

도 3은 PAL 비디오신호의 2차원 데이터 어레이를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치의 블록도이다.

도 5는 도 4에 도시된 적응형 콤필터의 세부 블록도이다.

도 6은 밴드패스필터와 노치필터를 이용하여 휘도 및 칼라신호를 분리하였을 경우의 칼라바패턴도이다.

도 7은 2H콤필터만을 적용하여 휘도 및 칼라신호를 분리하였을 경우의 칼라바패턴도이다.

도 8은 도 4에 도시된 장치를 사용하여 휘도 및 칼라신호를 분리하였을 경우의 칼라패턴도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

41 ... 2H라인메모리, 42 ... 로우패스필터

43 ... 하이패스필터, 44 ... 적응형 콤필터

45 ... 크로마트랩필터, 46 ... 가산기

47 ... 칼라복조부

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한, 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치는, 복합영상신호를 유입하여 2H 기간 동안 저장시키는 2H라인메모리; 상기 2H라인메모리에서 복합영상신호을 유입하여 저주파대역의 휘도성분신호를 출력하는 로우패스필터; 상기 2H라인메모리에서 복합영상신호를 유입하여 고주파대역의 복합영상신호를 통과시키는 하이패스필터; 상기 저역휘도성분신호를 유입하여 생성한 콤필터계수를 이용하여 상기 고주파대역의 복합영상신호를 콤필터링하여 휘도와 칼라성분신호를 분리하는 적응형 콤필터; 상기 콤필터링된 칼라성분신호를 복조하여 칼라신호를 출력하는 칼라복조부; 및 상기 로우패스필터를 통과한 저역휘도성분신호와 상기 콤필터링된 고역휘도성분신호를 가산하여 휘도신호를 출력하는 가산기를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 적응형 콤필터와 상기 가산기 간에 콤필터링된 휘도성분신호에서 칼라신호를 트랩필터링하여 상기 가산기에 출력하는 크로마트랩(Croma Trap)필터를 더 구비함이 바람직하다.

또한, 상기 적응형 콤필터는 휘도신호데이터를 입력하여 상호 상관도를 계산하고 상기 상관도를 소정의 임계값과 비교하여 그 결과를 출력하는 상관도계산 및 결정부; 상기 상관도계산 및 결정부의 출력값에 따라 콤필터 계수를 출력하는 콤필터 계수 출력부; 상기 2H라인메모리에서 출력된 복합영상신호를 하이패스필터링한 각 0H, 1H, 2H 신호에 상기 산출된 콤필터계수를 승산하여 먹스한 신호를 각각 가산 및 감산하여 휘도와 칼라신호성분을 분리하는 2H콤필터를 구비함을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 복합영상신호에 있어서의 휘도신호와 칼라신호 분리장치를 도시한다.

복합영상신호(CVBS)를 유입하여 2H 기간 동안 저장시키는 2H라인메모리(41)와, 상기 2H라인메모리에서 복합영상신호의 저주파대역을 통과시켜 저역의 휘도성분신호를 출력하는 로우패스필터(42)와, 상기 2H라인메모리에서 복합영상신호를 유입하여 고주파대역을 통과시키는 하이패스필터(43)와, 상기 휘도성분신호를 유입하여 생성한 콤필터계수를 이용하여 상기 고주파대역의 복합영상신호를 휘도와 칼라성분신호로 콤필터링하는 적응형 콤필터(44)와, 적응형 콤필터(44)에서 콤필터링된 휘도성분신호에 잔재해 있는 칼라성분신호를 트랩하는 크로마트랩필터(45)와, 상기 저역의 휘도성분신호와 상기 콤필터링된 휘도성분신호를 가산하여 휘도신호를 출력하는 가산기(46), 상기 콤필터링된 칼라성분신호를 복조하여 칼라신호를 출력하는 칼라복조부(47)를 구비한다.

도 4에 도시된 장치의 동작을 살펴보면, 2H라인메모리(41)는 복합영상신호를 수평동기신호 주기의 2배되는 2H기간 동안 저장시키고, 로우패스필터(42)와 하이패스필터(43)는 2MHz를 기점으로 복합영상신호내에 혼재되어 있는 저역주파수의 휘도성분신호와 고역주파수의 칼라신호성분을 분리하고, 적응형 콤필터(44)는 하이패스필터(43)에서 필터링된 고주파대역의 복합영상신호를 콤필터링하여 칼라신호성분과 휘도성분신호로 분리한다. 이후 콤필터링 후에도 잔재해 있을 나머지 크로스 루미넌스(cross luminance)를 제거하기 위해 콤필터링된 휘도성분신호를 크로마트랩필터(45)를 선택적으로 통과시켜 가산기(46)에 출력한다. 가산기(46)는 크로마트랩필터(45)를 통한 고역휘도성분신호와 로우패스필터(42)에서 필터링되고 1H 그룹지연된 저역휘도성분신호를 가산하여 순수 휘도신호를 출력한다. 또한 적응형 콤필터(44)에서 출력되는 칼라성분신호는 칼라복조부(47)를 통과하여 순수 칼라신호를 출력한다.

상기 적응형 콤필터(44)의 상세 구조는 도 5에 도시된 바와 같이 휘도신호(Y)의 각 1라인 지연된 휘도신호(Y_D) 휘도신호(Y)의 각각 2라인 지연된 휘도신호(Y_DD)를 입력하여 상호 수직상관도를 계산하고 계산된 상관도를 소정의 임계값과 비교하여 그 결과를 출력하는 상관도계산 및 결정부(52)와, 상관도계산 및 결정부(52)의 출력값에 따라 콤필터 계수를 출력하는 콤필터계수출력부(54)를 구비하며, 복합영상신호를 1H씩 지연시키는 1H지연기(562, 564)와, 0H, 1H, 2H 지연된 복합영상신호를 상기 콤필터계수의 따라 가중 승산하여 먹스하는 콤필터계수 먹스부(566)와 먹스된 신호를 가산하여 휘도성분신호를 출력하는 가산기(567)와 먹스된 신호를 감산하여 칼라성분신호를 출력하는 감산기(568)를 구비하는 2H콤필터(56)를 포함한다.

상관도계산 및 결정부(52)는, 각 2H, 1H, 0H 지연된 휘도신호(Y_DD, Y_D, Y)를 각각 입력하여 상호 감산하는 제1 감산기(522), 제2 감산기(524) 및 제3 감산기(524)와, 제1 감산기(522), 제2 감산기(524) 및 제3 감산기(526)의 출력값을 각각 절대값으로 변환하는 제1 절대치부(530), 제2 절대치부(532) 및 제3 절대치부(534)의 출력을 소정의 임계값(TH)과 각각 비교하기 위한 제1 비교기(548), 제2 비교기(550) 및 제3 비교기(552)를 구비하고 있다.

상기와 같은 회로의 동작을 간략히 살펴보면, 휘도신호(Y_DD, Y_D, Y)는 제1 감산기(522), 제2 감산기(524) 및 제3 감산기(526)에 의해 상호 감산되어 제1 절대치부(530), 제2 절대치부(532) 및 제3 절대치부(534)에 의해 절대값으로 변환된다. 따라서, 제1 절대치부(530), 제2 절대치부(532) 및 제3 절대치부(534)에서는 휘도신호의 현재 라인 데이터, 1라인 지연된 데이터 및 2라인 지연된 데이터의 상호 상관도가 출력되게 된다.

제1 비교기(548), 제2 비교기(550) 및 제3 비교기(552)는 각 가산기에서 출력되는 전체 상관도를 미리 설정된 소정의 임계값(TH)과 비교하여 각각 부호 비트 1비트를 출력한다.

또한, 룩업 테이블을 구비하는 콤필터계수출력부(54)에서는 상관도계산 및 결정부(52)에서 출력된 3비트의 상관도 값을 어드레스로 하여 이에 대응되는 원하는 콤필터 계수를 출력한다.

2H콤필터(56)는 2H라인메모리에서 출력된 복합영상신호를 하이패스필터링한 각 0H, 1H, 2H 신호를 상기 산출된 콤필터계수의 따라 가중 승산하여 먹스된 신호를 가산기(567)로 가산하여 휘도성분신호를 출력하고, 먹스된 신호를 감산기(568)로 감산하여 칼라성분신호를 출력한다.

아래 표 1은 NTSC 복합영상신호(CVBS)에서 수직상관도에 따른 각 지연라인에 대한 적응형 콤필터계수를 나타내고, 표 2는 PAL 복합영상신호에 대한 적응형 콤필터계수를 나타낸다.

K_CVBS	K_1H_CVBS	K_2H_CVBS
0	1/2	1/2
1/8	1/2	3/8
1/4	1/2	1/4
3/8	1/2	1/8
1/2	1/2	0

K_CVBS	K_1H_CVBS	K_2H_CVBS
1/2	0	1/2

도 6 내지 도 7은 NTSC 복합영상신호의 칼라바패턴(75% 포화, 100% 증폭)을 이용하여 시뮬레이션한 것으로, 도 6은 밴드패스와 노치필터를 사용하여 휘도와 칼라신호를 분리하였을 경우의 칼라바패턴도이며, 휘도의 고주파 성분에서 크로스 루미넌스가 발생함을 알수 있다. 도 7은 2H콤필터만을 적용하였을 경우의 시뮬레이션 결과를 도시한 칼라바패턴도로서, 수직방향으로 급격히 라인정보가 바뀌는 부분에서는 해상도 저하가 현저함을 확인할 수 있다. 이에 비하여 도 8은 도 4에 도시된 장치를 적용하였을 경우의 칼라바패턴도로서 적응신호처리를 통한 최적의 연산으로 수직에지 뿐만 아니라 수직상으로 해상도가 향상된 양호한 패턴으로 디스플레이됨을 알 수 있다.

본 발명에 의하면, 복합영상신호의 저주파대역의 휘도성분신호를 수직상관도 측정 입력신호로 활용하고, 그 수직상관도로부터 선택된 적용형 콤필터 계수조합에 의해 고주파대역의 휘도와 칼라신호를 분리함으로써 크로스 토크(크로스 루미넌스, 크로스 칼라)와 같은 노이즈를 저하시켜 간단한 하드웨어구조로서 고해상도의 화질을 제공한다.

Claims

복합영상신호를 유입하여 2H 기간 동안 저장시키는 2H라인메모리;

상기 2H라인메모리에서 복합영상신호을 유입하여 저주파대역의 휘도성분신호를 출력하는 로우패스필터;

상기 2H라인메모리에서 복합영상신호를 유입하여 고주파대역의 복합영상신호를 통과시키는 하이패스필터;

상기 저역휘도성분신호를 유입하여 생성한 콤필터계수를 이용하여 상기 고주파대역의 복합영상신호를 콤필터링하여 휘도와 칼라성분신호를 분리하는 적응형 콤필터;

상기 콤필터링된 칼라성분신호를 복조하여 칼라신호를 출력하는 칼라복조부; 및

상기 로우패스필터를 통과한 저역휘도성분신호와 상기 콤필터링된 고역휘도성분신호를 가산하여 휘도신호를 출력하는 가산기를 포함함을 특징으로 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치.
제1항에 있어서,

상기 적응형 콤필터와 상기 가산기 간에 콤필터링된 휘도성분신호에서 칼라신호를 트랩하여 상기 가산기에 출력하는 크로마트랩필터를 더 구비함을 특징으로 하는 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치.
제1항에 있어서,

상기 적응형 콤필터는 휘도신호데이터를 입력하여 상호 상관도를 계산하고 상기 상관도를 소정의 임계값과 비교하여 그 결과를 출력하는 상관도계산 및 결정부;

상기 상관도계산 및 결정부의 출력값에 따라 콤필터 계수를 출력하는 콤필터 계수 출력부;

상기 2H라인메모리에서 출력된 복합영상신호를 하이패스필터링한 각 0H, 1H, 2H 신호에 상기 산출된 콤필터계수를 승산하여 먹스한 신호를 각각 가산 및 감산하여 휘도와 칼라신호성분을 분리하는 2H콤필터를 구비함을 특징으로 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치.
제3항에 있어서, 상기 상관도계산 및 결정부는,

상기 휘도신호데이터를 유입하여 상호 감산하는 제1 감산기, 제2 감산기 및 제3 감산기;

상기 제1 감산기, 제2 감산기 및 제3 감산기의 출력값을 각각 절대값으로 변환하는 제1 절대치부, 제2 절대치부 및 제3 절대치부;

소정의 임계값과 각각 비교하기 위한 제1 비교기, 제2 비교기 및 제3 비교기를 포함하는 것을 특징으로 하는 적응형 콤필터를 이용한 휘도 및 칼라신호 분리장치.