KR20110096811A - 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RGB 포맷 형태의 디지털 영상을 동영상 압축이나 네트워크 전송 등을 위하여 YCbCr 형태의 영상으로 포맷 변환 시키는 경우 PLL을 이용하여 영상의 입력 클럭을 증가시키는 방법을 통하여 YCbCr 영상의 컬러 해상도를 증가시키고 이를 통하여 YCbCr 컬러 영상의 화질을 증가시키는 장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치는 모니터 출력 신호 등을 생성하는 RGB 영상 출력 장치, RGB 형태의 영상을 YCbCr 형태의 영상으로 변환시키는 색좌표 변환부, YCbCr 형태의 영상을 이용하여 동영상 압축을 수행하거나 네트워크 전송 등의 역할을 수행하는 영상 처리 장치, 입력되는 영상 클럭의 주파수를 체배시켜서 출력하는 PLL로 구성된다. 본 발명에서는 RGB 입력 영상의 해상도가 고화질 영상이 아닌 저해상도 영상일 경우 PLL을 이용하여 클럭을 증가시켜 YCbCr 포맷 영상을 생성함으로써 YCbCr 4:2:2 형태의 영상이나 YCbCr 4:2:0, 혹은 YCbCr 4:1:1 등의 영상을 생성할 때 컬러 정보의 손실 없이 입력 영상과 같은 고화질의 컬러 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치{Apparatus for processing of color space conversion of color image}

본 발명은 디지털 영상 신호의 색좌표를 변환시키는 장치에 관한 것으로 RGB 포맷으로 입력되는 디지털 영상 신호를 YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:1:1, YCbCr 4:2:0 등의 YCbCr 포맷 영상으로 변환시키는 과정에서 컬러 정보의 손실을 최소화 시키는 장치에 관한 것이다. 일반적인 디지털 영상의 경우 영상에서 컬러 정보의 정보량이 휘도 영상에 비해서 적은 관계로 일반적인 YCbCr 포맷으로의 변환이 문제가 되지 않는 경우가 많으나 PC화면 내의 다양한 문서화 작업 영상들은 컬러 영상 정보의 정보량이 많은 관계로 이를 기존의 YCbCr 포맷으로 변환 시 컬러 정보 데이터에 손실이 발생하게 되며 이에 따라서 화질 열화를 발생시키게 된다. 본 기술의 경우 이러한 화질을 열화를 없애면서 RGB 영상을 YCbCr 영상으로 변환시키는 기술에 관한 것이다.

최근 디지털 TV 방송이 시작되면서 디지털 TV용 디스플레이 장치들의 경우 SMPTE 274M, SMPTE 296M 등의 규격을 통해서 YCbCr 디지털 인터페이스 규격을 정의한 후 이러한 규격에 맞춘 인터페이스를 지원하고 있으며 SMPTE 274M의 경우 1920x1080의 해상도, SMPTE 296M의 경우 1280x720의 영상 해상도에 대한 인터페이스 규격을 정의하고 있다. 이에 따라서 640x480, 1024x768, 1600x1200 등의 PC화면을 디지털 TV용 디스플레이 장치에 연결하여 방송 화면뿐만 아니라 PC화면을 보면서 작업이 가능하게 되었다. 기존의 PC 모니터의 경우 기본적으로 RGB 인터페이스를 제공하고 있으나 디지털 TV용 디스플레이 장치들은 TV화면의 특성 상 YCbCr 포맷 위주의 인터페이스를 제공하고 있으며 이에 따라 PC화면의 TV 인터페이스 시 많은 경우 RGB 영상 포맷을 YCbCr 영상 포맷으로 변환하여 처리하게 된다. 또한 디지털 영상 데이터의 네트워크 전송을 위해서는 반드시 동영상 압축이 필요한데 대부분의 동영상 압축용 영상 처리 칩들이 YCbCr 4:2:2 포맷을 이용한 인터페이스를 요구하고 있다. 그리고 RGB 포맷 영상을 받더라도 내부적으로 일단 RGB 영상을 YCbCr 4:2:2 포맷이나 YCbCr 4:2:0 포맷으로 변환하여 처리하고 있다.

상술한 바와 같이 디지털 TV 방송이 시작되면서 방송 화면의 해상도가 1920x1080I, 1280x720P의 해상도를 가지는 고화질의 방송 영상이 제공되면서 디스플레이 장치 또한 1920x1080P의 Full HD급 초고화질의 해상도를 지원하는 제품들이 출시되고 있다. 이러한 장치들의 PC에서 제공하는 다양한 해상도를 대부분 지원하기 때문에 최근에는 PC영상을 디지털 TV용 디스플레이 장치에 연결하여 사용하는 추세가 점점 증가하고 있다. 이러한 경우 PC에서 제공되는 영상 신호인 RGB 포맷의 영상 신호를 디지털 TV용 인터페이스를 위한 YCbCr의 영상 포맷으로 색좌표 변환하여 처리해야 하는데 이 과정에서 컬러 정보의 손실이 발생되게 된다. 본 발명에서는 PLL을 이용하여 입력되는 영상의 화소 클럭을 체배시켜 인가하고 체배된 클럭을 이용하여 색좌표 변환을 수행함으로써 디지털 영상의 색좌표 변환시에 발생하는 컬러 영상의 화질 손실을 제거하는 방법을 해결하는 데에 그 목적이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 디지털 영상의 색좌표 변환시에 발생하는 컬러 영상의 화질 손실을 제거하는 방법을 제안하였다.

이 기술을 이용할 경우 PC화면을 디지털 TV를 이용하여 디스플레이 할 경우 발생할 수 있는 컬러 영상의 화질 손상을 없앨 수 있는 장점이 있다. 일반적인 디지털 TV 화면 영상의 경우 컬러 영상의 주파수 대역을 제한하도록 SMPTE 274M이나 SMPTE 296M 등의 디지털 TV의 영상 표현 규격에 정의되어 있고 또한 영상 컨텐츠 또한 이러한 컬러 영상의 대역 제한을 통하여 화려한 디지털 TV의 영상 컨텐츠를 시청자들이 향유할 수 있다. 그러나 PC 화면의 경우 스프레드 쉬트나 문서 작업, 일정 관리, 계산기, 시뮬레이션 작업 등 다양한 종류의 화면들이 휘도 성분과 컬러 성분에 동일한 주파수 특성을 요구하고 있고 이로 인하여 디지털 TV 영상과 동일한 컬러 영상의 주파수 대역 제한을 수행하면 일반 PC 화면과 동일한 화면을 디지털 TV 화면으로 제공할 수 없다. 따라서 이러한 경우 본 발명의 색좌표 변환 기술을 사용하면 디지털 TV에서도 PC 모니터와 동일한 컬러 정보를 제공할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 RGB to YCbCr 색좌표 변환부의 내부도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 RGB to YCbCr부의 인터페이스 타이밍 예
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 RGB to YCbCr부의 인터페이스 타이밍의 또 다른 예
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기존 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치의 구성도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 기존 RGB to YCbCr 색좌표 변환부의 내부도
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 RGB 원본 영상에 따른 YCbCr 처리 결과 영상 예
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 RGB 원본 영상에 따른 YCbCr 처리 결과 확대 영상 예

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치는 모니터 출력 신호 등을 생성하는 RGB 영상 출력 장치, RGB 형태의 영상을 YCbCr 형태의 영상으로 변환시키는 색좌표 변환부, YCbCr 형태의 영상을 이용하여 동영상 압축을 수행하거나 네트워크 전송 등의 역할을 수행하는 영상 처리 장치, 입력되는 영상 클럭의 주파수를 체배시켜서 출력하는 PLL로 구성된다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치로서, PC 본체와 같이 RGB 포맷의 영상을 출력하는 RGB 출력 장치(100), RGB 포맷의 디지털 영상을 YCbCr 형태의 디지털 형태로 색좌표 변환하는 색좌표 변환부(200), 동영상 압축이나 디지털 영상의 네트워크 전송 등의 YCbCr 영상에 대한 처리를 담당하는 YCbCr 포맷 영상 처리 장치(300), 입력되는 화소 클럭을 체배시켜 입력 화소 클럭에 비해서 2배, 혹은 4배 등으로 주파수를 올려서 출력시키는 PLL(400)로 이루어져 있다.

도 1을 참조하면, RGB 영상 출력 장치(100)는 휴대 전화 기기, PDA 단말기, 게임기기, MP3 플레이어 등 다양한 종류의 멀티미디어 기기의 디스플레이 인터페이스 장치 혹은 PC, 노트북 등 다양한 종류의 컴퓨터 기기의 디스플레이 인터페이스 장치가 될 수 있으며 640x480, 320x240, 800x480, 480x800, 1024x768 등 다양한 종류의 디스플레이 포맷 신호들이 디지털 RGB 영상 포맷 형태로 색좌표 변환부(200)로 출력된다.

그리고 RGB to YCbCr 색좌표 변환부(200)는 RGB 영상 출력 장치(100)에서 출력되는 RGB 포맷의 그리고 다양한 해상도의 영상 신호들을 휘도 성분인 Y와 색차 성분인 Cb, Cr 성분으로 색좌표 변환 한 후 입력 신호의 종류에 따라서 디지털 TV 인터페이스를 위하여 색도 신호에 적절한 대역 제한을 가하거나 색도 신호에 대역 제한 처리를 하지 않은 영상을 YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:2:0, YCbCr 4:1:1 등의 컬러 영상 포맷으로 변경시키는 역할을 수행한다.

YCbCr 포맷 영상 처리 장치(300)는 입력되는 YCbCr 포맷의 영상을 디스플레이 하거나 네트워크 전송을 위해서 동영상 압축하는 등의 다양한 영상 처리를 수행하게 된다.

PLL(400)부는 입력되는 영상 클럭의 주파수를 처리되는 YCbCr 영상의 포맷에 따라서 x2, x4 등의 체배를 하여 출력하는 역할을 수행한다. 즉 처리되는 영상 포맷이 YCbCr 4:2:2 포맷일 경우 PLL에서 입력 클럭을 2배 체배시켜 출력시키게 되며 처리되는 영상 포맷이 YCbCr 4:1:1 포맷일 경우 PLL에서 입력 클럭을 4배 체배시켜 출력시킴으로써 컬러 정보의 샘플링 과정에서 제거되는 컬러 정보를 막을 수 있고 이를 통하여 화질의 훼손이 없는 영상 정보를 얻게 된다.

따라서 이러한 구조를 통하여 RGB 포맷의 디지털 영상을 YCbCr 포맷으로 변환하여 처리하는 과정에서 컬러 영상 정보의 훼손 없이 RGB 영상과 같은 화질로 YCbCr 영상을 제공할 수 있다.

다음에, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치 내의 RGB to YCbCr 색좌표 변환부(200)에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 RGB to YCbCr 색좌표 변환부 내부의 블록도로서, RGB to YCbCr 색좌표 변환부(200)는 색좌표 변환부(210), 저역 통과 필터(220), YCbCr 샘플링 부(230) 등을 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 색좌표 변환부(210)는 3x3 매트릭스 곱셈기의 형태로 구성되며 RGB 영상을 YCbCr 형태로 색좌표 변환하기 위한 매트릭스 계수가 저장되어 있어서 입력되는 영상에 대해서 각 화소별로 대응하는 YCbCr 값을 계산하여 출력하게 된다. 이 과정에서는 컬러 정보의 훼손은 발생하지 않으며 다만 3x3 매트릭스 곱셈 연산 과정에서 클리핑, 라운딩 등의 디지털 영상 보정이 발생하게 된다.

저역 통과 필터(220)부는 입력 영상의 주파수 특성을 대역 제한 시켜 YCbCr 샘플링 부(230)에서 컬러 해상도를 줄일 때 에얼리어싱이 발생하지 않도록 하는 역할을 수행한다.

YCbCr 샘플링 부(230)의 역할은 입력되는 YCbCr 영상을 디지털 인터페이스 규격에 맞추어 휘도 신호와 색도 신호를 분리하고 색도 신호 중 Cb 신호와 Cr 신호를 먹싱하여 출력하는 역할을 수행한다. YCbCr 샘플링 부의 역할은 그림 3도와 그림 4도에 나타내었다.

도 3을 참조하면 입력되는 RGB 포맷 영상 신호에 대해서 출력되는 YCbCr 포맷 영상은 4:2:2 형태로 샘플링 된 경우를 나타내고 있으며 휘도 신호인 Y 신호의 경우 RGB 입력 신호에 대해서 대응되는 Y 신호가 출력되게 되나 색도 신호인 Cb, Cr 신호의 경우 R0, G0, B0, R2, G2, B2 등의 입력 신호에는 대응하는 출력 신호인 Cb0, Cr0, Cb2, Cr2 신호가 출력되나 R1, G1, B1, R3, G3, B3 등의 입력신호에 대해서는 대응되는 출력 신호가 존재하지 않는다. 이러한 경우의 화질 열화를 방지하기 위해서 그림 2도의 저역 통과 필터(220)을 사용하게 되며 일반적인 방송 화면의 경우 큰 문제를 일으키지 않는다. 그러나 그림 7도와 같은 PC 화면 영상이 입력되는 경우에는 위와 같은 기술을 사용할 경우 그림 7도의 b)와 같은 영상을 출력하게 된다.

따라서 이러한 경우 그림 4도와 같이 PLL을 이용하여 입력 영상 클럭의 주파수를 증가시키고 이러한 클럭을 이용하여 그림 3도와 같은 처리를 수행하게 되면 그림 4도의 YCbCr 포맷 영상 신호를 얻게 된다. 이 경우 휘도 신호의 출력을 보면 같은 휘도 신호가 한 번씩 반복됨을 볼 수 있고 색도 신호의 경우 RGB 영상 신호의 변화에 바로 대응하면서 입력 영상의 모든 화소에 대응하여 출력 색도 신호가 변화됨을 알 수 있다. 이러한 경우의 출력 신호는 그림 7도의 c)와 같이 나타나게 되며 입력 영상의 화질이 열화되지 않고 같은 화질로 출력됨을 볼 수 있다.

본 화질 개선 효과를 좀 더 명확하게 보기 위해서 그림 7도의 일부분을 확대하여 그림 8도에 나타내었으며 기존의 처리 방법의 컬러 정보의 화질 열화와 본 발명 기술에 의한 화질 열화 제거 효과를 좀 더 자세하게 알 수 있다.

따라서 그림 2도의 YCbCr 샘플링 부(230)의 입력으로 디지털 TV 영상과 같이 방송 화면이 입력될 경우 저역 통과 필터(220)를 거친 색도 영상을 입력받아서 처리함으로써 기존 방법과 동일한 출력을 제공할 수 있으며 YCbCr 샘플링 부(230)의 입력으로 PC 화면과 같이 색도 신호도 휘도 신호와 같은 처리가 필요할 경우에는 체배된 클럭을 이용하면서 저역 통과된 색도 신호를 이용하지 않고 색좌표 변환된 신호를 바로 이용하여 샘플링을 함으로써 색도 신호의 화질 열화 없이 RGB 신호와 같은 화질의 영상을 제공할 수 있는 장점이 있다.

그림 5도는 본 발명 기술과 대비되는 기존의 기술을 나타내었으며, RGB 영상 출력 장치(100)는 휴대 전화 기기, PDA 단말기, 게임기기, MP3 플레이어 등 다양한 종류의 멀티미디어 기기의 디스플레이 인터페이스 장치 혹은 PC, 노트북 등 다양한 종류의 컴퓨터 기기의 디스플레이 인터페이스 장치가 될 수 있으며 640x480, 320x240, 800x480, 480x800, 1024x768 등 다양한 종류의 디스플레이 포맷 신호들이 디지털 RGB 영상 포맷 형태로 기존의 색좌표 변환부(500)로 출력된다.

그리고 기존의 RGB to YCbCr 색좌표 변환부(500)는 RGB 영상 출력 장치(100)에서 출력되는 RGB 포맷의 그리고 다양한 해상도의 영상 신호들을 휘도 성분인 Y와 색차 성분인 Cb, Cr 성분으로 색좌표 변환 한 후 디지털 TV 인터페이스를 위하여 색도 신호에 적절한 대역 제한을 가한 영상을 YCbCr 4:2:2, YCbCr 4:2:0, YCbCr 4:1:1 등의 컬러 영상 포맷으로 변경시키는 역할을 수행한다.

YCbCr 포맷 영상 처리 장치(300)는 입력되는 YCbCr 포맷의 영상을 디스플레이 하거나 네트워크 전송을 위해서 동영상 압축하는 등의 다양한 영상 처리를 수행하게 된다.

도 6은 기존의 RGB to YCbCr 색좌표 변환부(500) 내부의 블록도로서 색좌표 변환부(510), 저역 통과 필터(520), YCbCr 샘플링 부(530) 등을 포함할 수 있다.

도 6을 참조하면, 색좌표 변환부(510)는 3x3 매트릭스 곱셈기의 형태로 구성되며 RGB 영상을 YCbCr 형태로 색좌표 변환하기 위한 매트릭스 계수가 저장되어 있어서 입력되는 영상에 대해서 각 화소별로 대응하는 YCbCr 값을 계산하여 출력하게 된다. 이 과정에서는 컬러 정보의 훼손은 발생하지 않으며 다만 3x3 매트릭스 곱셈 연산 과정에서 클리핑, 라운딩 등의 디지털 영상 보정이 발생하게 된다.

저역 통과 필터(520)부는 입력 영상의 주파수 특성을 대역 제한 시켜 YCbCr 샘플링 부(530)에서 컬러 해상도를 줄일 때 에얼리어싱이 발생하지 않도록 하는 역할을 수행한다.

YCbCr 샘플링 부(530)의 역할은 입력되는 YCbCr 영상을 디지털 인터페이스 규격에 맞추어 휘도 신호와 색도 신호를 분리하고 색도 신호 중 Cb 신호와 Cr 신호를 먹싱하여 출력하는 역할을 수행한다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 일실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 일실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

100 : RGB 영상 출력 장치 200 : RGB to YCbCr 색좌표 변환부
210 : 색좌표 변환부 220 : 저역 통과 필터
230 : YCbCr 샘플링 부 300 : YCbCr 포맷 영상 처리 장치
400 : PLL 500 : 기존의 RGB to YCbCr 색좌표 변환부
510 : 색좌표 변환부 520 : 저역 통과 필터
530 : YCbCr 샘플링 부

Claims (4)

1. RGB 포맷의 영상 출력 장치와, 상기 RGB 포맷으로 출력되는 영상 신호를 RGB to YCbCr 색좌표 변환하는 색좌표 변환부와, 상기 RGB 포맷의 영상 출력 장치에서 출력되는 영상 클럭을 이용하여 클럭을 체배하여 출력하는 PLL을 포함하는 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 RGB to YCbCr 색좌표 변환부는, RGB 영상을 YCbCr 형태로 변환시키는 색좌표 변환부와, 상기 색좌표 변환부에서 출력되는 색도 영상을 저역 통과 시켜서 출력하는 저역 통과 필터와, 상기 색좌표 변환부에서 출력되는 휘도 신호와 색도 신호를 받고 저역 통과 필터에서 제공되는 색도 신호를 받아서 컬러 정보의 화질이 중요할 경우 색좌표 변환부에서 제공되는 색도 신호를 이용하고 컬러 정보의 대역 제한이 필요한 경우 저역 통과 필터에서 제공하는 색도 신호를 이용하여 샘플링된 YCbCr 포맷을 생성하는 YCbCr 샘플링부를 포함하는 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 YCbCr 샘플링부는, 컬러 정보의 화질이 중요할 경우 PLL에서 제공되는 체배된 클럭 신호를 이용하고 컬러 정보의 대역 제한이 필요한 경우 RGB 영상 출력 장치에서 제공하는 클럭 신호를 이용하여 샘플링된 YCbCr 포맷을 생성하는 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치.
   
4. RGB 포맷의 영상 출력 장치와, 상기 RGB 포맷으로 출력되는 영상 신호를 RGB to YCbCr 색좌표 변환하는 색좌표 변환부와,상기 RGB to YCbCr 색좌표 변환부에서 제공하는 YCbCr 포맷 영상을 이용하여 동영상 압축 등의 영상 처리를 수행하는 YCbCr 포맷 영상 처리 장치와, 상기 RGB 포맷의 영상 출력 장치에서 출력되는 영상 클럭을 이용하여 클럭을 체배하여 출력하는 PLL을 포함하는 컬러 영상의 색좌표 변환 처리 장치.

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