KR20060098809A - 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디지털 텔레비전 출력 화면의 선명도 향상 방법을 개선하기 위해 영상의 내용물에 따라 선명도의 정도를 달리하는 적응적인 선명도 향상 장치 및 방법을 제공하기 위한 것으로서, 입력 영상의 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고주파 추출부와, 상기 고주파 추출부에서 출력되는 고주파 성분에 따른 영상의 국부적인 영역에서 활성도(activity)를 계산하여 현재 국부적인 영역의 상태를 판정하는 활성도 측정부와, 상기 활성도 측정부에서 계산된 국부 활성도에 따라 적용하는 가중치 값을 다르게 설정하는 가중치 계산부와, 상기 고주파 추출부에서 추출된 고주파 성분과 상기 가중치 계산부에서 설정된 가중치 값을 결합하고 다시 이 값을 처음 입력 영상신호와 다시 결합하는 결합부를 포함하여 구성되는데 있다.
적응적 선명도, 디지털 텔레비전, 국부적 선명도, 활성도
Description
도 1 은 종래의 선명도 향상을 위해 사용되는 구조를 나타낸 도면
도 2 는 본 발명에 따른 적응적 선명도 향상을 위해 사용되는 구조를 나타낸 도면
도 3(a)(b)(c)은 본 발명에 따른 국부 영역에서의 활성화 측정 방법을 나타낸 도면
도 4 는 본 발명에 따른 임계값 기반 가중치 결정 방법을 나타낸 도면
도 5 는 본 발명에 따른 룩업 테이블 기반 가중치 결정 방법을 나타낸 도면
도 6 은 본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 방법을 나타낸 흐름도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 고주파 추출부 10a : 고대역 통과 필터
10b : 필터링 에러 제거기 20 : 결합부
20a : 곱셈기 20b : 가산기
30 : 활성도 측정부 40 : 가중치 계산부
본 발명은 디지털 텔레비전 출력 화면의 선명도 향상 방법을 개선하기 위해 영상의 내용물에 따라 선명도의 정도를 다르게 적용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 방송국에서 송출되는 텔레비전 신호는 TV 카메라에 내재된 특성과 전송 선로의 채널 특성 등으로 인해 불가피하게 잡음의 추가와 함께 영상에서의 블러링(Blurring)이 발생하게 된다. 따라서 대부분의 텔레비전에서는 이런 블러링을 제거하기 위하여 선명도 향상 기술을 채택하고 있다.
영상의 선명도를 향상시키기 위한 기본 개념은 원신호에서 에지나 텍스춰(texture)와 같은 고주파 성분을 가진 영역 부근에서의 국부적 선명도(contrast)를 향상시키는 것이다.
도 1 은 종래의 선명도 향상을 위해 사용되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 1과 같이, 입력되는 원 신호를 고대역 통과 필터(10a) 및 필터링 에러 제거기(10b)를 통해 잡음이 제거되어 출력되는 고주파 성분을 적당한 가중치로 곱하여 원 신호에 더하는 방법이 많이 사용되고 있다.
이때, 상기 고주파 성분과 곱해지는 가중치의 값이 클수록 고주파 성분이 많이 증폭되며 따라서 선명도는 더 증가하게 된다.
그러나, 선명도를 높이기 위해 상기 가중치를 증가시키면 평탄한 영역에서는 고주파 대역 통과 필터(10a)로 인해 잡음 성분이 나타나게 되어서 잡음 성분까지 증폭되게 된다. 그리고 머리카락이나 잔디밭과 같은 고주파 영역에서는 지나치게 큰 오버피킹(overpeaking)이 발생한다.
이런 문제점들은 영상의 내용물에 대한 고려 없이 영상 전체에 대하여 동일한 가중치를 적용하기 때문에 발생하는 것이다. 이런 문제점을 해결하기 위해서는 다음과 같은 두 가지 기술적인 문제를 해결해야 한다.
첫째, 영상의 국부 영역의 종류를 결정해야 한다.
즉, 현재 영역이 평탄한 영역인지, 고주파 영역인지 아니면 중간 대역인지를 결정해야 한다.
둘째, 영역에 따라 서로 다른 가중치를 적용하는 방법이 있어야 한다.
즉, 저주파 영역과 고주파 영역에서는 가중치 값을 낮춤으로써, 잡음 증폭이나 오버피킹을 각각 줄여야 하고, 중간 주파수 영역에서의 가중치만을 키움으로써 선명도를 향상시켜야 한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 디지털 텔레비전 출력 화면의 선명도 향상 방법을 개선하기 위해 영상의 내용물에 따라 선명도의 정도를 달리하는 적응적인 선명도 향상 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 룩업 테이블 방식을 적용하여 사용자가 내용물에 따른 선명도 정도를 조절할 수 있도록 하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 장치의 특징은 입력 영상의 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고주파 추출부와, 상기 고주파 추출부에서 출력되는 고주파 성분에 따른 영상의 국부적인 영역에서 활성도(activity)를 계산하여 현재 국부적인 영역의 상태를 판정하는 활성도 측정부와, 상기 활성도 측정부에서 계산된 국부 활성도에 따라 적용하는 가중치 값을 다르게 설정하는 가중치 계산부와, 상기 고주파 추출부에서 추출된 고주파 성분과 상기 가중치 계산부에서 설정된 가중치 값을 결합하고 다시 이 값을 처음 입력 영상신호와 다시 결합하는 결합부를 포함하여 구성되는데 있다.
바람직하게 상기 활성도 측정부는 국부적인 영역의 상태가 평탄한 영역, 고주파 영역, 저주파 영역 또는 중간 영역인지를 판정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 가중치 계산부는 평탄한 영역의 가중치 값 > 중간 주파수 영역의 가중치 값 > 저주파 영역 또는 고주파 영역의 가중치 값의 순으로 가중치 값을 설정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 고주파 추출부는 입력 영상이 들어오면 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고대역 통과 필터와, 상기 고대역 통과 필터에서 출력되는 입력 영상의 고주파 성분을 코어링(coring) 및 임계법(thresholding)을 이용하여 필터링 에러를 제거한 고주파 성분을 추출하는 필터링 에러 제거기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 결합부는 상기 고주파 추출부에서 추출된 고주파 성분과 상 기 가중치 계산부에서 설정된 가중치 값을 결합하는 곱셈기와, 상기 곱셈기에서 결합된 값과 처음 입력 영상신호와 결합하는 가산기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 방법의 특징은 입력 영상이 들어오면 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 추출 단계와, 상기 추출된 입력 영상의 고주파 성분을 이용하여 국부 영역에서의 활성도를 계산하는 계산 단계와, 상기 계산된 국부 영역의 활성도를 이용하여 적응적으로 가중치를 결정하는 결정 단계와, 상기 결정된 가중치를 처음 입력 영상신호에서 추출된 고주파 성분과 곱하고, 다시 이 값을 상기 처음 입력 영상신호와 다시 가산하는 단계를 포함하여 이루어지는데 있다.
바람직하게 상기 추출 단계와 계산 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 계산 단계는 상기 국부 영역에서의 각 픽셀의 계조를 나타내는 픽셀 값과 각 픽셀의 선명도를 높이기 위해 정의된 가중치 값을 검출하는 단계와, 상기 각 픽셀별로 픽셀 값과 가중치 값을 모두 곱하는 단계와, 상기 곱해진 각 픽셀별 값을 모두 더하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 결정 단계는 평탄한 영역을 정의하는 임계값1과 고주파 영역을 정의하는 임계값2를 각각 설정하는 단계와, 상기 계산된 활성도가 평탄한 영역이면 가중치를 임계값1로 설정되고, 상기 계산된 활성도가 고주파 영역이면 가중치를 임계값2로 설정되고, 상기 계산된 활성도가 중간 영역이면 가중치를 상기 설 정된 임계값1 및 임계값2의 사이에서 적응적으로 조절하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 임계값1이 임계값2보다 작은 값은 갖는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 결정 단계는 활성도에 따라 이에 상응하는 가중치를 미리 정의한 후, 이를 룩업 테이블로 구축하는 구축 단계와, 상기 계산되어 입력되는 활성도에 상응하는 가중치 값을 상기 구축된 룩업 테이블에서 검출하는 검출 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 룩업 테이블의 구축은 국부적인 영역이 중간 주파수 영역인 경우에 가중치 값을 기준 가중치 값으로 설정하는 단계와, 상기 국부적인 영역이 저주파 영역 또는 고주파 영역인 경우에는 상기 기준 가중치 값보다 낮은 값으로 설정하는 단계와, 상기 국부적인 영역이 평탄한 영역인 경우에 가중치 값을 상기 기준 가중치 값보다 높게 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게 상기 룩업 테이블은 활성도의 범위가 0 ~ (MaxVal-1)이고, 가중치의 해상도가 M비트라면, MaxVal x M의 크기로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2 는 본 발명에 따른 적응적 선명도 향상을 위해 사용되는 구조를 나타낸 도면이다.
도 2와 같이, 입력 영상의 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고주파 추출부(10)와, 상기 고주파 추출부(10)에서 출력되는 고주파 성분에 따른 영상의 국부적인 영역에서 활성도(activity)를 계산하여 현재 국부적인 영역이 평탄한 영역, 고주파 영역, 저주파 영역 또는 중간 영역인지를 판정하는 활성도 측정부(30)와, 상기 활성도 측정부(30)에서 계산된 국부 활성도에 따라 적용하는 가중치 값을 다르게 설정하는 가중치 계산부(40)와, 상기 고주파 추출부(10)에서 추출된 고주파 성분과 상기 가중치 계산부(40)에서 설정된 가중치 값을 결합하고 다시 이 값을 처음 입력 영상신호와 다시 결합하는 결합부(20)로 구성된다.
이때, 상기 고주파 추출부(10)는 입력 영상이 들어오면 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고대역 통과 필터(10a)와, 상기 고대역 통과 필터(10a)에서 출력되는 입력 영상의 고주파 성분을 코어링(coring) 및 임계법(thresholding)을 이용하여 필터링 에러를 제거한 고주파 성분을 추출하는 필터링 에러 제거기(10b)로 구성된다.
그리고 상기 결합부(20)는 상기 고주파 추출부(10)에서 추출된 고주파 성분과 상기 가중치 계산부(40)에서 설정된 가중치 값을 결합하는 곱셈기(20a)와, 상기 곱셈기(20a)에서 결합된 값과 처음 입력 영상신호와 결합하는 가산기(20b)로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 장 치의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6 은 본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하여 설명하면, 크게 4 단계로 구성된다.
먼저, 첫 번째 단계로서 입력 영상이 들어오면 국부 영역에서 고대역 통과 필터(10a)를 통과시킴으로써 입력 영상의 고주파 성분을 추출한다. 이 고대역 통과 필터(10a)는 단순히 고주파 통과 필터로 구현할 수도 있고, 원래 영상에서 저주파 성분을 뺀 구조로 구현할 수도 있다. 그리고 상기 고대역 통과 필터(10a)에서 출력되는 입력 영상의 고주파 성분을 필터링 에러 제거기(10b)에서 코어링(coring) 및 임계법(thresholding)을 이용하여 필터링 에러를 제거한 고주파 성분을 추출한다(S10).
다음 두 번째 단계로서 국부 영역에서의 활성도를 계산한다(S20). 이때, 상기 국부 영역에서의 활성도 계산은 상기 첫 번째 단계에서 고주파 성분의 추출과 동시에 이루어진다.
도 3(a)(b)(c)은 본 발명에 따른 국부 영역에서의 활성화 측정 방법을 나타낸 도면으로, 도 3(a)은 국부 영역에서의 활성도의 픽셀 값을 나타낸 도면이고, 도 3(b)(c)은 국부 영역에서의 활성도의 각 픽셀의 가중치를 나타낸 도면이다.
즉, 도 3(a)(b)(c)과 같이 국부 영역에서의 활성도를 계산하기 위한 국부 영역을 정의한다. 본 명세서에서는 일 실시예로서 3x3의 크기로 국부 영역을 정의하였다.
이때, 상기 활성도는 국부 영역에서 영상의 변화량을 측정하기 위한 것으로서, 활성도가 클수록 국부 영역에서의 변화량이 크다는 것을 의미한다. 즉 평탄한 영역에서는 활성도의 값이 적게 나오고, 에지 부근과 같은 변화량이 큰 영역에서는 활성도 값이 크게 나온다.
따라서, 상기 활성도는 각 픽셀의 계조를 나타내는 픽셀 값(p1~ p9)과 각 픽셀의 선명도를 높이기 위해 정의된 가중치(w1 ~ w9)를 이용하여 다음 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.
[수학식 1]
활성도 = (p1*w1) + (p2*w2) + ... + (p9*w9)
그리고 세 번째 단계로서 상기 계산된 국부 영역의 활성도를 이용하여 가중적응적 가중치를 결정한다(S30).
이때, 상기 국부 영역의 활성도에 따라 적용하는 가중치를 조절하기 위해 다음과 같은 두 가지의 방법을 사용할 수 있다.
첫 번째 방법으로는 임계값 기반의 방법이다.
즉, 도 4와 같이 평탄한 영역을 정의하는 임계값1(threshold1)과 고주파 영역을 정의하는 임계값2(threshold2)를 설정하고, 계산된 활성도가 평탄한 영역이면 가중치를 임계값1로 설정되고, 상기 계산된 활성도가 고주파 영역이면 가중치를 임계값2로 설정되고, 상기 계산된 활성도가 중간 영역이면 가중치를 상기 설정된 임계값1 및 임계값2의 사이에서 적응적으로 조절하여 적용한다.
이때, 상기 임계값1이 임계값2보다 작은 값은 갖는 것이 바람직하다.
이 방법은 구현이 간단한 반면 사용자가 조절할 수 있는 가중치의 결과가 중간 영역에서만 조절되는 것으로 제한된다는 단점이 있다.
두 번째 방법으로는 룩업 테이블 기반의 방법이다.
즉, 각 활성도에 따라 이에 상응하는 가중치를 미리 정의한 후, 이를 룩업 테이블로 구축하고 있다.
이때, 룩업 테이블로 구축되는 가중치는 국부적인 영역이 중간 주파수 영역인 경우에 가중치 값을 기준 가중치 값으로 설정할 때, 상기 국부적인 영역이 저주파 영역 또는 고주파 영역인 경우에는 상기 기준 가중치 값보다 낮은 값으로 정의한다. 그리고 상기 국부적인 영역이 평탄한 영역인 경우에 가중치 값을 상기 기준 가중치 값보다 높게 설정한다.
따라서, 상기 두 번째 단계를 통해 계산된 활성도가 입력되면, 미리 설정되어 룩업 테이블에 저장되어 있는 가중치 중 입력되는 활성도에 상응하는 가중치 값을 출력한다.
이에 따라, 도 5와 같이 상기 룩업 테이블에 입력되는 활성도 값에 따라 출력되는 가중치 값이 나타나게 된다.
그리고 상기 룩업 테이블은 활성도의 범위가 0 ~ (MaxVal-1)이고, 가중치의 해상도가 M비트라면, MaxVal x M의 크기를 갖게 된다.
이때, 사용자는 구현하고자 하는 활성도-가중치 전달 곡선을 룩업 테이블에 손쉽게 입력 구현할 수 있다.
상기 첫 번째 임계값 기반의 가중치 결정 방법도 이런 룩업 테이블 방식으로 더욱 쉽게 구현이 가능하다.
이와 같이 상기 룩업 테이블 기반의 방식은 활성도-가중치 사이의 전달 특성 곡선을 임의의 형태로 얻을 수 있는 장점이 있다.
그리고 마지막 네 번째 단계로 상기 결정된 가중치를 처음 입력 영상신호에서 추출된 고주파 성분과 곱하고, 다시 이 값을 상기 처음 입력 영상신호와 다시 가산하는 결합한다(S40).
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 영상의 내용물에 적응적인 선명도 향상 방법은 종래에 영상의 내용물에 대한 고려 없이 영상 전체에 대하여 동일한 가중치를 적용하기 때문에 발생하는 잡음 증폭이나 오버피킹을 줄일 수 있다.
그리고 사용자는 영상의 내용물에 따라 적응적으로 선명도를 조절할 수 있다.
Claims (13)
- 입력 영상의 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고주파 추출부와,상기 고주파 추출부에서 출력되는 고주파 성분에 따른 영상의 국부적인 영역에서 활성도(activity)를 계산하여 현재 국부적인 영역의 상태를 판정하는 활성도 측정부와,상기 활성도 측정부에서 계산된 국부 활성도에 따라 적용하는 가중치 값을 다르게 설정하는 가중치 계산부와,상기 고주파 추출부에서 추출된 고주파 성분과 상기 가중치 계산부에서 설정된 가중치 값을 결합하고 다시 이 값을 처음 입력 영상신호와 다시 결합하는 결합부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 활성도 측정부는 국부적인 영역의 상태가 평탄한 영역, 고주파 영역, 저주파 영역 또는 중간 영역인지를 판정하는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 가중치 계산부는 평탄한 영역의 가중치 값 > 중간 주파수 영역의 가중 치 값 > 저주파 영역 또는 고주파 영역의 가중치 값의 순으로 가중치 값을 설정하는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 고주파 추출부는입력 영상이 들어오면 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 고대역 통과 필터와,상기 고대역 통과 필터에서 출력되는 입력 영상의 고주파 성분을 코어링(coring) 및 임계법(thresholding)을 이용하여 필터링 에러를 제거한 고주파 성분을 추출하는 필터링 에러 제거기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 결합부는상기 고주파 추출부에서 추출된 고주파 성분과 상기 가중치 계산부에서 설정된 가중치 값을 결합하는 곱셈기와,상기 곱셈기에서 결합된 값과 처음 입력 영상신호와 결합하는 가산기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선명도 향상 장치.
- 입력 영상이 들어오면 국부 영역에서 입력 영상의 고주파 성분을 추출하는 추출 단계와,상기 추출된 입력 영상의 고주파 성분을 이용하여 국부 영역에서의 활성도를 계산하는 계산 단계와,상기 계산된 국부 영역의 활성도를 이용하여 적응적으로 가중치를 결정하는 결정 단계와,상기 결정된 가중치를 처음 입력 영상신호에서 추출된 고주파 성분과 곱하고, 다시 이 값을 상기 처음 입력 영상신호와 다시 가산하는 결합 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 추출 단계와 계산 단계는 동시에 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 계산 단계는상기 국부 영역에서의 각 픽셀의 계조를 나타내는 픽셀 값과 각 픽셀의 선명도를 높이기 위해 정의된 가중치 값을 검출하는 단계와,상기 각 픽셀별로 픽셀 값과 가중치 값을 모두 곱하는 단계와,상기 곱해진 각 픽셀별 값을 모두 더하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 결정 단계는평탄한 영역을 정의하는 임계값1과 고주파 영역을 정의하는 임계값2를 각각 설정하는 단계와,상기 계산된 활성도가 평탄한 영역이면 가중치를 임계값1로 설정되고, 상기 계산된 활성도가 고주파 영역이면 가중치를 임계값2로 설정되고, 상기 계산된 활성도가 중간 영역이면 가중치를 상기 설정된 임계값1 및 임계값2의 사이에서 적응적으로 조절하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적응적 선명도 향상 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 임계값1이 임계값2보다 작은 값은 갖는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 결정 단계는활성도에 따라 이에 상응하는 가중치를 미리 정의한 후, 이를 룩업 테이블로 구축하는 구축 단계와,상기 계산되어 입력되는 활성도에 상응하는 가중치 값을 상기 구축된 룩업 테이블에서 검출하는 검출 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 룩업 테이블의 구축은국부적인 영역이 중간 주파수 영역인 경우에 가중치 값을 기준 가중치 값으 로 설정하는 단계와,상기 국부적인 영역이 저주파 영역 또는 고주파 영역인 경우에는 상기 기준 가중치 값보다 낮은 값으로 설정하는 단계와,상기 국부적인 영역이 평탄한 영역인 경우에 가중치 값을 상기 기준 가중치 값보다 높게 설정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 룩업 테이블은 활성도의 범위가 0 ~ (MaxVal-1)이고, 가중치의 해상도가 M비트라면, MaxVal x M의 크기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 적응적인 선명도 향상 방법.
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