KR20020084090A - 비디오 신호 처리 - Google Patents

Abstract

루미넌스 성분(Y) 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들(U, V)을 포함하는 비디오 신호 필터링의 방법에 있어서, 동일한 필터 아키텍처는 루미넌스 신호 및 크로미넌스 신호를 형성하기 위해 사용되고, 루미넌스 성분 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들 모두는 수평 필터링을 위해 사용된 적어도 두 개의 0이 아닌 필터링 계수들을 포함한다. 바람직하게, 필터 아키텍처는 짝수 계수들의 합과 홀수 계수들의 합 사이의 비율이 1:1로 선택된 웨이팅 계수를 갖는 인접 픽셀 데이터를 평균하기 위해 정렬된 로-패스 필터이다. 따라서, 두 크로미넌스 성분들의 모든 웨이팅은 동등할 것이다. 대안적으로, 필터 아키텍처는 1,0,1의 수평적 크로미넌스 웨이팅 계수들을 가진 로-패스 필터이다. 이것은 수평방향에서 로-패스 크로미넌스 필터링을 허용하는 것처럼 동일한 시간에서 루미넌스를 위한 처리를 허용한다.

Description

비디오 신호 처리{Video signal processing}

"Noise Reduction Filters For Dynamic Image Sequences: a review", Brailean, J.C.; Kleihorst, R.P.; Efstratiadis, S.; Katsaggelos, A.K.; Lagendijk, R.L. Corp. Syst. Res. Lab., Motorola Inc., Schaumburg, IL, USA, Proceedings of the IEEE, pp.1272-1292 Sept. 1995; Vol.83;Issue:9; ISSN: 0018-9219, Brailean st al.은 동적 이미지 시퀀스(sequence)들을 위한 소음 감소 필터들의 개요를 나타낸다. 1282쪽, 표현 29에서, 시간적인 반복이 가능한 필터가 제안되어 있다. 이 표현을 따르는 문서에서, α(i,j,k)의 값이 눈에 보이는 아티펙트(artefact)들을 피하기 위해 가장 중요한 것으로 설명된다. α를 결정하기 위한 몇몇의 방법들이 제안되고 논의된다.

본 발명은 루미넌스(luminance) 성분(Y) 및 두 개의 멀티플렉스된(multiplexed) 크로미넌스(chrominance) 성분들(U,V)이 포함된 비디오 신호를 필터링하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 포함하는 디스플레이 기구에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 따른 회로의 도식적인 블록도이다.

도 2는 도 1의 회로 또는 도 4의 회로에서 처리를 위한 비디오 신호의 시간-멀티플렉스된 성분들을 도식적으로 나타낸다.

도 3은 도 1의 회로에서 처리를 위한 비디오 신호의 성분들을 위한 인접 픽셀들로부터의 기여들을 도식적으로 나타낸다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 따른 전-필터를 보여주는 블록 회로도이다.

도 5는 도 4의 전-필터 내에서 처리를 위한 비디오 신호의 성분들을 위한 인접 픽셀들로부터의 기여의 도표적인 도해이다.

본 발명은 이러한 α값들을 결정하기 위해 적용될 수 있다. 이 제안을 위해,본 발명은 실행 비용이 상대적으로 작고, 높은 본질(subjective quality)의 비디오 신호를 둘 다 이끈다. 따라서, 본 발명은 개선되고 간소화된 회로를 공급하는 것을 목표로 한다. 씬(scene)에서 로컬 동작에 유사한 적응을 필요로 하는, 더 많은 활용들이 존재한다. 발명은 독립적인 청구항들에서 정의된다. 유용한 실시예들은 종속 청구항들에서 정의된다.

본 발명의 한 실시예에 따르면 루미넌스 성분 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들로 이루어진 비디오 신호를 처리하기 위한 회로가 제공되는데, 회로는 루미넌스 또는 크로미넌스 제어 신호를 형성하기 위한 처리 필터를 포함하고, 비디오 신호를 수신하기 위해 정렬된 단일 필터 입력에 의해 특징지어지고; 필터는 짝수 계수들의 합과 홀수 계수들의 합 사이의 비율이 1:1인 것으로 선택된 웨이팅 계수(weighting coefficient)를 가진 인접 픽셀 데이터를 평균하기 위해 정렬된 로-패스(low-pass) 필터이다. 따라서 두 크로미넌스 성분들의 전체 웨이팅은 동등해질 것이다.

예컨대 두 개의 탭(tap) 수평 필터를 위한 웨이팅 계수는 1,1로 선택될 수 있고; 세 개의 탭 필터를 위한 웨이팅 계수는 1,2,1이 될 수 있으며; 네 개의 탭 필터를 위한 계수들은 1,3,3,1이 될 수 있고 다섯 개의 탭 필터를 위해서는 1,3,4,3,1일 수 있다. 많은 다른 조합들이 가능하다.

바람직한 실시예를 따라 회로는 또한 절대값 형성자를 포함하고, 룩-업-테이블(look-up-table)을 포함 할 수 있다.

로-패스 필터의 계수들은 일반적으로 루미넌스 성분에 대하여는 중요하지 않지만 멀티플렉스된 크로미넌스 신호의 두 성분들의 웨이팅에는 영향을 준다. 보다 일반적인 용어로, 이것은 비선형(non-linear) 함수를 포함한다.

루미넌스 및 크로미넌스 신호들은 일반적으로 시간에 멀티플렉스된다.

본 발명의 회로는 정확하게 동일한 통로들을 비디오 신호의 루미넌스 및 크로미넌스 성분들을 위해 사용되는 정확하게 동일한 통로들을 제공하고, 따라서 하드웨어의 그것의 사용에 유효하다. 이것은 또한 입력하는 신호로부터 소음을 감소시키고 보다 평평하고 신뢰성 있게 결합된 제어 신호를 달성한다.

발명의 제 2 실시예는 루미넌스 신호 및 멀티플렉스된 크로미넌스 신호를 포함하는 비디오 신호를 위한 전-필터(pre-filter) 회로를 제공한다. 이러한 필터는 소음을 감소시키거나 이미지 개선 알고리즘들의 적응 제어를 위한 로컬 이미지 통계치를 측정하는데 적용될 수 있다. 필터는 동일한 액세스 패턴을 사용하여, 루미넌스 또는 멀티플렉스된 크로미넌스 신호를 처리하는 것이 가능하도록, 디자인된다. 동일한 액세스 패턴을 다루기 위해서, 특정 제어 수단이 계수들의 서브세트(subset)를 디스에이블하도록(disable) 이용될 수 있다. 여기서, 서브세트는 픽셀들의 최대 수가 활성화되는 방법으로 선택된, 수평 방향의 매 두 번째 계수로 구성되고, 비디오 신호의 루미넌스 성분을 위하여, 모든 필터 계수들이 활성화된다. 비디오 신호의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분을 위하여, 단지 서브세트만이 활성화된다. 최대 소음 감소를 이루기 위해서, 모든 활성 픽셀들이 동일한 웨이트로 필터링된다. 예에서 처럼, 크로미넌스가 1,0,1을 이용하여 처리될 때, 루미넌스의 수평 3개의 탭 필터를 위해서는 1,1,1의 계수들을 이용하여 필터링된다. 전통적인 방법들은 크로미넌스를 위해서는 0,1,0의 필터가 되거나(어떠한 필터링도 행하지 않는다), 혹은 1,0,1,0,1의 필터가 된다(상이한 데이터 액세스 패턴이 필요하다).

전-필터 회로는 아직 수평 차원에서 크로미넌스 데이터를 처리하는 것이 제작을 위해 비용-효율적인 상대적으로 간단한 디자인일 때 나은 소음 감소를 이룬다.

제 1 실시예의 비디오 처리 회로는 후-처리(post-processing)전에 소음을 감소시키기 위한 전-필터로서 제 2 실시예의 회로를 포함할 수 있다.

본 발명의 보다 나은 이해와 어떻게 본 발명이 효과적으로 수행될 수 있는지를 보이기 위해, 이제 다음의 첨부 도면들에 대해 참고가 만들어 질 것이다.

도 1의 회로는 입력(1), 절대값 형성자(ABS), 룩-업 테이블(LUT)과 출력(2)에 제공된 제어신호 α를 갖는 로-패스 필터(LPE2)를 포함하는 후-처리 회로도를 포함한다. 비디오 신호는 입력(1)에 제공되고 루미넌스 성분(Y) 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들(U,V)을 포함하는 크로미넌스 부분을 포함한다(도 2에 따라). 루미넌스 및 크로미넌스 부분들은 시간에 멀티플렉스된다. 제어 신호 α는 루미넌스 신호(Y)를 위한 α-lum과 크로미넌스 신호의 두 성분들(U,V)을 위한 결합된 제어 신호α-chrom을 포함한다.

로-패스 필터(LPE2)는 수평 방향에서 필터 계수들 1,2,1을 가진다. 룩업 테이블(LUT)은 선택적이고 모노톤(monotone), 비선형 함수를 제공한다. 절대값 형성자(ABS)와 룩-업 테이블(LUT)은 공간 처리 없이 입력되는 픽셀 데이터상에서 처리를 달성한다. 로-패스 필터(LPE2)는 하드 스위칭으로부터 아티팩트들을 피하는 평평하고 부드러운 페이딩(fading) 함수를 만들기 위해 인접 픽셀들을 평균한다. 이것은 루미네신(luminescence) 성분(Y)을 위한 제어 신호 α-lum과 두 개의 크로미넌스 성분들(U,V)을 위한 결합된 제어 신호α-chrom을 생성한다.

도 2에서 입력하는 디지털 비디오 데이터 샘플들 Y_n,m, U_n,m, V_n,m은 ITU-R-BT.601-5에 설명된 것처럼 4:2:2 신호의 샘플 구조로 나타난다. 도 2는 몇몇의 픽셀들 1,2,3을 보이는데, 여기서

Y=루미넌스 데이터의 성분

U=크로미넌스 데이터의 첫 번째 성분

V=크로미넌스 데이터의 두 번째 성분

n=픽셀 번호

m=라인 번호

이다.

픽셀의 크로미넌스의 두 성분들 U,V는 시간에 멀티플렉스되고, 각 픽셀은 세 성분들 Y,U,V에 의해 완전하게 정의된다. 도 2에서 보이는 바와 같이 크로미넌스 데이터는 다른 로-패스 필터(도시되지 않음)를 통해 전형적으로 서브샘플링을 겪은, 매 제 2의 픽셀 값만을 포함한다.

도 2에 표현된 신호는 도 1의 회로에 적용된다. ABS 및 LUT 연산들은 입력 신호들 Y_n,m, U_n,m, V_n,m을 Y'_n,m, U'_n,m, V'_n,m로 각각 변형시킨다. 출력에서의 웨이팅된 결과들은 도 3에 대략적으로 도시되었다. 따라서, 라인 m상의 칼럼 3에서의 픽셀은 성분들 Y_3,m, U_3,m, V_3,m에 의해 정의된다. 필터(LPE2)의 평균치는 기여들이 인근 픽셀들에 의해 제공된다는 것을 의미한다. 필터를 통과한 후의 신호들의 상태는 도 3에 도시된 바와 같다. 3,m 지점에서 제 1 계산된 루미넌스 픽셀은 Y'_2,m+ 2*Y'_3,m+ Y'_4,m에 의해 주어진다. 기여의 성분들은 중심 픽셀에 대하여 대칭적이다. 3,m 지점에서 크로미넌스 픽셀은 V'_1,m+ 2*U'_3,m+ V'_3,m에 의해 주어진다. 따라서 U성분에 대해서 기여의 성분들은 중심 픽셀에 대하여 역시 대칭적이고, 이 픽셀 지점에서는 단지 하나의 픽셀에 의해 지연된 V 성분에 대해서는 그렇지 않다. U 및 V 성분들의 모든 웨이팅은 동일하고 따라서 V의 작은 매칭 오차는 무시될 수 있다.

이러한 방법에서 발명은 루미넌스 및 크로미넌스를 위한 독립적인 제어 신호들을 생성시키는 것을 제공하고 소음 감소에 도움을 준다는 것을 알 수 있다. 부가적으로, 동일한 실행(implementation)이 루미넌스 및 크로미넌스 처리를 위해 사용된다.

도 4의 회로는 전-필터(LPF1)를 보다 상세하게 도시한다. 전-필터(LPF1)는 입력하는 신호로부터 소음을 감소시키고 따라서 보다 평평하고 신뢰성있는 제어 신호 α-lum또는 α-chrom을 성취하도록 돕는다. 전형적으로 루미넌스를 위하여는, 1,1,1의 수평 계수들을 갖는 평균 필터가 있고, 크로미넌스를 위해서는 0,1,0이며, 이는 U와 V의 섞임(mix-up)이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 그러나 크로미넌스를 위한 이러한 계수들은 수평 필터링을 허용하지 않고, 단지 중심 픽셀만이 출력으로 패스된다. 따라서 바람직하게는 LPF1은 수평 계수들 1,0,1을 갖는 발명의 두 번째 국면의 전-필터를 포함한다.

루미넌스 성분들을 위한 전-필터는 바람직하게는 1,1,1의 계수들을 갖는 세 개의 탭 필터일 수 있는데 이것은 소음 감소에 매우 효율적이기 때문이다. 사실 웨이트 되지 않은(unweighted) 소음 감소 인자는 4.8dB이다. 그러나 이러한 정렬은 크로미넌스 신호를 위해 제한되고 대신에 중심 픽셀들은 단지 크로미넌스 처리를 위해 이전에 사용된다. 이것은 수평 방향에서 0,1,0의 계수들과 무 소음 감소(0 dB)를 야기한다.

대신, 본 발명에 따라 인접한 2 픽셀들이 소음 감소 인자를 3dB까지 증가시키는 크로미넌스 전-처리를 위해 사용된다. 이 정렬은 U 및 V 성분들을 역으로 하지만 이것은 후-처리가 전형적으로 U 및 V 성분들의 조합을 위한 일반 제어 신호를 형성하기 때문에 이 활용을 위해서는 중요하지 않다. 바람직하게, 필터 아키텍처는 동일한 제 2 로우(row)(도시되지 않음)를 갖는다는 점에서 2-차원적이고, 이것에 의해 또한 수직 필터링이 행해진다.

크로미넌스를 위한 중심 계수가 0이 되는 스위칭을 위해, 도 4의 장치는 계수 제어(CP)를 포함한다. 로-패스 필터(LPF1)다음에 절대값 형성자 (ABS) 및 제어 신호들 α-lum 또는 α-chrom를 공급하는 후-처리 블록이 선택적으로 잇따르게 된다. 제어 신호들 α-lum과 α-chrom은 소음 감소 필터와 같은, 필터(F)에서 사용되고, 이것은 입력 루미넌스 신호들 Y 및 입력 크로미넌스 신호들 UV를 수신하고, 또한 디스플레이 신호를 디스플레이(D)로 공급한다.

도 5는 각각 라인 m 상의 지점 2 및 라인 m 상의 지점 3 의 두 개의 픽셀들을 위한 도 4에 도시된 전-필터링의 결과들을 보여준다. 픽셀 3,m을 위한 V 성분은 2,m에 그것의 중심 지점을 갖고 이것은 한 픽셀의 지연오차를 야기하지만, 이것이 중요하진 않다는 것이 보여질 수 있다.

상기에 언급된 실시예들은 발명을 제한하기 보다 예시한 것이라는 것과, 당업자는 추가된 청구항들의 범위로부터 벗어남이 없이 많은 대안 실시예들을 디자인할 수 있다는 것이 유의되어야 한다. 청구항들에서, 삽입어구들 사이에 위치된 어떤 참조부호들도 청구항을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. "포함하는(comprising)"이라는 단어는 청구항에서 기록된 것들 이외의 요소들 혹은 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 요소들에 앞선 "하나(a)" 또는 "하나(an)"라는단어는 복수의 이러한 요소들의 존재를 배제하지 않는다. 발명은 몇몇의 별개의 요소들을 포함하는 하드웨어에 의해, 그리고 적절하게 프로그램된 컴퓨터에 의해 실행될 수 있다. 몇몇의 수단을 열거하는 장치 청구항에서, 이러한 수단의 몇몇은 하드웨어의 하나 및 동일한 아이템에 의해 실현될 수 있다. 어떤 측정치들은 상호간에 상이한 종속 항들로 나열될 수 있다는 단순한 사실은 이들 측정치들의 조합이 유용하게 사용되지 못할 것이라는 것을 가리키지는 않는다.

Claims (11)

1. 루미넌스 성분 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들을 포함하는 비디오 신호를 필터링하는 방법에 있어서, 동일한 필터 아키텍처가 루미넌스 신호 및 크로미넌스 신호의 형성을 위해 사용되고, 상기 루미넌스 성분 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들 모두에 대해 이것은 적어도 두 개의 0이 아닌 필터링 계수들이 사용되는 수평적인 필터링을 위해 포함하는, 비디오 신호를 필터링하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 크로미넌스를 위한 상기 적어도 두 개의 0이 아닌 필터링 계수들은 루미넌스를 위한 대응하는 0이 아닌 필터링 계수들과 동일한, 비디오 신호를 필터링 하는 방법.
3. 루미넌스 성분(Y) 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들(UV)로 이루어진 비디오 신호의 필터링을 위한 장치에 있어서, 상기 장치는 루미넌스 신호(α-lum) 및 크로미넌스 신호(α-chrom)를 형성하기 위한 동일한 필터 아키텍처(LPF1, LPF2)를 포함하고, 상기 루미넌스 성분 및 두 개의 멀티플렉스된 크로미넌스 성분들 모두에 대해 이것은 적어도 두 개의 0이 아닌 필터링 계수들이 사용되는 수평적인 필터링을 위해 포함하는, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 장치는 짝수 필터링 계수들의 합 및 홀수 필터링 계수들의 합 사이의 비율이 1:1과 같이 선택된 필터링 계수들을 가진 수평적으로 인접한 픽셀 데이터를 평균하기 위해 정렬된 로-패스 필터(LPF2)를 포함하는, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 필터는 1,1의 필터링 계수들을 갖는 두 개의 탭 수평 필터와, 1,2,1의 필터링 계수들을 갖는 세 개의 탭 수평 필터와, 1,3,3,1의 필터링 계수들을 갖는 4개의 탭 수평 필터, 또는 1,3,4,3,1의 필터링 계수들을 갖는 다섯 개의 탭 수평 필터인, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 필터 아키텍처는 또한 수직 처리를 수행하는, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
7. 제 3 항에 있어서, 다른 계수들이 0이 아닌 것으로 되도록 상기 필터 아키텍처의 계수들을 선택적으로 디스에이블하도록 정렬된 제어 부분(CP)를 더 포함하는, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 모든 필터링 계수들은 루미넌스를 위해 0이 아니고, 서브세트는 크로미넌스를 위해 0이 아니도록 적용된, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 필터는 루미넌스(Y)를 위해 1,1,1, 크로미넌스(UV)를 위해서는 1,0,1의 필터링 계수들을 갖는 3개의 탭 수평 필터이고, 또는 루미넌스(Y)를 위해서는 1,1,1,1,1, 크로미넌스(UV)를 위해서는 1,0,1,0,1의 웨이팅 계수들을 갖는 다섯 개의 탭 수평 필터인, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
10. 제 3 항에 있어서, 소음 감소 필터(F)를 더 포함하고, 상기 루미넌스 신호(α-lum) 및 상기 크로미넌스 신호(α-chrom)는 상기 소음 감소 필터(F)를 위한 제어 신호들인, 비디오 신호를 필터링 하기 위한 장치.
11. 비디오 신호 디스플레이 장치에 있어서:

    제 3 항의 상기 장치; 및

    제 3 항의 상기 장치의 출력에 연결된 디스플레이(D)를 포함하는 비디오 신호 디스플레이 장치.