KR20000026016A - 디지탈 방송용 화질 보상시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지탈 방송용 화질 보상시스템에 관한 것으로, 종래의 기술에 있어서는 디지탈 방송을 위해서 영상을 압축하는 과정중에 디씨티 변환에 의해 고주파 성분(주로 이미지의 경계부분)이 제거되어 경계부위가 모호해짐에 따라 종래 아날로그에서 경계 검출을 위해 사용되어진 필터나 알고리즘으로는 경계를 구하기가 어려워 오히려 아날로그 방송에 비해서 화질이 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 영상 압축전에 먼저 경계 데이터를 검출하여 이를 압축된 영상과 함께 엔코딩하여 송신하는 송신기와; 상기 송신기에서 송신된 압축영상과 경계 데이터를 디코딩하고 상기 경계 데이터에 의해 디코딩된 영상의 경계부분을 보정하는 수신기로 구성하여 송신기에서 영상 압축전에 먼저 경계 데이터를 검출하여 이를 압축된 영상과 함께 엔코딩하여 송신하고, 수신기에서는 압축된 영상과 경계 데이터를 디코딩하고 경계 데이터에 의해 디코딩된 영상을 보정하게 함으로써 실시간 전송 및 재생이 가능할 뿐 아니라 깨끗하고 선명한 화질을 제공하는 효과가 있다.

Description

디지탈 방송용 화질 보상시스템

본 발명은 디지탈 방송용 화질 보상시스템에 관한 것으로, 특히 디지털 방송시 디씨티 변환(DCT : 이산 코싸인 변환)에 의해 엠펙(MPEG) 압축되어 송신되는 영상의 경계면 검출을 명확히 함으로써 깨끗하고 선명한 화질을 제공할 수 있도록 하는 디지탈 방송용 화질 보상시스템에 관한 것이다.

도1은 종래 아날로그 방송시의 언샤프마스킹을 이용한 화질 개선 방법을 설명하기 위한 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 (a)는 경계부분을 나타낸 원(原)이미지이고, (b)는 상기 (a)의 원이미지를 평활시켜 매끄럽게(smooth)게 한 파형으로 (c)와 같이 (b)와 (a)의 차((a)-(b))를 구해서 그 경계를 검출하고 이를 바탕으로 이미지를 보상해 (d)와 같은 보완된 이미지를 얻게 되어 화질을 선명하게 하였다.

이와 같이 영상에서의 경계면 검출이 중요한 이유는 선명한 경계면이 화질을 깨끗하게 보여주는 척도가 되기 때문이다.

한편, 최근에는 아날로그 기술과 달리 채널 잡음이나 매체 손상의 경우에도 에러 정정 기법에 의해 원신호를 재생할 수 있다는 여러 가지 장점 때문에 방송에 있어서도 디지탈화가 진행되고 있으며 그에 따라 신호처리 관점에서는 데이터량이 크게 증가하게 되었지만 데이터 압축을 비롯한 다양하고, 효과적인 디지탈 신호처리 기법들을 활용하여 실용화가 가능하게 되었다.

대표적인 예로 디지탈 무궁화 위성의 TV방송은 엠펙-2(MPEG-2)로 압축된 비디오, 오디오, 데이터들을 전송한다.

특히 동영상의 압축에 있어서는 30:1 이상의 높은 압축률이 필요한데, 이에는 여러 압축 기법들이 복합적으로 사용되어 얻어진다. 즉, 디씨티 변환(DCT : Discrete cosine transform), 양자화, 허프만 부호화, 런길이 부호화, 움직임 보상 기법 등을 인간의 시각특성을 감안하여 결합 사용하고 있다.

이때 상기 디씨티 변환은 손실 압축기법으로 대개는 양자화 과정에서 그 손실이 발생하게 되며 도2를 참조로 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도2는 영상 데이터를 디씨티변환 시켰을 경우의 결과값을 보인 상태도로서, 이에 도시된 바와 같이 디씨티 변환은 영상을 공간 영역(a)에서 주파수 영역(b)으로 변환하여 정보를 바라보는 관점을 바꾸는 것으로 이는 대상이 되는 정보를 압축하기 용이하도록 가장 적합한 표현으로 바꿀 뿐 사실상 압축은 아니다.

상기와 같이 디씨티 변환을 거치는 영상 데이터는 변화가 적으므로 낮은 주파수, 특히 0 주파수(DC) 성분이 큰 값을 가지게 되고, 높은 주파수 성분은 상대적으로 낮은 값을 갖게 되므로서, 대부분의 정보가 (b)와 같이 낮은 주파수 쪽으로 몰리게 되며 여기에 송신할 신호를 만들기 위해 양자화를 하게 되어 영상의 경계는 더욱 모호해지게 된다.

이와 같이 상기 종래의 기술에 있어서는 디지탈 방송을 위해서 영상을 압축하는 과정중에 디씨티 변환에 의해 고주파 성분(주로 이미지의 경계부분)이 제거되어 경계부위가 모호해짐에 따라 종래 아날로그에서 경계 검출을 위해 사용되어진 필터나 알고리즘으로는 경계를 구하기가 어려워 오히려 아날로그 방송에 비해서 화질이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 송신기에서는 영상 압축전에 먼저 경계 데이터를 검출하여 이를 압축된 영상과 함께 엔코딩하여 송신하고, 수신기에서는 압축된 영상과 경계 데이터를 디코딩하고 경계 데이터에 의해 디코딩된 영상을 보정하게 함으로써 실시간 전송 및 재생이 가능할 뿐 아니라 깨끗하고 선명한 화질을 제공하는 디지탈 방송용 화질 보상 시스템을 제공 하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 아날로그 방송시의 언샤프마스킹을 이용한 화질 개선 방법을 설명하기 위한 예시도.

도2는 영상 데이터를 디씨티변환 시켰을 경우의 결과값을 보인 상태도.

도3은 본 발명에 의한 송신기의 구성을 개략적으로 보인 블록도.

도4는 본 발명에 의한 수신기의 구성을 개략적으로 보인 블록도.

도5는 휘도신호에 의한 경계검출 과정을 설명하기 위한 예시도.

***도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명***

10 : 샘플링부 11 : 엔코딩부

12 : 동작 판단부 13 : 경계 검출부

14 : 영상스트림 출력부 20 : 디멀티플렉서

21 : 영상 디코딩부 22 : 동작 보상부

23 : 경계 디코딩부 24 : 영상 출력부

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 영상 압축전에 먼저 경계 데이터를 검출하여 이를 압축된 영상과 함께 엔코딩하여 송신하는 송신기와; 상기 송신기에서 송신된 압축영상과 경계 데이터를 디코딩하고 상기 경계 데이터에 의해 디코딩된 영상의 경계부분을 보정하는 수신기로 구성함으로써 달성되는 것으로, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도3은 본 발명에 의한 송신기의 구성을 개략적으로 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 비디오 영상을 소정비율의 Y:U:V 포멧(4:2:2 또는 4:2:0)으로 샘플링하는 샘플링부(10)와; 상기 샘플링부(10)에서 받은 영상을 디씨티 변환을 통해 저주파 성분과 고주파 성분으로 나누고 이를 양자화하여 엔코딩시키는 엔코딩부(11)와; 앞 영상과의 차이성분에 의해 영상의 움직임을 알 수 있도록 하는 모션벡터를 구해 출력시키는 동작 판단부(12)와; 상기 샘플링부(10)의 샘플링된 영상을 받아 경계 데이터를 검출하는 경계 검출부(13)와; 상기 엔코딩부(11)와 동작 판단부(12)에 의해서 엠펙 압축된 I,P,B 프레임과 상기 경계 검출부(13)에서 검출된 경계 데이터를 함께 출력하는 영상스트림 출력부(14)로 구성된 것을 특징으로 한다.

도4는 본 발명에 의한 수신기의 구성을 개략적으로 보인 블록도로서, 이에 도시한 바와 같이 수신된 비디오스트림에서 엔코딩된 비디오 영상과 모션벡터 그리고 경계 데이터를 분리하는 디멀티플렉서(20)와; 상기 디멀티플렉서(20)에서 분리된 엔코딩된 비디오 영상을 디코딩 및 역양자화 그리고 역디씨티변환을 해서 원래의 비디오 영상으로 재생하는 영상 디코딩부(21)와; 상기 디멀티플렉서(20)에서 분리된 모션벡터와 I-프레임을 이용해 P-프레임과 B-프레임을 구해내는 동작 보상부(22)와; 상기 디멀티플렉서(20)에서 분리된 경계 데이터를 디코딩하는 경계 디코딩부(23)와; 상기 영상 및 경계 디코딩부(21,23)와 동작 보상부(22)에서 출력된 신호를 입력받아 경계 부분을 적절히 보상한 최종 영상을 출력하는 영상 출력부(24)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 동작 및 작용을 설명한다.

일단, 송신기는 샘플링부(10)에서 비디오 영상을 소정비율의 Y:U:V 포멧(4:2:2 또는 4:2:0)으로 샘플링하여 엔코딩부(11)를 통해 영상을 디씨티 변환을 통해 저주파 성분과 고주파 성분으로 나누고 이를 양자화하여 엔코딩시키게 된다.

또한 상기 샘플링된 영상은 동작 판단부(12)에 입력되어 처음 입력되는 영상을 기준으로 하여 다음 영상으로 부터 움직임을 알 수 있는 모션벡터를 구하고, 경계 검출부(13)는 엔코딩부(11)에서 영상 압축을 하기 전에 상기 샘플링부(10)에서 샘플링된 영상을 받아 경계 데이터를 검출하여 영상스트림 출력부(14)에 출력한다.

이에 따라 영상스트림 출력부(14)는 상기 엔코딩부(11)와 동작 판단부(12)에서 엠펙 압축된 I,P,B 프레임과 상기 경계 검출부(13)에서 검출된 경계 데이터를 함께 비디오스트림으로 만들어 수신기로 송신하게 된다.

이때 경계 검출 신호로는 사람의 눈에 민감하고 응용하기가 쉬운 밝기 신호(Y신호)를 대상으로 하고 다음과 같이 송신기에 응용된다.

예를 들면 도5는 휘도신호에 의한 경계검출 과정을 설명하기 위한 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 (a)는 원이미지이고, (b)는 (a)의 원이미지를 휘도신호(Y신호)의 크기로 나타낸것으로 값이 급격히 커지거나 작아지는 부분이 경계를 나타내는 부분이고 (c)는 상기 (b)의 휘도신호에 의해서 복원된 화면으로 경계 부분이 명확히 나타난다.

이와 같이 송신기는 샘플링된 신호에서 경계부분, 즉 값의 크기가 갑자기 변하는 부분을 추출하여 이를 전송 포멧(format)의 규격에 맞추어 비디오 스트림에 포함하여 수신기에 송신하는데 이때 데이터의 양을 줄이기 위해 경계 데이터는 I-프레임(Intra coded frame)의 GOP(Group of picture : I-프레임으로 시작하는 연속적인 화상들의 집합)에만 삽입하여 보내게 된다.

한편, 수신기의 디멀티플렉서(20)는 수신된 비디오스트림으로 부터 압축 엔코딩된 비디오 영상(I,P,B 프레임)과 모션벡터 그리고 경계 데이터를 분리하여 영상을 복원하는데 필요한 각 부에 출력시킨다.

그 중 영상 디코딩부(21)는 상기 엔코딩된 비디오 영상을 입력받아 역양자화 및 역디씨티변환을 해서 원래의 비디오 영상으로 디코딩하고, 동작 보상부(22)는 모션 벡터와 I-프레임을 이용해 P-프레임과 B-프레임을 구해내고, 경계 디코딩부(23)는 GOP(Group of Picture : I-프레임으로 시작하는 연속적인 화상들의 집합)신호에 의해 I-프레임으로 부터 경계 데이터를 구분 디코딩하여 영상 출력부(24)에 입력시킨다.

이에 따라 영상 출력부(24)는 상기 영상 디코딩부(21)와 동작 보상부(22)에서 출력된 비디오 영상에 경계 데이터를 이용하여 경계 부분을 적절히 보상하여 출력한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 디지탈 발송용 화질 보상시스템은 송신기에서 영상 압축전에 먼저 경계 데이터를 검출하여 이를 압축된 영상과 함께 엔코딩하여 송신하고, 수신기에서는 압축된 영상과 경계 데이터를 디코딩하고 경계 데이터에 의해 디코딩된 영상을 보정하게 함으로써 실시간 전송 및 재생이 가능할 뿐 아니라 깨끗하고 선명한 화질을 제공하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 영상 압축전에 먼저 경계 데이터를 검출하여 이를 압축된 영상과 함께 엔코딩하여 송신하는 송신기와; 상기 송신기에서 송신된 압축영상과 경계 데이터를 디코딩하고 상기 경계 데이터에 의해 디코딩된 영상의 경계부분을 보정하는 수신기로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 디지탈 방송용 화질 보상시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 송신기는 비디오 영상을 소정비율의 Y:U:V 포멧(4:2:2 또는 4:2:0)으로 샘플링하는 샘플링부와; 상기 샘플링부에서 받은 영상을 디씨티 변환을 통해 저주파 성분과 고주파 성분으로 나누고 이를 양자화하여 엔코딩시키는 엔코딩부와; 앞 영상과의 차이성분에 의해 영상의 움직임을 알 수 있도록 하는 모션벡터를 구해 출력시키는 동작 판단부와; 상기 샘플링부의 샘플링된 영상을 받아 경계 데이터를 검출하는 경계 검출부와; 상기 엔코딩부와 동작 판단부에 의해서 엠펙 압축된 I,P,B 프레임과 상기 경계 검출부에서 검출된 경계 데이터를 함께 출력하는 영상스트림 출력부로 구성된 것을 특징으로 디지탈 방송용 화질 보상시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 수신기는 수신된 비디오스트림에서 엔코딩된 비디오 영상과 모션벡터 그리고 경계 데이터를 분리하는 디멀티플렉서와; 상기 디멀티플렉서에서 분리된 엔코딩된 비디오 영상을 디코딩 및 역양자화 그리고 역디씨티변환을 해서 원래의 비디오 영상으로 재생하는 영상 디코딩부와; 상기 디멀티플렉서에서 분리된 모션벡터와 I-프레임을 이용해 P-프레임과 B-프레임을 구해내는 동작 보상부와; 상기 디멀티플렉서에서 분리된 경계 데이터를 디코딩하는 경계 디코딩부와; 상기 영상 및 경계 디코딩부와 동작 보상부에서 출력된 신호를 입력받아 경계 부분을 적절히 보상한 최종 영상을 출력하는 영상 출력부로 구성하여 된 것을 특징으로 하는 디지탈 방송용 화질 보상시스템.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 경계 데이터는 I-프레임에 대해서만 출력하게 함으로써, 전송되는 데이터의 양을 줄여 송신기 및 수신기의 부하를 줄여 처리 속도가 지연되지 않게 하는 것을 특징으로 하는 디지탈 방송용 화질 보상시스템.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 경계 데이터는 사람의 눈에 민감한 휘도신호(Y신호)를 이용하여 그 값이 급격히 커지거나 작아지는 부분을 경계로 판단하는 것을 특징으로 하는 디지탈 방송용 화질 보상시스템.