KR20120014804A - 밝기 신호와 색차 신호 간의 크로스토크를 감소시키는 비디오 신호 생성 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

LMS 콘 신호를 이용한 비디오 신호 생성 장치 및 방법, 비디오 신호 복원 장치 및 방법이 개시된다. 이때, 입력 영상으로부터 LMS 콘 신호를 분리하고, 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 신호와 색차 신호를 생성할 수 있다. 그러면, 생성된 밝기 신호는 밝기 정보 만을 포함하고, 색차 신호는 색차 정보 만을 포함할 수 있다.

Description

밝기 신호와 색차 신호 간의 크로스토크를 감소시키는 비디오 신호 생성 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING VIDEO SIGNAL REDUCING CROSSTALK BETWEEN LIGHTNESS SIGNAL AND CHROMINANCE SIGNAL}
본 발명에 따른 실시예들은 밝기 신호에 포함된 색차 정보와 색차 신호에 포함된 밝기 정보로 인해 발생하는 크로스토크를 감소시키는 기술에 관한 것이다.
밝기 신호(Lightness Signal)는 무색(Achromatic) 성분의 밝기를 나타내는 신호이며, 색차 신호(Chrominance Signal)는 노란색-파란색 채색(Yellow-Blue Chromatic) 성분의 상대적인 양을 나타내는 신호와 빨간색-녹색 채색(Red-Green Chromatic) 성분의 상대적인 양을 나타내는 신호이다. 이때, 밝기 신호는 색차 정보를 포함하고, 색차 신호는 밝기 정보를 포함하며, 색차 신호와 밝기 신호간에 크로스토크(crosstalk)가 존재하게 된다. 이러한 색차 신호와 밝기 신호간에 존재하는 크로스토크의 원인은 다음과 같다.
먼저, 특정한 색온도의 화이트(white)를 형성하기 위하여 필요한 RGB 기본 색상들(primary colors)의 휘도 혼합비가 선형(linear) RGB 신호에 적용되어야 함에도 불구하고, 비선형(nonlinear) RGB 신호에 적용되는 점과 형성된 비선형 RGB 신호의 합으로 밝기 신호를 생성함으로 인해 색차 신호와 밝기 신호간의 크로스토크가 존재한다.
다음으로, 비선형 RGB 신호의 합으로 형성된 밝기 신호와 비선형 RGB 신호의 차이를 통해서 색차 신호를 생성함으로 인해 색차 신호와 밝기 신호간의 크로스토크가 존재한다.
즉, 동일한 휘도를 가지는 두 색상들은 서로 다른 밝기 신호를 가지게 되는 경우가 발생하며, 휘도와 밝기 신호 간의 차이는 색상들에 따라 의존적인 특성(color-dependent)을 나타낸다. 이에 따라, 밝기 신호와 색차 신호로 구성된 영상을 샘플링(subsampling)하면, 샘플링된 영상에 화질 열화가 발생한다.
따라서, 밝기 신호와 색차 신호 간의 크로스토크를 감소시킬 수 있는 기술이 필요하다.
본 비디오 신호 생성 장치는, 입력 영상에서 LMS 콘(cone) 신호를 분리하는 신호 분리부, 상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 신호를 생성하는 밝기 신호 생성부, 및 상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 신호를 생성하는 색차 신호 생성부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리된 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환하는 신호 변환부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 밝기 신호 생성부는, 상기 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 합하여 상기 밝기 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 색차 신호 생성부는, 상기 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, 및 S 신호 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 갖도록 상기 비선형 LMS 콘 신호를 분리하여 상기 색차 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 밝기 신호 생성부는, 상기 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함하는 밝기 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 색차 신호 생성부는, 상기 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함하는 색차 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 색차 신호 생성부는, 상기 생성된 밝기 신호와 상기 색차 신호의 코릴레이션(correlation)이 기설정된 기준값 이하가 되도록 상기 색차 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 생성된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)하는 샘플링부를 더 포함할수 있다.
또한, 상기 샘플링된 색차 신호와 상기 생성된 밝기 신호를 압축하는 압축부(Compression Unit)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 비디오 신호 생성 방법은, 입력 영상에서 LMS 콘(cone) 신호를 분리하는 단계, 상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 신호를 생성하는 단계, 및 상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 분리된 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 생성된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 샘플링된 색차 신호와 상기 생성된 밝기 신호를 압축(Compression)하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 비디오 신호 복원 장치는, 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링(up-sampling)하여 색차 신호를 복원하는 업 샘플링부, 상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 LMS 콘 신호를 생성하는 신호 생성부, 및 상기 LMS 콘 신호를 이용하여 입력 영상을 복원하는 영상 복원부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 생성된 비선형 LMS 콘 신호를 선형 LMS 콘 신호로 변환하는 신호 변환부를 더 포함할 수 있다. 그러면, 상기 영상 복원부는, 상기 선형 LMS 콘 신호를 이용하여 상기 입력 영상을 복원할 수 있다.
또한, 상기 샘플링된 색차 신호와 상기 밝기 신호가 압축된 신호를 압축 해제하는 압축 해제부(Decompression Unit)를 더 포함할 수 있다. 그러면, 상기 업 생플링부는, 상기 압축 해제된 색차 신호를 업 샘플링하여 상기 색차 신호를 복원할 수 있다.
이때, 상기 샘플링된 색차 신호는, 색차 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함하고, 상기 밝기 신호는, 밝기 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함할 수 있다.
또한, 본 비디오 신호 복원 방법은, 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링(up-sampling)하여 색차 신호를 복원하는 단계, 상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 LMS 콘 신호를 생성하는 단계, 및 상기 LMS 콘 신호를 이용하여 입력 영상을 복원하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 생성된 비선형 LMS 콘 신호를 선형 LMS 콘 신호로 변환하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 샘플링된 색차 신호와 상기 밝기 신호가 압축된 신호를 압축 해제하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, LMS 콘(Cone) 신호를 이용하여 밝기 정보를 포함하는 밝기 신호와 색차 정보를 포함하는 색차 신호를 생성할 수 있다.
또한, LMS 콘(Cone) 신호를 이용하여 비디오 신호를 생성함으로써 밝기 신호와 색차 신호 간의 크로스토크를 감소시킬 수 있다.
또한, LMS 콘 신호를 이용하여 생성된 색차 신호를 샘플링(subsampling)함에 따라 샘플링된 영상의 화질 열화를 감소시킬 수 있다.
도 1은 비디오 신호 생성 장치의 구성을 도시한 블록도 이다.
도 2는 비디오 신호 생성 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 3은 LMS 콘 신호의 파장 별 감도(Sensitivity)를 도시한 도면이다.
도 4는 비선형 LMS 신호의 코릴레이션 정도를 도시한 도면이다.
도 5는 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)하는 과정을 설명하기 위해 제공되는 도면이다.
도 6은 입력 영상과 복원 영상의 화질 비교를 위해 제공되는 도면이다.
도 7은 LMS 콘 신호를 이용하여 생성된 밝기 신호와 색차 신호 간의 코릴레이션 정도를 도시한 도면이다.
도 8은 비디오 신호 복원 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9는 비디오 신호 복원 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 비디오 신호 생성 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 따르면, 비디오 신호 생성 장치(100)는 XYZ 신호 생성부(110), 신호 분리부(120), 신호 변환부(130), 행렬 생성부(140), 밝기 신호 생성부(150), 색차 신호 생성부(160), 디지털 변환부(170), 샘플링부(180), 및 압축부(190)를 포함할 수 있다.
XYZ 신호 생성부(110)는 입력 영상의 RGB 값을 기초로 XYZ 신호를 생성할 수 있다. 일례로, XYZ 신호 생성부(110)는 IEC 61966-2-1 표준에서 정의하고 있는 1931 CIE 삼자극치값(transtimulus values)을 이용하여 입력 영상의 RGB 값을 XYZ 신호로 변환할 수 있다.
이때, XYZ 신호 생성부(110)는 변환된 XYZ 신호를 정규화(Normalization)하여 XrYrZr 신호를 생성할 수 있다. 일례로, XYZ신호로 화이트(white) D65의 XYZ(α, β, γ)가 이용되는 경우, XYZ 신호 생성부(110)는 아래의 수학식 1과 같이, XYZ 신호를 정규화하여 XrYrZr 신호를 생성할 수 있다. 이때, α는 95.04, β는 100.00, γ는 108.88이 이용될 수 있다.
Figure pat00001
신호 분리부(120)는 입력 영상에서 LMS 콘(cone) 신호를 분리할 수 있다. 이때, LMS 콘 신호는 도 3과 같이, 장파장 대역의 L(Long) 신호(310), 중간 파장 대역의 M(Medium) 신호(320), 및 단파장 대역의 S(Short) 신호(330)를 포함할 수 있다. 일례로, 신호 분리부(120)는 LMS 생성 행렬 및 XrYrZr 신호를 이용하여 LMS 콘 신호를 분리할 수 있다. 여기서, LMS 생성 행렬은 LMS 콘 신호가 1의 값을 갖도록 이용되는 행렬로서, 이미 잘 알려진 다양한 영상 알고리즘을 이용하여 획득될 수 있다.
일례로, 신호 분리부(120)는 아래의 수학식 2 및 수학식 3을 이용하여 LMS 콘 신호를 분리할 수 있다.
Figure pat00002
Figure pat00003
수학식 2 및 수학식 3에 따르면, 신호 분리부(120)는 LMS 생성 행렬 및 XrYrZr 신호를 곱하여 생성된 LrMrSr 신호를 기설정된 변환값으로 나눔으로써 LMS 콘 신호(LrMrSr)를 생성할 수 있다. 이때, 수학식 3과 같이, 변환값으로는 0.9993, 0.8319, 및 0.4936이 이용될 수 있다. 그러면, 생성된 LMS 콘 신호는 0에서 1의 범위를 가질 수 있다. 이때, 생성된 LMS 콘 신호는 선형 LMS 콘 신호일 수 있다.
신호 변환부(130)는 선형 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다. 이때, 신호 변환부(130)는 지수 함수를 이용하여 선형 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다. 일례로, 아래의 수학식 4와 같이, 신호 변환부(130)는 지수가 0.34인 지수 함수를 이용하여 선형 LMS 콘 신호(LrMrSr)를 비선형 LMS 콘 신호(L'rM'rS'r)로 변환할 수 있다.
Figure pat00004
행렬 생성부(140)는 비선형 LMS 콘 신호의 코릴레이션 정도 및 밝기값 차이(PSNR-Lightness)를 이용하여 변환 행렬을 생성할 수 있다. 보다 상세하게는, 행렬 생성부(140)는 비선형 LMS 콘 신호의 코릴레이션 정도을 이용하여 후보 변환 행렬을 생성하고, 밝기값 차이를 이용하여 생성된 후보 변환 행렬을 변환 행렬로 결정할 수 있다.
일례로, 행렬 생성부(140)는 비선형 LMS 콘 신호의 코릴레이션(correlation) 정도가 기설정된 기준값 이하인 계수들을 포함하는 후보 변환 행렬을 생성할 수 있다. 이때, 기준값은 0.5로 기설정될 수 있다. 이때, L, M, S 신호의 조합에 따른 코릴레이션 정도는 도 4와 같을 수 있다.
그리고, 행렬 생성부(140)는 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)한 영상의 밝기 값(Lightness)과 입력 영상의 밝기 값(Lightness)를 계산할 수 있다. 행렬 생성부(140)는 입력 영상과 색차 신호를 샘플링한 영상 간의 밝기 값의 차(Peak Signal to Noise Ratio: PSNR-Lightness)를 사용하여 계산할 수 있다. 이때, 밝기값 차이(PSNR-Lightness)가 기설정된 기준 범위 내에서 0의 근사값을 갖는 경우, 즉, 입력 영상과 샘플링한 영상의 밝기 값의 차이값이 0의 근사값을 갖는 경우, 행렬 생성부(140)는 생성된 후보 변환 행렬을 변환 행렬로 결정할 수 있다.
여기서, 색차 신호는 후보 변환 행렬을 이용하여 생성될 수 있다. 일례로, 행렬 생성부(140)는 아래의 수학식 5를 이용하여 밝기값 차이 (PSNR-Lightness)를 계산할 수 있다.
Figure pat00005
수학식 5에서, MSE(Mean Square Error)는 평균 제곱 오차이고, m은 영상을 구성하는 가로 픽셀의 수, n은 영상을 구성하는 세로 픽셀의 수, I(i,j)는 입력 영상의 각 픽셀 위치에서의 밝기 값(Lightness), K(i,j)는 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)한 영상의 각 픽셀 위치에서의 밝기 값, MAX는 입력 영상의 최대 밝기 값이거나, 또는 10,000과 같은 큰 임의의 값으로 설정될 수 있다. 여기서, 밝기값 차이(PSNR-Lightness)는 입력 영상 대비 결과 영상의 밝기 성분의 왜곡 정도를 나타내는 것으로, 밝기값 차이가 작을수록 결과 영상에 왜곡이 많이 발생하고, 밝기값 차이가 클수록 결과 영상에 왜곡이 작게 발생하는 것을 의미한다.
밝기 신호 생성부(150)는 결정된 변환 행렬과 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 신호를 생성할 수 있다. 일례로, 밝기 신호 생성부(150)는 아래의 수학식 5와 같이, 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, S 신호의 합으로써, 밝기 신호 A를 생성할 수 있다.
Figure pat00006
수학식 6에서, A는 밝기 신호, CYB는 옐로우-블루 색차 신호, CRG는 레드-그린 색차 신호, M은 변환 행렬이고, L'r, M'r, S'r은 각각 비선형 LMS 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, S 신호이다. 이때, 생성된 밝기 신호는, 밝기 정보만을 포함하거나, 또는 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 0의 근사값을 갖는 색차 정보는, 밝기 신호에 포함된 색차 정보가 무시할 수 있을 정도로 최소한으로 포함된 정도를 의미한다. 다시 말해서, 밝기 신호의 변화 시, 밝기 신호에 포함된 색차 정보는 영향을 받지 않는 범위 내에서 포함된 정도를 의미한다.
수학식 6에 따르면, 밝기 신호 생성부(150)는 변환 행렬을 구성하는 계수 M11, M12, 및 M13와 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 각각 곱하여 밝기 신호 A를 생성할 수 있다. 이때, M11, M12, 및 M13는 동일한 부호를 가질 수 있으므로, L 신호, M 신호, S 신호의 합을 통해 밝기 신호 A가 생성될 수 있다.
일례로, 수학식 6에서, 변환 행렬 M으로는
Figure pat00007
이 이용될 수 있다.
색차 신호 생성부(160)는 결정된 변환 행렬과 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 신호를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 색차 신호는, 색차 정보만을 포함하거나, 또는 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함할 수 있다. 여기서, 0의 근사값을 갖는 밝기 정보는, 색차 신호에 포함된 밝기 정보가 무시할 수 있을 정도로 최소한으로 포함된 정도를 의미한다. 다시 말해서, 샘플링(sub-sampling) 등으로 인해 색차 신호의 변화 시, 색차 신호에 포함된 밝기 정보는 영향을 받지 않을 범위 내에서 포함된 정도를 의미한다.
위의 수학식 6에 따르면, 색차 신호 생성부(160)는 변환 행렬을 구성하는 계수 M21, M22, 및 M23와 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 각각 곱하여 색차 신호 CYB를 생성하고, M31, M32, 및 M33와 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 각각 곱하여 색차 신호 CRG를 생성할 수 있다. 이때, M21, M22, 및 M23 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 가지며, M31, M32, 및 M33 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 가질 수 있다. 다시 말해서, 색차 신호 생성부(160)는 수학식 6에 따른 변환 행렬 M을 이용하여 L, M, S 신호 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 갖도록 비선형 LMS 콘 신호를 분리함으로써 색차 신호(CYB, CRG)를 생성할 수 있다.
그러면, 수학식 6에 따라 생성된 밝기 신호와 색차 신호의 코릴레이션 정도는 기설정된 기준값 이하가 될 수 있다. 다시 말해서, 색차 신호 생성부(160)는 생성된 밝기 신호와 색차 신호의 코릴레이션 정도가 기준값 이하가 되는 색차 신호를 생성할 수 있다. 일례로, 기준값이 0.5로 기설정된 경우, 밝기 신호와 색차 신호의 코릴레이션 정도는 도 7과 같을 수 있다. 도 7에 따르면, 레드-그린 색차 신호 CRG와 밝기 신호 A, 그리고, 옐로우-블루 색차 신호 CYB와 밝기 신호 A를 조합한 신호의 콜리레이션 정도가 0.5 이하가 됨에 따라, 밝기 신호와 색차 신호 간의 코릴레이션 특성이 저감될 수 있다. 즉, 도 4에 따르면, 비선형 LMS 콘 신호의 코릴레이션 정도가 높은 반면, 도 7에 따르면, 밝기 신호와 색차 신호 ACYBCRG의 코릴레이션 정도가 매우 낮음을 확인할 수 있다.
디지털 변환부(170)는 밝기 신호와 색차 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 그러면, 디지털 변환된 밝기 신호와 색차 신호는 각각 정수값을 가질 수 있다. 일례로, 디지털 변환부(170)는 아래의 수학식 7을 이용하여 밝기 신호와 색차 신호를 각각 디지털 변환할 수 있다.
Figure pat00008
수학식 7에서, DA는 디지털 변환된 밝기 신호, DCYB는 디지털 변환된 옐로우-블루 색차 신호, DCRG는 디지털 변환된 레드-그린 색차 신호, n은 bit-depth이다. 이때, n은 8, 10, 12, 또는 14 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
샘플링부(180)는 디지털 변환된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)할 수 있다. 이때, 샘플링부(180)는 도 5에 도시된 바와 같이, 4:2:0(510), 4:1:0(520), 및 16:1:0(530) 중 적어도 하나를 이용하여 디지털 변환된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)할 수 있다. 일례로, 4:2:0 샘플링을 이용하는 경우, 샘플링부(180)는 디지털 변환된 색차 신호를 구성하는 픽셀들 중 4개의 픽셀을 평균하여 1개의 색차 신호로 샘플링(sub-sampling)할 수 있다.
압축부(190)는 디지털 변환된 밝기 신호와 샘플링된 색차 신호를 압축할 수 있다. 그러면, 압축부(190)는 압축된 영상을 비디오 신호 복원 장치(800)로 전송할 수 있다. 여기서, 압축된 영상은 디지털 변환된 밝기 신호와 샘플링된 색차 신호를 포함할 수 있다.
도 2는 비디오 신호 생성 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 먼저, XYZ 신호 생성부(110)는 입력 영상으로부터 XYZ 신호를 생성할 수 있다(S210).
일례로, XYZ 신호 생성부(110)는 1931 CIE 삼자극치값을 이용하여 입력 영상의 RGB 값을 XYZ 값으로 변환함에 따라 XYZ 신호를 생성할 수 있다.
이어, 신호 분리부(120)는 입력 영상으로부터 LMS 콘(cone) 신호를 분리할 수 있다(S220).
일례로, 신호 분리부(120)는 LMS 생성 행렬을 이용하여 생성된 XYZ 신호로부터 L 신호, M 신호, S 신호를 분리함으로써, LMS 콘 신호를 생성할 수 있다. 이때, 신호 분리부(120)는 수학식 2를 이용하여 XYZ 신호로부터 L, M, S 신호를 분리할 수 있다. 그리고, 신호 분리부(120)는 수학식 3과 같이, 분리된 L, M, S 신호 각각을 변환값으로 나누어 LMS 콘 신호(LrMrSr)를 생성할 수 있다. 이때, 생성된 LMS 콘 신호는 선형 LMS 콘 신호일 수 있다.
그리고, 신호 변환부(130)는 선형 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다(S230). 이때, 신호 변환부(130)는 지수 함수를 이용하여 선형 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다.
이어, 행렬 생성부(140)는 비선형 LMS 콘 신호의 코릴레이션 정도 밝기값 차이 (PSNR-Lightness)를 이용하여 변환 행렬 M을 생성할 수 있다(S240).
그리고, 밝기 신호 생성부(150)는 생성된 변환 행렬 M과 비선형 LMS 신호를 이용하여 밝기 신호를 생성할 수 있다(S250).
이때, 밝기 신호 생성부(150)는 비선형 LMS 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, S 신호의 합을 통해 밝기 신호 A를 생성할 수 있다. 일례로, 밝기 신호 생성부(150)는 수학식 6을 이용하여 변환 행렬을 구성하는 계수 M11, M12, 및 M13와 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 각각 곱하여 밝기 신호 A를 생성할 수 있다. 그러면, 생성된 밝기 신호는, 밝기 정보만을 포함하거나, 또는 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 색차 신호 생성부(160)는 생성된 변환 행렬 M과 비선형 LMS 신호를 이용하여 색차 신호를 생성할 수 있다(S255).
이때, 색차 신호 생성부(160)는 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L, M, S 신호 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 갖도록 비선형 LMS 콘 신호를 분리함으로써 색차 신호(CYB, CRG)를 생성할 수 있다. 일례로, 색차 신호 생성부(160)는 수학식 6을 이용하여 변환 행렬을 구성하는 계수 M21, M22, 및 M23와 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 각각 곱하여 옐로우-블루 색차 신호 CYB를 생성하고, M31, M32, 및 M33와 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 각각 곱하여 레드-그린 색차 신호 CRG를 생성할 수 있다. 그러면, 생성된 색차 신호 CYB, CRG는, 색차 정보만을 포함하거나, 또는 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함할 수 있다.
이어, 디지털 변환부(170)는 생성된 색차 신호 및 밝기 신호를 디지털 변환할 수 있다(S260). 그러면, 디지털 변환된 색차 신호 및 밝기 신호는 정수값을 가질 수 있다.
그리고, 샘플링부(180)는 디지털 변환된 색차 신호를 샘플링(Sub-sampling)할 수 있다(S270).
이때, 샘플링부(180)는 복수의 픽셀들의 색차 신호를 평균하여 1개의 색차 신호로 샘플링할 수 있다. 일례로, 샘플링부(180)는 4:2:0, 4:1:0, 및 16:1:0 중 적어도 하나를 이용하여 디지털 변환된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)할 수 있다.
이어, 압축부(190)는 샘플링된 색차 신호와 디지털 변환된 밝기 신호를 압축하여 압축 영상을 생성할 수 있다(S280). 그리고, 압축부(190)는 압축 영상을 비디오 신호 복원 장치(800)로 전송할 수 있다.
도 8은 비디오 신호 복원 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8에 따르면, 비디오 신호 복원 장치(800)는 압축 해제부(810), 업 샘플링부(820), 신호 생성부(830), 신호 변환부(840), 및 영상 복원부(850)를 포함할 수 있다
압축 해제부(810)는 비디오 신호 생성 장치(100)로부터 수신된 압축 영상을 압축 해제할 수 있다. 여기서, 압축 영상은 비디오 신호 생성 장치(100)에서 압축된 밝기 신호와 압축 및 샘플링된 색차 신호를 포함할 수 있다. 그러면, 압축 해제부(810)는 압축 영상을 압축 해제함에 따라 밝기 신호와 샘플링된 색차 신호를 복원할 수 있다. 이때, 밝기 신호와 샘플링된 색차 신호는 LMS 콘 신호를 이용하여 생성된 밝기 신호와 색차 신호일 수 있다.
업 샘플링부(up-sampling unit: 820)는 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링하여 색차 신호를 복원할 수 있다. 이때, 업 샘플링부(820)는 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링하면서 보간(interpolation)을 수행할 수 있다.
일례로, 업 샘플링부(820)는 바이큐빅 보간(Bicubic Interpolation)을 이용하여 색차 신호를 복원할 수 있다. 여기서, 바이큐빅 보간은 인접하는 8개 픽셀 블록들의 색차 신호를 이용하여 복원 대상 블록의 색차 신호를 복원하는 기법이다.
신호 생성부(830)는 복원된 밝기 신호와 색차 신호를 역변환하여 비선형 LMS 콘 신호를 복원할 수 있다.
일례로, 신호 생성부(830)는 아래의 수학식 8과 같이, 역변환 행렬 M-1과 밝기 신호 및 색차 신호의 곱을 통해 비선형 LMS 콘 신호를 복원할 수 있다. 여기서, 역변환 행렬 M-1은 위의 수학식 6에서 이용한 변환 행렬 M의 역 행렬(inverse matrix)이다.
Figure pat00009
수학식 8에서, RA는 복원된 밝기 신호, RCYB는 복원된 옐로우-블루 색차 신호, RCRG는 복원된 레드-그린 색차 신호, M- 1는 역변환 행렬, RL'r은 복원된 L 신호, RM'r은 복원된 M 신호, RS'r은 복원된 S 신호이다. 이때, 복원된 비선형 LMS 콘 신호는 복원된 L, M, S 신호를 포함할 수 있다.
신호 변환부(840)는 복원된 비선형 LMS 콘 신호를 지수함수를 이용하여 선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다. 일례로, 위의 수학식 4와 같이, 비디오 신호 생성 장치(100)에서 지수가 0.34인 지수 함수를 이용하여 선형 LMS 콘 신호(LrMrSr)를 비선형 LMS 콘 신호(L'rM'rS'r)로 변환한 경우, 신호 변환부(840)는 지수가 1/0.34인 지수 함수를 이용하여 복원된 비선형 LMS 콘 신호를 선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다.
영상 복원부(850)는 선형 LMS 콘 신호를 정규화(normalization)하여 XYZ 신호를 복원할 수 있다.
그리고, 영상 복원부(850)는 IEC 61966-2-1 표준에서 정의하고 있는 1931 CIE 삼자극치값(transtimulus values)을 이용하여 복원된 XYZ 신호를 RGB 신호로 변환함으로써, 입력 영상을 복원할 수 있다. 이처럼, LMS 콘 신호를 이용하는 경우, 도 6의 파인 텍스쳐 영역(Fine Texture: 611~613, 621~623)을 비교해 보면, 입력 영상(610) 대비 복원 영상의 화질 열화가 매우 작음을 확인할 수 있다.
일례로, LMS 콘 신호를 이용하여 생성된 밝기 신호와 색차 신호를 이용하는 경우, 복원된 입력 영상의 밝기값 차이(PSNR-Lightness)는 59이고, 표준 ITU-R BT.709의 밝기 신호와 색차 신호를 이용하여 복원된 입력 영상의 밝기값 차이 (PSNR-Lightness)는 39이다. 이로서, LMS 콘 신호를 이용하여 영상을 복원하는 경우, 입력 영상 대비 복원 영상 영상의 왜곡이 감소됨을 확인할 수 있다. 이때, 밝기값 차이가 작을수록 입력 영상 대비 복원된 입력 영상의 밝기 성분에 왜곡이 많이 발생함을 의미한다.
도 9는 비디오 신호 복원 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 압축 해제부(810)는 압축 영상을 압축 해제하여 밝기 신호를 복원할 수 있다(S910). 이때, 압축 해제부(810)는 압축 해제를 통해 샘플링된 색차 신호도 복원할 수 있다.
이어, 업 샘플링부(820)는 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링하여 색차 신호를 복원할 수 있다(S920). 이때, 업 샘플링부(820)는 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링하면서 보간을 함께 수행하여 색차 신호를 복원할 수 있다.
그리고, 신호 생성부(830)는 복원된 색차 신호 및 복원된 밝기 신호를 이용하여 비선형 LMS 콘 신호를 복원할 수 있다(S930). 이때, 신호 생성부(830)는 역변환 행렬 M-1을 이용하여 비선형 LMS 콘 신호를 복원할 수 있다.
이어, 신호 변환부(840)는 비선형 LMS 콘 신호를 지수 함수를 이용하여 선형 LMS 콘 신호로 변환할 수 있다(S940).
그리고, 영상 복원부(850)는 변환된 선형 LMS 콘 신호를 정규화하여 XYZ 신호를 복원할 수 있다(S950).
이어, 영상 복원부(850)는 복원된 XYZ 신호를 RGB 신호로 변환하여 입력 영상을 복원할 수 있다(S960). 일례로, 영상 복원부(850)는 1931 CIE 삼자극치값(transtimulus values)을 이용하여 입력 영상을 복원할 수 있다.
지금까지, 도 1 및 도 2를 참조하여, 비디오 신호 생성 장치(100)는, 샘플링부(180) 및 압축부(190)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이는 실시예에 해당되며, 비디오 신호 생성 장치(100)는 샘플링부(180) 및 압축부(190) 중 적어도 하나의 구성을 생략할 수도 있다.
일례로, 압축하지 않고 영상을 전송하는 경우, 비디오 신호 생성 장치(100)는 압축(190)를 생략할 수 있다. 다시 말해서, 도 2의 S280 단계는 생략될 수 있다. 그러면, 샘플링부(180)는 샘플링된 색차 신호 및 디지털 변환된 밝기 신호로 구성된 영상을 비디오 신호 복원 장치(800)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 수학식 5에서, K(i,j)는 샘플링된 색차 신호 및 디지털 변환된 밝기 신호로 구성된 영상의 각 픽셀 위치에서의 밝기 값이 될 수 있다.
다른 예로, 샘플링(sub-sampling)을 하지 않고 영상을 전송하는 경우, 비디오 신호 생성 장치(100)는 샘플링부(180)를 생략할 수 있다. 다시 말해서, 도 2의 S270 단계는 생략될 수 있다. 그러면, 압축부(190)는 디지털 변환된 밝기 신호 및 디지털 변환된 색차 신호를 압축하여 비디오 신호 복원 장치(800)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 수학식 5에서, K(i,j)는 샘플링 없이 압축된 영상의 각 픽셀 위치에서의 밝기 값이 될 수 있다.
또 다른 예로, 압축 및 샘플링을 하지 않고 영상을 전송하는 경우, 비디오 신호 생성 장치(100)는 샘플링부(180) 및 압축부(190)를 모두 생략할 수 있다. 다시 말해서, 도 2의 S270 및 S280 단계는 생략될 수 있다. 그러면, 디지털 변환부(170)는 디지털 변환된 밝기 신호와 디지털 변환된 색차 신호로 구성된 영상을 비디오 신호 복원 장치(800)로 전송할 수 있다. 이에 따라, 수학식 5에서, K(i,j)는 디지털 변환된 밝기 신호와 디지털 변환된 색차 신호로 구성된 영상의 각 픽셀 위치에서의 밝기 값이 될 수 있다.
마찬가지로, 도 8 및 도 9에서, 비디오 신호 복원 장치(800)는 압축 해제부(810) 및 업 샘플링부(820) 중 적어도 하나의 구성을 생략할 수도 있다.
일례로, 비디오 신호 생성 장치(100)에서 압축부(190)가 생략된 경우, 비디오 복원 장치(800)는 압축 해제부(810)를 생략할 수 있다. 또한, 비디오 신호 생성 장치(100)에서 샘플링부(180)가 생략된 경우, 비디오 복원 장치(800)는 업 샘플링부(820)를 생략할 수 있다. 이때, 비디오 신호 생성 장치(100)에서 샘플링부(180) 및 압축부(190)가 모두 생략된 경우, 비디오 복원 장치(800)는 압축 해제부(810) 및 업 샘플링부(820)를 모두 생략할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 비디오 신호 생성 방법은 밝기 신호와 색차 신호들간의 비상관 특성이 최대가 되고, 원영상과 결과 영상의 밝기 차이가 거의 없는 밝기 신호 및 색차 신호들을 생성함으로써 색차 신호의 변화가 밝기 신호에 영향을 미치지 않으므로 밝기 신호와 색차 신호간의 크로스토크를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 방법들은 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.
100: 비디오 신호 생성 장치
110: XYZ 신호 생성부
120: 신호 분리부
130: 신호 변환부
140: 행렬 생성부
150: 밝기 신호 생성부
160: 색차 신호 생성부
170: 디지털 변환부
180: 샘플링부
190: 압축부
800: 비디오 신호 복원 장치
810: 압축 해제부
820: 업 샘플링부
830: 신호 생성부
840: 신호 변환부
850: 영상 복원부

Claims (25)

  1. 입력 영상에서 LMS 콘(cone) 신호를 분리하는 신호 분리부;
    상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 신호를 생성하는 밝기 신호 생성부; 및
    상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 신호를 생성하는 색차 신호 생성부
    를 포함하는 비디오 신호 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리된 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환하는 신호 변환부
    를 더 포함하는 비디오 신호 생성 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 밝기 신호 생성부는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 합하여 상기 밝기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 색차 신호 생성부는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, 및 S 신호 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 갖도록 상기 비선형 LMS 콘 신호를 분리하여 상기 색차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밝기 신호 생성부는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함하는 밝기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 색차 신호 생성부는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함하는 색차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 색차 신호 생성부는,
    상기 생성된 밝기 신호와 상기 색차 신호의 코릴레이션(correlation)이 기설정된 기준값 이하가 되도록 상기 색차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 생성된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)하는 샘플링부
    를 더 포함하는 비디오 신호 생성 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 샘플링된 색차 신호와 상기 생성된 밝기 신호를 압축하는 압축부(Compression Unit)
    를 더 포함하는 비디오 신호 생성 장치.
  10. 입력 영상에서 LMS 콘(cone) 신호를 분리하는 단계;
    상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 분리된 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 신호를 생성하는 단계
    를 포함하는 비디오 신호 생성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 분리된 LMS 콘 신호를 비선형 LMS 콘 신호로 변환하는 단계
    를 더 포함하는 비디오 신호 생성 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 밝기 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, 및 S 신호를 합하여 상기 밝기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 색차 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 구성하는 L 신호, M 신호, 및 S 신호 중 적어도 하나는 서로 다른 부호를 갖도록 상기 비선형 LMS 콘 신호를 분리하여 상기 색차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 밝기 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 밝기 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함하는 밝기 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 색차 신호를 생성하는 단계는,
    상기 비선형 LMS 콘 신호를 이용하여 색차 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함하는 색차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 색차 신호를 생성하는 단계는,
    상기 생성된 밝기 신호와 상기 색차 신호의 코릴레이션(correlation)이 기설정된 기준값 이하가 되도록 상기 색차 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 생성 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 생성된 색차 신호를 샘플링(sub-sampling)하는 단계
    를 더 포함하는 비디오 신호 생성 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 샘플링된 색차 신호와 상기 생성된 밝기 신호를 압축(Compression)하는 단계
    를 더 포함하는 비디오 신호 생성 방법.
  19. 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링(up-sampling)하여 색차 신호를 복원하는 업 샘플링부;
    상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 LMS 콘 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
    상기 LMS 콘 신호를 이용하여 입력 영상을 복원하는 영상 복원부
    를 포함하는 비디오 신호 복원 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 생성된 비선형 LMS 콘 신호를 선형 LMS 콘 신호로 변환하는 신호 변환부
    를 더 포함하고,
    상기 영상 복원부는,
    상기 선형 LMS 콘 신호를 이용하여 상기 입력 영상을 복원하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복원 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 샘플링된 색차 신호와 상기 밝기 신호가 압축된 신호를 압축 해제하는 압축 해제부(Decompression Unit)
    를 더 포함하고,
    상기 업 생플링부는,
    상기 압축 해제된 색차 신호를 업 샘플링하여 상기 색차 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복원 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 샘플링된 색차 신호는, 색차 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 색차 정보와 0의 근사값을 갖는 밝기 정보를 포함하고,
    상기 밝기 신호는, 밝기 정보 만을 포함하거나, 또는 상기 밝기 정보와 0의 근사값을 갖는 색차 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복원 장치.
  23. 샘플링된 색차 신호를 업 샘플링(up-sampling)하여 색차 신호를 복원하는 단계;
    상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 LMS 콘 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 LMS 콘 신호를 이용하여 입력 영상을 복원하는 단계
    를 포함하는 비디오 신호 복원 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 복원된 색차 신호와 밝기 신호를 이용하여 생성된 비선형 LMS 콘 신호를 선형 LMS 콘 신호로 변환하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 입력 영상을 복원하는 단계는,
    상기 선형 LMS 콘 신호를 이용하여 상기 입력 영상을 복원하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복원 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 샘플링된 색차 신호와 상기 밝기 신호가 압축된 신호를 압축 해제하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 색차 신호를 복원하는 단계는,
    상기 압축 해제된 색차 신호를 업 샘플링하여 상기 색차 신호를 복원하는 것을 특징으로 하는 비디오 신호 복원 방법.
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