KR20060107009A - 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치 - Google Patents

동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디코딩된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 후처리하는 방법에 있어서, 대상 픽셀의 지표를 획득하는 단계, 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는지 여부를 상기 지표를 바탕으로 판단하는 단계, 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되지 않는 경우, 퍼짐 제거 필터를 적용하는 단계, 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는 경우, 에지 보상 필터를 적용하는 단계, 대상 픽셀에 대하여 에지 향상 필터를 적용하는 단계, 대상 픽셀을 클리핑(clipping)하는 단계 및 상기 과정의 수행을 통하여 획득되는 보정값을 대상 픽셀에 상응하는 복호화 영상에 적용하는 단계를 포함하는 동영상 코덱의 후처리 방법을 제공할 수 있다.
MPEG_4, H.264, 코덱 후처리 방법, 퍼짐 제거, 에지 향상

Description

동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치{Method and apparatus for post-processing of moving pocture codec }
도 1은 종래 기술에 따른 동영상 복원 과정을 나타내는 블럭도.
도 2는 종래 기술에 따른 MPEG_4 동영상 코덱의 후처리 과정을 나타내는 순서도.
도 3은 종래 기술에 따른 MPEG_4 동영상 코덱의 후처리 과정 중 임계값 결정 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 종래 기술에 따른 MPEG_4 동영상 코덱의 후처리 과정 중 지표 획득 과정을 설명하기 위한 도면.
도 5는 종래 기술에 따른 MPEG_4 동영상 코텍의 후처리 과정 중 퍼짐 제거 필터링 과정을 설명하기 위한 도면.
도 6은 종래 기술에 따른 에지의 방향성을 고려한 저역 통과 필터(Low Pass Filter: LPF) 및 고역 통과 필터(High Pass Filter: HPF)를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 H.264 동영상 코덱의 후처리 방법을 나타내는 순서도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지의 방향성을 고려한 LPF 및 HPF를 설명하기 위한 도면.
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 클리핑 과정을 설명하기 위한 도면.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 QP가 5인 경우 동영상 코덱의 후처리 결과를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 QP가 25인 경우 동영상 코덱의 후처리 결과를 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 QP가 40인 경우 동영상 코덱의 후처리 결과를 나타내는 도면.
본 발명은 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 동영상을 복호화하는 과정에서 선명도와 화질을 효과적으로 개선하기 위한 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 통신 환경은 유무선의 구분이나 지역이나 국가의 한계를 초월하여 급변하고 있으며, 특히 영상과 음성은 물론 사용자가 필요로 하는 다양한 정보를 실시간으로 또는 종합적으로 제공하는 방향으로 구축되는 추세이다. 이에 따라 동영상을 디지털 데이터로 가공하여 실시간으로 전송하고 이를 수신하여 디스플레이하는 시스템이 상용화되고 있다. 이러한 상용화 과정에서 아날로그 영상 신호를 양자화, 부호화 등을 통하여 디지털화 후, 이를 디지털 정보에 포함하여 송신하고, 수신되는 단말기에서 이를 복호화함으로써 빠른 전송 속도와 보다 풍부한 정보량을 송수신 할 수 있도록 하는 동영상 압축 기술의 발달이 핵심적인 역할을 한다.
그러나 아날로그 신호를 디지털 신호로 양자화하는 과정은 데이터의 왜곡 및 손실을 발생시키며 이러한 왜곡 및 손실은 복원된 데이터 이미지의 화질 및 선명도를 떨어뜨린다. 이를 해결하기 위하여 종래에는 동영상 코덱의 후처리 과정으로 퍼짐 제거 필터를 사용하는 방법이 일반적이었다.
이하에서는 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 동영상 코덱의 후처리 과정을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 동영상 복원 과정을 나타내는 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 동영상 복원 과정은 압축된 동영상 데이터를 수신하여 이를 복호화하며(101), 복호화된 데이터를 후처리하는 과정(103)을 통하여 이루어진다. 이에 의하여 후처리된 이미지를 획득(105)하게 되는 것이다. 동영상 복호화(101)는 코덱을 통하여 행해진다. 코덱이란 코더(coder)와 디코더(decoder)의 합성어로, 음성이나 비디오 데이터를 컴퓨터가 처리할 수 있게 디지털로 바꿔 주고, 그 데이터를 컴퓨터 사용자가 알 수 있게 모니터에 본래대로 재생시켜 주기도 하는 소프트웨어이다. 뿐만 아니라, 동영상처럼 용량이 큰 파일을 작게 묶어주고 이를 다시 본래대로 재생할 수 있게 해주기도 한다. 코텍은 인텔이 제안하여 많이 사용되고 있는 인디오(indeo)와 동영상 편집기에서 사용되는 엠펙(MPEG), 애플사의 MOV을 비롯해서, DivX·AVI·RLE·RA 등 여러 종류가 있으며, 이중 마이크로소프트가 개발한 엠펙은 현재 가장 많이 사용되는 것으로 화질이 깨끗하지만 용량이 크다. 확장자는 mpg이며, 1·2·4 버전이 나와 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 동영상 코덱의 후처리 과정을 나타내는 순서도이다. 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 동영상 코덱의 후처리 과정은 16×16의 매크로블록(Macroblock)을 4개의 8×8의 서브 매크로블록(Sub_macroblock)으로 나누는 것(단계 201)으로 시작된다. 다음으로 각각의 서브 매크로블록의 최대값과 최소값을 이용하여 임계값을 결정(단계 203)하고, 결정된 임계값을 기준으로 각 픽셀 값에 대한 지표를 획득(단계 205)한다. 획득된 지표를 근거로 에지 영역인지 여부를 판단(단계 207)한 후, 에지가 아닌 영역에 한하여 퍼짐 제거 필터링(단게 209) 후, 필터된 값의 상한과 하한을 제한하는 클리핑 과정(단계 211)을 행한다. 각 과정에 대한 구체적인 방법은 도면을 참조하여 후술하기로 한다.
도 3은 종래 기술에 따른 동영상 코덱의 후처리 과정 중 임계값 결정 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)는 16×16의 매크로블록을 8×8이 서브 매크로블록으로 나눈 것이며, 도 3의 (b)는 각 서브 매크로블록의 임계값을 결정하기 위한 프로그램을 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 임계값(thr)은 각 서브 매크로블록(sub_mb)의 최소값(min)과 최대값(max)을 이용하여 결정된다. 임계값 결정 프로그램은 각 서브 매크로블록의 기본 임계값을 결정하는 프로그램(310)과 조건에 따 라 임계값을 재구성하는 프로그램(320)으로 이루어진다.
각 서브 매크로블록의 기본 임계값을 결정하는 프로그램(310)에서 k는 각 매크로블록의 일련 번호를 나타낸다. thr[k]는 k번째 서브 매크로블록의 임계값을 의미하며, sub_mb[k]는 k번째 서브 매크로블록의 64개의 필셀값을 의미한다. 각 서브 매크로블록의 임계값이 결정되면, 각 서브 매크로블록의 최대값과 최소값의 차를 그 서브 매크로블록의 범위(range)로 하여 최대 범위(max_range)를 결정한다.
임계값을 재구성하는 프로그램(320)은 max_range가 64보다 크거나 같고 서브 매크로블록의 범위가 32보다 작은 경우, 그 서브 매크로블록의 임계값을 최대 범위를 갖는 서브 매크로블록의 임계값으로 대체하고, max_range가 16보다 작은 경우 임계값을 0으로 대체한다. 이는 다음 과정에서 각 픽셀의 지표를 획득하고 이를 기준으로 에지 영역과 에지가 아닌 영역을 구분하는데 있어서, max_range가 64 이상이고 range가 32 미만인 경우 그 서브 매크로블록의 임계값을 max_range를 가지는 서브 매크로블록의 임계값으로 대체하는 것이 더욱 적절하며, max_range가 16 보다 작은 경우 에지 영역 구분의 실익이 적기 때문이다. 각 서브 매크로 블록의 임계값이 결정되면 그 임계값을 기준으로 각 픽셀을 지표화하는 과정이 수행된다.
도 4는 종래 기술에 따른 동영상 코덱의 후처리 과정 중 지표 획득 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 각 서브 매크로 블록의 임계값이 결정되면 지표(bin)의 확득은 임계값(thr)과 복호화된 영상의 픽셀값(rec)을 비교하여 수행된다. 지표 획득을 위한 수식은 다음과 같다.
Figure 112005017938816-PAT00001
여기서 h와 v는 각 서브 매크로블록 내의 픽셀의 위치를 의미하며, 지표 획득 과정은 8×8의 서브 매크로블록을 둘러싼 주변 블록의 1픽셀까지 포함하여 총 10×10픽셀에 대해 적용한다.
도 4의 (a)는 DCT(Discrete Cosine Transform) 전의 원본 데이터를 나타내며, 도 4의 (b)는 원본 데이터를 DCT 한 후 양자화하고, 이를 복호화한 데이터를 나타낸다. 강한 에지를 포함한 블록을 DCT 하는 경우 에지 성분은 주로 고주파 성분으로 나타나며, 이러한 고주파 성분은 저주파 성분에 비하여 크기가 작기 때문에 데이터를 양자화하는 과정에서 제거되기 쉽다. 따라서 이러한 고주파 성분이 제거된 데이터를 복호화한 영상은 에지 손실과 함께 에지 주변의 리플(크기가 작은 에지의 형태로 나타나므로 이를 "가공 에지"라 한다) 발생으로 인하여 퍼짐 현상이 나타나게 된다. 즉, 퍼짐 현상은 에지 주변에 손실된 데이터로 인해 발생하며, 에지가 강할수록 심해지는 것이다. 그러나 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 보호화된 데이터를 적절한 임계값을 기준으로 지표화하면 에지를 기준으로 그 주변이 모두 1과 0으로 결정할 수 있으며, 퍼짐 현상 영역은 주변 픽셀이 모두 0 또는 1로 결정된다. 그러므로 지표 획득의 결과로부터 퍼짐 현상 영역만을 선택할 수 있게 되므로 이를 기준으로 퍼짐 제거 필터링을 적용할 수 있게 되는 것이다.
도 5는 종래 기술에 따른 동영상 코텍의 후처리 과정 중 퍼짐 제거 필터링 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, (a)는 도 4에서 설명한 지표 획득 과정에 의하여 지표화된 하나의 서브 매크로블록을 도시한 도면이다. 전술한 바와 같이 지표 획득은 서브 매크로 블록을 둘러싼 주변의 1픽셀까지 포함하여 적용되므로 총 10×10의 지표를 얻게 된다. 도면 중 어두운 영역(해칭된 영역)은 하나의 픽셀을 기준으로 그 주변 픽셀을 포함한 3×3 픽셀이 모두 같은 지표를 갖는 픽셀만을 선택한 것이며 퍼짐 제거 필터링은 상기 선택된 영역에 대해서만 행해진다. 이하에서는 종래 기술에 따른 퍼짐 제거 필터링 과정을 설명하기로 한다.
도 5의 (b)는 퍼짐 제거 필터링을 위한 마스크를 나타낸다. 퍼짐 제거 필터링은 선택된 영역의 한 픽셀을 기준으로 그 주변 픽셀을 포함한 3×3 픽셀을 참조하여 수행되며, 퍼짐 현상을 제거하기 위한 방법 중 일 실시예가 도 5의(c)에 도시되어 있다. 퍼짐 제거 필터링 과정(530)은 필터링(filtering) 과정(531)과 클리핑(clipping) 과정(533)을 포함한다. 필터링 과정(531)은 상기 (a)에서 선택된 영역에 대하여만 적용되며, 그 외의 영역에 대해서는 필터를 적용하지 않는다. 필터링은 선택된 영역의 원 픽셀값에 상기 (b)에 도시된 마스크를 적용함으로써 수행되며, 상기 적용되는 필터는 일종의 LPF로 가공에 의하여 발생한 에지 성분을 감소하는 효과, 즉 퍼짐 현상을 제거하는 효과를 낳는다. 여기서 coef(i,j)는 마스크의 i행 j열의 계수를 의미하며, rec(h,v)는 복호화된 데이터의 h행 j열의 원 픽셀값을 의미한다. 필터링 후 적용되는 클리핑 과정(533)은 복호화된 데이터(rec)와 필터링된 데이터(flt') 사이의 최대 변화값(max_diff)을 제한하기 위한 것이다. 따라서 flt'-rec> max_diff 인 경우 필터링 데이터(flt)를 rec+max_diff로 제한하고, flt'-rec> -max_diff 인 경우 필터링 데이터(flt)를 rec-max_diff로 제한한다. 여기서 최대 변화값(max_diff)=양자화 계수(QP)/2로 따라 결정되며 MPEG-4에서 QP 값의 범위는 1~31이다.
그러나 상술한 종래 기술에 의한 동영상 코덱의 후처리 방법은 에지가 아닌 영역에 대해서만 퍼짐 제거 필터링을 수행하고 에지 영역에 대하서는 아무런 처리도 하지 않음으로써 영상의 선명도나 화질 개선면에서 한계가 있었다. 이를 해결하기 위하여 "A Fast filtering Algorithm for Image enhancement(IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING, 1994)"에는 에지를 향상시킴으로써 더 선명한 이미지를 얻는 방범을 개시하고 있으며, 에지 향상 방법에 대한 자세한 내용은 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6은 종래 기술에 따른 에지의 방향성을 고려한 저역 통과 필터(Low Pass Filter: LPF) 및 고역 통과 필터(High Pass Filter: HPF)를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, (a)에 도시된 3×3의 9픽셀의 데이터(610)를 (b)에 도시된 4개의 주요 에지 방향(620)을 고려하여 (c)의 방향성을 고려한 저역 통과 필터(630)와 (d)의 방향성을 고려한 고역 통과 필터(640)를 적용함으로써 에지를 향상시키고 있다.
저역 통과 필터(630)는 상기 (a)의 3×3의 데이터(610)의 중심값(Y5)를 기준 으로 각 방향을 고려한 방향값을 결정함으로써 수행된다. 각 방향값(D1, D2, D3, D4)은 중심값에 2배의 가중치를 두고 각 방향의 픽셀값을 더해서 평균한 값으로 결정된다. 예를 들면, (b)에서 0°방향(621)의 방향값(D1)은 (Y4+2*Y2+Y6)/4로 결정되고, 45°방향(623)의 방향값(D2)은 (Y3+2*Y2+Y7)/4로 결정되고, 90°방향(625)의 방향값(D3)은 (Y2+2*Y2+Y8)/4로 결정되고, 135°방향(627)의 방향값(D4)은 (Y1+2*Y2+Y9)/4로 결정된다. 다음으로 각 방향의 비중을 결정하여 방향값에 곱하여 평준화함으로써 새로운 픽셀값을 결정한다. 각 방향의 비중은 중심값과 방향값 차의 절대값 분의 1로 결정된다. 예를 들면, (b)에서 0°방향(621)의 비중(w1)은 1/｜Y5-D1｜으로 결정되고, 45°방향(623)의 비중(w2)은 1/｜Y5-D2｜로 결정되고, 90°방향(625)의 비중(w3)은 1/｜Y5-D3｜으로 결정되고, 135°방향(627)의 비중(w4)은 1/｜Y5-D4｜로 결정된다. 새로운 픽셀값은 다음 수학식 2에 의해 결정된다.
Figure 112005017938816-PAT00002
여기서 각 방향의 비중은 중심 픽셀값(Y5)과 방향값(D)의 차의 절대값에 반비례하므로 중심 픽셀값으로부터 각 방향으로의 변화가 적은 방향값이 더 큰 비중을 갖게 되어 새로운 중심 픽셀값(Y_new)은 주변 값과 비슷해지도록 필터링되어 복호화된 데이터의 리플에 의한 에지 손실을 보상한다.
고역 통과 필터(640)는 상기 (a)의 3×3의 데이터(610)의 중심값(Y5)를 기준으로 각 방향을 고려한 방향값을 결정함으로써 수행된다. 각 방향값(H1, H2, H3, H4)은 중심 픽셀값(Y5)에 2배의 가중치를 두고 각 방향의 픽셀값을 빼서 평균한 값으로 결정된다. 예를 들면, (b)에서 0°방향(621)의 방향값(H1)은 (-Y4+2*Y2-Y6)/4로 결정되고, 45°방향(623)의 방향값(H2)은 (-Y3+2*Y2-Y7)/4로 결정되고, 90°방향(625)의 방향값(H3)은 (-Y2+2*Y2-Y8)/4로 결정되고, 135°방향(627)의 방향값(D4)은 (-Y1+2*Y2-Y9)/4로 결정된다. 다음으로 각 방향의 비중을 결정하여 방향값에 곱하여 평준화함으로써 새로운 픽셀값을 결정한다. 각 방향의 비중은 방향값의 절대으로 결정된다. 예를 들면, (b)에서 0°방향(621)의 비중(w1)은 ｜H1｜으로 결정되고, 45°방향(623)의 비중(w2)은 ｜H2｜로 결정되고, 90°방향(625)의 비중(w3)은 ｜H3｜로 결정되고, 135°방향(627)의 비중(w4)은 ｜H4｜로 결정된다. 새로운 픽셀값은 다음 수학식 3에 의해 결정된다.
Figure 112005017938816-PAT00003
여기서 각 방향의 비중은 방향값의 절대값에 비례하므로 중심 픽셀값과 차가 큰 방향으로의 방향값이 큰 비중을 갖게되어 새로운 중심 픽셀값(Y_new)은 주변과의 차가 큰 값으로 필터링되어 에지가 더욱 향상된다.
이와 같이 종래 기술은 퍼짐 제거 필터링된 데이터를 방향성을 고려한 LPF와 HPF를 통과시킴으로써 에지의 손실을 보상하고 에지를 더욱 향상시켜 더욱 선명한 화질을 얻고자 하는 것이다. 그러나 이러한 에지 향상 방법은 퍼짐 제거 필터링이 수행된 데이터를 저장하여 이를 가지고 행해지기 때문에 별도의 메모리를 필요로 할 뿐 아니라, 저역 통과 필터를 위한 알고리즘의 계산량이 많아 후처리 속도가 느리다는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 목적은 복원된 이미지의 화질과 선명도를 개선하기 위한 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 양자화 계수에 따라 후처리 방법을 달리함으로써 퍼짐 제거와 에지 향상을 동시에 달성할 수 있는 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 에지 향상을 위한 필터를 간략화함으로써 처리 속도가 향상된 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면 디코딩된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 후처리하는 방법에 있어서, 대상 픽셀의 지표를 획득하는 단계, 상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는지 여부를 상기 지표를 바탕으로 판단하는 단계, 상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되지 않는 경우, 퍼짐 제거 필터를 적용하는 단계, 상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는 경우, 에지 보상 필터를 적용하는 단계, 상기 대상 픽셀에 대하여 에지 향상 필터를 적용하는 단계, 상기 대상 픽셀을 클리핑(clipping)하는 단계 및 상기 과정의 수행을 통하여 획득되 는 보정값을 상기 대상 픽셀에 상응하는 복호화 영상에 적용하는 단계를 포함하는 동영상 코덱의 후처리 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 동영상 코덱의 후처리 방법은 적어도 하나의 매크로 블록을 복수의 서브 매크로 블록으로 분할하는 단계 및 상기 서브 매크로 블록에 대하여 임계값을 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 지표는 상기 임계값을 바탕으로 획득되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 양자화 계수가 미리 지정된 범위에 속하는 경우에 한하여 상기 단계들을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 미리 지정된 범위는 H.264에서 16이상 30이하인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 퍼짐 제거 필터 및 상기 에지 보상 필터는 저역 통과 필터(LPF)인 것을 특징으로 하고, 상기 에지 향상 필터는 고역 통과 필터(HPF)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 디코딩된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 후처리하는 방법에 있어서, 대상 픽셀의 지표를 획득하는 단계, 상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는지 여부를 상기 지표를 바탕으로 판단하는 단계, 상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는 경우, 에지 향상 필터를 적용하는 단계, 상기 대상 픽셀을 클리핑(clipping)하는 단계 및 상기 과정의 수행을 통하여 획득되는 보정값을 상기 대상 픽셀에 상응하는 복호화 영상에 적용하는 단계를 포함하는 동영상 코덱의 후처리 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 동영상 코덱의 후처리 방법은 적어도 하나 의 매크로 블록을 복수의 서브 매크로 블록으로 분할하는 단계 및 상기 서브 매크로 블록에 대하여 임계값을 결정하는 단계를 더 포함하되, 상기 지표는 상기 임계값을 바탕으로 획득되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 양자화 계수가 미리 지정된 범위에 속하는 경우에 한하여 상기 단계들을 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 미리 지정된 범위는 H.264에서 0이상 15이하인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 에지 향상 필터는 고역 통과 필터(HPF)인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 클리핑(clipping) 단계는 미리 설정된 임계값 이하의 임계값에 대한 출력을 최소값으로 하는 코어링(coring) 단계, 상기 임계값 이상인 경우, 임계값에 대한 게인값을 증가시키는 게인 증가 단계 및 일정 입력값에 대하여 출력값을 제한하는 출력 제한 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 대상 픽셀에 대한 에지 보상 필터링 방법에 있어서, 상기 대상 픽셀에 상응하는 복수의 인접 픽셀의 픽셀값을 바탕으로 복수의 방향 모드에 상응하는 각각의 방향값을 결정하는 단계, 상기 각 방향 모드별로 해당 방향 모드에 상응하는 인접 픽셀들의 지표를 바탕으로 방향 절대값을 결정하는 단계-여기서 상기 방향 절대값은 상기 인접 픽셀들의 지표의 차로 결정되는 것임-, 상기 복수의 방향 모드에 대한 각각의 비중값을 상기 방향 절대값을 바탕으로 획득하는 단계 및 상기 각각의 방향값 및 각각의 비중값을 바탕으로 상기 대상 픽셀에 상응하는 보상 픽셀값을 획득하는 단계를 포함하는 에지 보상 필터링 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 방향 절대값은 0, 1 중 어느 한 값이며, 상기 비중값은 상기 방향 절대값의 반전값인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 보상 픽셀값은 각 방향값과 이에 상응하는 비중값을 곱한 값의 합을 각 비중값을 합한 값으로 나눈 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 방향 모드는 상기 대상 픽셀을 기준으로 4개인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 4개의 방향 모드는 각각 45°의 간격인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 대상 픽셀에 대한 에지 향상 필터링 방법에 있어서, 상기 대상 픽셀에 상응하는 복수의 인접 픽셀의 픽셀값을 바탕으로 복수의 방향 모드에 상응하는 각각의 방향값을 결정하는 단계, 상기 각 방향 모드별로 해당 방향 모드에 상응하는 인접 픽셀들의 지표를 바탕으로 비중값을 획득하는 단계-여기서 상기 비중값은 상기 인접 픽셀들의 지표의 차로 결정되는 것임- 및 상기 각각의 방향값 및 각각의 비중값을 바탕으로 상기 대상 픽셀에 상응하는 보상값을 획득하는 단계를 포함하는 에지 향상 필터링 방법을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 비중값은 0, 1 중 어느 한 값인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 보상 픽셀값은 각 방향값과 이에 상응하는 비중값을 곱한 값의 합을 각 비중값을 합한 값으로 나눈 것을 특징으로 할 수 있다.또한, 상기 방향 모드는 상기 대상 픽셀을 기준으로 4개인 것을 특징으로 할 수 있으며, 상기 4개의 방향 모드는 각각 45°의 간격인 것을 특징으로 할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동영상 코덱의 후처리 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 H.264 동영상 코덱의 후처리 방법을 나타내는 순서도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 동영상 코덱의 후처리 과정은 종래 기술과 마찬가지로 16×16의 매크로블록(Macroblock)을 4개의 8×8의 서브 매크로블록(Sub_macroblock)으로 나누는 것(단계 701)으로 시작된다. 다음으로 각각의 서브 매크로블록의 최대값과 최소값을 이용하여 임계값을 결정(단계 703)하고, 결정된 임계값을 기준으로 각 픽셀 값에 대한 지표를 획득(단계 705)한다. 상기의 과정은 종래 기술과 같으며, 본 명세서에 개시된 실시예나 개시되어 있지 않더라도 공지된 어떠한 방법으로도 수행될 수 있음은 자명한 사실이다.
다음으로 각 서브 매크로블록의 QP 값이 1~15 사이인 경우(710), 확득된 지표를 참고하여 에지 영역인지 여부를 판단(단계 711)한다. 에지 영역인 경우 에지 향상을 위한 에지 방향성을 고려한 HPF만을 적용(단계 713)하고, 이를 클리핑(단계 715)하여 복호화된 영상에 더한다. OP 값이 작은 경우에는 퍼짐 현상이 무시할 수 있을 정도로 작고 고주파 성분에 의한 에지 손실이 거의 일어나지 않는 점을 감안하여 에지가 아닌 영역에 대해서는 후처리를 하지 아니하며, 강한 에지 영역에 대해서도 에지 손실이 거의 없으므로 에지 손실에 대한 보상 없이 에지 방향을 고려한 에지 향상 필터(HPF)를 적용하여 영상의 선명도를 향상시킨다.
QP 값이 16~30인 경우(730), 획득된 지표를 참고하여 에지 영역이지 여부를 판단(단계 731)하여, ⅰ)에지 영역이 아닌 부분에 대해서는 종래 기술로 기재된 퍼 짐 제거 필터를 적용(단계 733)한 후, 클리핑(단계 735)한다. ⅱ)에지 영역에 대해서는 왜곡된 에지를 보상하기 위하여 LPF를 적용(단계 737)한 후 클리핑(단계 739)한다. 상기 ⅰ)ⅱ) 단계 수행후 결과 영상에서 에지 영역에 대하여 HPF를 적용(단계 741)하고 클리핑(단계 743)한 후, ⅰ)ⅱ) 단계 결과값에 더한다. QP 값이 중간인 경우에는 퍼짐 현상이 조금씩 나타나고 에지 성분이 손실되는 점을 고려하여, 에지가 아닌 영역에 대해서는 퍼짐 제거 필터를 적용하고, 에지 영역에 대해서는 에지 손실을 보상하기 위하여 에지 방향성을 고려한 저역 통과 필터를 적용한 후, 상기 퍼짐 제거 필터링된 결과값과 에지 손실이 보상된 결과값에 에지 향상을 위하여 에지 방향성을 고려한 고역 통과 필터를 적용하여 더함으로써 영상의 선명도를 향상시킨다.
QP 값이 30 초과인 경우(750), 획득된 지표를 참고하여 에지 영역인지 여부를 판단(단계 751)하여, 에지가 아닌 영역에 대하여만 퍼짐 제거 필터를 적용(단계 753)한 후, 클리핑(단계 755)한다. QP 값이 큰 경우에는 에지 손실이 크고, 퍼짐 현상이 심하게 나타나는 점을 감안 하여 에지가 아닌 영역에 대해서만 퍼짐 제거 필터를 적용하여 화질은 개선시킨다. 다만 QP 값이 30을 초과한 경우 복호화된 데이터의 에지 영역의 손상이 심하여 HPF를 적용할 경우 왜곡이 더욱 심해짐을 감안하여 에지 영역에 대하여는 아무런 후처리도 하지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 H.264 동영상 코덱의 후처리에 적용되는 LPF와 HPF 및 클리핑은 종래 기술과 차이가 있으며, 이하에서는 도면을 참조하여 처리 속도 향상을 위한 LPF와 HPF 및 클리핑에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에지의 방향성을 고려한 저역 통과 필터(LPF) 및 고역 통과 필터(HPF)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, (a)에 도시된 3×3의 9픽셀의 데이터(Y) 및 지표(I)(810)를 (b)에 도시된 4개의 주요 에지 방향(820)을 나타내며, (c)는 방향성을 고려한 저역 통과 필터(830)의 일 실시예를, (d)는 방향성을 고려한 고역 통과 필터(840)의 일 실시예를 나타낸다.
저역 통과 필터(830)는 상기 (a)의 3×3의 데이터(610)의 중심값(Y5)를 기준으로 각 방향을 고려한 방향값을 결정함으로써 수행된다. 각 방향값(D1, D2, D3, D4)은 종래 기술과 같은 방법으로 결정된다. 다음으로 각 방향의 비중을 결정하여 방향값에 곱하여 평준화함으로써 새로운 픽셀값을 결정한다. 종래 기술은 각 방향의 비중은 중심값과 방향값 차의 절대값 분의 1로 결정함으로써 처리 시간이 길어지는 문제점이 있어 계산을 간략화하였다. 즉, 각 방향에 따른 지표값의 차를 구하고, 지표값의 차가 0인 경우에는 비중을 1로, 그 외에는 0으로 결정하였으며, 새로운 픽셀값은 다음 수학식 4에 의해 결정된다.
Figure 112005017938816-PAT00004
여기서 각 방향의 비중은 각 방향에 지표값의 차에 따라 결정되었으며, 지표차가 0인 방향에 대하여만 방향값에 비중값을 1로 함으로써 계산을 간략화하면서 종래 기술과 유사한 결과를 얻을 수 있다.
고역 통과 필터(840)는 상기 (a)의 3×3의 데이터(610)의 중심값(Y5)를 기준으로 각 방향을 고려한 방향값을 결정함으로써 수행된다. 각 방향값(H1, H2, H3, H4)은 종래 기술과 같은 방법으로 결정된다. 다음으로 각 방향의 비중을 결정하여 방향값에 곱하여 평준화함으로써 새로운 픽셀값을 결정한다. 각 방향의 지표차의 절대값으로 결정된다. 예를 들면, (b)에서 0°방향의 비중(S1)은 ｜I4-I6｜으로 결정되고, 45°방향의 비중(S2)은 ｜I3-I7｜로 결정되고, 90°방향의 비중(S3)은 ｜I2-I8｜로 결정되고, 135°방향의 비중(S4)은 ｜I1-I9｜로 결정된다. 새로운 픽셀값은 다음 수학식 5에 의해 결정된다.
Figure 112005017938816-PAT00005
여기서 각 방향의 비중은 각 방향의 지표차의 절대값에 비례하므로 각 방향으로의 지표차가 존재하는 방향의 방향값만이 비중을 갖게되어 새로운 중심 픽셀값(Y_new)은 각 방향의 지표차가 큰 방향의 방향값으로 필터링되어 에지가 더욱 향상된다.
도 9은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 클리핑 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 클리핑 과정은 (a) 에지 코어링(coring), (b) 에지 게인(gain), (c) 에지 제한(limit) 과정을 포함하 며, 클리핑 변수는 다음과 같다.
Clipping parameter=(Coring, Gain, Positive limit, Negative limit)
에지 코어링 과정(a)은 잡음성 에지 성분을 제거하는 목적 뿐만 아니라, 크기가 작은 에지 성분들이 화면에 잡음과 같은 형태로 나타나는 것을 막기 위한 과정으로 입력되는 에지 값에서 일정값을 빼 주는 과정과 그 일정값 이하의 에지 성분을 0으로 만들어주는 과정을 포함한다.
에지 게인 과정(b)은 에지 코어링 과정(a)을 거친 에지값에 대하여 행해진다. 에지 게인 과정은 입력되는 에지 성분에 대한 출력되는 에지 성분의 기울기를 변화시켜줌으로써 큰 에지값과 작은 에지값에 대한 출력비의 차이를 만들어준다. 이에 의하여 화면상에서 뚜렷한 에지 성분은 더욱 뚜렷하게 하고, 작은 에지 성분은 거의 변함없이 유지시킴으로써 보다 선명하고 개선된 화질을 얻을 수 있게 한다.
에지 제한 과정(c)은 에지 게인 과정(b)에 의한 결과값이나, 추출된 에지 성분의 절대값이 지나치게 큰 경우 화면상에서 특징적으로 나타나는 것을 피하기 위한 과정으로 에지의 최대값과 최소값을 제한함으로써 수행된다.
도 10~12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동영상 코덱의 후처리 결과를 나타내는 도면이다. 도 10은 QP가 5인 경우이며, 도 11은 QP가 25인 경우. 도 12는 QP가 40인 경우의 결과값을 나타내며, 본 실험에 사용된 클리핑 변수(Clipping parameter)는 (1,3,10,-10)이다. 각 도면에서 (a)는 후처리전 복호화된 영상을 나 타내고 (b)는 본 발명에 따른 후처리 과정을 거친 결과 영상을 나타내고 (c)는 원 영상과 복호화된 영상의 차이를 나타내며 (d)는 원영상과 후처리된 결과 영상의 차이를 나타낸다.
본 발명에 의하면 복원된 이미지의 화질과 선명도를 개선하기 위한 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치를 제공를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 양자화 계수에 따라 후처리 방법을 달리함으로써 퍼짐 제거와 에지 향상을 동시에 달성할 수 있는 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 에지 향상을 위한 필터를 간략화함으로써 처리 속도가 향상된 동영상 코덱의 후처리 방법 및 장치를 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. 디코딩된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 후처리하는 방법에 있어서,
    대상 픽셀의 지표를 획득하는 단계;
    상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는지 여부를 상기 지표를 바탕으로 판단하는 단계;
    상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되지 않는 경우, 퍼짐 제거 필터를 적용하는 단계;
    상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는 경우, 에지 보상 필터를 적용하는 단계;
    상기 대상 픽셀에 대하여 에지 향상 필터를 적용하는 단계;
    상기 대상 픽셀을 클리핑(clipping)하는 단계; 및
    상기 과정의 수행을 통하여 획득되는 보정값을 상기 대상 픽셀에 상응하는 복호화 영상에 적용하는 단계
    를 포함하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 매크로 블록을 복수의 서브 매크로 블록으로 분할하는 단계; 및
    상기 서브 매크로 블록에 대하여 임계값을 결정하는 단계를 더 포함하되,
    상기 지표는 상기 임계값을 바탕으로 획득되는 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양자화 계수가 미리 지정된 범위에 속하는 경우에 한하여 상기 단계들을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미리 지정된 범위는 H.264에서 16이상 30이하인 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퍼짐 제거 필터 및 상기 에지 보상 필터는 저역 통과 필터(LPF)인 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에지 향상 필터는 고역 통과 필터(HPF)인 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  7. 디코딩된 영상의 적어도 하나의 픽셀을 후처리하는 방법에 있어서,
    대상 픽셀의 지표를 획득하는 단계;
    상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는지 여부를 상기 지표를 바탕으로 판단하는 단계;
    상기 대상 픽셀이 에지 영역에 포함되는 경우, 에지 향상 필터를 적용하는 단계;
    상기 대상 픽셀을 클리핑(clipping)하는 단계; 및
    상기 과정의 수행을 통하여 획득되는 보정값을 상기 대상 픽셀에 상응하는 복호화 영상에 적용하는 단계
    를 포함하는 동영상 코덱의 후처리 방법
  8. 제7항에 있어서,
    적어도 하나의 매크로 블록을 복수의 서브 매크로 블록으로 분할하는 단계; 및
    상기 서브 매크로 블록에 대하여 임계값을 결정하는 단계
    를 더 포함하되,
    상기 지표는 상기 임계값을 바탕으로 획득되는 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 양자화 계수가 미리 지정된 범위에 속하는 경우에 한하여 상기 단계들을 수행하는 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미리 지정된 범위는 H.264에서 0이상 15이하인 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 에지 향상 필터는 고역 통과 필터(HPF)인 것
    을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  12. 제1항 또는 제7항에 있어서 상기 클리핑(clipping) 단계는
    미리 설정된 임계값 이하의 임계값에 대한 출력을 최소값으로 하는 코어링(coring) 단계;
    상기 임계값 이상인 경우, 임계값에 대한 게인값을 증가시키는 게인 증가 단계; 및
    일정 입력값에 대하여 출력값을 제한하는 출력 제한 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 코덱의 후처리 방법.
  13. 대상 픽셀에 대한 에지 보상 필터링 방법에 있어서,
    상기 대상 픽셀에 상응하는 복수의 인접 픽셀의 픽셀값을 바탕으로 복수의 방향 모드에 상응하는 각각의 방향값을 결정하는 단계;
    상기 각 방향 모드별로 해당 방향 모드에 상응하는 인접 픽셀들의 지표를 바탕으로 방향 절대값을 결정하는 단계-여기서 상기 방향 절대값은 상기 인접 픽셀들의 지표의 차로 결정되는 것임-;
    상기 복수의 방향 모드에 대한 각각의 비중값을 상기 방향 절대값을 바탕으로 획득하는 단계; 및
    상기 각각의 방향값 및 각각의 비중값을 바탕으로 상기 대상 픽셀에 상응하는 보상 픽셀값을 획득하는 단계
    를 포함하는 에지 보상 필터링 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 방향 절대값은 0, 1 중 어느 한 값이며, 상기 비중값은 상기 방향 절대값의 반전값인 것
    을 특징으로 하는 에지 보상 필터링 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 보상 픽셀값은 각 방향값과 이에 상응하는 비중값을 곱한 값의 합을 각 비중값을 합한 값으로 나눈 것
    을 특징으로 하는 에지 보상 필터링 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 방향 모드는 상기 대상 픽셀을 기준으로 4개인 것
    을 특징으로 하는 에지 보상 필터링 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 4개의 방향 모드는 각각 45°의 간격인 것
    을 특징으로 하는 에지 보상 필터링 방법.
  18. 대상 픽셀에 대한 에지 향상 필터링 방법에 있어서,
    상기 대상 픽셀에 상응하는 복수의 인접 픽셀의 픽셀값을 바탕으로 복수의 방향 모드에 상응하는 각각의 방향값을 결정하는 단계;
    상기 각 방향 모드별로 해당 방향 모드에 상응하는 인접 픽셀들의 지표를 바탕으로 비중값을 획득하는 단계-여기서 상기 비중값은 상기 인접 픽셀들의 지표의 차로 결정되는 것임-; 및
    상기 각각의 방향값 및 각각의 비중값을 바탕으로 상기 대상 픽셀에 상응하는 보상값을 획득하는 단계
    를 포함하는 에지 향상 필터링 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 비중값은 0, 1 중 어느 한 값인 것
    을 특징으로 하는 에지 향상 필터링 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 보상 픽셀값은 각 방향값과 이에 상응하는 비중값을 곱한 값의 합을 각 비중값을 합한 값으로 나눈 것
    을 특징으로 하는 에지 향상 필터링 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 방향 모드는 상기 대상 픽셀을 기준으로 4개인 것
    을 특징으로 하는 에지 향상 필터링 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 4개의 방향 모드는 각각 45°의 간격인 것
    을 특징으로 하는 에지 향상 필터링 방법.
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