KR20030010252A - 디인터레이싱을 위한 공간축/시간축 보간 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 디인터레이싱을 위한 공간축/시간축 보간 시스템 및 방법은 완만한 기울기를 갖는 엣지의 처리 능력을 향상시켜 우수한 화질을 제공하고, 폴스 모션(False Motion)을 제거하여 우수한 화질을 제공하며, 모션 미씽(Motion Missing) 에러를 제거하여 우수한 화질을 제공하고, 입력 영상의 움직임 정도에 따라 움직임이 많은 영상, 보통 영상, 움직임이 적은 영상, 정지 영상으로 분류하고, 이를 다시 배경영역, 움직임 영역, 경계 영역으로 분류하여 각기 다른 임계값을 적용함으로써 우수한 화질을 제공함을 목적으로 한다. 이를 위하여 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템에 있어서, 화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라 입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출수단; 엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 따라 공간 보간 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터; 시간적으로 전, 후 필드에 위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터; 및 상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 디인터레이싱을 위한 공간축/시간축 보간 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 디지털 텔레비젼에서 채택되는 다양한 표준 포맷을 지원하고 화질의 향상을 위해 사용되는 비월주사 스캔 방식에서 프로그래시브 스캔 방식으로 변환시키는 IPC(Interlaced scanning video to Pregressive scanning video Conversion) 변환 시스템에서의 공간축/시간축 보간 시스템 및 방법이다.
일반적으로 NTSC(National Television System Committee) 텔레비젼 시스템은 비월주사(Interlaced)스캔 방식으로 화면재생을 하지만, 컴퓨터 모니터나 디지털 텔레비젼에서의 VGA(Video Graphics Array) 등은 프로그래시브(Progressive) 스캔 방식으로 화면을 재생한다. 여기서, 비월주사 스캔 방식이라 함은 하나의 프레임(Frame : NTSC 컬러 방식의 텔레비젼 화면에서는 초당 30 프레임이 필요함)을 2개의 필드(Field : 홀수 행, 짝수 행)로 나눈 뒤, 이를 순차적으로 주사해 하나의 프레임을 만드는 것이며, 프로그래시브 스캔 방식이라 함은 하나의 프레임으로 만들어 화면에 한번에 주사해 재생하는 것이다. 2개의 필드로 나뉘어진 비월주사식 영상을 화면에 출력하기 전에 하나의 프레임으로 변환하는 작업을 디인터레이싱(De-interlacing)이라 한다. 프로그래시브 스캔 영상을 비월주사 스캔 영상으로 변환하는 것은 쉬우나, 비월주사 스캔 영상을 프로그래시브 스캔 영상으로 변환하는 것은 어렵다. 그러나, 현재의 디지털 텔레비젼 수신기는 비월주사 영상 뿐만 아니라 프로그래시브 영상도 같이 지원하므로 모니터가 프로그레시브 주사를 지원하거나 입력된 비월주사 영상을 다른 포맷으로 변환하기 위해서는 디인터레이싱되어야 한다.
지금까지 디인터레이싱에 대한 다양한 방법들이 제시되어 왔는데 크게 움직임 보상(Motion Compensation) 방법과 움직임 비보상(No Motion Compensation) 방법이 있다. 상기 움직임 보상 방법의 경우 연산량이 많고 구조가 복잡하며 잘못된 움직임을 보상하는 경우에 에러가 전달되는 단점이 있으며, 움직임 비보상 방법에는 다양한 공간 필터를 사용한 접근 방법과 움직임에 따라 적응적으로 변하는(Motion Adaptive) 방법 등이 있다.
디인터레이싱의 구현을 위해 널리 사용하는 방법으로 엣지를 추출하여 라인간 평균을 구하는 ELA(Edge based Line Average : 엣지 기반 라인 평균) 방법이 간단한 계산과 구현의 용이성 때문에 많이 사용되고 있지만, 화소 휘도값의 작은 변화에 민감하고 잘못된 엣지 정보를 이용하는 등의 단점이 있다.
움직임에 적응적으로 변하는(Motion adaptive) 방법은 입력 영상의 움직임을 검출하여 움직임에 따라 공간축 필터와 시간축 필터를 적절히 사용하는 방법인데, 잘못된 움직임 검출로 인한 모션 미씽(Motion Missing)과 폴스 모션(False Motion)에러가 발생한다. 여기서, 모션 미씽(Motion Missing)이라 함은 움직임이 있는 영역을 움직임이 없는 영역으로 간주하여 발생하는 에러로서 화질에 치명적인 영향을 미치고, 폴스 모션(False Motion)이라 함은 움직임이 없는 영역을 움직임이 있는 영역으로 간주하여 발생하는 화질의 저하를 초래한다.
디인터레이서의 성능을 결정하는 또 하나의 중요한 요소는 움직임이 있는 대각선 엣지(Moving Diagonal Edge)의 처리인데, 이는 공간 필터로 주로 사용하는 상기 엣지기반라인평균방법의 경우 완만하게 변화하는 엣지의 처리가 제대로 되지 않아 화질의 저하를 가져오는 단점이 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 완만한 기울기를 갖는 엣지의 처리 능력을 향상시켜 우수한 화질을 제공할 수 있는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 폴스 모션(False Motion)을 제거하여 우수한 화질을 제공할 수 있는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 모션 미씽(Motion Missing) 에러를 제거하여 우수한 화질을 제공할 수 있는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 입력 영상의 움직임 정도에 따라 움직임이 많은 영상, 보통 영상, 움직임이 적은 영상, 정지 영상으로 분류하고, 이를 다시 배경영역, 움직임영역, 경계 영역으로 분류하여 각기 다른 임계값을 적용함으로써 우수한 화질을 제공할 수 있는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 디인터레이서의 블록 다이어그램,
도 2는 본 발명에 따른 시간축에 존재하는 4개의 필드로부터의 움직임 추출 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 입력 영상의 분류 및 임계값 결정 흐름도,
도 4는 도 3에 의해 구해진 영상을 움직임영역, 배경영역, 경계영역으로 세분하는 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 3단계 최적 화소값을 탐색하는 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 3단계 탐색 과정에서 후보 화소를 선택하는 일실시예시도,
도 7은 본 발명에 따른 엣지의 방향을 최종적으로 추출하기 위한 흐름도,
도 8은 본 발명에 따른 후보값 결정을 위한 예시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
110 : 움직임 검출수단 111 : 움직임 검출부
113 : 최대치 검출부 115 : 메디안 필터부
117 : 임계값 결정부 120 : EBMED 필터
130 : AMPD 필터 140 : 소프트 스위치
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템에 있어서, 화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라 입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출수단; 엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 따라 공간 보간 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터; 시간적으로 전, 후 필드에 위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터; 및 상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 움직임 검출수단은, 상기 움직임값에 따라 상기 입력 영상을 움직임이 많은 영상, 보통영상, 움직임이 적은 영상 및 정지영상의 4가지 영상으로 구분하여 각각 상한과 하한의 임계값을 설정하는 임계값 결정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 임계값은, 최소절대화소차필터와 소프트스위치에서 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 임계값 결정부의 4가지 영상은, 각각 움직임값의 크기에 따라 다시 움직임영역, 배경영역 및 경계영역으로 세분되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 화소값을 256단계로 구분할 때, 상기 움직임영역의 임계값은 90 내지 110, 배경영역의 임계값은 15 내지 25, 그리고 경계영역의 임계값은 3 내지 10임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 움직임 검출수단은, 소정 위치에 있는 화소의 움직임값을 검출하기 위하여 수학식 -- 을 사용하는 움직임 검출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 엣지기반메디안필터는, 엣지의 방향을 추출하기 위하여 7(행) ×3(열) 윈도우를 사용함을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 엣지기반메디안필터는, 엣지가 존재하는 경우에 현재 필드내 엣지에 해당하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 내측에 위치하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 외측에 위치하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 내측 및 외측에 위치하는 화소값들의 평균값 및 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값들의 평균값을 이용하여 후보화소값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 엣지기반메디안필터는, 엣지가 존재하지 않는 경우에, 보간대상화소에 인접한 상, 하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 좌상, 우하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌상, 좌하, 우하 화소간의 평균값 및 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값의 평균값을 이용하여 후보화소값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 소프트스위치는, 최종 보간되는 화소값(z)를 구하기 위하여 수학식
-,
여기서, α는임 -
을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법에 있어서, 화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라 입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출단계; 엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 따라 보간한 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터링 단계; 시간적으로 전, 후 필드에위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터링 단계; 및 상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 엣지기반메디안필터링 단계는, 수평방향과 수직방향으로 연산자를 적용하여 각 방향의 엣지 맵을 추출하는 단계; 및 상기 엣지 맵을 바탕으로 7(행) ×3(열) 윈도우를 사용하여 엣지의 방향을 추출하여 메디안 필터링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 최소절대화소차필터링 단계는, 3단계 탐색과정 - 제1단계는 시간적으로 전, 후 필드에 위치한 5개의 후보 화소간 차이값을 구하여 최소 화소를 선택하는 단계이고, 제2단계는 1단계에서 구한 상기 최소 화소를 기준으로 주위 4 후보에 대해 최소 화소를 구하여 임계값과 비교하며, 임계값보다 적은 경우 최소화소값을 결정하는 단계이며, 제3단계는 임계값보다 큰 경우에 수행하는 단계이고, 탐색하기 전에 양쪽 필드에 존재하는 화소값의 차가 임계값보다 작은 경우 3단계 탐색을 수행하지 않고 전,후 필드의 화소값과 현재 필드 내의 상,하 화소값의 평균값에 대해 메디안 필터링하여 구함 - 을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템에 있어서, 화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출기능; 엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 따라 보간한 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터링 기능; 시간적으로 전, 후 필드에 위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터링 기능; 및 상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위칭 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체임을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 디인터레이서의 블록 다이어그램이다.
본 발명의 디인터레이서는 움직임을 검출하여 움직임정보를 구하는 움직임검출수단(110)과, 움직임 정보를 공간영역상에서 보간하는 EBMED 필터(120)와, 움직임 정보를 시간영역상에서 보간하는 AMPD 필터(130) 및 위의 수단들을 통해 구해진 화소값에 대하여 EBMED 필터(120)를 사용하여 보간한 값을 사용할 지, AMPD 필터(130)를 사용하여 보간한 값을 사용할 지, 그 두값을 혼용하여 사용할 지를 결정하는 소프트 스위치(140)로 이루어진다.
움직임 검출부(111)에서 3개의 참조 필드(reference field)로부터 입력되는 화소값을 이용하여 움직임 영역을 판별하기 위해 각 화소값의 차이를 구하면, 최대치 검출부(113)에서는 3개 후보 화소의 차를 이용하여 이 중 최대 화소차를 움직임 값으로 정하여 움직임 영역을 판별하고, 잡음 제거를 위하여 메디안 필터부(115)를 통과시킨다.
여기서, 구해지는 움직임 값을 이용하여 임계값 결정부(117)에서는 먼저 입력 영상의 움직임 정도를 파악하여 크게 4가지 영상으로 분류한 후, 움직임 정도에 따라 AMPD(Absolute Minimum Pixel Difference, 최소절대화소차) 필터(130)에서 사용될 임계값과 소프트 스위치(140)에서 사용될 임계값을 결정한다. 또한, 임계값 결정부(117)에서는 입력 영상을 움직임이 많은 영상, 보통 영상, 움직임이 적은 영상, 정지 영상으로 구분하여 각각의 상한값과 하한값을 설정한다.
소프트 스위치(140)에서는 이 값을 이용하여 EBMED(Edge based Median : 에지 기반 메디안) 필터(120)를 통과한 화소값을 사용할 지, AMPD 필터(130)를 통과한 화소값을 사용할 지, EBMED 필터(120)를 통과한 화소값과 AMPD 필터(130)를 통과한 화소값을 혼용하여 사용할 지를 결정한다.
움직임이 있는 대각선 엣지(Moving Diagonal Edge) 부분의 효율적인 보간을 위해서 EBMED 필터가 사용되며, 모션 미씽을 제거하기 위해서 주위 화소값을 3 단계로 고려하여 화소값을 결정하는 AMPD 필터를 사용한다. 이 때, 움직임 검출부(111)에서 밝기 차(Brightness Difference)를 사용하므로 폴스 모션(FalseMotion)은 발생하지 않는다.
각각의 블록을 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
움직임 검출수단(110)
움직임 검출수단(110)은 움직임검출을 통하여 임계값을 결정하는 움직임 비보상 방법에서 디인터레이싱의 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중의 하나는 정확한 움직임의 검출이다. 여기서는 시간축에 존재하는 주위의 3개 참조 필드로부터 화소의 밝기 차를 이용하여 움직임 벡터를 구한다.
도 2는 본 발명에 따른 시간축에 존재하는 4개의 필드로부터 움직임을 추출하는 설명도이다.
수학식1은 'z'위치에 있는 화소의 움직임 값을 구하기 위해 사용된다.
상기 수학식 1은 밝기 차를 이용하여 움직임 값을 구할 때 특정 부분에서의 미세한 움직임은 검출되지 않는 단점이 있다. 그러나, 여기서는 이러한 특정 부분에서 발생하는 폴스 모션(False Motion)의 경우 AMPD 필터(130)를 통해 보상하므로 화질의 열화는 발생하지 않는다.
구해진 움직임 정보를 이용하여 입력되는 영상을 크게 움직임이 많은 영상, 보통영상, 움직임이 적은 영상, 정지 영상의 4가지 유형으로 분류하고 이렇게 구해진 영상을 다시 부분별로 움직임이 있는 영역, 배경 영역, 경계 영역으로 세분한다.
도 3는 본 발명에 따른 입력 영상의 분류 및 임계값 결정을 위한 흐름도이다.
최대밝기차가 계산되고(301), 움직임값이 결정되면(303), 현재 움직임값이 기준값보다 큰 가의 여부를 판단하여(305) 크면 움직임이 많은 영상으로 인식한다(307). 현재 움직임값이 기준값보다 작으면, 다시보다 큰 가를 판단하여(309), 작으면 정지영상으로 인식하고(317), 크면 또 다시 현재 움직임값이보다 큰 지를 판단한다(311). 이 때, 현재 움직임값이보다 크면 보통 영상으로 인식하고(313), 작으면 움직임이 적은 영상으로 인식한다(315).
도 4는 도 3에 의해 구해진 영상을 움직임영역, 배경영역, 경계영역으로 세분하는 흐름도이다.
도 3에 의해 구해진 영상의 움직임 정보가 입력되면(401), 움직임이 있는 영역과 움직임이 없는 영역을 판별하여(403), 움직임이 있는 영역(405)은 임계값을 100으로 하고(407), 움직임이 있는 영역의 주변 화소(409)들은 임계값을 5로 하며(411), 움직임이 없는 영역(413)은 임계값을 20으로 한다(415).
여기에 사용되는 임계값은 모의 실험을 통해 얻은 값으로서, 화소값을 256단계로 구분할 때, 상기 움직임영역의 임계값은 90 내지 110, 배경영역의 임계값은 15 내지 25, 그리고 경계영역의 임계값은 3 내지 10이 바람직하나, 그 중에서도 도4에서 사용된 값은 최선의 값이다.
움직임이 많은 영상의 경우 보간될 화소 값에 대한 정보가 공간영역 상에 더 많이 존재하므로 공간 필터에 중점을 두어 보간하고 정지 영상의 경우 시간영역 상에 더 많은 화소 정보가 존재하므로 시간축 필터에 더 비중을 두어 보간한다.
즉, 입력 영상을 움직임이 있는 영역, 배경 영역, 경계 영역으로 구분하고, 이들 각각에 사용하는 임계값을 달리 하여 연산 효율을 높인다. 움직임이 있는 영역은 공간 필터를 사용하므로 3 단계 탐색을 수행할 필요가 없기 때문에 높은 임계값을 주어 간단한 연산을 행하며, 정지 영역 또한, 모션 미씽이 발생할 확률이 거의 없으므로 비교적 높은 임계값을 주어 보간할 화소값을 결정한다. 하지만 경계 부분의 경우 모션 미씽이 일어날 수 있으므로 낮은 임계값을 준다.
시간축 보간(Temporal Interpolation)을 위한 AMPD 필터(130)
정확한 움직임 정보가 추출된다면 필드간(inter-field)의 보간은 영상의 정지 영역에 사용되므로 보간될 화소와 같은 위치에 있는 앞, 뒤 필드의 평균으로도 좋은 결과를 얻을 수 있지만, 정확한 움직임 정보가 없을 때에는 모션 미씽 에러가 발생하여 화질의 심각한 열화를 초래한다. 움직임 검출부(111)에서는 3개의 참조 필드와 1개의 현재 후보 필드로 된 4개의 필드에서 밝기 차를 이용하여 움직임을 추출하는데, 이 경우 특정한 부분에서의 미세한 움직임은 검출할 수 없는 단점이 있다. 이를 극복하기 위하여 경도 차를 이용한 움직임 검출 방법이 제시되었지만 이 방법은 노이즈에 민감한 단점이 있다. 따라서, 본 발명은 이와 같이 발생하는모션 미씽 에러를 제거하기 위해 3 단계 탐색 과정을 거친다.
도 5는 본 발명에 따른 3 단계 최적 화소값을 탐색하는 흐름도로서, 도 6의 본 발명에 따른 3 단계 탐색 과정에서 후보 화소를 선택하는 일실시예를 통하여 설명하기로 한다.
도 6(A)의 i번째 필드내 빗금친 화소가 보간해야 할 화소이고, 동일 위치의 이전 필드((i-1)번째 필드)와 다음 필드((i+1)번째 필드) 화소값의 절대치가 임계치보다 작으면(501), 3단계 탐색을 수행하지 않고 이전 필드 화소값, 다음 필드 화소값 및 현재 필드 내 위와 아래 화소값의 평균값 등의 구해진 3개의 값(3 tap)에 대해 메디안 필터를 거치게 한다(503).
한편, 동일 위치의 이전 필드((i-1)번째 필드)와 다음 필드((i+1)번째 필드) 화소값의 절대치가 임계치보다 크면, 도 6(B)의 이전 필드((i-1)번째 필드)와 다음 필드((i+1)번째 필드) 사이에 차이값(5개)을 구하여 가장 작은 값을 갖는 화소를 선택하는 거친 검색을 수행한다(505). 도 6(C)에서와 같이 이전 필드((i-1)번째 필드) 내 맨 왼쪽의 화소가 가장 작은 값으로 선정되면(507), 그 위치에 근접한 4개의 화소와 다음 필드((i+1)번째 필드)와 차이값 중 가장 작은 화소를 선택한다(509).
선택된 화소값이 임계값보다 작으면(511), 그 값을 선택하고(513), 선택된 화소값이 임계값보다 크면 도 6(C)의 최소 절대 화소 주위 4개 화소와 다음 필드와의 차이 중 가장 작은 값을 선택한다(515).
즉, 시간적으로 전, 후 필드에 위치한 5 개의 후보 화소에 대해 차이값을 구하여 최소가 되는 화소를 선택한다(1단계). 1단계에서 구해진 화소위치를 기준으로 주위 4 후보에 대해 최소 화소 차이값을 구하고, 임계값과 비교하여 임계값보다 작은 경우 최소 화소 값을 선택한다(2단계). 임계값보다 큰 경우에는 다시 탐색하여 최소 화소값의 선택을 위한 탐색을 수행한다(3단계).
공간축 보간(Spacial Interpolation)을 위한 EBMED 필터(120)
디인터레이싱 알고리즘의 성능을 좌우하는 중요한 문제 중의 하나는 움직임이 있는 대각선 엣지(Moving Diagonal Edge)의 처리이다.
이는 두 단계로 나누어지는데, 우선, 3*3 소벨(sobel) 연산자를 사용하여 엣지 맵(edge map)을 추출하고, 다음으로 움직임이 완만한 대각선 엣지의 디인터레이싱을 향상시키기 위하여 방향 룰을 적용함에 있어 7*3 윈도우를 선택한다.
도 7은 본 발명에 따른 엣지의 방향을 최종적으로 추출하기 위한 흐름도이다.
방향성을 찾기 위해서 수평 방향과 수직 방향으로 각각 연산자를 적용하여(701) 수평 방향 엣지 맵과 수직 방향 엣지 맵을 추출한다(703). 이는 일반적인 3*3 윈도우가 45, 0, -45 도 방향의 엣지 맵을 추출할 수 있는데 비해 7*3 윈도우를 사용함으로써 45, 30, 15, 0, -15, -30, -45 도 방향의 완만한 엣지에 대하여 우수한 성능을 발휘한다.
구해진 엣지 맵을 바탕으로 메디안 필터를 취한다(705). 먼저 엣지 맵을 바탕으로 7*3 윈도우내에서 방향성을 검출한다. 방향성의 구분은 45, 30, 15, 0, -15, -30, -45도의 7개로 분류된다. 방향성이 검출되지 아니하거나 0도일 경우에는 필드 내의 위 화소와 아래 화소의 평균값으로 대치된다. 그러나, 나머지 6개의 방향에 해당되는 경우에는 5개의 후보값을 계산하여 5 탭 메디안 필터를 통과하게 된다. 이와 같은 과정을 통하여 방향을 결정하게 된다(707).
도 8은 본 발명에 따른 후보값 결정을 위한 예시도로서, 도 8(A)는 엣지가 존재하지 않을 경우, 45도 엣지 존재시 및 30도 엣지 존재시 후보값 X1의 결정을 위한 방법을 보이고, 도 8(B)는 엣지가 존재하지 않을 경우, 45도 엣지 존재시 및 30도 엣지 존재시 후보값 X2의 결정을 위한 방법을 보이고, 도 8(C)는 엣지가 존재하지 않을 경우, 45도 엣지 존재시 및 30도 엣지 존재시 후보값 X3의 결정을 위한 방법을 보이고, 도 8(D)는 엣지가 존재하지 않을 경우, 45도 엣지 존재시 및 30도 엣지 존재시 후보값 X4의 결정을 위한 방법을 보이고, 도 8(E)는 엣지가 존재하지 않을 경우, 45도 엣지 존재시 및 30도 엣지 존재시 후보값 X5의 결정을 위한 방법을 보인다.
먼저, 5개의 후보값은 엣지가 존재하는 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 첫째, 현재 필드내 엣지에 해당하는 화소값들의 평균값이고(도 8(A)), 둘째, 현재 필드내 엣지 내측에 위치하는 화소값들의 평균값이고(도 8(B)), 셋째, 현재 필드내 엣지 외측에 위치하는 화소값들의 평균값이고(도 8(C)), 넷째, 현재 필드내 엣지 내측 및 외측에 위치하는 화소값들의 평균값이며(도 8(D)), 다섯째, 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값들의 평균값이다(도 8(E)).
엣지가 존재하지 않는 경우에 대해서도 도 8의 좌측에 나타난 바와 같이 후보값을 결정한다. 첫째, 보간대상화소에 인접한 상, 하 화소간의 평균값을 취하고(도 8(A)), 둘째, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌하 화소간의 평균값을 취하며(도 8(B)), 셋째, 보간대상화소에 인접한 좌상, 우하 화소간의 평균값을 취하며(도 8(C)), 넷째, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌상, 좌하, 우하 화소간의 평균값을 취하며(도 8(D)), 다섯째, 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값의 평균값이다(도 8(E)).
이렇게 선택된 화소에 대해서 5-탭 메디안 필터를 적용하는 바, 공간축상에서 보간되는 'z'의 화소값은 아래 수학식2에 의해 결정된다.
여기서, FIR은 Finite Impulse Resonse 필터를 약칭한 것이다.
소프트 스위치(140)
소프트 스위치(140)는 위의 방법들을 통해 구해진 화소 값에 대해 EBMED 필터(120)를 이용하여 보간한 화소 값을 사용할 지, AMPD 필터(130)를 사용하여 보간한 값을 최종 화소값으로 사용할 지 혹은 그 두 값을 혼용하여 사용할 지를 결정한다.
아래의 수학식 3은 이를 결정하는 계수를 구하는 식이고, 수학식 4는 본 발명에 따라 최종적으로 보간되는 'z'화소 값을 결정하는 식이다.
여기서 "Med"는 최대치 검출부(113)에서 구해진 최대 움직임 값에 대해 노이즈 제거를 위해 메디안 필터부(115)를 통과한 값을 나타내며 "H"와 "L"은 상한값과 하한값을 각각 가리킨다.
여기에 사용되는 상, 하한 임계 값은 영상의 종류에 따라 다르다. 앞서 임계값 결정수단(110)에서 설명한 것처럼 입력 영상을 움직임이 있는 영상, 보통 영상, 움직임이 없는 영상, 정지 영상으로 구분하고 각각에 대해 다른 임계 값을 결정하여 성능을 향상시킨다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명의 구성에 따라 엣지의 방향 성분을 정확하게 구할 수있고, 폴스 모션과 움직임이 있는 대각선 엣지에 대해서도 좋은 성능을 발휘한다. 또한, 본 발명은 입력 영상을 움직임이 있는 영역, 배경 영역, 경계 영역으로 나누고 3단계에 걸쳐 정확한 화소값을 보간함으로서 모션 미씽 에러를 제거할 수 있다. 마지막으로, 본 발명은 입력 영상을 움직임이 많은 영상, 보통 영상, 움직임이 적은 영상, 정지 영상으로 분류하고 각각 다른 임계 값을 적용함으로써 최종적으로 화질의 향상시킬 수 있다.
Claims (22)
- 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템에 있어서,화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라 입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출수단;엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 공간 보간 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터;시간적으로 전, 후 필드에 위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터; 및상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 움직임 검출수단은,상기 움직임값에 따라 상기 입력 영상을 움직임이 많은 영상, 보통영상, 움직임이 적은 영상 및 정지영상의 4가지 영상으로 구분하여 각각 상한과 하한의 임계값을 설정하는 임계값 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 임계값은,최소절대화소차필터와 소프트스위치에서 사용되는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 임계값 결정부의 4가지 영상은,각각 움직임값의 크기에 따라 다시 움직임영역, 배경영역 및 경계영역으로 세분되는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제4항에 있어서,화소값을 256단계로 구분할 때, 상기 움직임영역의 임계값은 90 내지 110, 배경영역의 임계값은 15 내지 25, 그리고 경계영역의 임계값은 3 내지 10임을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 움직임 검출수단은,소정 위치에 있는 화소의 움직임값을 검출하기 위하여 수학식--을 사용하는 움직임 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 엣지기반메디안필터는,엣지의 방향을 추출하기 위하여 7(행) ×3(열) 윈도우를 사용함을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제7항에 있어서,상기 엣지기반메디안필터는, 엣지가 존재하는 경우에 현재 필드내 엣지에 해당하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 내측에 위치하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 외측에 위치하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 내측 및외측에 위치하는 화소값들의 평균값 및 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값들의 평균값을 이용하여 후보화소값을 결정하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제7항에 있어서,상기 엣지기반메디안필터는, 엣지가 존재하지 않는 경우에, 보간대상화소에 인접한 상, 하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 좌상, 우하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌상, 좌하, 우하 화소간의 평균값 및 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값의 평균값을 이용하여 후보화소값을 결정하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 소프트스위치는,최종 보간되는 화소값(z)를 구하기 위하여 수학식-,여기서, α는임 -을 이용하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템.
- 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법에 있어서,화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라 입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출단계;엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 따라 보간한 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터링 단계;시간적으로 전, 후 필드에 위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터링 단계; 및상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위칭 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 움직임 검출단계는,상기 움직임값에 따라 상기 입력 영상을 움직임이 많은 영상, 보통영상, 움직임이 적은 영상 및 정지영상의 4가지 영상으로 구분하여 각각 임계값을 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 임계값은,최소절대화소차필터링 단계와 소프트스위칭 단계에서 사용되는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 4가지 영상은,각각 움직임값의 크기에 따라 다시 움직임영역, 배경영역 및 경계영역으로 세분되는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제14항에 있어서,화소값을 256단계로 구분할 때, 상기 움직임영역의 임계값은 90 내지 110,배경영역의 임계값은 15 내지 25, 그리고 경계영역의 임계값은 3 내지 10임을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 움직임 검출단계는,소정 위치에 있는 화소의 움직임값을 검출하기 위하여 수학식--을 사용하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 엣지기반메디안필터링 단계는,수평방향과 수직방향으로 연산자를 적용하여 각 방향의 엣지 맵을 추출하는 단계; 및상기 엣지 맵을 바탕으로 7(행) ×3(열) 윈도우를 사용하여 엣지의 방향을 추출하여 메디안 필터링을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제17항에 있어서,상기 엣지기반메디안필터는, 엣지가 존재하는 경우에 현재 필드내 엣지에 해당하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 내측에 위치하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 외측에 위치하는 화소값들의 평균값, 현재 필드내 엣지 내측 및 외측에 위치하는 화소값들의 평균값 및 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값들의 평균값을 이용하여 후보화소값을 결정하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제17항에 있어서,상기 엣지기반메디안필터는, 엣지가 존재하지 않는 경우에, 보간대상화소에 인접한 상, 하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 좌상, 우하 화소간의 평균값, 보간대상화소에 인접한 우상, 좌상, 좌하, 우하 화소간의 평균값 및 현재 필드와 인접한 전후 두 필드내의 화소값의 평균값을 이용하여 후보화소값을 결정하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 소프트스위칭 단계는,수학식-,여기서, α는임 -을 이용하여 최종 보간되는 화소값(z)를 구하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 최소절대화소차필터링 단계는,3단계 탐색과정 - 제1단계는 시간적으로 전, 후 필드에 위치한 5개의 후보 화소간 차이값을 구하여 최소 화소를 선택하는 단계이고, 제2단계는 1단계에서 구한 상기 최소 화소를 기준으로 주위 4 후보에 대해 최소 화소를 구하여 임계값과 비교하며, 임계값보다 적은 경우 최소화소값을 결정하는 단계이며, 제3단계는 임계값보다 큰 경우에 수행하는 단계이고, 탐색하기 전에 양쪽 필드에 존재하는 화소값의 차가 임계값보다 작은 경우 3단계 탐색을 수행하지 않고 전,후 필드의 화소값과 현재 필드 내의 상,하 화소값의 평균값에 대해 메디안 필터링하여 구함 - 을 포함하는 것을 특징으로 하는 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 방법.
- 디인터레이싱을 위한 공간축 및 시간축 보간 시스템에 있어서,화소값의 차이를 이용하여 움직임값을 결정하고, 상기 움직임값의 크기에 따라 입력 영상을 복수의 움직임 영역으로 구분하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 움직임 검출기능;엣지 존재 유무에 따라 화소의 선택을 달리하고, 선택된 화소에 따라 보간한 화소값(Z)을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 엣지기반메디안 필터링 기능;시간적으로 전, 후 필드에 위치한 복수의 후보 화소에 대한 차이를 구하고, 임계값과 비교하여 시간 보간 최소 화소값을 결정하기 위하여 복수의 참조 필드로부터 화소값을 입력받는 최소절대화소차 필터링 기능; 및상기 엣지기반메디안필터에서 출력되는 화소값, 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값 및 상기 엣지기반메디안필터 및 상기 최소절대화소차필터에서 출력되는 화소값을 혼용한 화소값 중 어느 화소값을 사용하느냐의 여부를 결정하는 소프트 스위칭 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
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