KR20170058868A - 휘도 조정 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 영상 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 휘도 조정을 통해 시각적 아티팩트를 개선할 수 있는 방법에 관한 것이다. 이를 위한 휘도 조정 방법은, 원본 영상에 대한 전처리를 수행하는 단계, 상기 전처리를 통해 획득된 영상에 포함되는 제1 블록과 상기 원본 영상에 포함되는 제2 블록 간의 비교를 통해 상기 제1 블록에 시각적 아티팩트가 존재하는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 제1 블록에 시각적 아티팩트가 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 블록의 휘도값을 조절하는 단계를 포함한다.

Description

휘도 조정 방법{METHOD FOR LUMA ADJUSTMENT}

본 개시는 영상 부호화/복호화 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 휘도 조정을 통해 시각적 아티팩트를 개선할 수 있는 방법에 관한 것이다.

최근 FHD (Full High Definition) 및 UHD (Ultra High Definition) 와 같은 고해상도의 영상 서비스 수요와 고품질의 영상 서비스 수요가 증가하면서, 보다 확장된 화면 해상도에 대한 요구 'More Pixel' 뿐만 아니라, 풍부한 색감 (Color Gamut)과 보다 높은 동적 레인지(Dynamic Range)에 대한 요구 'Better Pixel' 가 증가하고 있다.

이런 시장의 요구에 따라, MPEG (Moving Picture Expert Group)에서는 HDR(High Dynamic Range) 및 WCG(Wide Color Gamut) 비디오 부호화의 표준화를 위해 AhG를 결성하였고, 이의 후속으로 HDR/WCG 비디오 부호화 표준을 위한 CfE (Call for Evidence)를 발행하였다.

이처럼, 차세대 영상 장치는 해상도를 높이는 'More Pixel'과 실제와 같은 현장감을 느낄수 있도록 색감 및 동적 레인지가 향상된 'Better Pixel'을 만족해야 한다. 이에, 기존 SDR 및 기존 색상 재현표(Color Gamut)를 만족하면서, HDR 및 WCG의 부호화 효율을 높일 수 있는 방법을 개발할 필요가 있다.

본 개시의 기술적 과제는 휘도 조정을 통해 영상의 비주얼 아티팩트를 개선하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 개시의 기술적 과제는 블록 단위로 휘도 조정을 수행할 지 여부를 결정하여 부호화/복호화 효율을 개선하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 개시에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 개시의 일 양상에 따르면, 원본 영상에 대한 전처리를 수행하는 단계, 상기 전처리를 통해 획득된 영상에 포함되는 제1 블록과 상기 원본 영상에 포함되는 제2 블록 간의 비교를 통해 상기 제1 블록에 시각적 아티팩트가 존재하는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 제1 블록에 시각적 아티팩트가 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 블록의 휘도값을 조절하는 단계를 포함하는 휘도 조정 방법이 개시된다.

본 개시에 대하여 위에서 간략하게 요약된 특징들은 후술하는 본 개시의 상세한 설명의 예시적인 양상일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하는 것은 아니다.

본 개시에 따르면, 휘도 조정을 통해 영상의 비주얼 아티팩트를 개선하는 방법 및 장치가 제공될 수 있다.

또한, 본 개시에 따르면, 블록 단위로 휘도 조정을 수행할 지 여부를 결정하여 부호화/복호화 효율을 개선하는 방법 및 장치가 제공될 수 있다.

본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 HDR/WCG 영상의 부호화를 위한 전처리 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 2는 HDR/WCG 영상의 후처리 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 원본 영상과 전처리를 통해 생성된 영상 간의 오차를 예시한 도면이다.
도 4는 루미넌스 오류를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 블록 단위로 휘도 성분의 왜곡을 조절하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 시각적 아티팩트가 발생하였는지 여부를 판단하는 과정의 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 휘도 조정을 수행하기 위한 장치의 블록도이다.
도 8은 색차 성분의 양자화 파라미터를 조절하는 예를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다. 후술하는 예시적 실시예들에 대한 상세한 설명은, 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 실시예를 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 다양한 실시예들은 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 실시예의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 예시적 실시예들의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.

본 발명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명의 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있으나, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에서 특정 구성을 "포함"한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.

본 발명의 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하고, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 출원에서 사용되는 용어를 간략히 설명하면 다음과 같다.

부호화 장치(Video Encoding Apparatus) 또는 부호화기(Encoder)는 부호화를 수행하는 장치를 의미하고, 복호화 장치(Video Decoding Apparatus) 또는 복호화기(Decoder)는 복호화를 수행하는 장치를 의미한다. 부호화기 및 복호화기는 개인용 컴퓨터(PC, Personal Computer), 노트북 컴퓨터, 휴대형 멀티미디어 플레이어(PMP, Portable Multimedia Player), 무선 통신 단말기(Wireless Communication Terminal), 스마트 폰(Smart Phone), TV 응용 서버와 서비스 서버 등 서버 단말기에 포함된 장치일 수 있다. 아울러, 부호화기 및 복호화기 등과 같은 각종 사용자 단말기는, 유무선 통신망과 통신을 수행하기 위한 통신 모뎀 등의 통신 장치, 영상을 부호화/복호화하거나 부호화/복호화를 위해 화면 간 또는 화면 내 예측하기 위한 각종 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 메모리, 프로그램을 실행하여 연산 및 제어하기 위한 마이크로프로세서 등을 구비할 수 있다.

부호화기에 의해 비트스트림(bitstream)으로 부호화된 영상은 실시간 또는 비실시간으로 인터넷, 근거리 무선 통신망, 무선랜망, 와이브로망, 이동통신망 등의 유무선 통신망 등을 통하거나 케이블, 범용 직렬 버스(USB, Universal Serial Bus) 등과 같은 다양한 통신 인터페이스를 통해 복호화기로 전송될 수 있다. 복호화기는 부호화기로부터 수신된 영상을 복호화하고, 영상으로 복원하여 재생할 수 있다.

다이나믹 레인지(DR, Dynamic Range)는 일반적으로 계측 시스템에서 동시에 계측할 수 있는 최대, 최소 신호의 차이를 의미한다. 영상 처리 및 비디오 압축 분야에서, 다이나믹 레인지는 영상이 표현할 수 있는 밝기의 범위를 의미할 수도 있다.

스탠다드 다이나믹 레인지(SDR, Standard Dynamic Range)는 1,000:1의 명암비와 100니트(nit)의 최대 밝기를 나타낸다. SDR은 일반적으로 표준명암비라 불린다.

하이 다이나믹 레인지(HDR, High Dynamic Range)는 일반적으로 100,000:1 이상의 고명암비와 1000니트 이상의 밝기를 나타낸다. 하이 다이나믹 레인지는, 인간의 눈이 휘도순응(Luminance adaptation) 없이 볼 수 있는 밝기 범위에 해당한다.

향상된 다이나믹 레인지(EDR, Enhanced Dynamic Range)은 SDR과 HDR 중간 수준의 명암비(1,000:1 이상 ~ 100,000:1 미만)를 나타낸다. 향상된 다이나믹 레인지에서, 최대 밝기는 1,000니트 이다.

본 출원에서, HDR 영상이란 하이 다이나믹 레인지를 갖는 영상을 의미한다. 또는, HDR 영상은, SDR 영상과 대조되는 개념으로 HDR 및 EDR의 다이나믹 레인지를 갖는 영상을 의미할 수도 있다.

색 재현율(Color Gamut, CG)은 디스플레이가 표현할 수 있는 색상 영역을 나타낸다.

확장된 색 재현율(Wide Color Gamut, WCG)는 기존 색 재현율에 비해 확장된 색상 영역을 나타낸다. 영상 기술의 발전으로 인해, 디스플레이의 색 재현율도 점차 증가하고 있다. 일 예로, 확장된 색 재현율은, Rec. 709 또는 BT. 709 에 정의된 색 표준 등 기존 색 표준보다 확장된 색상 영역을 가질 수 있다.

본 출원에서, WCG 영상이란, WCG에 따른 색상을 재현할 수 있는 영상을 의미할 수 있다.

아울러, HDR/WCG 영상이란, HDR(또는 EDR)에 해당하는 다이나믹 레인지를 지원하면서, WCG에 따른 색상을 재현할 수 있는 영상을 의미할 수 있다.

상술한 설명을 기초로, 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 HDR/WCG 영상의 부호화를 위한 전처리 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

도 1을 참조하면, HDR 비디오가 입력되면, HDR 비디오의 원본 RGB 신호에 대해, 전달 함수(Transfer function)을 기초로한 부호화(coding)이 수행될 수 있다. 여기서, 전달 함수는 인간이 휘도 성분을 특정 레벨(예를 들어, 어두운 영역)에서 민감하게 인지한다는 특성을 이용한 것이다. 전달 함수가 적용된 비 선형 RGB(도 1에서, R'G'B'에 해당)는 Y'CbCr 색상 영역으로 변환된다.

Y'CbCr 색상 영역으로 변환이 완료되면, Y'CbCr 신호에 대해 10비트 양자화가 수행되고, 양자화가 수행된 신호에 대해 서브 샘플링이 수행될 수 있다. 이때, 서브 샘플링은 색차 성분(Cb 및 Cr)에 한하여 수행될 수 있다. 서브 샘플링 수행을 통해 4:4:4 신호는 4:2:0 서브 샘플링 신호로 변환될 수 있다.

상기 과정을 통해, 일반적인 비디오 부호화 입력 포맷인 Y'CbCr 4:2:0 10비트 신호가 생성될 수 있다. 생성된 Y'CbCr 4:2:0 10비트 신호는 부호화 과정을 통해 비트스트림으로 생성될 수 있다.

HDR/WCG 영상의 복호화 및 후처리는 도 1에 도시된 것의 역으로 수행될 수 있다.

일 예로, 도 2는 HDR/WCG 영상의 후처리 과정을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.

비트스트림으로부터 Y'CbCr 4:2:0 10비트 영상을 복호화되면, 복호화된 신호에 대해 업 샘플링이 수행될 수 있다. 이때, 업 샘플링은, 색차 성분(Cb 및 Cr)에 한하여 수행될 수 있다. 업 샘플링을 통해, 4:2:0 서브 샘플링 신호가 4:4:4 신호로 변환될 수 있다.

이후, 업 샘플링이 완료된 4:4:4 신호에 대해 10비트 역양자화가 수행되고, 역양자화가 수행된 Y'CbCr 신호를 비선형 RGB(도 2에서, R'G'B'에 해당) 색상 영역으로 변환할 수 있다. 이후, 비선형 RGB 신호에 전달 함수를 역으로 적용함으로써, HDR 비디오를 출력할 수 있다.

도 1 및 도 2에서는, HDR/WCG 영상의 서브 샘플링이 4:2:0이고, 비트 심도는 10비트인 것으로 가정하였다. 단, HDR/WCG 영상의 서브 샘플링 종류나 비트 심도가 상술한 예에 한정되는 것은 아니라 할 것이다.

도 1에 정의된 앵커(Anchor)의 전처리기를 이용하여, Y'CbCr 4:2:0 10비트 영상을 생성하는 경우, HDR 영상에 대한 전달함수 적용 및 컬러 성분에 국한된 서브 샘플링 수행으로 인해, 영상을 부호화하기 이전에 이미 심각한 시각적 아티팩트(Visual Artifact)가 발생할 수 있다. 일 예로, 전처리 과정을 거쳐 루미넌스 오류(Luminance Error)가 발생할 수 있다. 여기서, 루미넌스 오류는 원본 영상의 휘도값과 전처리 영상의 휘도값 사이의 오차에 의해 발생하는 오류를 의미한다.

도 3은 원본 영상과 전처리를 통해 생성된 영상 간의 오차를 예시한 도면이다. 도 1을 통해 설명한 전처리 과정을 통해 Y'CbCr 4:2:0 10비트 영상을 생성함에 따라, 도 3의 (a)에서는 장미꽃 부분에 검 패턴의 시각적 아티팩트가 발생하는 것으로 도시되었다. 아울러, 도 3의 (b) 에서도 천막 내부에 대응하는 영역에서 검정 패턴의 시각적 아티팩트가 나타나는 것으로 도시되었다.

위와 같은 루미넌스 오류를 해소하기 위해, 원본 영상의 휘도값과 전처리 영상의 휘도값의 차분값에 기초하여, 루마의 값을 조절하는 방법이 적용될 수 있다.

일 예로, 도 4는 루미넌스 오류를 감소시키기 위한 본 발명에 따른 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서는, 작성의 편의를 위해, 선형 RGB 신호(예를 들어, 도 1에서 전달 함수가 적용되기 전의 RGB 신호(E에 해당) 또는 도 2에서 전달 함수가 역으로 적용된 이후의 RGB 신호(E'에 해당))의 색상 도메인을 변경함으로써 획득되는 휘도 성분은, '루미넌스(Luminance)'라 표시하였다. 아울러, 비선형 RGB 신호(예를 들어, 도 1에서 서브 샘플링이 완료된 R'G'B' 신호(A 에 해당) 또는 도 2에서 업 샘플링이 수행되기 이전의 R'G'B' 신호(A'에 해당))의 색상 도메인을 변경함으로써 획득되는 휘도 성분은 '루마(Luma)'로 표시하였다.

도 4를 참조하면, 먼저, 원본 RGB (즉, 선형 RGB 신호, 도 1의 E 단계의 신호에 해당)로부터 XYZ 도메인 상의 휘도값 'Y'를 산출할 수 있다. 이때, 산출된 휘도값은 후술되는 휘도 Y에 대한 기준값이라는 의미에서 'Y-Target' 이라 호칭될 수 있다.

다음으로, 전처리가 완료된 Y'CbCr 신호(즉, 전달 함수, 역 양자화 및 서브 샘플링이 완료된 신호, 도 1의 A 단계의 신호에 해당)로부터 선형 RGB 신호를 계산한다. 구체적으로, Y'CbCr 신호를 RGB 색상 성분으로 변환하여 획득된 비선형 RGB(R'G'B')에 전달 함수를 역으로 적용함으로써 선형 RGB (RGB)를 획득할 수 있다.

이후, 전처리가 완료된 Y'CbCr 신호로부터 획득된 선형 RGB를 XYZ 도메인으로 변환함으로써 휘도 성분 Y를 획득하면, 획득된 휘도 Y를 'Y-Target' 과 비교할 수 있다.

이때, 획득된 휘도 Y와 Y'-Target의 차분값에 기초하여, 전처리가 완료된 Y'CbCr 신호의 휘도값 Y'에 대한 조정이 이루어질 수 있다. 구체적으로, Y<Y-Target 인 경우, 휘도 Y'의 값을 내리고, 이와 반대로 Y>Y-Target 인 경우, 전처리가 완료된 Y'CbCr 신호의 휘도 Y'의 값을 올리는 조정(adjustment)이 수행될 수 있다. 이때, 휘도 Y'값의 증가 또는 감소분은 Y와 Y-Target의 차이값에 기초하여 결정될 수 있다.

도 4를 통해 제안한 방법에 따르면, 원본 영상의 휘도 성분과 전처리가 수행된 영상의 휘도 성분간의 차이를 줄일 수 있는 이점이 있다. 단, 영상 내 모든 픽셀에 대해 상기 조정 과정을 거칠 경우, 전처리기의 연산량이 무한히 증대되어 전처리기의 복잡도가 증가하는 결과를 갖는다. 또한, 실제 시각적 아티팩트가 발생하지 않는 경우에도 상기의 조정 과정이 이루어지게 된다면, 전달함수에 기초한 지각 부호화(Perceptual Encoding)의 특성이 사라지게 되는 문제점이 발생한다.

이에 본 발명에서는 픽셀 단위가 아닌 블록 단위로 휘도 성분의 왜곡을 조절하는 방법을 제안한다.

도 5는 본 발명에 따른 블록 단위로 휘도 성분의 왜곡을 조절하는 방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 먼저, 원본 RGB 신호로부터 휘도 성분 블록(이하, 'A'라 함)을 획득하고, 전처리가 완료된 Y'CbCr 신호로부터 휘도 성분 블록(이하, 'B'라 함)을 획득한다(S510). 이때, 휘도 성분 블록 'A'와 휘도 성분 블록 'B'는 동일한 위치 및 크기를 갖는 블록일 수 있다.

휘도 성분 블록(A 또는 B)의 크기 또는 형태는 기 설정된 값을 가질 수도 있고, 사용자에 의해 선택될 수도 있다.

다른 예로, 휘도 성분 블록의 크기 또는 형태는 다음의 제약 조건 중 적어도 하나에 따라 결정될 수도 있다.

- 휘도 성분 블록은 정방형이어야 함(즉, 가로 길이 및 세로 길이가 동일해야 함)

- 휘도 성분 블록의 가로 또는 세로 길이는 2의 지수승이어야 함(예를 들어, 블록의 크기가 4x4, 8x8, ... 128x128 등일 것)

- 휘도 성분 블록의 최소 크기는 8x8, 최대 크기는 128x128로 제약되어야 함

블록의 크기 및 형태가 결정되면, 결정된 블록 단위로 휘도 조정(Luma Adjustment)을 수행할 지 여부를 결정할 수 있다.

이후, 휘도 성분 블록 'A' 및 휘도 성분 블록 'B' 사이에 시각적 아티팩트가 발생하였는지 여부를 판단한다(S520). 시각적 아피팩트가 발생하였는지 여부는 휘도 성분 블록들의 차분값 및 각 블록들의 고주파 성분에 기초하여 결정될 수 있다.

일 예로, 도 6은 시각적 아티팩트가 발생하였는지 여부를 판단하는 과정의 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 먼저, 휘도 성분 블록 'A' 및 휘도 성분 블록 'B' 간 차분을 계산한다(S610). 차분값은 휘도 성분 블록 'A' 및 휘도 성분 블록 'B' 의 각 픽셀간 휘도 차분의 절대값을 합산한 값으로 계산될 수 있다. 구체적으로, 블록간 차분값, BAD (Block Absolute Difference)는 하기 수학식 에 기초하여 획득될 수 있다.

양 블록간 차분값이 기 설정된 임계값 이상이면(S620), 각 블록의 고주파 성분(AC)를 계산할 수 있다(S630). 이때, 임계값은 부호화기 또는 복호화기에서 기 결정되어 있거나, 사용자에 의해 튜닝(Manual Tuning)될 수도 있다. 다른 예로, 임계값은 이전 휘도 조정(Luma Adjustment)가 수행된 블록의 블록간 차분값(BAD)일 수도 있다.

시각적 아티팩트는, 휘도값이 포화(Saturation)된 영역의 분포가 밀집될 때 나타나며, 위와 같은 포화 영역은 대부분 단일(Homogeneous)의 영역에 속한다. 따라서, 위와 같은 포화 영역에 시각적 아티팩트가 나타날 경우, 원본 영상 대비 고주파 성분이 많이 존재하게 된다. 이러한 특성을 바탕으로, 휘도 성분 블록 'A' 및 휘도 성분 블록 'B'에 대한 고주파 성분(AC)의 다음의 수학식 2에 기초하여 연산할 수 있다.

상기 수학식 2에서 k는 블록 'A' 또는 블록 'B'를 나타낸다.

B 블록의 고주파 성분이 A 블록보다 큰 경우(S640), B 블록에 대해 시각적 아티팩트가 발생한 것으로 판단할 수 있다.

하기 수학식 3은 시각적 아티팩트가 발생하는지 여부를 간략하게 나타낸 조건문이다.

상기 수학식 3에서 Th_BAD는 휘도 잔차값과 비교 대상이 되는 임계값을 나타내고, AC_B는 B 블록의 고주파 성분, AC_A는 A 블록의 고주파 성분을 나타낸다.

블록 B에 대해 시각적 아티팩트가 존재하는 것으로 판단되는 경우(S520), 블록 B에 대한 휘도 조정을 수행할 수 있다(S530). 이때, 휘도 조정은, 블록 B에 포함된 각 픽셀에 대해 수행될 수 있다. 각 픽셀별 휘도 조정을 수행하는 과정은 도 4를 통해 설명한 바와 같다.

구체적으로, 블록 B의 (x, y)위치에 대응하는 픽셀에 대한 픽셀 조정은, 블록 A의 (x, y) 위치에 대응하는 픽셀의 휘도값 및 블록 B의 (x, y) 위치에 대응하는 픽셀로부터 유도되는 휘도값 사이의 차분값에 기초하여, 수행될 수 있다.

여기서, 블록 B의 (x, y) 위치에 대응하는 픽셀로부터 유도되는 휘도값이란, (x, y) 위치에 대응하는 픽셀을 비선형 RGB (R'G'B')으로 변환하고, 비선형 RGB에 전달 함수를 적용함으로써 생성된 선형 RGB (RGB)를 XYZ 도메인으로 변환함으로써 획득되는 휘도 값을 의미할 수 있다.

다른 예로, 블록 B의 (x, y) 위치에 대응하는 픽셀로부터 유도되는 휘도값이란, (x, y) 위치에 대응하는 픽셀의 휘도값을 의미할 수도 있다.

블록 B에 대해 시각적 아티팩트가 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 블록 B에 대한 휘도 조정은 생략될 수 있다(S540).

도 5를 통해 제안된 방법에 따르면, 블록 단위로 휘도 조정을 수행할 것인지 여부가 결정될 수 있다. 이에 따라, 도 4를 통해 제안한 픽셀 단위로 휘도 조정을 수행하는 방법에 비해 연산량이 감소되어, 전처리기의 복잡도를 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

도 7은 본 발명에 따른 휘도 조정을 수행하기 위한 장치의 블록도이다.

도 7을 참조하면, 휘도 조정을 수행하기 위한 장치는, 전처리부(710), 시각적 아티팩트 판단부(720) 및 휘도 조정부(730)를 포함할 수 있다.

전처리부(710)는 HDR/WCG 영상을 부호화기 입력 포맷으로 변환하는 역할을 수행한다. 일 예로, 전처리부(710)는 HDR/WCG 영상을 부호화기 입력 포맷에 알맞은 Y'CbCr 4:2:0 10비트 신호로 변환할 수 있다.

이를 위해, 전처리부(710)는 HDR/WCG 영상에 전달 함수를 적용하는 전달 함수 코딩부(711), 색상 공간 변환부(712), 양자화부(713) 및 서브 샘플링부(714)를 포함할 수 있다. 각 기능부의 동작은 도 1을 통해 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

시각적 아티팩트 판단부(720)는 전처리가 완료된 신호에 대해, 블록 단위로, 시각적 아피택트가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 일 예로, 시각적 아티팩트 판단부는 전처리가 완료된 신호에 포함된 휘도 성분 블록 'B' 및 원본 신호의 휘도 성분 블록 'A'의 BAD 값 및 고주파 성분 값을 비교하여 시각적 아티팩트가 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.

휘도 조정부(730)는 시각적 아티팩트가 존재하는 것으로 판단되는 블록에 대해 휘도 조정을 수행한다. 구체적으로, 휘도 조정부는 시각적 아티팩트가 존재하는 블록에 대해 픽셀 별 휘도 조정을 수행할 수 있다. 휘도 조정은 전처리가 완료된 픽셀로부터 유도되는 휘도값 및 원본 신호 픽셀의 휘도값의 차분값에 기초하여 수행될 수 있다.

상술한 실시예에서는, 부호화기에 입력되기 전 전처리된 영상에 대해 블록 단위로 휘도 조정을 수행할 것인지 여부를 적응적으로 결정하는 것으로 설명하였다. 이에 그치지 않고, 본 발명은 부호화기 내부에서, 양자화로 인해 발생하는 컬러 아티팩트(Color Artifact)를 줄이기 위해, 슬라이스 단위로 색차 성본의 양자화 파라미터(Quantization Parameter, QP) 오프셋을 적용하는 것에도 응용될 수 있다.

구체적으로, 부호화기로 입력되는 영상의 휘도 성분을 임의의 크기 및/또는 형태를 갖는 서브 블록으로 분할하여, 해당 서브 블록의 휘도 성분에 대한 평균값을 계산할 수 있다. 이때, 하나의 프레임 또는 하나의 슬라이스를 대상으로 서브 블록 단위의 휘도 성분의 평균값이 임의의 임계값을 초과하는 경우, 해당 서브 블록의 컬러 성분(예컨대, Cb 및/또는 Cr)에 대한 액티비티를 구하고, 이를 픽처 단위 또는 슬라이스 단위로 합산할 수 있다. 이때, 합산된 액티비티가 임의의 임계값을 초과하는 경우, 해당 픽처 또는 슬라이스에 대해 색차 성분의 양자화 파라미터(QP) 값을 조절할 수 있다. 양자화 파라미터의 조절은 양자화 파라미터에 오프셋 값을 가산 또는 감산함으로써 수행될 수 있다.

예를 들어, 임의의 슬라이스 또는 임의의 픽처에서, 색차 성분의 액티비티가 임의의 임계값을 초과하는 경우, 색차 성분의 양자화 파라미터 값을 낮춰줌으로써, 양자화에 의한 컬러 아티팩트를 줄일 수 있다.

반대로, 임의의 슬라이스 또는 임의의 픽처에서, 색차 성분의 액티비티가 임의의 임계값보다 작은 경우, 색차 성분의 양자화 파라미터 값을 올려줌으로써, 양자화에 의한 컬러 아티팩티를 줄일 수도 있다.

이와 같이, 슬라이스 단위 또는 픽처 단위로 색차 성분의 양자화 파라미터를 조절하기 위해, 하나 이상의 부호화 파라미터가 정의될 수 있다.

일 예로, 도 8은 색차 성분의 양자화 파라미터를 조절하는 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 8을 참조하면, 먼저, 다운샘플링된 휘도 블록의 평균값과 임계값을 비교하여, 강한 크로미넌스 엣지(Chrominance Edge)가 나타날 영역을 결정할 수 있다. 강한 크로미넌스 엣지가 존재할 것으로 예측되는 블록이 결정되면, 다운 샘플링된 색차 성분(즉, Cb 및/또는 Cr)에 대한 액티비티를 계산할 수 있다.

색차 성분의 액티비티는 하기 수학식 4 및 수학식 5에 의해 계산될 수 있다.

상기 수학식 4에서, (i, j)는 특정 좌표에 대응하는 색차 성분을 나타낸다. 상기 수학식 3에 의해 수평성분 및 수직 성분에 대한 색차 성분의 그라디언트(Gradient)를 구할수 있다.

상기 수학식 4를 이용하여, 서브 블록 단위로 색차 성분에 대한 수평/수직 성분의 그라디언트를 합함으로써 색차 성분의 액티비티를 구할 수 있다. 일 예로, 상기 수학식 5는 수평 성분의 그라디언트 및 수직 성분의 그라디언트를 합하는 예를 나타낸 것이다.

도 8에서는 서브 블록의 크기가 4x4인 것으로 예시하였으나, 서브 블록의 크기는 도시된 예에 한정되지 않는다.

색차 성분의 액티비티를 통해 컬러 아티팩트 발생 영역을 예측하고, 복수의 PPS(Multiple PPS)를 통해 블록의 양자화 파라미터를 제어할 수 있다.

이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들을 통해 기술된 구성요소들(components)은 DSP (Digital Signal Processor), 프로세서(processor), 제어부(controller), asic (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field Programmable Gate Array)와 같은 프로그램 가능 논리 요소(programmable logic element), 다른 전자기기 및 이들의 조합 중 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다. 이상 설명된 본 발명에 따른 실시예들을 통해 설명된 적어도 하나의 기능 또는 프로세스들은 소프트웨어로 구현되고 소프트웨어는 기록 매체에 기록될 수 있다. 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다. 본 발명의 실시예를 통해 설명된 구성 요소, 기능 및 프로세스 등은 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

710 : 전처리부
720 : 시각적 아티팩트 판단부
730 : 휘도 조정부

Claims (1)

1. 원본 영상에 대한 전처리를 수행하는 단계;
   상기 전처리를 통해 획득된 영상에 포함되는 제1 블록과 상기 원본 영상에 포함되는 제2 블록 간의 비교를 통해 상기 제1 블록에 시각적 아티팩트가 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및
   상기 제1 블록에 시각적 아티팩트가 존재하는 것으로 판단되는 경우, 상기 제1 블록의 휘도값을 조절하는 단계
   를 포함하는 휘도 조정 방법.

Images