KR20090091525A - 동영상 화질 평가 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 장치의 동영상 화질을 평가하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 이 장치는 동영상 데이터를 디스플레이 장치에 공급하는 신호발생부, 디스플레이되는 동영상을 촬영하여 평가 영상 데이터를 획득하는 카메라, 디스플레이되는 동영상 내의 객체의 움직임에 대한 정보를 이용하여 객체의 움직임에 따라 카메라를 이동시키는 이동제어부 및 획득된 평가 영상 데이터를 이용하여 동영상의 화질을 평가하는 화질평가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 화질을 평가하는 장치 및 방법에 의하면, 동영상 내의 객체가 움직이는 속도와 방향으로 동기화하여 동일 객체에 대한 평가 영상 데이터를 획득함으로써, 인간 시각이 물체의 이동을 추종하면서 느끼는 영상과 근접한 영상을 확보하고 이를 이용하여 인간 시각과 유사한 측정 평가가 가능하다. 또한, 디스플레이되는 동영상 내 객체의 움직임에 대한 정보를 미리 저장하여, 별도의 움직임 검출을 위한 연산 등이 없이 용이하게 동영상의 효과적인 화질 평가가 가능하도록 할 수 있다.

디스플레이, 동영상, 화질, 평가

Description

동영상 화질 평가 장치 및 방법{Apparatus and method for measuring quality of moving picture}

본 발명은 동영상의 화질을 평가하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동영상을 시청하는 사용자 입장에서 인지되는 동영상의 왜곡 등을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD) 등의 디스플레이 장치는 점점 더 대형화, 디지털화, 고화질화의 경향 속에 있고 그에 따라 화질 평가 기준, 방법에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며. 정지영상에 대한 화질의 평가 기준이나 방법들은 상당히 제시되어 있다.

하지만 동영상에 대해서는 평가 기준이나, 측정 방법에 대해서는 현재 정립된 기준이나 평가 방법이 없으며, 종래의 연구에는 시뮬레이션 방법을 이용하거나 고속 카메라를 이용하여 시뮬레이션 하는 방법 등이 제시되고 있으나 실제 인간 시각이 느끼는 바와는 상당한 차이가 있다.

본 발명은 동영상의 화질 평가에 있어서, 인간 시각적 특성을 고려하여 정확성 및 신뢰성을 가지는 동영상 화질 평가 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 장치는, 동영상 데이터를 디스플레이 장치에 공급하는 신호발생부, 디스플레이되는 동영상을 촬영하여 평가 영상 데이터를 획득하는 카메라, 디스플레이되는 동영상 내의 객체의 움직임에 대한 정보를 저장하고, 저장된 움직임 정보를 이용하여 객체의 움직임에 따라 카메라를 이동시키는 이동제어부, 및 획득된 평가 영상 데이터를 이용하여 동영상의 화질을 평가하는 화질평가부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 방법은, 디스플레이될 동영상 데이터를 디스플레이 장치에 공급하는 단계, 저장된 객체 움직임 정보를 이용하여, 디스플레이 장치에서 디스플레이 되는 동영상 내의 객체와 디스플레이되는 동영상을 촬영하는 카메라의 움직임을 동기화시키는 단계, 및 카메라에서 획득된 평가 영상 데이터를 이용하여 디스플레이되는 동영상의 화질을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 동영상의 화질을 평가하는 장치 및 방법에 의하면 동영상 내의 객체가 움직이는 속도와 방향으로 동기화하여 동일 객체에 대한 평가 영상 데이터를 획득함으로써, 인간 시각이 물체의 이동을 추종하면서 느끼는 영상과 근접한 영상을 확보하고 이을 이용하여 인간 시각과 유사한 측정 평가가 가능하다. 또한, 디스플레이되는 동영상 내 객체의 움직임에 대한 정보를 미리 저장하여, 별도의 움직임 검출을 위한 연산 등이 없이 용이하게 동영상의 효과적인 화질 평가가 가능하도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 장치 및 방법에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 장치의 개략적인 구성을 블록도로 도시한 것으로, 동영상 화질 평가 장치(100)는 신호발생부(110), 카메라(120), 이동제어부(130) 및 화질평가부(150)를 포함하여 이루어질 수 있다. 도 1에 도시된 동영상 화질 평가 장치의 동작을 도 2에 도시된 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 방법의 일실시예를 나타내는 흐름도와 결부시켜 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 신호발생부(110)는 동영상 데이터를 디스플레이 장치(10)에 공급한다(210단계).

디스플레이 장치(10)는 신호발생부(110)로부터 공급된 동영상 데이터에 따라 동영상을 디스플레이한다.

이동제어부(130)는 상기 디스플레이되는 동영상 내 객체의 움직임을 미리 인지하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 객체의 움직임 방향 및 움직임 속도에 대한 정보를 미리 저장하고 있어, 외부로부터 상기 객체의 움직임에 대한 정보를 별도로 입력받지 아니하고도, 상기 동영상 내 객체의 움직임을 예측할 수 있 다.

이동제어부(130)는 미리 저장하고 동영상 내 객체의 움직임 정보를 이용하여, 상기 객체의 움직임에 카메라(120)를 동기화하여 이동시킨다(220단계).

카메라(120)는 디스플레이 장치(10)에서 디스플레이되는 동영상을 촬영하여 평가 영상 데이터를 획득한다(230단계).

카메라(120)는 상기 디스플레이 되는 동영상을 촬영하여 색도 데이터(X, Y, Z)를 직접 획득하는 색도 카메라일 수 있다. 색좌표 R,G,B를 측정할 경우 색의 고유 스펙트럼을 고려한 필터를 부착하여 촬영하므로 R,G,B 삼색을 측정하기 위해 3번의 촬영이 필요할 수 있고, R,G,B 측정값을 이용하여 색도 데이터로 변환 연산한 후 사용하는 것에 비하여 색도 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 카메라가 측정 시간 감소와 오차 제거 등의 측면에서 더 효과적일 것이다.

상기 230단계에서 이동제어부(130)가 카메라(120)를 이동시킬 구간 중 가속 구간과 감속 구간에서 촬영을 이루어질 경우 급격한 속도 변화에 따라 발생할 수 있는 오차 발생 위험 등을 제거하기 위하여 카메라(120)가 촬영하여 획득한 평가 영상 데이터는 카메라(120)의 등속 이동 구간에서 촬영되어 획득되도록 설정될 수 있다.

화질평가부(150)는 상기 획득된 평가 영상 데이터를 이용하여 상기 디스플레이 되는 동영상의 화질을 평가한다(240단계).

화질평가부(150)는 디스플레이 장치(10)로 공급된 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터를 비교하여 상기 동영상의 화질을 평가하는 것을 특징으로 구성될 수 있다. 디스플레이 장치(10)로 공급된 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 비교는 서로 대응하는 픽셀 또는 특정영역을 좌표설정 후 서로 대응하는 좌표별로 데이터 수치를 대비하거나 각종 통계수치를 산출하는 등 다양한 방법으로 가능하다.

표준편차등의 통계수치는 통계집단의 단위의 계량적 특성값에 관한 산포도를 나타내는 것으로 측정값의 평균에서 떨어지는 정도를 보여주는 것이므로 보다 바람직하게는 평가시 대응되는 픽셀 또는 특정영역의 개별 오차를 평가하는 방법 뿐만 아니라 2개의 자료 간의 다양성에 대한 판단 방법으로 상기 디스플레이 장치로 공급된 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 제곱 평균 오차근(root-mean-square-error:RMSE)을 이용하여 상기 동영상의 화질을 평가할 수 있을 것이다.

제곱 평균 오차근은 다음의 수학식 1과 같이 계산하여 구해질 수 있다.

RMSE =

디스플레이 장치(10)로 공급된 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 대응되는 픽셀 또는 좌표의 오차값을 산출하고(e_n은 n번째 오차값, n은 대비되는 데이터의 수), 위 식에 따라 연산하면 제곱 평균 오차근을 구할 수 있다. 여기서 분모의 n은 상대적 수치를 크게 보여주기 위해 n-1 등으로 수정가능하다. 제곱 평균 오차근은 그 값이 낮을수록 오차가 작다는 것을 의미한다.

디스플레이 장치(10)로 공급되는 동영상 데이터는 왜곡을 포함할 수 있고, 그에 따라 평가 영상 데이터 역시 왜곡을 포함할 수 있다. 화질평가부(150)는 상기 평가 영상 데이터에 포함된 왜곡을 제거한 후, 상기 왜곡이 제거된 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 제곱 평균 오차근(root-mean-square-error:RMSE)을 이용하여 상기 동영상의 화질을 평가하는 것을 특징으로 할 수 있다. 왜곡이 포함된 데이터와 왜곡을 제거한 데이터를 비교함으로써 각 픽셀 또는 특정영역에서의 왜곡 여부 및 왜곡 정도를 세밀하게 평가할 수 있다. 이 경우에도 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 제곱 평균 오차근(root-mean-square-error:RMSE)을 이용하여 왜곡에 의한 오차의 정도를 수치화하여 대비가능할 것이다.

화질평가부(150)는 상기 평가 영상 데이터를 이용하여 상기 디스플레이되는 동영상의 컨투어 노이즈(contour noise) 및 하프톤 노이즈(halftone noise) 중 적어도 하나의 포함 여부 또는 포함 정도를 평가하도록 구성될 수 있다.

플라즈마 디스플레이 패널의 구동 장치는 화상의 계조(Gray Level)를 구현하기 위하여 한 프레임을 발광횟수가 다른 여러개의 서브필드로 나누어 시분할 구동하고 있다. 즉, 각각의 서브필드에 서스테인 개수를 일정한 원리에 의해서 분배한 다음, 각각의 서브필드를 켜고, 끄는 방식을 통해서 켜져 있는 서브필드의 서스테인 개수의 합으로 계조가 표현된다. 0 ~ 255 계조를 표현하기 위한 서브필드 매핑 (Subfield Mapping)을 하는 방법은 사용된 서브필드 개수 및 실계조 개수에 의해서 무수히 많은 방법이 존재한다. 그런데, 실계조 개수의 경우 많이 사용하면 컨투어 노이즈(Contour Noise)가 발생하고, 적게 사용하면 하프톤 노이즈(Halftone Noise)가 발생하는 경향이 있다.

플라즈마 디스플레이 장치의 경우, 시선의 움직임에 따라 표현하고자 하는 그레이 레벨이 아닌 다른 밝기가 보여, 원래 영상에는 없는 잘못된 그레이 레벨의 화상이 눈에 띄게 되는 현상이 발생할 수 있는데 이를 컨투어 노이즈라고 한다. 즉, 컨투어 노이즈란 영상이나 관찰자가 움직이게 될 때 근접한 픽셀간의 광이 겹쳐져서 화면상에 노이즈로 나타나는 현상이다.

그레이 레벨이 변화하는 시점에서 광중심 변화가 클 경우 상기 컨투어 노이즈가 발생된다. 상기 컨투어 노이즈는 픽셀간의 광중심 변화가 클 경우 심하게 나타나며 검은 띠와 같은 형상으로 나타난다.

따라서 영상이 움직이게 될 때 픽셀간의 광중심 변화의 정도를 대비하는 방법을 통하여 컨투어 노이즈가 상기 디스플레이되는 동영상 이 컨투어 노이즈를 포함하고 있는지 여부를 알 수 있으며, 그 수치의 차이에 의해 컨투어 노이즈 포함 정도 역시 알 수 있다. 상기에서 예를 든 광중심 변화값의 대비 뿐만 아니라 근접한 픽셀간의 수치를 비교하는 등 다른 방법으로도 컨투어 노이즈 포함 여부 및 포함 정도를 평가할 수 있을 것이다.

상기한 것과 같이 하프톤 노이즈(Halftone Noise)가 발생하는 원인은 컨투어 노이즈와 차이는 있으나 하프톤 노이즈 포함 여부 및 포함 정도를 평가하는 방법은 유사하게 할 수 있을 것이다.

도 3은 동영상 화질 평가 장치의 구성에 대한 또 다른 실시예를 블록도로 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 동영상 화질 평가 장치의 이동제어부(130)는 카메라(120) 를 좌 또는 우로 이동시키는 카메라이동부(131) 및 상기 객체와 카메라의 움직임을 동기화시키기 위한 제어 신호를 생성하여 카메라이동부(131)로 출력하는 제어신호생성부(132)를 포함하여 구성될 수 있다.

이동제어부(130)는 상기 동영상의 움직임 정보에 포함된 상기 객체의 움직임 방향 및 속도에 대한 정보를 가지고 있고 제어신호생성부(132)는 이를 이용하여 상기 객체와 카메라의 움직임을 동기화시키는 제어 신호를 카메라이동부(131)로 출력한다.

카메라이동부(131)는 상기 입력된 제어 신호에 따라 카메라(120)을 이동시키고, 이에 따라 카메라(120)는 좌 또는 우로 이동되면서 디스플레이된 영상내의 객체의 움직임에 동기화하여 촬영하고, 측정 데이터를 획득한다.

또한, 동영상 화질 평가 장치(100)는 카메라(120)에서 획득된 평가 영상 데이터를 프레임 단위로 수집하여 화질평가부(150)로 출력하는 영상수집부(140)를 더 포함하여 구성 될 수 있다. 화질평가부(150)는 영상수집부(140)에서 출력한 프레임 단위의 평가 영상 데이터를 디스플레이되는 동영상 데이터와 비교하거나 평가 영상 데이터 상호간의 비교를 통하여 동영상의 화질을 평가할 수 있다.

도 4는 동영상 내 객체의 움직임과 카메라의 움직임을 동기화시키는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위해 동영상 평가 장치의 일부 구성을 사시도로 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 상기한 바와 같이 카메라(120)는 디스플레이되는 동영상 내 객체(20)의 움직임에 추종하며 촬영한다. 이는 본 발명의 일실시예이므로 카메 라(120)와 카메라이동부(130)등의 위치 관계는 도시된 바와 다르게 구성가능할 것이다. 예를 들어 카메라이동부(130)가 카메라(120)의 후단에 디스플레이 장치(10)와 평행하게 배치될 수도 있을 것이다.

동영상 내의 객체(20)가 좌에서 우로 이동하는 경우, 카메라(120)는 카메라이동부(130)에 의해 객체(20)의 움직임을 추종하여 좌에서 우로 이동하며, 카메라(120)의 이동 속도 역시 객체(20)의 이동 속도와 일치하게 된다.

카메라(120)는 좌에서 우로 이동 중 적어도 어느 한 구간동안 디스플레이되는 동영상을 촬영하여 평가 영상 데이터를 획득한다.

바람직하게는, 카메라(120)의 이동 속도가 등속인 구간에서 상기 평가 데이터를 획득할 수 있다. 그를 위해, 카메라(120)의 이동 시작 시점 또는 종료 시점 부근에서는 카메라(120)의 이동 속도가 변화하므로, 카메라(120)의 위치가 전체 이동 구간 중 중간 정도의 위치에 있을 때 상기 디스플레이되는 동영상을 촬영할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 장치의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 동영상 화질 평가 방법에 대한 일실시예를 나타낸 흐름도이다.

도 3은 동영상 화질 평가 장치의 구성에 대한 또 다른 일실시예를 나타내는 블록도이다.

도 4는 동영상 내 객체의 움직임과 카메라의 움직임을 동기화시키는 방법에 대한 일실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

Claims (12)

1. 동영상의 화질을 평가하는 장치에 있어서,

   동영상 데이터를 디스플레이 장치에 공급하는 신호발생부;

   상기 공급된 동영상 데이터에 상응해 상기 디스플레이 장치에서 디스플레이되는 동영상을 촬영하여 평가 영상 데이터를 획득하는 카메라;

   상기 디스플레이되는 동영상 내의 객체의 움직임에 대한 정보를 저장하고, 상기 저장된 움직임 정보를 이용하여 상기 객체의 움직임에 따라 상기 카메라를 이동시키는 이동제어부; 및

   상기 획득된 평가 영상 데이터를 이용하여 상기 디스플레이 되는 동영상의 화질을 평가하는 화질평가부를 포함하는 것을 특으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 카메라는

   상기 디스플레이되는 동영상의 색도 데이터를 획득하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 이동제어부는

   상기 움직임 정보에 포함된 상기 객체의 움직임 방향 및 속도에 대한 정보를 이용하여, 상기 객체와 카메라의 움직임을 동기화시키는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 이동제어부는

   상기 카메라를 좌 또는 우로 이동시키는 카메라이동부; 및 상기 객체와 카메라의 움직임을 동기화시키기 위한 제어 신호를 생성하여 상기 카메라이동부로 출력하는 제어신호생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
5. 제1항에 잇어서, 상기 평가 영상 데이터는

   상기 카메라의 등속 이동 구간에서 촬영되어 획득된 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 화질평가부는

   상기 디스플레이 장치로 공급된 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터를 비교하여 상기 동영상의 화질을 평가하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 화질평가부는

   상기 디스플레이 장치로 공급된 동영상 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 제곱 평균 오차근(root-mean-square-error:RMSE)을 이용하여 상기 동영상의 화질을 평가하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 화질평가부는

   상기 평가 영상 데이터에 포함된 왜곡을 제거한 후, 상기 왜곡이 제거된 데이터와 상기 평가 영상 데이터의 제곱 평균 오차근(root-mean-square-error:RMSE)을 이용하여 상기 동영상의 화질을 평가하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 화질평가부는

   상기 평가 영상 데이터를 이용하여 상기 디스플레이되는 동영상의 컨투어 노이즈(contour noise) 및 하프톤 노이즈(halftone noise) 중 적어도 하나의 포함 여부 또는 포함 정도를 평가하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 카메라에서 획득된 평가 영상 데이터를 프레임 단위로 수집하여 상기 화질평가부로 출력하는 영상수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 장치.
11. 동영상 화질을 평가하는 방법에 있어서,

    디스플레이될 동영상 데이터를 디스플레이 장치에 공급하는 단계:

    저장된 객체 움직임 정보를 이용하여, 상기 디스플레이 장치에서 디스플레이 되는 동영상 내의 객체와 상기 디스플레이되는 동영상을 촬영하는 카메라의 움직임 을 동기화시키는 단계; 및

    상기 카메라에서 획득된 평가 영상 데이터를 이용하여 상기 디스플레이되는 동영상의 화질을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 카메라에서 획득된 평가 영상 데이터는 상기 디스플레이되는 동영상의 색도 데이터인 것을 특징으로 하는 동영상 화질 평가 방법.

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