KR20060015725A - 하나 이상의 파라미터의 이미지 입도를 나타내는 방법 및장치 - Google Patents

하나 이상의 파라미터의 이미지 입도를 나타내는 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

압축된 비디오 신호에서 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위해, 디코더(15, 28)는 하나 이상의 파라미터 세트를 포함하는 정보를 포함하는 메시지를 수신하고, 각 파라미터는 필름 그레인과 연관된 특정 속성을 규정한다. 예를 들어, 파라미터 중 하나는 필름 그레인을 시뮬레이팅하는데 사용된 모델을 규정하는 반면, 다른 파라미터 각각은 상기 모델과 연관된 특정 인자를 규정한다. 메시지를 수신하자마자, 디코더는 상기 모델을 선택하고, 압축 해제에 후속하여 비디오 신호에 추가하기 위한 필름 그레인을 시뮬레이팅한다.

Description

하나 이상의 파라미터의 이미지 입도를 나타내는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR REPRESENTING IMAGE GRANULARITY BY ONE OR MORE PARAMETERS}
본 출원은, 그 가르침이 본 명세서에 병합된, 2003년 5월 15일에 출원한 미국 가특허 출원 번호 60/470,712호에 35 U.S.C. 119(e) 하의 우선권을 청구한다.
본 발명은 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 기술에 관한 것이다.
동화상 필름은 필름 베이스 상의 얇은 층에 코팅되는 에멀션에서 분산된 은-할로겐화(silver-halide) 결정을 포함한다. 이러한 결정의 노출 및 현상은 은의 별도의 작은 입자로 구성된 사진 이미지를 형성한다. 은이 현상 이후에 화학적으로 제거되는 칼라 음화(color negative)에서, 염료의 작은 얼룩(blob)은 은 결정이 형성하는 위치(site)에서 발생한다. 이러한 염료의 작은 반점(speck)은 일반적으로 칼라 필름에서 '그레인'이라 불린다. 그레인은 본래 에멀션 상의 은 결정의 무작위 형성으로 인해 결과적인 이미지 상에 무작위로 분배되는 것으로 나타난다. 균일하게 노출된 영역 내에서, 몇몇 결정은 노출 이후에 현상되는 반면, 그 외 결정은 현상되지 않는다.
그레인은 크기 및 형태에서 변한다. 필름이 더 빨라질수록, 형성된 은 덩어리 및 생성된 염료 얼룩은 더 커지고, 이들이 무작위 패턴으로 함께 그룹화되는 경 향은 더 많아진다. 그레인 패턴은 일반적으로 '입도(granularity)'로서 알려져 있다. 육안으로는 0.0002mm에서 약 0.002mm로 변하는 개별적인 그레인을 구별할 수 없다. 그 대신, 육안은 얼룩으로 지칭된 그레인 그룹을 분석한다. 관찰자는 필름 그레인으로서 이러한 얼룩 그룹을 식별한다. 이미지 해상도가 더 커짐에 따라, 필름 그레인의 인식은 더 높아진다. 필름 그레인은 영화 및 고해상도 이미지 상에서 뚜렷이 두드러지는 반면, 필름 그레인은 SDTV에서 점차 중요하지 않게 되고, 더 작은 포맷으로 인식할 수 없게 된다.
동화상 필름은 일반적으로 이미지-종속 잡음을 포함하는데, 이러한 이미지-종속 잡음은 사진 필름의 노출 및 현상의 물리적 프로세스 또는 이미지의 후속적인 편집 중 어느 하나에서 발생한다. 사진 필름은 사진 에멀션의 물리적 입도에서 발생하는 특징적인 의사-랜덤 패턴, 또는 텍스처(texture)를 소유한다. 대안적으로, 유사한 패턴은 컴퓨터-생성(computed-generated) 이미지를 사진 필름과 혼합하기 위해 컴퓨터-생성 이미지에 걸쳐 시뮬레이팅될 수 있다. 양쪽의 경우에, 이러한 이미지-종속 잡음은 그레인으로 지칭된다. 상당히 자주, 중간 그레인 텍스처는 동화상에서 바람직한 특징을 제공한다. 몇몇 경우에, 필름 그레인은 2차원 화상의 정확한 인식을 용이하게 하는 시각적 암시(cue)를 제공한다. 필름 등급은 시간 기준, 시점 등에 관한 다양한 단서(clue)를 제공하기 위해 단일 필름 내에서 종종 변하게 된다. 많은 다른 기술적 및 미적인 이용은 동화상 산업에서 그레인 텍스처를 제어하기 위해 존재한다. 그러므로, 이미지 처리 및 전달 체인(chain) 전체에 이미지의 그레인 외관을 보존하는 것은 동화상 산업에서의 요구조건이 되었다.
여러 상업적으로 이용가능한 제품은 종종 컴퓨터-생성 대상을 자연스러운 장면으로 혼합하기 위해 필름 그레인을 시뮬레이팅할 수 있는 능력을 갖는다. 뉴욕 로체스터, Eastman Kodak사가 제작한 Cineon®, 즉 그레인 시뮬레이션을 구현하기 위한 제 1 디지털 필름 응용 중 하나는 많은 그레인 유형을 위한 매우 사실적인 결과를 생성한다. 그러나, Cineon® 응용은, 그 응용이 높은 그레인 크기 설정을 위해 발생하는 인식가능한 대각선 스트라이프로 인해 매우 높은 속도의 필름을 위해 우수한 성능을 초래하지 않는다. 더욱이, Cineon® 응용은, 예를 들어 이미지가 복사되거나 디지털 방식으로 처리될 때와 같이 이미지가 이전 처리를 받을 때 적절한 정확함(fidelity)으로 그레인을 시뮬레이팅하는데 실패한다.
필름 그레인을 시뮬레이팅하는 다른 상업 제품은 Adobe®After Effects®의 플러그-인으로 사용되는, Visual Infinity Inc.사의 Grain SurgeryTM이다. Grain SurgeryTM는 난수(random number) 세트를 필터링함으로써 합성 그레인을 생성하는 것으로 나타난다. 이러한 접근법은 높은 계산상 복잡도의 단점을 겪는다.
이러한 종래의 구성 중 어느 것도 압축된 비디오 복원에서 필름 그레인을 복원하는 문제를 해결하지 못한다. 필름 그레인은, 일반적으로 비디오 시퀀스에서 여분을 이용하는 종래의 공간적 및 시간적 방법을 이용하여 압축을 받을 수 없는 고주파수 의사-랜덤 현상을 구성한다. MPEG-2 또는 ITU-T/ISO H.264 압축 기술을 이용하여 필름-발생(film-originated) 이미지를 처리하려는 시도는 일반적으로 허용불가능한 낮은 압축도 또는 그레인 텍스처의 완전한 손실 중 어느 하나를 초래한 다.
따라서, 파라미터 세트 중 하나 이상을 통해 필름 그레인 특성을 나타내는 기술이 필요하다.
간략하게, 본 원리의 바람직한 실시예에 따라, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 기술이 제공된다. 상기 기술은, 필름 그레인이 적어도 감쇠된 이미지를 나타내는 이미지 정보의 수신시 시작된다. 이미지에서 이전에 필름 그레인의 상이한 속성을 규정하는 가능한 파라미터 세트 중에 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 필름 그레인 정보가 이미지 정보를 수용한다. 그레인을 시뮬레이팅하기 위한 모델이 선택되고, 필름 그레인은 선택된 모델 및 적어도 하나의 파라미터에 따라 시뮬레이팅된 필름 그레인이다. 이 때 시뮬레이팅된 필름 그레인은 이미지에 병합된다.
도 1은 본 원리에 따라 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위해 본 원리에 따른 시스템의 제 1 실시예를 도시한 블록도.
도 2는 본 원리에 따라 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위해 본 원리에 따른 시스템의 제 2 실시예를 도시한 블록도.
도 3은 본 원리에 따라 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위해 본 원리에 따른 시스템의 제 3 실시예를 도시한 블록도.
도 1은 본 원리에 따라 필름 그레인 시뮬레이션을 수행하기 위해 본 원리에 따른 시스템(10)의 제 1 실시예의 개략적인 블록도를 도시한다. 시스템(10)은 필름 그레인 제거기(22)를 포함하고, 상기 필름 그레인 제거기는 비디오 인코더(13)에서 수신된 필터링된 비디오 스트림(24)을 초래하기 위해 입력 비디오 스트림(12)으로부터 필름 그레인을 제거하는 역할을 한다. 필름 그레인 제거는, 잡음 신호가 이미지 신호와 상관되는 것으로 나타나는 잡음 필터링의 특정한 경우를 구성한다. 따라서, 필름 그레인 제거기(22)는 기존의 이미지 필터의 형태를 취할 수 있지만, 그러한 필터는 최적의 성능을 반드시 제공하는 것은 아니다. 비디오 인코더(13)는 디코딩된 비디오 스트림(16)을 생성하기 위해 코딩된 스트림을 디코딩하는 비디오 디코더(15)에서 수신하기 위한 코딩된 비디오 스트림(14)을 생성하도록 필터링된 비디오 스트림(24)을 인코딩한다. 비디오 인코더(13) 및 비디오 디코더(15)는 종래 기술에 잘 알려진 것과 동일한 비디오 코딩 방식을 이용한다. 예를 들어, 비디오 코딩 구성은 ITU-T H.264 비디오-코딩 표준, 또는 다른 유형의 블록-기반의 코딩을 포함할 수 있다. MPEG-2 및 ITU-T H.264 표준을 이용하는 인코더 및 디코더는 잘 알려져 있다.
시스템(10)은 또한 입력 비디오 스트림(12) 및 필터링된 비디오 스트림(24)을 수신하는 필름 그레인 캐릭터라이저(characterizer)(23)를 포함한다. 이러한 비디오 스트림으로부터, 필름 그레인 캐릭터라이저(23)는 이후에 그레인 메시지로 지칭되는 메시지를 출력하는데, 이러한 메시지는, 그레인을 시뮬레이팅하기 위한 모델의 신원(identity), 뿐 아니라 식별된 모델에 의해 사용된 상관성 파라미터, 세기-독립 파라미터 및 세기-종속 파라미터를 포함하는 여러 파라미터 세트 중 적어 도 하나를 포함한다. 아래에 구체적으로 설명되는 바와 같이, 필름 그레인 메시지에서의 파라미터는 식별된 모델을 이용하여 본래 이미지-종속 잡음의 시뮬레이션을 가능하게 한다. 임의의 파라미터가 없을 때, 디폴트 값은 손실된 파라미터에 할당된다. 실제로, 어떠한 모델도 식별되지 않으면, 필름 그레인을 위한 디폴트 모델이 고려된다. 일실시예에서, 필름 그레인 캐릭터라이저(23)는, 사진 필름의 노출 및 현상의 물리적 프로세스, 또는 이미지의 후속 편집 동안 추가된 프로세스에 기초한 모델에 따라 파라미터를 생성한다.
그레인 메시지의 생성에 후속하여, 필름 그레인 특성(characterization) 정보 인코더(26)는 비디오 인코더(13)에 의해 비디오 디코더(15)로 송신된 인코딩된 비디오 스트림(14)으로부터의 대역 내 또는 대역 외에서 필름 그레인 특성 정보 디코더(28)로 송신하기 위한 메시지를 인코딩한다. 비디오 인코더(13) 및 필름 그레인 특성 정보 인코더(26) 모두 동일한 인코딩 방식을 이용한다. 따라서, 예를 들어, 인코더(26)가 인코딩을 위한 ITU-T H.264 비디오-코딩 표준을 이용할 때, 코딩된 필름 그레인 특성 정보 스트림(27)은 ITU-T H.264 비디오 코딩 표준에 정의된 바와 같이 필름 그레인 보충 개선 정보(SEI)의 형태를 취할 수 있다.
필름 그레인 특성 정보 디코더(28)는 필름 그레인 복원 프로세서(30)에 입력하기 위한 디코딩된 필름 그레인 특성 정보 스트림(29)을 생성하기 위해 코딩된 필름 그레인 메시지(27)를 디코딩한다. 이후에 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 프로세서(30)는 메시지에서의 파라미터를 이용하여 그레인 메시지에서 식별된 모델로 필름 그레인을 시뮬레이팅할 것이다. 모델의 식별이 없을 때, 프로세서(30)는 디폴트 모드를 고려할 것이다. 마찬가지로, 주어진 파라미터의 규정된 값이 없을 때, 프로세서(30)는 상기 파라미터를 위한 디폴트 값을 고려할 것이다.
바람직한 실시예에서, 도 1의 그레인 메시지(25)는 일반적으로 공간 상관, 종횡비, 칼라 상관, 및 시간 상관을 규정하는 하나 이상의 상관 파라미터를 포함할 것이다. 이들 파라미터 각각은 아래에 논의된다.
공간 상관
예시적인 실시예에서, 공간 영역에서 필름 그레인의 이미지-종속 상관은 적어도 하나의 파라미터, 즉 공간 상관으로 모델링될 수 있다. 측정된 공간 상관은 얼룩 크기를 결정한다. 공간 상관을 위한 제 2차 자동 복귀 모델 및 컨볼루션(convolution) 모델은 이후에 설명된다.
종횡비
이상적으로, 필름 그레인은 X 및 Y 방향으로 동일한 특성을 갖는 등방성으로 나타나야 한다. 그러나, 실제로, 필름 그레인은 한 방향으로 신장되는 것으로 나타날 수 있어서, 종종 비등방성 광학 기재 또는 비-정사각형 검출기 기하학적 구성(geometry)의 이용과 같이 필름 리코딩에 관련된 인자로부터 초래된다. 이러한 이유로 인해, 필름 그레인을 모델링할 때, 종횡비 인자를 나타내는 세기-독립 파라미터는 공간 상관 측정을 보충할 것이다. 그레인 얼룩의 종횡비는 적어도 하나의 파라미터로 규정된다.
칼라 상관
본 원리에 따라, 칼라 이미지에서의 필름 그레인의 층-종속성은 칼라 상관을 이용하여 나타난다. 측정된 칼라 상관은 그레인의 인식된 색조(tint)를 결정한다. 약한 칼라 상관은, 상이한 칼라 층에서 생성된 그레인 얼룩이 서로 무작위로 겹친다는 것을 의미한다. 따라서, 관찰자는 그레인을 채색된 것으로 인식할 것이다. 높은 칼라 상관은, 하나의 칼라 성분 상의 그레인 얼룩이 다른 칼라 성분에 좌우된다는 것을 의미한다. 이 경우에, 관찰자는 그레인을 단색으로 인식할 것이다.
시간 상관
시퀀스에서 그레인의 시간 상관은 적어도 하나의 파라미터에 의해 나타난다. 그레인 스스로 프레임 사이의 어떠한 시간 상관도 나타낼 수 없지만, 시간 상관을 나타내는 파라미터의 도입은 필름의 편집에 의해 야기된 다른 관찰된 효과를 시뮬레이팅하는데 도움을 줄 수 있다.
잡음 세기
필름 이미지를 갖는 필름 그레인의 종속성을 나타내는 전술한 파라미터와 관련하여, 필름 그레인을 생성하는 랜덤 프로세스에서 발생하는 잡음 세기를 나타낼 필요가 있다. 잡음 세기는 각 칼라 성분에 대해 변할 수 있고, 필름 이미지에 종속할 것이다. 그레인 세기는, 잡음이 이미지에서 인식되는 레벨을 결정한다. 작은 그레인 세기 레벨은 본래 이미지에서 작은 변동을 초래하고, 거의 인식할 수 없는 것으로 나타난다. 높은 세기 레벨은 이미지에서 중첩된 피크로서 명백히 보일 수 있다.
다른 파라미터
전술한 파라미터 이외에, 그레인 메시지는 필름 그레인을 추가할 칼라 공간 을 식별하는 파라미터, 및 그레인을 비디오 신호와 혼합하는데 사용된 혼합 모드를 또한 포함한다. 상이한 파라미터 세트가 각 칼라 성분 및 필름 이미지의 상이한 세기 레벨에 대해 송신될 수 있음이 주지된다. 예를 들어, 필름 그레인이 이미지의 국부 세기에 좌우되고, 상이한 칼라 성분이 필름 스톡(stock)의 유형에 따른 상이한 그레인을 가질 수 있음이 잘 알려져 있다.
도 1의 필름 그레인 캐릭터라이저(23)는 이미지의 세기 레벨에 따라 상이한 파라미터 세트를 생성할 수 있다. 원하는 경우, 필름 그레인 디코더(28)는 필름 그레인 특성의 부드러운 전이를 유도하기 위해 파라미터 세트를 다양한 세기 레벨로 보간할 수 있다.
파리미터 세트를 해석하기 위해, 필름 그레인 디코더(28)는 파라미터를 생성하는 모델의 규격을 가져야 한다. 그러한 모델이 어떻게 규정될 수 있는지를 이해하기 위해, 다음의 수학적 관계가 유용한 것으로 증명될 것이다. 먼저, 이미지 위치(x,y), 칼라 채널(c), 및 프레임 번호(t)에서의 디코딩된 이미지 픽셀 값은 I(x,y,c,t)로 표현된다. 편리함을 위해, 픽셀 값이 1의 최대값을 갖도록 크기 조정(scaled)된다고 가정해보자. 추가로, 이러한 모델이 단색 이미지, 및 명백한 변형을 통해 YUV 표현에 직접적일 수 있지만, RGB 이미지 표현(c=1, 2, 또는 3)을 가정해보자.
덧셈 그레인 모델을 통해, 그레인 시뮬레이션은 각 픽셀 값을 J(x,y,c,t)로 변경하고, 여기서 J(x,y,c,t)는 수학식 1에 의해 주어진다:
J(x,y,c,t)=I(x,y,c,t)+G(x,y,c,t,L(x,y,t))
여기서 L(x,y,t)은 이미지에서의 국부 세기의 측정치이고, G(x,y,c,t,L(x,y,t))는 그레인 값을 정의한다. 한가지 가능한 구현은 휘도로서 L을 정의하거나, 모든 칼라 채널에 걸쳐 세기{I(x,y,c,t)}의 가중치 합을 정의하는 것이다.
수학식 1에 의해 주어진 덧셈 모델은 대수적 세기 스케일이 사용될 때 적절하다. 선형 스케일에 대해, 수학식 1의 모델은 다음 수학식 1a로 대체될 수 있다:
J(x,y,c,t)=I(x,y,c,t)*(1+G(x,y,c,t,L(x,y,t)))
덧셈 또는 곱셈 그레인 모델이 구현되는지의 여부는 디코딩된 이미지의 포맷에 좌우될 것이다. 일반적으로, 그레인은 최대 픽셀 값의 작은 분수를 포함해야 한다. 다음 설명은 본 발명에 따라 파라미터 세트를 추출하기 위한 상이한 종류의 모델의 몇몇 예를 기재한다.
1. 필름 그레인 패턴의 자동 복귀 시뮬레이션
예시적인 실시예에서, 2차 자동 복귀 방식은 공간 상관을 모델링하는데 사용될 수 있고, 1차 복귀 방식은 교차-칼라 및 시간 상관을 모델링하는데 사용될 수 있다. 모든 상관 인자는 디코딩된 이미지의 세기에 좌우된다. 수평 및 수직 공간 상관 인자는 일정한 종횡비 인자에 의해 관련된다. 그러한 조건 하에, 다음 수학식 2는 시뮬레이팅된 그레인 값을 초래할 것이다.
Figure 112005065221218-PCT00001
여기서 N은 표준화된 가우스 분배를 갖는 무작위 값이고, A는 일정한 픽셀 종횡비이고, p,q,r,s,u 및 v는 상관 파라미터이다. 파라미터 u는 제 1 칼라 채널에 대해 항상 0이고, 그레인 값(G)은 어떠한 항목도 범위 밖에 있을 때마다 0으로 간주된다.
수학식 2의 구조에서 알 수 있듯이, 주어진 칼라 채널에서 주어진 픽셀에 대한 그레인 값은 이전에 계산된 그레인 값을 이용하여 반복 계산된다. 특히, 프레임은 증가하는 프레임 수(즉, 증가하는 t)의 순서로 계산된다. 각 프레임 내에서, 칼 채널 처리는 증가하는 칼라 채널 수(즉, 증가하는 c)의 순서로 발생한다. 각 칼라 채널 내에서, 픽셀은 수평으로 래스터화(rasterized)되고, 그 다음에 증가하는 x 및 y의 순서로 수직으로 래스터화된다. 이러한 순서가 후속될 때, 수학식 2에 의해 요구된 모든 그레인 값은 미리 자동으로 계산된다.
특정 환경 하에서, 수직 래스터화는 더 실질적인 것으로 증명되는데, 즉 픽셀 처리는 제 1 열에 의해 발생한다. 그러한 경우에, 수학식 2는 이전에 계산된 값만을 이용하도록 약간의 변형을 필요로 할 것이다:
Figure 112005065221218-PCT00002
수학식 2 또는 수학식 2a를 구현하는 것은 특정한 최소 디코더 성능을 필요로 한다. 먼저, 필름 그레인 정보 디코더(28)는 모든 계산을 실시간으로 수행해야 한다. 두 번째로, 필름 그레인 정보 디코더(28)는 이전에 계산된 그레인 값의 수를 메모리에 유지할 필요가 있다. 특히, 시간 상관(즉, 수학식 2 및 2a에서 마지막 항)을 구현하기 위해, 필름 그레인 정보 디코더(28)는 전체 이전 프레임에 대한 그레인 값을 유지할 필요가 있다. 이러한 시각에서, 수학식 2의 모델이 정확도의 일부 저하로 점진적인 크기 축소 요구조건을 허용하는 것이 중요하다.
약간 더 낮은 정확도를 갖는 시스템은 수학식 2에서 마지막(시간) 항을 무시할 수 있다. 이렇게 함으로써 이전 프레임으로부터 그레인 값을 유지하기 위해 추가 프레임 버퍼를 가질 필요성을 제거한다. 더욱이, s(c,L)에 좌우되는 수학식 2에서 이러한 항을 무시함으로써 비용을 절감하게 된다. 이렇게 함으로써 제 2 이전 행을 메모리에 저장할 필요성을 제거하고, 계산의 개수를 감소시킨다. r(c,L)을 갖는 항에 의해 기재된 대각선 상관 등을 무시하는 것은 복잡도의 추가 감소를 달성할 것이다. 가장 낮은 품질의 그레인 시뮬레이터는 백색 잡음 항만을 이용할 것이다.
크기 축소된 시스템에서 항이 무시될 때마다, 필름 그레인 정보 디코더(28) 가 나머지 파라미터를 조종하여, 효과적인 1차 상관 및 심지어 더 중요하게, 자동 상관(잡음 출력)이 수학식 2에 의해 구현된 모델의 전체-크기 조정 구현에서 행한 것과 동일하게 남아있는 경우, 이익이 발생한다. 동일한 조정은 이전 모든 이득 값의 이용가능성이 없을 때 각 프레임의 제 1 행 및 열에 대해 발생해야 한다.
수학식 2에서 구현된 모델의 융통성은, 제 1 칼라 채널을 제외하고 파라미터(p,q,r,s)를 0으로 설정하고, c>1에 대해 칼라 상관{u(c,L)}을 1로 설정함으로써 더 명백해질 것이다. 그러한 조건 하에서, 그레인은 완전히 단색이 된다. 이러한 파라미터 값의 세트는 칼라 공간의 이전 YUV 4:2:0 변환에 의해 버려진 칼라 변동에 대한 경우를 설명할 수 있다.
3개의 칼라 세트에 대해, 수학식 2의 모델은, 각 휘도 레벨에 대한 17개의 파라미터 그룹과 휘도에 좌우되지 않는 종횡비를 더한 값의 항으로 그레인 패턴을 기재한다. 휘도-종속 파라미터는 수 개의 고정된 휘도 레벨에 대해 인코딩될 수 있다. 디코더는 중간 휘도 레벨에 대한 파라미터 값을 보간할 것이다.
그레인 파라미터는 수학식 2의 형태로 정확히 표현할 필요가 없다. 예를 들어, 파라미터의 임의의 1-대-1 변환이 사용된다. 더욱이, 상이한 기준 세기 레벨 세트는 상이한 파라미터에 사용될 수 있고, 상이한 보간 방식 등이 사용될 수 있다.
2. 필름 그레인 패턴을 시뮬레이팅하기 위한 공간 영역에서의 컨벌루션
다른 예시적인 실시예에서, 필름 그레인 패턴은 난수 x의 세트를 선형의 시간-불변 디지털 필터 h에 의해 컨볼빙(convolving)함으로써 시뮬레이팅될 수 있는 데, 상기 h는 수학식 3의 형태로 정의된다:
h=(h0,h1,h2,h3,...hn)
이것은, 필터 출력 시뮬레이팅 필름 그레인(y(n))이 필터 임펄스 응답(h(n))을 통한 입력(x(n))의 컨벌루션이라는 것을 나타낸다:
Figure 112005065221218-PCT00003
수학식 4가 1차원으로 시뮬레이션을 초래하지만, 2차원 패턴은 1차원으로 수직 및 수평 컨벌루션을 연쇄시킴으로써 얻어질 수 있다. 그러한 상황 하에서, 종횡비 인자 이외에 필터의 계수가 송신되어야 한다.
제한된 성능을 갖는 필름 그레인 정보 디코더(28)는 컨벌루션 커널의 공간 크기를 제한시킬 수 있고, 이것은 메모리 및 처리 전력 요구조건을 감소시킬 것이다.
3. 필름 그레인 패턴을 시뮬레이팅하기 위해 변환된 영역에서 필터링
전술한 바와 같이, 난수 x의 세트를 통한 필터 h의 임펄스 응답을 컨볼빙하는 것은 필름 그레인 패턴을 특징화할 수 있다. 동일한 작용은 임펄스 응답 H의 푸리에 변환 및 난수 X의 세트의 푸리에 변환에 의해 주파수 영역에서의 곱셈에 의해 또한 기재될 수 있다.
Y(u)=X(u)ㆍH(u)
주파수 영역에서의 필터링은, 이미지의 푸리에 변환이 예를 들어 필터링 또는 압축 프로세스의 부분으로서 이용가능한 경우 계산이 더 빠르기 때문에 장점을 제공한다.
다음의 파라미터 세트는 본 원리에 따라 이미지-종속 그레인을 나타내는 만족스러운 결과를 초래하였다. 이러한 파라미터는 그레인을 시뮬레이팅하는 자동 복원 방법을 취한다. 다른 방법을 위한 파라미터는 유사한 표에 의해 표현된다.
칼라 공간: 대수적 RGB
혼합 모드: 덧셈
종횡비: 1
세기 레벨의 수: 3
R 성분에 대한 파라미터:
q r u v p
레벨[0,84]: 0.1 .01 0.0 0.2 0.02
레벨[85,168]: 0.1 .01 0.0 0.15 0.03
레벨[169,255]: 0.3 -.01 0.0 0.15 0.05
G 성분에 대한 파라미터:
q r u v p
레벨[0,84]: 0.3 0.0 0.1 0.2 0.01
레벨[85,168]: 0.2 .01 0.1 0.15 0.03
레벨[169,255]: 0.1 -.01 0.2 0.1 0.05
B 성분에 대한 파라미터:
q r u v p
레벨[0,84]: 0.4 .01 0.1 0.2 0.02
레벨[85,168]: 0.1 0.0 0.1 0.15 0.03
레벨[169,255]: 0.1 0.0 0.2 0.1 0.04
이 표에 도시되지 않은 상관 파라미터는 0으로 설정된다.
칼라 공간, 혼합 모드, 종횡비 및 상이한 파라미터가 한정되는 세기 레벨의 수를 규정한 후에, 각 칼라 성분 상의 필름 그레인이 인코딩된다. 몇몇 레벨(세기) 정보 이외에 이탤릭체의 데이터만이 송신되어야 한다는 것이 주지된다.
도 2는 본 원리에 따라 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위한 시스템의 제 2 실시예(10')를 도시한다. 시스템(10')은 도 1의 시스템(10)과 동일한 많은 요소를 공유하고, 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 나타낸다. 더욱이, 도 2의 시스템(10')은 도 1의 필름 그레인 특성 정보 인코더(26) 및 필름 그레인 특성 정보 디코더(28)가 없는 경우만 다르다. 도 2의 시스템(10')은 필름 그레인 캐릭터라이저(23)의 필름 그레인 특성 정보(25) 출력을 각각 인코딩 및 디코딩하기 위해 비디오 인코더(13) 및 비디오 디코더(15)를 이용한다. 도 2의 시스템(10')은 병렬 개선 정보로서 송신 필름 그레인 특성 정보를 지원하는 비디오 코딩 표준의 이용을 필요로 한다.
도 3은 본 원리에 따라 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위해 시스템의 제 3 실시예(10")를 도시한다. 시스템(10")은 도 2의 시스템(10')과 동일한 많은 요소를 공유하고, 유사한 참조 번호는 유사한 요소는 나타낸다. 더욱이, 도 3의 시스템(10")은 도 2의 필름 그레인 제거기(22)가 없는 경우만 다르다. 도 3의 시스템(10")은 필름 그레인을 제거한 결과를 시뮬레이팅하기 위해 비디오 인코더(13)에서 이용가능한 재구성된 이미지를 이용한다. 도 3의 시스템(10")은 도 1의 시스템(10) 및 도 2의 시스템(10')에 비해 2가지 장점을 제공한다. 먼저, 도 3의 시스템(10")은 필름 그레인 제거와 관련된 계산상 복잡도를 감소시키고, 두 번째로, 비디오 인코더(13)에 의해 억제된 필름 그레인의 양에 필름 그레인 특성을 적응시킨다. 일단 도 3의 필름 그레인 캐릭터라이저가 필름 그레인을 갖는 입력 비디오(12), 및 비디오 인코더(13)로부터 나오는 재구성된 비디오(24) 모두를 배치하면, 관찰된 필름 그레인을 특징화하는 작업을 달성할 수 있다.
이전 설명은 비디오 신호에서 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 기술을 설명한다. 필름 그레인 시뮬레이션 기술이 비디오 신호의 인코딩 및 디코딩과 연계하여 설명되었지만, 상기 기술은 예를 들어 동화상 필름의 사후 제작과 같이 다른 목적을 위해 동일한 응용가능성을 갖는다. 이러한 관점에서, 본래 이미지는 압축된 비디오 신호 이외의 형태로 이미지 정보로서 존재할 수 있고, 필름 그레인 정보는 SEI 메시지와 같은 메시지 이외의 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 이미지 정보는 종래 기술에 존재하는 다양한 서로 다른 포맷 중 하나로 존재할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 기술 등에 이용된다.

Claims (22)

  1. 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법으로서,
    필름 그레인이 적어도 감쇠된 이미지를 나타내는 이미지 정보를 수신하는 단계와;
    상기 이미지에서 이전에 상기 필름 그레인의 상이한 속성을 규정하는 가능한 파라미터 세트 중에서 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 필름 그레인 정보를 수신하는 단계와;
    그레인을 시뮬레이팅하기 위한 모델을 선택하는 단계와;
    상기 선택된 모델 및 적어도 하나의 파라미터에 따라 상기 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 단계와;
    상기 시뮬레이팅된 필름 그레인을 상기 이미지에 병합하는 단계를
    포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 파라미터(e) 세트는 복수의 상관 파라미터 및 복수의 세기-독립 파라미터를 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 상관 파라미터는 필름 그레인의 인식된 패 턴에서 공간 상관을 한정하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 상관 파라미터는 칼라 층 사이의 상관을 한정하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 상관 파라미터는 상기 이미지 시퀀스의 사전 처리로부터 야기된 시간 상관을 한정하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  6. 제 2항에 있어서, 적어도 하나의 세기-독립 파라미터는 상기 필름 그레인의 종횡비를 한정하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 파라미터는 상기 필름 그레인의 무작위 성분의 세기를 한정하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 세기-종속 파라미터 중 적어도 하나는 상기 시뮬레이팅된 필름 그레인을 상기 이미지에 병합하는데 사용된 칼라 공간 및 혼합 모드 동작을 한정하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 필름 그레인 정보를 포함하는 메시지는 상기 이미지 대표 정보와 함께 대역 외에서 송신되는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 필름 그레인 정보를 포함하는 메시지는 상기 이미지 대표 정보와 함께 대역 내에서 송신되는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  11. 제 2항에 있어서, 상기 파라미터 세트는 상기 공간 상관의 2차 자동 복원 표현, 및 교차-칼라 및 시간 상관의 1차 복원 표현에 따라 계산되는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  12. 제 3항에 있어서, 상기 그레인의 공간 패턴을 나타내는 적어도 하나의 파라미터는 공간 컨볼루션(convolution) 모델에 따라 확립되는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  13. 제 3항에 있어서, 상기 그레인의 공간 패턴을 나타내는 적어도 하나의 파라미터는 푸리에 영역에서 필터의 차단 주파수로부터 얻어지는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 모델을 선택하는 세트는 덧셈 그레인 모델을 선택하는 단계를 더 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 모델을 선택하는 세트는 곱셈 그레인 모델을 선택하 는 단계를 더 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 모델을 선택하는 단계는, 선형의 시간-불변의 디지털-필터 h에 의해 난수 세트를 컨볼빙(convolving)함으로써 상기 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 모델을 선택하는 단계를 더 포함하며, 상기 h는,
    h=(h0, h1,h2,h3,...hn)의 형태로 정의되고,
    여기서 상기 파라미터 세트는 필터 계수를 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 모델을 선택하는 단계는, Y(u)=X(u)ㆍH(u)에 따라 시뮬레이팅된 그레인 결과(Y(u))를 산출하기 위해, 주파수 영역에서 임펄스 응답 H의 푸리에 변환, 및 난수의 푸리에 변환 세트와 곱하는 단계를 더 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 방법.
  18. 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 장치로서,
    (1) 필름 그레인이 실질적으로 감쇠된 이미지를 나타내는 이미지 정보를 수신하고, (2) 상기 필름 그레인의 상이한 속성을 규정하는 가능한 파라미터 세트 중에서 적어도 하나의 파라미터를 포함하는 필름 그레인 정보를 수신하고, (3) 그레인을 시뮬레이팅하기 위한 모델을 선택하고, (4) 상기 선택된 모델 및 상기 적어도 하나의 파라미터에 따라 상기 필름 그레인을 시뮬레이팅하기 위한, 제 1 수단과;
    상기 시뮬레이팅된 필름 그레인을 상기 이미지에 병합하기 위한 제 2 수단을
    포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 수단에 의해 선택된 모델은 덧셈 그레인 모델을 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 수단에 의해 선택된 모델은 곱셈 그레인 모델을 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 장치.
  21. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 수단에 의해 선택된 모델은, 선형의 시간-불변의 디지털-필터 h에 의해 난수 세트를 컨볼빙함으로써 상기 필름 그레인을 시뮬레이팅하고, 상기 h는,
    h=(h0,h1,h2,h3,...hn)의 형태로 정의되고,
    여기서 상기 파라미터 세트는 필터 계수를 포함하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 장치.
  22. 제 18항에 있어서, 상기 제 1 수단에 의해 선택된 모델은, Y(u)=X(u)ㆍH(u)에 따라 시뮬레이팅된 그레인 결과(Y(u))를 산출하기 위해, 주파수 영역에서 임펄스 응답 H의 푸리에 변환, 및 난수의 푸리에 변환 세트와 곱함으로써 필름 그레인을 시뮬레이팅하는, 필름 그레인을 시뮬레이팅하는 장치.
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