KR20100056760A - 화질 개선 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

입력 영상의 밝기가 평활화(smoothing)된 제1 레이어(layer)를 생성하고, 상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 상기 입력 영상에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성하여 상기 입력 영상에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절한 후 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성하는 화질 개선 장치가 개시된다.
Figure P1020080115723
밝기, 평활화, 화질, 개선, 레이어, 명암

Description

화질 개선 장치 및 방법{METHOD AND APPARATUS FOR ENHANCING IMAGE QUALITY}
화질 개선 장치 및 방법이 개시된다. 특히, 입력 영상의 밝기 정보를 조절하여 입력 영상의 밝기를 개선하고, 입력 영상의 명암비를 강조할 수 있는 화질 개선 장치 및 방법이 개시된다.
영상 처리 기술이 발전하면서 영상의 화질을 개선하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있다.
영상의 화질은 영상을 구성하는 다양한 요소에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 영상의 명암비, 선명도, 해상도 등을 언급할 수 있다.
소스(source)의 화질이 좋은 경우, 디스플레이되는 영상의 화질이 좋은 것은 당연하지만, 소스의 화질이 좋지 못한 경우에는 디스플레이되는 영상의 화질도 좋지 못하므로, 이 경우 영상의 화질을 개선시킬 수 있는 방안에 대해 다양한 연구가 필요하다.
최근 출시되고 있는 디스플레이 장치들은 이러한 요인들을 고려하여, 디스플레이 장치를 통해 표현할 수 있는 명암비를 높이거나 저화질의 영상을 HD 급 또는 Full HD 급으로 표시할 수 있는 업-스케일링(up-scaling) 기능을 포함함으로써, 시청자에게 고화질의 영상을 제공하고 있다.
하지만, 기존의 디스플레이 장치들은 명암비가 좋지 못한 소스를 입력받은 경우, 입력 영상의 명암비를 강조하여 화질이 개선된 출력 영상을 생성하는데 다소 한계가 존재하였다.
따라서, 다양한 방법을 통해 영상의 화질을 개선시킬 수 있는 기술에 대해 더욱 많은 연구가 필요하다.
특히, 명암비가 좋지 못한 영상의 명암비를 강조 또는 보정할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요하다.
입력 영상의 밝기 정보를 고려하여 입력 영상의 밝기를 평활화(smoothing)한 제1 레이어(layer)와 입력 영상의 명암비가 강조되도록 소정의 정보가 포함된 제2 레이어를 생성한 후 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 통해 출력 영상을 생성함으로써 입력 영상의 화질을 개선할 수 있는 화질 개선 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치는 입력 영상의 밝기를 평활화(smoothing)하여 제1 레이어(layer)를 생성하는 제1 레이어 생성부, 상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 상기 입력 영상에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성하는 제2 레이어 생성부, 상기 입력 영상에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절하는 제2 레이어 조절부 및 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성하는 출력 영상 생성부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법은 입력 영상의 밝기를 평활화(smoothing)하여 제1 레이어(layer)를 생성하는 단계, 상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 상기 입력 영상에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성하는 단계, 상기 입력 영상에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절하는 단계 및 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성하는 단계를 포함한다.
입력 영상의 밝기 정보를 고려하여 입력 영상의 밝기를 평활화(smoothing)한 제1 레이어(layer)와 입력 영상의 명암비가 강조되도록 소정의 정보가 포함된 제2 레이어를 생성한 후 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 통해 출력 영상을 생성하는 화질 개선 장치 및 방법을 제공함으로써 입력 영상의 화질을 개선시킬 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 화질 개선 장치(120)가 도시되어 있다.
화질 개선 장치(120)는 제1 레이어 생성부(121), 제2 레이어 생성부(123), 제2 레이어 조절부(125) 및 출력 영상 생성부(126)를 포함할 수 있다.
제1 레이어 생성부(121)는 입력 영상(110)의 밝기를 평활화(smoothing)하여 제1 레이어(layer)를 생성한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 영상(110)은 원(original) 영상에 소정의 신호 처리가 가해짐으로써 밝기(휘도) 정보만 포함하고 있는 영상이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 레이어 생성부(121)는 필터링 부(122)를 포함할 수 있다.
필터링부(122)는 입력 영상(110)을 구성하는 적어도 하나의 화소(pixel) 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 입력 영상(110)을 양측성 필터링(bilateral filtering)할 수 있다.
일반적으로 입력 영상(110)의 밝기를 평활화하기 위해, 중심 화소와 주변 화소 사이의 거리에 따라 가중치(weight)를 차등하게 부과하는 가우시안 필터링(Gaussian filtering)이 많이 사용된다. 하지만, 가우시안 필터링은 화소 사이의 밝기를 고려하지 않고, 화소 사이의 거리만을 고려하여 입력 영상(110)의 밝기를 평활화하는 방법이기 때문에, 화소 사이의 밝기가 다소 왜곡될 가능성이 존재한다.
예컨대, 주변 화소인 a 화소와 b 화소의 거리를 참조하여 중심 화소인 c 화소의 밝기 값을 가우시안 필터링한다고 할 때, a 화소와 c 화소 사이의 거리가 b 화소와 c 화소 사이의 거리보다 가까운 경우, c 화소의 밝기 값은 a 화소의 밝기 값에 더 많은 영향을 받도록 정해질 수 있다.
하지만, c 화소의 밝기 값과 a 화소의 밝기 값 간의 차이가 매우 큰 경우, 단순히 a 화소와 c 화소의 거리가 가깝다는 이유만으로 c 화소의 밝기 값을 a 화소의 밝기 값에 근접시키면, c 화소의 밝기 값이 다소 왜곡될 가능성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 필터링부(122)는 입력 영상(110)을 구성하는 적어도 하나의 화소 사이의 거리 및 밝기를 함께 고려하는 양측성 필터링을 통해 입력 영상(110)의 밝기를 필터링함으로써 입력 영상(110)의 밝기를 평활화할 때 발생할 수 있는 왜곡 현상을 줄일 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 필터링부(122)는 중심 화소의 밝기 값을 필터링하는데 있어, 상기 중심 화소와 주변 화소 사이의 거리가 가까울수록, 그리고 상기 중심 화소와 상기 주변 화소 사이의 밝기 차가 작을수록 큰 가중치를 부과함으로써, 중심 화소의 밝기 값을 필터링할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 필터링부(122)는 하기의 수학식 1을 이용하여 입력 영상(110)을 양측성 필터링할 수 있다.
,
단,
Figure 112008080085878-PAT00002
여기서, Ω는 필터의 커널(kernel), s는 커널의 중심 화소, p는 커널 내부의 주변 화소, Is, Ip는 각각 중심 화소 s와 주변 화소 p의 밝기 값,
Figure 112008080085878-PAT00003
는 주변 화소 p와 중심 화소 s사이의 거리 차이에 대한 가우시안 함수 값,
Figure 112008080085878-PAT00004
은 주변 화소 p와 중심 화소 s사이의 밝기 값 차이에 대한 가우시안 함수 값을 의미한 다. 그리고,
Figure 112008080085878-PAT00005
는 정규화 인자(normalization factor)를 의미한다.
이때, 상기 제1 레이어는 필터링부(122)를 통해 입력 영상(110)이 양측성 필터링된 영상을 의미한다.
제2 레이어 생성부(123)는 상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 입력 영상(110)에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성한다.
이와 관련하여 좀 더 상세히 설명하면, 먼저, 상기 제1 레이어를 구성하는 적어도 하나의 화소를 적어도 하나의 제1 화소, 입력 영상(110)을 구성하는 적어도 하나의 화소를 적어도 하나의 제2 화소라고 정의하자.
이때, 제2 레이어 생성부(123)는 상기 적어도 하나의 제1 화소의 밝기 값과 상기 적어도 하나의 제2 화소의 밝기 값을 비교하여 상기 적어도 하나의 제1 화소의 밝기 값을 기준 값으로 하였을 때, 상기 적어도 하나의 제1 화소에 각각 대응하는 상기 적어도 하나의 제2 화소의 상대적인 밝기 값을 산정하여 상기 적어도 하나의 제2 화소의 상대적인 밝기 값이 포함된 상기 제2 레이어를 생성할 수 있다.
예컨대, 상기 적어도 하나의 제1 화소를 a, b, c라고 하고, 상기 적어도 하나의 제2 화소를 a', b', c'이라고 하며, a는 a'에 대응되고, b는 b'에 대응되며, c는 c'에 대응된다고 가정하자.
여기서, a의 밝기 값이 10, b의 밝기 값이 5, c의 밝기 값이 15라고 하고, a'의 밝기 값이 20, b'의 밝기 값이 5, c'의 밝기 값이 5라고 하면, a'의 밝기 값은 a의 밝기 값보다 두 배 크기 때문에, a'의 상대적인 밝기 값은 a의 밝기 값을 기준으로 2가 될 수 있고, b'의 밝기 값은 b의 밝기 값과 동일하기 때문에 b'의 상대적인 밝기 값은 b의 밝기 값을 기준으로 1이 될 수 있으며, c'의 밝기 값은 c의 밝기 값의 1/3이기 때문에, c'의 상대적인 밝기 값은 c의 밝기 값을 기준으로 1/3이 될 수 있다.
단, 전술한 예는 본 발명의 일실시예에 불과한 것으로 제2 레이어 생성부(123)는 상기 실시예 이외에도 다양한 방법으로 상기 상대적인 밝기 정보를 정할 수 있다.
제2 레이어 조절부(125)는 입력 영상(110)에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제2 레이어 조절부(125)는 상기 적어도 하나의 제1 화소의 밝기 값을 기준 값으로 하였을 때, 상기 적어도 하나의 제2 화소의 상대적인 밝기 값이 상기 기준 값보다 큰 경우, 상기 적어도 하나의 제2 화소의 상대적인 밝기 값을 더 크게 조절할 수 있고, 상기 적어도 하나의 제2 화소의 상대적인 밝기 값이 상기 기준 값보다 작은 경우, 상기 적어도 하나의 제2 화소의 상대적인 밝기 값을 더 작게 조절할 수 있다.
이와 관련하여 앞서 설명한 예를 바탕으로 제2 레이어 조절부(125)의 동작을 상세히 설명하면, a'의 상대적인 밝기 값이 2이고, b'의 상대적인 밝기 값이 1이며, c'의 상대적인 밝기 값이 1/3일 때, a'의 상대적인 밝기 값은 기준 값인 1보다 크기 때문에, 제2 레이어 조절부(125)는 a'의 상대적인 밝기 값을 더 크게 조절할 수 있다. 그리고, b'의 상대적인 밝기 값은 기준 값 1과 동일하기 때문에 제2 레 이어 조절부(125)는 b'의 상대적인 밝기 값의 크기를 조절하지 않을 수 있다. 그리고, c'의 상대적인 밝기 값은 기준 값인 1보다 작기 때문에, 제2 레이어 조절부(125)는 c'의 상대적인 밝기 값을 더 작게 조절할 수 있다.
이와 같은 예는 본 발명의 일실시예에 불과한 것으로 제2 레이어 조절부(125)는 전술한 예 이외에도 다양한 실시예를 통해 상기 상대적인 밝기 값을 조절할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(120)는 제2 레이어 생성부(123) 및 제2 레이어 조절부(125)가 상기 제1 레이어를 구성하는 적어도 하나의 제1 화소의 평활화된 밝기 값과 입력 영상(110)을 구성하는 적어도 하나의 제2 화소의 밝기 값을 비교하여 상기 적어도 하나의 제1 화소의 밝기 값 보다 작은 밝기 값을 갖는 적어도 하나의 제2 화소의 밝기 값은 더 작게 조절하고, 상기 적어도 하나의 제1 화소의 밝기 값 보다 큰 밝기 값을 갖는 적어도 하나의 제2 화소의 밝기 값을 더 크게 조절함으로써 입력 영상(110)의 명암비를 강조시킬 수 있다.
출력 영상 생성부(126)는 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성한다.
좀 더 상세하게 설명하면, 출력 영상 생성부(126)는 상기 제1 레이어에 포함되어 있는 평활화된 밝기 정보와 상기 제2 레이어에 포함되어 있는 입력 영상(110)의 명암비가 강조되도록 조절된 상대적인 밝기 정보를 고려하여 화질이 개선된 출력 영상을 생성할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(120)는 제1 레이어 생성 부(121)를 통해 입력 영상(110)의 밝기가 평활화된 제1 레이어를 생성하고, 제2 레이어 생성부(123) 및 제2 레이어 조절부(125)를 통해 입력 영상(110)의 명암비가 강조되도록 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성한 후, 출력 영상 생성부(126)를 통해 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어로부터 출력 영상을 획득함으로써, 입력 영상(110)의 화질을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화질 개선 장치(120)는 밝기 보정부(124)를 더 포함할 수 있다.
밝기 보정부(124)는 선정된(predetermined) 매핑(mapping) 정보를 참조하여 상기 제1 레이어의 밝기를 보정한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 밝기 보정부(124)는 상기 제1 레이어를 구성하는 적어도 하나의 화소의 밝기 값을 소정의 사상 함수(mapping function)에 대한 변수로 사용하고, 이로 인해 연산된 함수 값을 상기 제1 레이어에 대한 보정된 밝기 값으로 사용할 수 있다.
예컨대, 상기 제1 레이어를 구성하는 적어도 하나의 화소를 a, b, c라고 하고, 각각의 밝기 값을 100, 10, 500이라고 가정하자. 그리고, 소정의 사상 함수를 통해 밝기 값이 100에 대해서는 150이 매핑되어 있고, 밝기 값이 10에 대해서는 30이 매핑되어 있으며, 밝기 값이 500에 대해서는 400이 매핑되어 있다고 하면, 밝기 보정부(124)는 상기 적어도 하나의 화소 a, b, c의 밝기 값을 각각 150, 30, 400으로 보정할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(120)는 밝기 보정부(124) 를 통해 밝기가 보정된 제1 레이어를 획득함으로써, 출력 영상 생성부(126)가 좀 더 화질이 개선된 출력 영상을 생성하도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화질 개선 장치(120)는 컬러 조정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 컬러 조정부는 입력 영상(110)의 색상 성분을 조정하여 출력 영상에서 화질 개선을 이룰 수 있도록 하는 구성이다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 컬러 조정부는 입력 영상(110)의 밝기 값과 출력 영상의 밝기 값을 비교하여 입력 영상(110)의 밝기 값 대비 상기 출력 영상의 밝기 값에 대한 가중치를 적용함으로써 입력 영상(110)에 대한 색상 밝기 값을 개선할 수 있다.
이와 관련하여 상기 컬러 조정부는 하기의 수학식 2를 이용하여 입력 영상(110)에 대한 색상 밝기 값을 개선할 수 있다.
Figure 112008080085878-PAT00006
여기서 O는 상기 출력 영상의 밝기 값, I는 입력 영상(110)의 밝기 값, C는 입력 영상(110)의 색상 밝기 값을 의미한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 컬러 조정부는 저조도의 컬러 노이즈(color noise)가 증폭할 수 있음을 고려하여 저조도의 경우, 감마 값(
Figure 112008080085878-PAT00007
)을 1 보다 낮은 값으로 설정함으로써 적응적으로 색상 밝기 값을 개선할 수 있다.
이상, 도 1을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(120)에 대해 살펴보았다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(120)는 도 1에 도시된 실시예뿐만 아니라 다양한 실시예로 확장될 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 2를 참조하여 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 화질 개선 장치(120)에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 화질 개선 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 화질 개선 장치(220)가 도시되어 있다.
화질 개선 장치(220)는 제1 레이어 생성부(221), 제2 레이어 생성부(227), 제2 레이어 조절부(229) 및 출력 영상 생성부(230)를 포함할 수 있다.
제1 레이어 생성부(221)는 입력 영상(210)의 밝기를 평활화하여 제1 레이어를 생성한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력 영상(210)은 원(original) 영상에 소정의 신호 처리가 가해짐으로써 밝기(휘도) 정보만 포함하고 있는 영상이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 레이어 생성부(221)는 다운-샘플링 부(222), 필터링부(224) 및 보간부(226)를 포함할 수 있다.
다운-샘플링부(222)는 입력 영상(210)을 선정된 해상도로 다운-샘플링(down-sampling)한다.
예컨대, 입력 영상(210)의 해상도가 640 x 480이고, 상기 선정된 해상도가 40 x 30이라면, 다운-샘플링부(222)는 입력 영상(210)을 40 x 30의 해상도로 다운-샘플링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다운-샘플링부(222)는 입력 영상(210)을 구성하는 적어도 하나의 화소를 선정된 크기의 블록(block)으로 구분한 후 상기 블록을 기본 단위로 하여 입력 영상(210)을 다운-샘플링할 수 있다.
예컨대, 입력 영상(210)의 해상도가 640 x 480이고, 다운-샘플링부(222)가 입력 영상(210)을 16 x 16 크기의 블록을 기본 단위로 하여 다운-샘플링하는 경우, 다운-샘플링된 영상에는 16 x 16 크기의 블록이 총 40 x 30개만큼 포함될 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 다운-샘플링부(222)는 상기 블록에 포함되어 있는 화소들의 밝기를 평균하여 산출된 평균 값을 기초로 상기 블록의 밝기 값을 선정할 수 있다.
예컨대, 다운-샘플링부(222)가 입력 영상(210)을 16 x 16 크기의 블록을 기본 단위로 다운-샘플링하는 경우, 다운-샘플링부(222)는 상기 16 x 16 크기의 블록 내에 포함되어 있는 화소들의 밝기를 평균하여 산출된 평균 값을 상기 16 x 16 크기의 블록에 대한 밝기 값으로 선정할 수 있다.
필터링부(224)는 다운-샘플링부(222)에 의해 다운-샘플링된 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 필터링부(224)는 상기 수학식 1을 이용하여 상기 다운-샘플링된 영상을 필터링할 수 있다.
여기서, 필터링부(224)의 동작은 도 1을 이용하여 설명한 필터링부(122)의 동작과 실질적으로 동일하므로, 필터링부(224)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 레이어 생성부(221)는 보상부(223)를 더 포함할 수 있다.
보상부(223)는 상기 다운-샘플링된 영상의 경계(boundary)를 보상(compensation)한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 필터링부(224)는 상기 다운-샘플링된 영상의 보상된 경계를 고려하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링할 수 있다.
이와 관련하여 보상부(223)의 동작에 대해 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
일반적으로 필터링부(224)가 상기 수학식 1을 이용하여 영상을 양측성 필터하는 경우, 필터링된 영상은 원래 영상의 해상도보다 낮은 해상도를 가질 수 있다.
예컨대, 필터링부(224)에 640 x 480의 해상도를 갖는 영상이 입력된다고 가정하자. 단, 설명의 편의를 위해, 다운-샘플링부(222)는 고려하지 않는다.
만약, 필터링부(224)가 상기 영상을 상기 수학식 1을 이용하여 5 x 5 단위의 마스크(Mask)로 양측성 필터링하는 경우, 필터링된 영상은 상하좌우에 각각 2화소 만큼 부족한 636 x 476의 해상도를 가질 수 있다.
따라서, 필터링부(224)를 통과한 영상의 해상도 부족 현상을 해결하기 위해, 보상부(223)는 상기 영상이 필터링부(224)를 통과하기 전에, 상기 영상의 경계를 상하좌우 각각 2화소 만큼 확장시켜서 상기 영상의 해상도를 644 x 484로 만들 수 있다.
그리고 나서, 필터링부(224)가 보상부(223)를 통과하여 644 x 484의 해상도를 갖는 상기 영상을 5 x 5 단위의 마스크로 양측성 필터링하면, 필터링된 영상의 해상도는 640 x 480이 되어, 원래 영상의 해상도와 동일해 진다.
결국, 상기의 예에서 알 수 있듯이, 보상부(223)는 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상함으로써 필터링부(224)를 통해 필터링된 영상의 해상도가 상기 다운-샘플링된 영상의 원 해상도와 동일한 해상도를 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 보상부(223)는 미러-리플렉션(mirror-reflection) 기법을 이용하여 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상할 수 있다.
보간부(226)는 필터링부(224)에 의해 필터링된 영상을 입력 영상(210)에 대한 원 해상도로 보간(interpolation)한다.
예컨대, 입력 영상(210)의 해상도가 640 x 480이고, 입력 영상(210)이 16 x 16 크기의 블록을 기본 단위로 하여 다운-샘플링된 경우, 보간부(226)는 상기 필터링된 영상을 가로, 세로 각각 16배 확장시켜 상기 필터링된 영상의 해상도를 원 해 상도인 640 x 480으로 보간할 수 있다.
이때, 상기 제1 레이어는 상기 필터링된 영상이 보간부(226)를 통해 보간된 영상을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 레이어 생성부(221)는 메모리부(225)를 더 포함할 수 있다.
메모리부(225)는 상기 필터링된 영상을 저장한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 보간부(226)는 메모리부(225)로부터 상기 필터링된 영상을 획득하여 상기 필터링된 영상을 입력 영상(210)에 대한 원 해상도로 보간할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 다르면, 메모리부(225)에 저장된 영상은 다음 영상 프레임이 입력될 때, 출력될 수 있다.
이와 같이, 제1 레이어 생성부(221)에 메모리부(225)가 포함되는 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(220)는 다운-샘플링부(222)를 통해 입력 영상(210)을 다운-샘플링함으로써 메모리부(225)에서 사용되는 메모리 사용량을 줄일 수 있다.
예컨대, 입력 영상(210)의 해상도가 640 x 480이라고 가정하자.
만약, 화질 개선 장치(220)에 다운-샘플링부(222)가 존재하지 않는다면, 메모리부(225)에는 640 x 480의 해상도를 갖는 입력 영상(210)이 그대로 저장될 수 있다.
하지만, 화질 개선 장치(220)에 다운-샘플링부(222)가 존재하되, 다운-샘플 링부(222)는 입력 영상(210)을 16 x 16 크기의 블록을 기본 단위로 다운-샘플링하는 경우, 메모리부(225)에는 40 x 30의 해상도를 갖는 다운-샘플링된 영상이 저장될 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치(220)는 다운-샘플링부(222)를 통해 메모리부(225)에 저장될 영상의 해상도를 낮춤으로써, 메모리부(225)에서 사용되는 메모리 사용량을 줄일 수 있다.
제2 레이어 생성부(227)는 상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 입력 영상(210)에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성한다.
제2 레이어 조절부(229)는 입력 영상(210)에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절한다.
출력 영상 생성부(230)는 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성한다.
여기서, 제2 레이어 생성부(227), 제2 레이어 조절부(229) 및 출력 영상 생성부(230)의 동작은 도 1을 이용하여 설명한 제2 레이어 생성부(123), 제2 레이어 조절부(125) 및 출력 영상 생성부(126)의 동작과 실질적으로 동일하므로, 제2 레이어 생성부(227), 제2 레이어 조절부(229) 및 출력 영상 생성부(230)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화질 개선 장치(220)는 밝기 보정부(228)를 더 포함할 수 있다.
밝기 보정부(228)는 선정된 매핑 정보를 참조하여 상기 제1 레이어의 밝기를 보정한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 밝기 보정부(228)는 상기 제1 레이어를 구성하는 적어도 하나의 화소의 밝기 값을 소정의 사상 함수에 대한 변수로 사용하고, 이로 인해 연산된 함수 값을 상기 제1 레이어에 대한 보정된 밝기 값으로 사용할 수 있다.
여기서, 밝기 보정부(228) 동작은 도 1을 이용하여 설명한 밝기 보정부(124)의 동작과 실질적으로 동일하므로, 밝기 보정부(228)에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 화질 개선 장치(220)는 컬러 조정부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 컬러 조정부는 입력 영상(210)의 색상 성분을 조정하여 출력 영상에서 화질 개선을 이룰 수 있도록 하는 구성이다.
보다 상세하게 설명하면, 상기 컬러 조정부는 입력 영상(210)의 밝기 값과 출력 영상의 밝기 값을 비교하여 입력 영상(210)의 밝기 값 대비 상기 출력 영상의 밝기 값에 대한 가중치를 적용함으로써 입력 영상(210)에 대한 색상 밝기 값을 개선할 수 있다.
이와 관련하여 상기 컬러 조정부는 상기 수학식 2를 이용하여 입력 영상(210)에 대한 색상 밝기 값을 개선할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 컬러 조정부는 저조도의 컬러 노 이즈(color noise)가 증폭할 수 있음을 고려하여 저조도의 경우, 감마 값(
Figure 112008080085878-PAT00008
)을 1 보다 낮은 값으로 설정함으로써 적응적으로 색상 밝기 값을 개선할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법을 도시한 순서도이다.
단계(S310)에서는 입력 영상의 밝기를 평활화하여 제1 레이어를 생성한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 입력 영상은 원(original) 영상에 소정의 신호 처리가 가해짐으로써 밝기(휘도) 정보만 포함된 영상이 될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S310)에서는 상기 입력 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 입력 영상을 양측성 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 입력 영상을 양측성 필터링하는 단계는 상기 수학식 1을 이용하여 상기 입력 영상을 양측성 필터링할 수 있다.
이때, 상기 제1 레이어는 상기 입력 영상이 양측성 필터링된 영상을 의미한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S310)에서는 상기 입력 영상을 다운-샘플링한 후 양측성 필터링하는 단계 등을 포함할 수 있는데, 이에 대해서 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이어를 생성하는 단계를 도시한 순서도이다.
단계(S410)에서는 입력 영상을 선정된 해상도로 다운-샘플링한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S410)에서는 상기 입력 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소를 선정된 크기의 블록으로 구분한 후 상기 블록을 기본 단위로 하여 상기 입력 영상을 다운-샘플링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S410)에서는 상기 블록에 포함되어 있는 화소들의 밝기를 평균하여 산출된 평균 값을 기초로 상기 블록의 밝기 값을 선정할 수 있다.
단계(S420)에서는 상기 다운-샘플링된 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S420)에서는 상기 수학식 1을 이용하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S310)에서는 단계(S410)이후에 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 단계(S420)에서는 상기 다운-샘플링된 영상의 보상된 경계를 고려하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상하는 단계는 미러-리플렉션 기법을 이용하여 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법은 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상한 후 양측성 필터링을 수행함으로써, 양측성 필터링에 따라 발생할 수 있는 경계부분의 해상도 저하를 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법은 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상한 후 양측성 필터링을 수행하기 때문에 상기 입력 영상을 다운-샘플링하지 않고, 양측성 필터링하는 경우보다 더 크게 부각될 수 있는 경계부분의 해상도 저하를 방지할 수 있다.
단계(S430)에서는 상기 필터링된 영상을 상기 입력 영상에 대한 해상도로 보간한다.
이때, 상기 제1 레이어는 상기 필터링된 영상이 단계(S430)을 통해 보간된 영상을 의미한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S310)에서는 단계(S420)이후에 상기 필터링된 영상을 메모리에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 단계(S430)에서는 상기 메모리로부터 상기 필터링된 영상을 획득하여 상기 필터링된 영상을 상기 입력 영상에 대한 원 해상도로 보간할 수 있다.
결국, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법은 단계(S410)에서 상기 입력 영상을 다운-샘플링함으로써, 상기 메모리의 사용량을 줄일 수 있다.
이상으로, 도 4를 참조하여 단계(S310)의 다양한 실시예에 대해 상세히 설명하였다. 이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법에 대해 계속 설명하기로 한다.
단계(S320)에서는 상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 상기 입력 영상에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성한다.
단계(S330)에서는 상기 입력 영상에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절한다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법은 단계(S320) 또는 단계(S330)이후에 선정된 매핑 정보를 참조하여 상기 제1 레이어의 밝기를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 레이어의 밝기를 보정하는 단계는 상기 제1 레이어를 구성하는 적어도 하나의 화소의 밝기 값을 소정의 사상 함수에 대한 변수로 사용하고, 이로 인해 연산된 함수 값을 상기 제1 레이어에 대한 보정된 밝기 값으로 사용할 수 있다.
단계(S340)에서는 상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성한다.
이상, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법에 대해 설명하였다. 여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법은 도 1 및 도 2를 이용하여 설명한 화질 개선 장치의 구성과 매우 유사하므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 화질 개선 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 화질 개선 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 화질 개선 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 레이어를 생성하는 단계를 도시한 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 입력 영상 120: 화질 개선 장치
121: 제1 레이어 생성부 122: 필터링부
123: 제2 레이어 생성부 124: 밝기 보정부
125: 제2 레이어 조절부 126: 출력 영상 생성부
210: 입력 영상 220: 화질 개선 장치
221: 제1 레이어 생성부 222: 다운-샘플링부
223: 보상부 224: 필터링부
225: 메모리부 226: 보간부
227: 제2 레이어 생성부 228: 밝기 보정부
229: 제2 레이어 조절부 230: 출력 영상 생성부

Claims (15)

  1. 입력 영상의 밝기를 평활화(smoothing)하여 제1 레이어(layer)를 생성하는 제1 레이어 생성부;
    상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 상기 입력 영상에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성하는 제2 레이어 생성부;
    상기 입력 영상에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절하는 제2 레이어 조절부; 및
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성하는 출력 영상 생성부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어 생성부는,
    상기 입력 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소(pixel) 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 입력 영상을 양측성 필터링(bilateral filtering)하는 필터링부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어 생성부는,
    상기 입력 영상을 선정된(predetermined) 해상도로 다운-샘플링(down-sampling)하는 다운-샘플링부;
    상기 다운-샘플링된 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소(pixel) 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링하는 필터링부; 및
    상기 필터링된 영상을 상기 입력 영상에 대한 해상도로 보간(interpolation)하는 보간부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 레이어 생성부는,
    상기 다운-샘플링된 영상의 경계(boundary)를 보상(compensation)하는 보상부
    를 더 포함하고,
    상기 필터링부는 상기 다운-샘플링된 영상의 보상된 경계를 고려하여 상기 다운 샘플링된 영상을 양측성 필터링하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보상부는,
    미러-리플렉션(mirror-reflection) 기법을 이용하여 상기 다운-샘플링된 영 상의 경계를 보상하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 레이어 생성부는,
    상기 필터링된 영상을 저장하는 메모리부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    선정된 매핑(mapping) 정보를 참조하여 상기 제1 레이어의 밝기를 보정하는 밝기 보정부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 장치.
  8. 입력 영상의 밝기를 평활화(smoothing)하여 제1 레이어(layer)를 생성하는 단계;
    상기 제1 레이어의 밝기를 기준으로 상기 입력 영상에 대한 상대적인 밝기 정보가 포함된 제2 레이어를 생성하는 단계;
    상기 입력 영상에 대한 명암비가 강조되도록 상기 상대적인 밝기 정보를 조절하는 단계; 및
    상기 제1 레이어 및 상기 제2 레이어를 이용하여 출력 영상을 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 레이어를 생성하는 단계는,
    상기 입력 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소(pixel) 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 입력 영상을 양측성 필터링(bilateral filtering)하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 레이어를 생성하는 단계는,
    상기 입력 영상을 선정된(predetermined) 해상도로 다운-샘플링(down-sampling)하는 단계;
    상기 다운-샘플링된 영상을 구성하는 적어도 하나의 화소(pixel) 사이의 거리 및 밝기를 고려하여 상기 다운-샘플링된 영상을 양측성 필터링하는 단계; 및
    상기 필터링된 영상을 상기 입력 영상에 대한 해상도로 보간(interpolation)하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 레이어를 생성하는 단계는,
    상기 다운-샘플링된 영상의 경계(boundary)를 보상(compensation)하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 필터링하는 단계는 상기 다운-샘플링된 영상의 보상된 경계를 고려하여 상기 다운 샘플링된 영상을 양측성 필터링하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 보상하는 단계는,
    미러-리플렉션(mirror-reflection) 기법을 이용하여 상기 다운-샘플링된 영상의 경계를 보상하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 레이어를 생성하는 단계는,
    상기 필터링된 영상을 메모리에 저장하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    선정된 매핑(mapping) 정보를 참조하여 상기 제1 레이어의 밝기를 보정하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화질 개선 방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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