KR940010240B1 - Hdtv필드율 변환방식과 장치 - Google Patents

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내용 없음.

Description

HDTV필드율 변환방식과 장치

제 1 도는 종래 이동보상형 3브랜치 HD-MAC엔코더의 블록구성도.

제 2 도는 종래 이동보상형 3브랜치 HD-MAC디코더의 블록구성도.

제 3 도는 종래의 필드율 변환에 따른 80ms코딩모드의 시간축상 처리과정을 나타낸 타이밍도.

제 4 도는 종래의 필드율 변환에 따른 40ms코딩모드의 시간축상 처리과정을 나타낸 타이밍도.

제 5 도는 종래 HD-MAC엔코더에서의 이동추정 방식을 나타낸 블록 매칭 알고리즘.

제 6 도는 종래 HD-MAC디코더에서의 이동보상 보간방식을 나타낸 블록 매칭 알고리즘.

제 7 도는 종래의 필드율 변환에 따른 20ms코딩모드의 시간축상 처리과정을 나타낸 타이밍도.

제 8 도는 본 발명의 필드율 변환장치를 나타낸 블록구성도.

제 9 도는 본 발명의 필드율 변환방식에 의한 80ms코딩모드의 시간축상 처리과정을 나타낸 타이밍도.

제 10 도는 본 발명의 필드율 변환방식에 의한 40ms코딩모드의 시간축상 처리과정을 나타낸 타이밍도.

제 11 도는 본 발명의 필드율 변환방식에 의한 20ms코딩모드의 시간축상 처리과정을 나타낸 타이밍도.

제 12 도는 본 발명에 의한 80ms필드율 변환기의 블록구성도.

제 13 도는 본 발명에 의한 20ms필드율 변환기의 블록구성도.

제 14 도는 본 발명에 의한 20ms필드율 변환기에서 이동보상 보간기의 블록구성도.

제 15a,b 도는 본 발명에 의한 이동보상 보간기에서 벡터 선택방식을 나타낸 화소필드의 구성도.

제 16 도는 본 발명에 의한 이동보상 보간에서 출력선택기와 변화검출기의 블록구성도.

제 17 도는 본 발명에 의한 이동보상 보간에서 시공간 보간과정을 나타낸 화소필드의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,5 : 디셔플러 2,6,9 : 업샘플기

3,7,10 : 저역필터 4 : 80ms필드율 변환기

8 : 20ms필드율 변환기 11 : 40ms필드율 변환기

12 : DATV디코더 13 : 모드선택기

14 : 출력스위칭수단 15 : 필드분리기

16,18 : 필드메모리 17,19,24 : 시간압축기

20,25 : 멀티플렉서 21 : 프레임 메모리

22 : 이동보상 보간기 26 : 화소벡터 선택기

27 : 화소벡터 보정기 28 : 변화검출기

29 : 출력선택기 30 : 시공간 보간기

31 : 감산기 32 : 절대값 계산기

33 : 3×3합산기 34,35 : 비교기

36 : 게이트회로 37 : 리세트회로

본 발명은 유럽형 HDTV(이동보상형 3브랜치 HD-MAC)에 적용되는 필드율 변환방식과 장치에 관한 것으로 이동보상형 3브랜치 HD-MAC신호의 필드율을 50㎐→60㎐, 또는 50㎐→100㎐로 증가시킴에 있어 특히 20ms코딩 모드에서 인접 화소블록에 40ms코딩모드에 해당하는 블록이 존재하면 이동보상보간(Motion Compensated Interpolation)을 수행하고 인접블록에 40ms코딩모드에 해당하는 블록이 존재하지 않으면 선형보간(linear interpolation)을 수행하므로서 필드율 변환된 영상의 화질을 향상시킬 수 있도록한 것이다.

주지된 바와같이 TV영상에서 시간축상의 정보가 부족할 경우 즉, 필드율이 낮은 경우 영상의 진동(judder)이나 또는 광역 플리커 현상(large area flicker)이 발생되어 화질이 저하되는바 특히 필드율이 낮은 유럽형 TV방식(50㎐)에서 이와같은 화질저하 현상이 두드러지기 때문에 이에 대한 대응책으로 필드율을 증가시키고 있다.

필드율을 증가시키는 종래의 필드율 증가방식으로 선형보간법(방식)과 필드(프레임)반복방식(fieid (frame)repetition)과 이동보상 보간법(방식)이 제시되고 있다.

선형보간 방식은 두 필드를 선형 보간하여 새로운 필드를 만드는 방식이나 이는 보간된 필드영상에서 흐려짐 현상(blurring)이나 또는 다중영상이 생기고 해상도가 낮아지는 단점이 있다. 필드(프레임)반복방식은 이전시각에 표시된 필드(프레임)를 반복하여 재 표시해주는 방식이나 이는 영상내에 있는 이동체의 움직임이 매우 큰 경우에는 움직임 단절현상(judder)이 발생하는 단점이 있다.

이동보상 보간법은 2 또는 그 이상의 영상을 이용하여 영상내에 존재하는 이동체의 움직임 방향을 추정(이동추정)하고 이동정보(Motion Vecter)와 보간될 필드(프레임)의 위치정보를 이용하여 새로운 필드(프레임)를 만드는 방식이나 이는 이동추정을 수행하는데 부가되는 회로가 필요하게 되는 단점이 있다.

특히 종래의 필드율 변환방식에서 40ms코딩모드에서 이동보상을 수행하는 3브랜치 HD-MAC는 이동체의 속도에 따라 80ms코딩모드(정지모드 : 0.5샘플/40ms 이하속도), 40ms코딩모드(저속모드 : 0.5∼12샘플/40ms속도), 20ms코딩모드(고속모드 : 12샘플/40ms 이상속도)로 구분하여 처리하고 40ms코딩모드의 이동정보와 모드 결정신호가 DATA채널을 통하여 수신단에 전송되므로서 80ms코딩모드에서는 프레임 반복방식, 40ms코딩모드에서는 이동보상 보간법, 20ms코딩모드에서는 선형보간 방식으로 필드율 변환을 수행하고 있다.

제 1 도는 종래의 이동보상형 3브랜치 HD-MAC휘도신호 엔코더를 나타낸 것으로 입력영상신호(Y)를 샘플링 주파수(fs)에 대하여 수평 및 수직차단 주파수가 fs/2인 사선형(Diagonal) 2D저역필터(lpf80)를 통과시켜 필터링시킨후 부샘플기(SS80:Subsampler)와 라인셔플리(ls80 : line shuffler)를 통해 80ms코딩모드에 해당하는 신호처리과정(프레임 반복방식 : frame repetition)을 수행하여 필드율 변환이 이루어지고 수평차단 주파수가 fs/2, 수직차단 주파수가 fs/4인 2D저역필터(lpf20), 부샘플기(SS20), 라인셔플러(ls20)를 통해 20ms코딩모드에 해당하는 신호처리과정(선형보간 방식)을 수행하며 수평 및 수직차단 주파수가 fs/4인 2D저역필터(lpf40), 부샘플기(SS40)를 통해 40ms코딩모드에 대한 신호처리과정(이동보상 보간법)을 수행하는 구성이다.

즉, 엔코더에 입력되는 영상신호는 각각 20ms, 40ms, 80ms코딩모드에 해당하는 신호처리과정이 수행되는데 이는 각 코딩모드에 해당하는 2D저역 필터링된 영상과 입력 영상과의 차이가 가장 적은 모드를 선택하는 사후 결정기와 입력신호만을 수행하는 사전 결정방식에 의하여 화소블록(16×16)당 모드가 결정된다.

제 2 도는 종래의 이동보상형 3브랜치 HD-MAC휘도신호 디코더를 나타낸 것으로 각 코딩모등서의 신호처리가 상기 엔코더에서 역과정에 해당되도록 디셔플러(deshuffler : deshuf)와 업샘플기('0'), 2D저역필터(lpf20, lpf40, lpf80), 멀티플렉서(MUX), DATV디코더 (DATV DEC)등으로 구성된다.

즉, 상기 제 1 도 및 제 2 도에 나타낸 엔코더와 디코더에 의하여 수행되는 종래의 코딩모드별 신호처리 과정은 80ms코딩모드의 경우 제 3 도의 (a) 내지 (g)에 나타낸 바와같은 시간축상의 처리과정으로 이루어진다.

엔코더에서는 제 3a 도에서와 같이 입력된 영상신호의 연속된 4개의 필드중 처음 2개의 필드에 대하여 2D저역필터(lpf80)로 프레임내 필터링을 하고(제 3b 도의 부 샘플기(SS80)로 부샘플링을 한후 4개의 필드로 분리되어 라인셔플러(SS80)에 의한 라인셔플링 과정(제3c도)을 거쳐 수신단으로 전송된다.(제3d도).

디코더에서는 수신된 4필드는 디셔플러(deshuf)로 디셔플링되어(제 3e 도)한 프레임으로 조합되고 2D저역필터(lpf80)로 프레임내 필터링되어(제 3f 도)공간 보상과정을 거쳐 40ms동안 2:1비월 주사방식으로 표시된다.(제 3g 도).

이어서 다음 40ms동안 이전의 40ms동안에 표시된 영상을 반복(repetition)하여 표시한다. 한편 40ms코딩모드의 신호처리과정은 제 4 도의 (a) 내지 (g)에 나타낸 바와같은 시간축상 처리과정으로 이루어진다.

즉, 엔코더에서는 제 4a 도에서와 같이 입력되는 모든 필드에 대하여 2D저역필터(lpf40)에서 필드내 필터링을 하고 (제 4b 도)2개의 홀수필드와 1개의 짝수필드를 이용하여 수신단에서 짝수필드를 복원하는데 이용될 이동정보(이동벡터)를 추정하여 부샘플기(SS40)로 부샘플링한후(제 4c 도)홀수필드는 40ms동안 전송된다.(제 4d 도).

디코더에서는 수신된 홀수필드를 필터링과 공간 보간후 (제4도의(마),(바)) 2:1주사방식으로 표시하고(제 4g 도)짝수필드는 2개의 홀수필드와 DATV채널을 통해 전송된 이동벡터를 이용하여 시간보간후 2:1비월 주사 방식으로 표시한다.(제4도의 (f),(g)).

이 경우에 엔코더에서의 이동추정 방식은 대칭형 3단계 블록 매칭 알고리즘(3- Step Block Matching Algorithm)을 사용한다.

즉, 제 5 도에서와 같이 홀수필드(프레임)에 대한 이동추정은 대칭형 3단계 블록매칭 알고리즘에 의거 이동벡터(V)를 추정하고 인접한 8개의 벡터와 공간상에서의 타당성 조사과정을 거친다.

이때 이동벡터 각각에 대한 비용함수가 실제 화소블록(16×16)에 대하여 계산되는데 최소 비용 함수(C(V))를,

(단, Pj는 j번째 화소의 위치, N은 한 블록내의 화소수(16×16), I(Pj, Fi)는 Fi필드에서 Pj위치에 있는 화소의 밝기, V는 이동벡터(V)로 계산하여 최소 비용함수를 갖는 벡터가 해당 화소블록에 대한 최종 벡터로 간주된다.

한편, 짝수필드에서의 이동추정은 이전 프레임에서의 9개 인접벡터에 대한 테스트 과정으로 최소의 근사오차를 갖는 벡터가 짝수필드의 현재 블록에 대한 이동벡터로 선택된다.

그리고 상기 40ms코딩모드시 디코더에서의 이동보상 보간법은 제 6 도에서와 같이 공간보간된 2개의 홀수필드와 DATV채널을 통해 전송된 이동벡터(V)를 사용하여 짝수필드가 시간축(Time)보간된다.

한편, 20ms코딩모드시 신호처리과정은 제 7 도의 (a) 내지 (g)에 나타난 바와같은 시간축상 처리과정으로 이루어진다.

즉, 제 7a 도에서와 같이 입력되는 모든 필드에 대하여 2D저역필터(lpf20)로 필드내 필터링을 하고(제 7b 도)부샘플기(SS20)와 라인셔플러(ls20)로 부샘플링과 라인셔플링을 하여(제 7c 도)수신단에 전송된다(제 7d 도)

디코더에서는 수신된 필드를 디셔플러(deshuf)에 의하여 디셔플링을 하고(제 7e 도) 2D저역필터(lpf20)에 의한 필터링과 공간 보간된후(제 7f 도)2:1비월 주사 방식으로 표시된다.

상기한 바와같이 종래의 필드율 변환방식은 80ms코딩모드에서의 프레임 반복방식, 40ms코딩모드에서의 이동보상 보간법, 20ms 코딩모드에서의 선형보간법을 사용하는바, 특히 영상내에서 고속의 움직임을 갖는 이동체가 존재하는 20ms코딩모드에 대한 필드율 증가방식으로 선형보간법만을 사용하기 때문에 이동체의 경계부분에서 흐려짐 현상이 발생한다.

특히 고속으로 움직이는 이동체에서는 다중영상이 발생되므로 필드율 증가된 영상 전체의 해상도가 감소하고 20ms코딩모드에 해당하는 화소블록과 40ms코딩모드에 해당하는 화소블록 사이에 단절현상(block effect)이 발생되며 향후 20ms코딩모드에서 이동정보가 전송될 경우 적용하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 이동보상 보간될 필드내의 각 화소 주위블록에 할당된 이동벡터를 이용하여 각 화소에 적합한 이동벡터를 할당하므로서 블록단위로 이동추정을 한 이동정보를 이용하여 단순히 이동보상을 할 경우 발생되는 블록간의 단절현상을 배제시키고, 인접한 20ms와 40ms코딩모드를 보간시 서로간의 정보를 사용하여 필드율 변환시 40ms코딩모드 블록과 인접한 20ms코딩모드 블록의 보간시 40ms코딩모드 블록에 할당된 이동벡터를 이용하여 이동보상 보간을 수행하므로서 20ms와 40ms코딩모드 블록간의 단절현상을 배제시킬 수 있고 20ms코딩모드에서의 이동정보의 전송시에 적용가능한 필드율 변환방식과 장치를 제공함을 목적으로하며 제 8 도를 참조하여 본 발명의 필드율 변환장치 구성부터 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 필드율 변환장치는 제 8 도에 도시된 바와같이, 송신단 엔코더측에서 셔플링되어 전송된 625라인 필드율 50㎐ 2:1비월 주사방식의 입력휘도신호(Yin)를 80ms코딩모드에 대하여 원래의 신호로 복원하는 디셔플러(1)와, 상기 디셔플러(1)의 출력신호를 복원하기 위하여 업샘플링하는 업샘플기(2)와, 상기 업샘플기(2)출력신호를 수평, 수직차단 주파수(fs/2)로 필터링하기 위한 저역필터(3)와, 필터링된 신호를 80ms코딩모드에 대하여 프레임(필드) 반복 방식으로 필드율을 증가시키는 80ms필드율 변환기(4)와, 입력휘도신호(Yin)를 20ms코딩모드에 대하여 원래의 신호로 복원하는 디셔플러(5)와, 상기 디셔플러(5)의 출력신호를 복원하기 위하여 업샘플링하는 업샘플기(6)와, 상기 업샘플기(6)출력신호를 수평, 수직차단 주파수(fs/4)로 필터링하는 저역필터(7)와, 필터링된 신호를 20ms코딩모드에 대하여 선형보간을 기본으로 하고 40ms코딩모드 블록이 인접한 경우 이동보상 보간을 수행하는 20ms필드율 변환기(8)와, 입력휘도신호(Yin)를 40ms코딩모드에 대하여 원래의 신호로 복원하는 업샘플기(9)와, 상기 업샘플기(9) 출력신호를 수평차단 주파수(fs/2), 수직차단 주파수(fs/4)로 필터링하는 저역필터(10)와, 필터링된 신호를 40ms코딩모드에 대하여 이동보상 보간법으로 필드율 증가시키는 40ms필드율 변환기(11)와, 입력 DATV신호로부터 이동정보(이동벡터)와 코딩모드 정보를 해독하여 20ms필드율 변환기(8) 및 40ms필드율 변환기(11)에 이동정보를 제공하고 모드선택기(13)에 코딩모드 정보를 제공하는 DATV디코더(12)와, 상기 디코더(12)출력에 의하여 코딩모드에 적절한 출력 스위칭수단(14) 전환 제어를 수행하는 모드선택기(13)와, 상기 모드선택기(13)의 제어를 받아 80ms필드율 변환기(4) 또는 20ms필드율 변환기(8) 또는 40ms필드율 변환기(11)의 출력을 선택하여 필드율 증가된 최종 출력휘도신호(Yout : 1250라인, 100㎐, 2:1비월주사)로 출력시키는 출력 스위칭수단(14)으로 구성된 것으로 그 동작은 다음과 같다.

송신단으로부터 전송되어온 625라인, 50㎐, 2:1비월 주사방식의 입력휘도신호(Yin)는 디셔플러(1,5), 업샘플기(2,6,9), 저역필터(3,7,10)를 거치면서 각각의 코딩모드별로 1프레임 영상으로 만들어지고 80ms필드율 변환기(4), 20ms필드율 변환기(8), 40ms필드율 변환기(11)에 의하여 각 모드마다 100㎐로 필드율 증가된 영상신호로 출력된다.

한편 DATV디코더(12)에 의하여 40ms코딩모드에 대한 이동정보가 해독되어 20ms필드율 변환기(8) 및 40ms필드율 변환기(11)에 공급되고 동시에 20ms, 40ms, 80ms코딩모드 정보가 해독되어 모드 선택기(13)에 공급된다.

모드선택기(13)는 각 블록마다 20ms코딩모드 또는 40ms코딩모드 또는 80ms코딩모드중 1가지를 선택하여 출력 스위칭수단(14)을 전환 제어하므로 1250라인, 100㎐, 2:1비월 주사방식의 필드율 증가된 출력휘도신호(Yout)를 출력시켜 화면을 구성하게 된다.

이 경우에 80ms필드율 변환기(4)는 프레임(필드) 반복 방식으로 필드율을 증가(50㎐→100㎐)시키고, 40ms필드율 변환기(11)는 40ms코딩모드에만 전송되어오는 이동정보에 따라 이동보상 보간법으로 필드율을 증가시키고, 20ms필드율 변환기(8)는 인접 화소블록에 40ms코딩모드에 해당하는 블록이 있는 경우에는 이동보상 보간법으로 필드율을 증가시키며 인접 화소블록에 40ms코딩모드에 해당하는 블록이 없는 경우에는 선형 보간법으로 필드율을 증가시킨다.

즉, 80ms코딩모드에 대한 80ms필드율 변환방식은 제9도의 시간축상 처리과정에 따른다.

제 9a 도에서와 같이 송신단(종래 제 1 도참조)에서 부샘플링 및 라인 셔플링되어 제 9b 도에서와 같이 4개의 필드영상으로 전송된 입력휘도신호(Yin)가 디셔플러(1)와 업샘플기(2)에 의하여 디셔플링 및 업샘플링되어 필드 영상으로 조합된후(제 9c 도)수평, 수직차단 주파수 fs/2인 사선형 2D저역필터(3)로 필터링되어 1프레임의 영상이 구성된다.(제 9d 도)

이 프렘임 영상은 짝수필드와 홀수필드로 분리하여 100㎐, 2 : 1비월 주사방식으로 표시하고 표시된 짝수필드와 홀수필드를 제 9e 도에서와 같이 3회 반복하여 표시한다(프레임(필드) 반복방식).

제 12 도는 상기한 바와같은 80ms필드율 변환기(4)의 상세 회로도에서 80ms코딩모드에 대하여 저역필터링된 프레임 영상을 짝수필드와 홀수필드로 분리하는 필드분리기(15)와, 분리된 짝수필드의 영상이 기억되는 짝수필드 메모리(16)와, 메모리된 짝수필드 영상을 4/1로 시간 압축시키는 짝수필드 시간압축기(17)와, 분리된 홀수필드의 영상이 기억되는 홀수필드 메모리(18)와, 메모리된 홀수필드 영상을 4/1로 시간 압축시키는 홀수필드 시간압축기(19)와, 시간 압축된 짝수 및 홀수필드 영상을 100㎐, 2:1비월주사방식으로 출력시키는 멀티플렉서(20)로 구성된 것으로 그 동작은 상기한 제 9 도의 시간축상 처리과정에 따른다.

즉, 저역필터(3)로 필터링되어 80ms(12.5㎐)마다 구성되는 프레임 영상은 필드분리기(15)에 의하여 짝수필드와 홀수필드로 분리되고 각각의 필드별 메모리(16,18)에 기억된후 4/1시간압축기(17,18)로 읽어져서 시간 압축된후 멀티플렉서(20)을 통해 짝수필드 및 홀수필드 공히 3회씩 반복하여 추력되는 것이다.

한편 40ms코딩모드에 대한 40ms필드율 변환방식은 10 도의 시간축상 처리과정에 따른다.

즉, 제 10a 도에서와 같이 송신단에서 부샘플링되어 (b)에서와 같이 2개의 필드 영상으로 전송된 입력휘도신호(Yin)가 업샘플기(9)에 의하여 조합되고 수직차단 주파수 fs/4, 수평차단 주파수 fs/2인 사선형 2D저역필터(10)에 의하여 프레임 영상을 만들고(제 10c 도)의 영상신호와 40ms코딩모드에 대하여 전송되어온 이동정보를 이용하여 3장의 영상을 1/4, 2/4, 3/4상대적 시간위치로 이동보상 보간한 후 100㎐, 2:1비율 주사방식으로 표시한다.(제 10d 도)

한편 제 8 도에서 20ms필드율 변환기(11)에 의하여 이루어지는 필드율 변환은 제 11 도에 나타난 바와같은 시간축상 처리과정에 따른다.

즉, 송신단에서 제 11a 도에서와 같이 부샘플링 및 라인 셔플링되어 (b)에서와 같이 전송된 수신되는 모든 필에 대하여 디셔플러(5)에 의한 디셔플링이 되고 (제 11c 도)수평 및 수직차단 주파수가 fs/2인 사선형 2D저역필터(7)로 필터링된다(제 11d 도).

이어서 100㎐로 필드율 증가를 위하여 보간될 짝수필드는 인접 화소블록에 40ms코딩모드에 해당하는 블록이 존재하며 40ms코딩모드시 전송되어오는 이동정보에 따라 이동보상 보간하고 존재하지 않으면 이동정보가 없으므로 선형 보간하여 제 11e 도에서와 같이 표시한다.

상기한 바와같이 20ms코딩모드에 대한 필드율 변화방식은 본 발명의 20ms필드율 변환기(8)에 의하여 이루어지며 그 회로구성은 제 13 도에 도시된 바와같다.

즉, 20ms코딩모드에 대하여 저역 필터링된 프레임 영상이 기억되는 프레임 메모리(21)와, 이동정보에 따라 상기 프레임 메모리(21)내의 영상을 이용하여 화소블록당 보간될 이동벡터를 선택과 보정 및 할당하여 이동보상 보간된 영상을 출력하는 이동보상 보간기(22)와, 홀드필드 제어신호(ODD-CTL)에 의하여 상기 프레임 메모리(21)영상을 출력 제어하는 게이트회로(23)와, 상기 게이트회로(23) 출력영상을 2/1로 시간 압축시키는 시간압축기(24)와, 상기 시간압축기(24)의 출력영상을 홀수필드 기간동안 표시하고 짝수필드 기간동안 이동보상 보간기(22)의 출력영상을 표시하기 위한 멀티플렉서(25)로 구성된 것으로 그 동작은 상기 제 11도의 (a) 내지 (e)에 따른다.

즉, 저역필터(7)에 필터링된 20ms코딩모드 프레임 영상은 50㎐마다 구성되는바 이 영상신호가 프레임 메모리(21)에 기억되고 홀스필드 제어신호(ODD-CTL)에 의하여 게이트회로(23)를 통해 2/1시간압축기(24)로 시간압축된 다음 멀티플렉서(25)에 공급되는 한편 DATV디코더(12)로부터 입력된 이동정보에 따라 이동보상 보간기(22)에 의하여 인접한 화소블록에 40ms코딩모드 블록이 존재하는 이동보상 보간된 영상신호를 출력하여 멀티플렉서(25)에 공급한다.

멀티플렉서(25)는 시간압축기(24)의 출력영상을 홀수필드 기간동안 표시가능하게 출력시키고 짝수필드 기간동안에는 이동보상 보간기(22)의 출력영상이 표시 가능하게 선택적으로 출력시키므로 20ms코딩모드의 필드율 증가가 이루어진다.

제 13 도에 나타낸 20ms필드율 변환기(8)는 저역필터(7)를 저역필터(10)로 2/1시간압축기(24)를 4/1시간압축기로 대체시키므로 40ms코딩모드에 대한 40ms필드율 변환기(11)로 구성되며 그 동작은 상기한 제 10 도에 나타낸 처리과정에서 설명한 바와같다.

따라서 제 13 도에 나타낸 이동보상 보간기(22)는 40ms코딩모드에서 전송되는 이동정보(이동벡터)를 이용하여 20ms또는 40ms코딩모드에 적절한 이동보상 보간을 수행하게 되는데 그 상세한 회로구성은 제 14 도에 도시된 바와같이, 화소블록에 할당되는 이동벡터중에서 비용함수를 최소화하는 이동벡터를 선택하여 출력하는 화소벡터 선택기(26), 화소벡터 선택의 오류발생기 이를 보정하기 위한 화소벡터 보정기(27)와, 프레임 영상의 움직임 영역과 정지영역을 검출하는 변화검출기(28)와, 화소벡터 할당의 오류를 방지하기 위하여 상기 변화검출기(28)의 출력에 따라 화소벡터값을 "0"으로 출력하거나 또는 보정된 화소벡터를 선택적으로 출력하는 출력선택기(29)와, 보간에 이용될 화소값을 구하고 구해진 화소값과 화소벡터를 이용하여 위치정보에 따라 시간 및 공간보간을 수행하는 시공간 보간기(30)로 구성되며 그 동작은 다음과 같다.

20ms 또는 40ms저역 필터링된 영상신호는 프레임 메모리(21)에 저장되어 이동보상 보간에 이용되는데 DATV채널을 통해 전송된 이동벡터(이동정보)는 40ms코딩모드의 화소블록당 1개의 이동벡터가 할당되는바 블록간의 단절현상을 제거하고 고해상도 TV(HDTV)에 적합한 이동보상 보간을 위해서는 모든 화소에 적합한 이동벡터가 할당되어야 한다.

또한 본 발명에서 이동정보가 전송되지 않는 20ms코딩모드의 화소블록에 대해서도 40ms화소블록이 인접해 있는 경우 이동보상 보간을 위한 화소벡터 선택이 적절히 이루어져야 한다.

상기한 바와같은 화소벡터의 선택은 화소벡터 선택기 (26)에 의하여 제 15 도의 (a) 또는 (b)에서와 같이 2개의 방식으로 수행된다.

제 15a 도에 나타낸 화소벡터 선택방식은 이동보상 보간될 필드내에 있는 블록(K22)을 4등분한후 A, B, C, D의 각 소블록(Sub Block)주위에 인접한 4개의 블록에 할당되어 있는 벡터 즉, A블록의 경우 화소벡터(V₁₁, V₁₂, V₂₁, V₂₂)중에서 비용함수(C(V))가 가장 적은 이동벡터를 할당한다.

여기서 비용함수(C(V))는 이동보상 보간될 필드가 j번째 필드인 경우, (C(V)) = │I_j-1(Pi-V)-I_j+1(Pi+V)│(단, Pi는 i번째 화소의 위치, Ij(Pi))는 j번째 필드내의 Pi위치에 있는 화소의 휘도, V는 블록에 할당된 이동벡터)의 식으로부터 산출된다.

예를 들어 이동보상형 3브랜치 HD-MAC는 화소블록의 크기가 16×16이므로 4등분된 블록은 8×8이고 화소블록(K22)을 4등분할 경우 A블록내에 있는 화소에 할당되는 이동벡터는 벡터(V₁₁, V₁₂, V₂₁, V₂₂)중에서 상기 비용함수(C(V))를 최소화하는 이동벡터가 선택되고 B블록내의 화소에 할당되는 이동벡터는 벡터(V₁₂, V₁₃, V₂₂, V₂₃)중에서 비용함수(C(V))를 최소화하는 이동벡터가 선택되고 동일한 방식에 의하여 C,D블록내의 화소에 할당되는 이동벡터의 선택이 이루어진다.

한편 화소벡터 선택기(26)에 의한 벡터 선택방식의 다른 예로써 제 15b 도에 도시한 바와같이 화소블록(K22)내의 화소에 이동벡터를 할당하기 위하여 자기자신(K22)과 인접한 주위블록에 할당된 이동벡터(V₁₁, V₁₂, V₁₃, V₂₁, V₂₂, V₂₃, V₃₁, V_32,V₃₃)중 비용함수 (C(V))를 최소화하는 이동벡터를 선택한다.

상기한 바와같은 화소벡터 선택방식에 의하여 화소벡터가 선택되며 보간될 화소블록(K22)이 20ms코딩모드에 해당하는 경우 이동벡터는 존재하지 않지만 주위의 인접한 화소블록중 40ms코딩모드에 해당하는 블록이 존재하면 이동보상 보간을 수행할수 있고 40ms코딩모드의 화소블록이 존재하지 않으면 선택된 화소벡터값은 "0"이 되므로 선형보간 처리된다.

따라서 영상의 해상도 증가 및 20ms코딩모드의 화소블록과 40ms코딩모드시의 화소블록 사이에서 일어나는 단절현상이 억제된다.

상기한 바와같이 적절하게 할당 및 선택된 화소벡터는 제 14 도에 도시된 바와같이 화소벡터 보정기(27 : 엔코더)를 거쳐 화소벡터 선택의 오류에 대한 보정이 이루어진후 출력선택기(29)에 공급된다.

출력선택기(29)는 변화검출기(28) 및 화소벡터 보정기(27)의 공급정보에 따라 적절한 출력선택을 수행한다.

즉, 출력선택기(29)는 변화검출기(28)에서 정지영역으로 판별한 영역내의 화소에 할당된 이동벡터 "0"으로 출력시키고 프레임 차신호(FD : Frame Difference)와 프레임차 변위신호(DFD : Displacement Frame Difference)를 비교하여 DFD＞FD인 경우 해당 화소에 할당된 이동벡터를 "0"으로 출력시키며 나머지 경우에 대하여는 입력되는 보정된 화소벡터를 출력한다.

제 16 도는 이와같은 출력선택기(29)와 변화검출기(28)의 상세 회로도로서 변화검출기(28)는 프레임 영상신호의 감산을 수행하여 프레임 차신호(FD)를 출력하는 감산기(31)와, 감산된 프레임 차신호(FD)의 절대값을 계산하여 출력하는 절대값 계산기(32)와, 절대값 계산된 프레임 차신호를 잡음의 영향을 배제시키기 위하여 3×3합산 처리하는 합산기(33)와, 합산된 신호 레벨을 소정의 기준레벨(TH)와 비교하여 기준레벨보다 큰 경우 움직임 영역("0"), 작은 경우 정지영역("1")으로 판별한 값을 출력하는 비교기(34)로 구성되고, 출력선택기(29)는 프레임 차신호(FD)와 프레임차 변위신호(DFD)를 비교하는 비교기(35)와, 상기 각 비교기(34,35)의 출력에 따라 이동벡터값의 "0" 또는 보정된 화소벡터의 출력제어를 위한 게이트회로(36)와, 상기 게이트회로(36)의 제어를 받아 이동벡터를 "0"으로 출력하거나 또는 화소벡터 보정기(27)의 출력인 보정된 화소벡터를 출력시키는 리세트회로(37)로 구성되며 그 동작은 다음과 같다.

프레임 메모리(21)의 입, 출력단 프레임 영상신호는 감산기(31)에 의하여 감산되어 그 결과로 프레임 차신호(FD)가 출력되고 이 프레임 차신호(FD)는 절대값 계산기(32)에서 절대값이 계산되어 3×3합산기(33)와 출력선택기(29)의 비교기(35)에 각각 공급된다.

3×3합산기(33)는 입력된 신호를 합산 처리하여 잡음의 영향을 배제시키고 합산결과를 비교기(34)에 공급하며 비교기(34)는 합산된 신호레벨을 소정의 기준레벨(TH)와 비교하여 비교결과 합산된 신호레벨이 기준레벨(TH)보다 큰 경우에는 현재의 화소블록을 움직임 영역으로 판별하여 "0"값을 출력하고 합산된 신호레벨이 기준레벨(TH)보다 작은 경우에는 현재의 화소블록을 정지영역으로 판별하여 "1"값을 출력한다.

여기서 기준레벨(TH)은 영상내에서 이동체의 움직임과 정지사이를 구분짓기 위한 적절한 레벨로 미리 설정된다.

한편, 출력선택기(29)는 비교기(35)에서 상기 절대값 계산기(32)로부터 공급된 프레임 차신호(FD)와 프레임차 변위신호(DFD)를 비교하여 DFD＞FD이면 "0"을 출력한다. 비교기(34,35)의 출력은 게이트회로(36)에 공급되는바 비교기(34,35)의 비교결과에 따라 게이트회로(36)의 출력이 "1"이면 리세트회로(37)가 리세트되어 출력되는 이동벡터값은 "0"이 되고 게이트회로(36)의 출력이 "0"이면 리세트회로(37)의 출력은 화소벡터 보정기(27)에서 보정된 화소벡터가 된다.

이와같이 출력선택기(29)에 의하면 선택된 이동정보는 제 14 도에서와 같이 위치정보와 함께 시공간 보간기(30)에 공급된다.

시공간 보간기(30)는 제 17 도에 나타낸 바와같은 과정을 거쳐 시간 및 공간 보간된 영상신호를 출력한다.

즉, j번째 필드내의 임의의 위치(x,y)에 있는 화소를 복원할 경우 시간보간에 이용될 화소값을 구하기 위하여, I(x,y,t)=(1-dx)(1-dy)A+(1-dx)ㆍdy B+dxdy C+dx(1-dy)D로 주어지는 식(보간필터)으로 공간 보간하고, I(x,yxa)=(1-a)I(x-adx,y-ady, 0)+al(x+(1-a)dx, dy+y+(1-a)dy, 1)로 주어지는 식(보간필터)으로 시간보간을 수행한다.

여기서 I(x,y,)는 상대적 위치(t 또는 a)에 있는 필드내에서 x,y위치에서의 화소의 휘도, dx 및 dy는 보간될 화소에 할당된 화소벡터의 증분, A 내지 D는 A 내지 D위치에 있는 화소의 휘도이다.

즉, 시공간 보간은 공간보간과 시간보간으로 나누어 처리되는바 공간보간은 시간보간에 필요한 화소값을 구하는 과정(I(x,y,t))이고 시간보간은 공간보간에서 구해진 화소값과 화소벡터를 이용하여 시간보간을 수행하는 과정(I(x,y,a))이며 이때 시공간 보간기(30)에 제공되는 위치정보는 40ms코딩모드의 필드율 증가시(50㎐→100㎐)에는 0,1/4,2/4,3/4dl 25㎐주기로 공급되고 이동보상 보간기(22)만을 사용하여 필드율을 증가시키는 경우 즉, 제 13 도에서 게이트회로(23)와 2/1시간압축기(24) 및 멀티플렉서(25)가 제거된 경우에는 0과 0.5가 50㎐를 주기로 공급된다.

한편 본 발명에서 필드율 변환방식과 장치는 TV규격의 변환과정(HD-MAC→NTSC)에서 필드율 60㎐인 TV방식으로 변환할 경우 시공간 보간기(30)의 위치정보를 새로운 TV방식에 적합하게 변화시키므로써 적용 가능하고 시공간 보간기(30)의 구조를 간소화하기 위하여 정수단위 보간과정이 처리되면 공간보간과정(I(x,y,t))을 생략할수 있으며 제 14 도에 도시된 이동보상보간기(22)에서 화소벡터 보정기(27)와 변화검출기(28) 및 출력선택기(29)를 제거하고 화소벡터 선택기(26)의 출력을 시공간 보간기(30)에 위치정보와 함께 동시에 입력시켜도 동일한 필드율변환이 이루어질수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의하면 40ms코딩모드에서 이동보상을 수행하는 3브랜치 HD-MAC에 적용하였을때 화소벡터 선택과정으로 인하여 40ms 또는 20ms코딩모드사이에 나타나는 블록간의 단절현상이 제거되고 20ms코딩모드 블록은 대부분 20ms 또는 40ms코딩모드 블록과 인접하므로 고속의 움직임을 갖는 이동체 경계 부분에서의 흐려짐이 억제되어 영상의 해상도가 향상되는 효과가 있다.

또한 향후 채택 예정인 20ms코딩모드에 대한 이동정보가 수신단에 전송되는 경우 적용이 용이하며 이동보상 보간기의 구성이 간단하고 효율이 높기 때문에 기존의 필드율 증가장치와 방식에도 적용 가능한 효과가 있다.

Claims (8)

1. 40ms코딩모드에 이동정보(이동벡터)가 전송되는 이동보상형 3브렌치 HD-MAC의 필드율 변화시 80ms코딩모드는 프레임(필드)반복방식으로 필드율을 증가시키고 40ms코딩모드는 DATV채널을 통하여 전송된 이동정보를 사용하여 이동보상 보간법으로 필드율을 증가시키고 20ms코딩모드는 선형 보간법으로 필드율을 증가시키는 필드율 변환방식에 있어서, 20ms코딩모드는 인접한 화소블록에 40ms코딩모드에 해당하는 화소블록이 존재하지 않는 경우에 한하여 선형 보간법으로 필드율을 증가시키고 인접한 화소블록에 49ms코딩모드에 해당하는 화소블록이 존재하는 경우에는 이동정보를 이용하여 보간될 필드내의 화소벡터를 비용함수를 최소화하는 이동벡터로 선택하여 이동보상 보간법으로 필드율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 HDTV필드율 변환방식.
2. 제 1 항에 있어서, 이동보상 보간법으로 필드율을 증가시키는 과정에서의 이동정보를 사용하기 위한 화소벡터의 선택은 이동보상 보간될 필드내에 있는 화소블록을 4등분하고 4등분된 각 소블록 주위에 인접한 4개의 블록에 할당된 벡터중에서 비용함수가 최소인 이동벡터를 선택함을 특징으로 하는 HDTV필드율 변환방식.
3. 제 1 항에 있어서, 이동보상 보간법으로 필드율을 증가시키는 과정에서의 이동정보를 사용하기 위한 화소벡터의 선택은 이동보상 보간될 필드내에 있는 화소블록 자기자신과 주위에 인접한 블록에 할당된 이동벡터중에서 비용함수가 최소인 이동벡터를 선택함을 특징으로 하는 HDTV필드율 변환방식.
4. 송신단으로 전송되어 입력되는 휘도신호를 각 20ms, 40ms, 80ms코딩모드별로 디셔플링 및 업샘플링하여 신호복원후 소정의 수평, 수직차단 주파수를 갖는 저역필터로 각각 필터링하여 모드별로 필드율을 증가시키는 필드율 변환장치에 있어서, 20ms코딩모드에 대하여 필터링된 휘도신호를 선형보간을 기본으로 하고 40ms코딩모드 블록이 인접한 경우 이동보상 보간을 수행하는 20ms필드율 변환기(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HDTV필드율 변환장치.
5. 제 4 항에 있어서, 20ms필드율 변환기(8)는 20ms코딩모드에 대하여 저역 필터링된 프레임 영상이 기억되는 프레임 메모리(21)와, 이동정보에 따라 상기 프레임 메모리(21)내의 영상을 이용하여 화소블록당 보간될 이동벡터를 선택과 보정 및 할당하여 이동보상 보간된 영상을 출력하는 이동보상보간기(22)와, 홀수필드 제어신호(ODD-CTL)에 의하여 상기 프레임 메모리(21)영상을 출력 제어하는 게이트회로(23)와, 상기 게이트회로(23) 출력영상을 2/1로 시간 압축시키는 시간압축기(24)와, 상기 시간압축기(24)의 출력영상을 홀수필드 기간동안 표시하고 짝수필드 기간동안 이동보상 보간기(22)의 출력영상을 표시하기 위한 멀티플렉서(25)으로 구성된 HDTV필드율 변환장치.
6. 제 5 항에 있어서, 이동보상 보간기(22)는 화소블록에 할당되는 이동벡터중에서 비용함수를 최소화하는 이동벡터를 선택하여 출력하는 화소벡터 선택기(26)와, 화소벡터 선택의 오류발생시 이를 보정하기 위한 화소벡터 보정기(2)와, 프레임 영상의 움직임 영역과 정지영역을 검출하는 변화검출기(28)와, 화소벡터 할당의 오류를 방지하기 위하여 상기 변화검출기(28)의 출력에 따라 화소벡터값을 "0"으로 출력하거나 또는 보정된 화소벡터를 선택적으로 출력하는 출력선택기(29)와, 보간에 이용될 화소값을 구하고 구해진 화소값과 화소벡터를 이용하여 위치정보에 따라 시간 및 공간보간을 수행하는 시공간 보간기(30)로 구성된 HDTV필드율 변환장치.
7. 제 6 항에 있어서, 변화검출기(28)는 프레임 영상신호의 감산을 수행하여 프레임 차신호(FD)를 출력하는 감산기(31)와, 감산된 프레임 차신호(FD)의 절대값을 계산하여 출력하는 절대값 계산기(32)와, 절대값 계산된 프레임 차신호를 잡음의 영향을 배제시키기 위하여 3×3합산 처리하는 합산기(33)와, 합산된 신호레벨을 소정의 기준레벨(TH)과 비교하여 기준레벨보다 큰 경우 움직임 영역("0"), 작은 경우 정지영역("1")으로 판별한 값을 출력하는 비교기(34)로 구성된 HDTV필드율 변환장치.
8. 제 6 항에 있어서, 출력선택기(29)는 프레임 차신호(FD)와 프레임차 변위신호(DFD)를 비교하는 비교기(35)와, 상기 각 비교기(34,35)의 출력에 따라 이동벡터값의 "0" 또는 보정된 화소벡터의 출력제어를 위한 게이트회로(36)와, 상기 게이트(36)의 제어를 받아 이동벡터를 "0"으로 출력하거나 또는 화소벡터 보정기(27)의 출력인 보정된 화소벡터를 출력시키는 리세트회로(37)로 구성된 HDTV필드율 변환장치.