KR960004131B1 - 영상신호의 천이영역 강조장치와 방법 - Google Patents

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Description

영상신호의 천이영역 강조장치와 방법

제 1 도는 종래의 영상신호의 천이영역 강조장치의 블록구성도.

제 2 도는 종래의 강조장치에 의한 천이영역 강조신호의 파형도.

제 3 도는 예리한 천이영역에서의 인간의 시각 특성도.

제 4 도는 본 발명의 영상신호 천이영역 강조방법을 나타낸 신호파형도.

제 5 도는 본 발명에서 윈도우 사이즈 변화에 따른 강조처리 결과의 예.

제 6 도는 본 발명에서 필터 선택인자 변화에 따른 강조처리 결과의 예.

제 7 도는 본 발명의 영상신호 천이영역 강조장치의 제 1 실시예 블록구성도.

제 8 도는 본 발명의 영상신호 천이영역 강조장치의 제 2 실시예 블록구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11,12,13,14 : 1샘플 메모리 15 : 분류회로

16 : 평균값 필터 17,18,20 : 멀티플렉서

19 : 비교기

본 발명은 영상신호의 천이영역(TRAMSIENT EDGE)을 강조(ENHANCEMENT)하여 영상을 선명하게 표시하는 장치와 그 방법에 관한 것으로, 특히 강조필터의 윈도우내의 입력영상성분 평균값과 중간값을 비교하여 이중 적합한 성분으로 대치하는 신호처리를 통해 천이영역의 폭을 줄이고 기울기를 변화시켜 잡음이 제거된 선명한 영상신호를 구할 수 있도록 한 것이다.

종래의 영상신호의 천이영역을 강조하는 장치는 제 1 도를 참조하면, 입력영상신호(VIDEO)를 지연시키는 지연기(1)(2)와, 영상신호 및 지연된 영상신호를 증폭하는 증폭기(3)(4)(5)와, 증폭된 영상신호를 합성하는 가산기(6)와, 가산된 영상신호의 강조레벨을 조절하는 감쇠기(7)와, 감쇠된 영상신호 및 지연된 영상신호를 합성하여 최종 강조처리된 영상신호를 출력하는 가산기(8)와, 신호처리상에서의 지연시간을 보상해 주는 지연매칭기(9)로 구성된 것으로, 이 장치는 휘도와 색도가 분리된 영상신호의 휘도 신호 또는 색도신호의 엣지성분을 강조하므로서 선명한 느낌을 주는 영상화면을 시청가능하게 하는 것이며, 제 2 도에 도시된 바와같이 영상신호의 예리한 천이영역에서 그 엣지의 오우버슈트 및 언더슈트를 강화시키는 미분회로로 동작하는 장치이다.

즉, 제 1 도에서 영상신호(VIDEO)는 -1/2증폭기(3)를 거쳐 간산기(6)에 공급되는 한편, 지연기(1)를 거쳐 소정시간 지연된 후 증폭기(4)를 통해 증폭되어 간산기(6)에 공급됨과 함께 지연 매칭기(9)를 통해 가산기(8)에도 공급되고, 지연기(1)에서 지연된 신호는 지연기(2)를 통해 소정시간 지연되어 증폭기(5)로 증폭된 후 가산기(6)에 공급된다.

상기 가산기(6)에 이르기까지의 신호지연과 증폭 및 가산동작은 일련의 미분처리 과정이며, 미분처리결과 입력신호의 천이영역에서 오우버슈트 및 언더슈트가 이루어지므로 영상신호내의 엣지성분이 강조되고, 이와 같이 강조된 신호는 감쇠기(7)에서 강조정도를 조절한 후 가산기(8)에서 지연매치기(9)를 통과한 영상신호와 합성되어 출력된다.

제 2 도의 (a)는 임펄스 노이즈(A)(B)를 포함하는 입력영상신호를 (b)는 임펄스 노이즈가 강조(A')(B')된 출력영상신호를 나타낸 것으로, 천이가 시작되는 부분(under shoot)과 끝나는 부분(over shoot)을 변화시켜준 것이며, 제 3 도는 예리한 천이영역에서 이와같은 강조처리에 따른 인간의 시각특성을 나타낸 것으로, 천이영역에서 더욱 선명한 영상으로 느껴짐을 보이고 있다.

그러나 이와같은 종래의 천이영역 강조장치는 예리한 천이영역 일수록 더욱더 큰 언더슈트와 오우버슈트가 발생되므로 천이영역이 지나치게 강조되어 부자연스러운 영상이 표현되는 문제점이 있다.

또한 노이즈 성분이 강조되는 단점이 있고, 천이영역의 시작 및 종료부분만 강조되므로 불합리하며, 천이영역의 폭과 기울기에 변화가 없기 때문에 선명한 영상의 제공이 어렵다. 더구나, 천이영역의 폭에 무관하게 동일한 강조장치를 적용하므로 입력영상신호의 대역폭이 다른 경우(VCR,HDTV,EDTV,S-VHS 등등)강조하는 주파수 대역의 신호가 갖는 엣지영역의 주파수와의 차이로 인해 화질저하가 발생된다.

따라서 본 발명은 입력영상신호의 평균값과 중간값을 비교하여 이중 강조처리에 적합한 성분을 찾아내고, 이 성분을 강조처리된 영상신호값으로 대치시켜 출력하므로서 잡음성분의 강조처리를 배제하고 천이영역의 폭과 기울기를 변화시켜 자연스럽고 선명하게 강조처리된 영상신호를 출력할 수 있도록 한 천이영역 강조장치와 방법을 제공함을 목적으로 한다.

제 4 도는 상기한 목적을 이루는 본 발명의 천이영역 강조방법을 나타낸다.

즉, (a)도와 같이 램프(RAMP)형태로 변화되는 영상신호에 대한 강조 처리과정을 나타낸 것으로, (a)도의 파형에 대하여 윈도우 사이즈(WINDOW SIZE)가 5(2N +1=5: N=2)인 평균값 필터와 중간값 필터의 처리결과가 (b)도에 나타나 있다.

즉, (a)도는 입력영상신호를 인접한 화소값 사이에 중간값 연산과 평균값 연산을 수행하여 (b)도의 파형을 구하고, 여기서 구한 값들을 제어신호로 하여 중간값 및 평균값을 서로 비교하고 비교결과의 대소관계에 따라 알맞은 화소값을 선택하여 출력한다. (c)도는 대소비교에 따라 선택되어 출력되는 파형의 2가지 예이다. 첫 번째의 대소관계의 비교와 이를통한 화소값 선택은 다음과 같이 정의된다.

여기서 Xi는 입력(i번째)샘플, Yi는 출력(i번째)샘플, N,K는 정수이다.

상기 식 1에서 정의된 화소값 선택의 의미는 다음과 같다. 필터의 윈도우 사이즈가 2N+1인 중간값 필터와 평균값 필터의 필터링 처리결과를 서로 비교하여 평균값이 중간값보다 크면 필터 사이즈내에 존재하는 입력신호성분(2N+1개)을 크기순으로 정렬하여 K번째값을 출력하고, 평균값이 중간값보다 작거나 동일하면 2N+2-K번째 값을 출력한다. 이와같은 상기 식 1에 의하여 선택, 출력된 영상신호 파형은 제 4 도의 (c)에서 점선부의 파형에 해당된다.

이 파형은 K=1로 선택한 경우이고, 여기서 K는 선택인자가 된다.

상기 식 1에서 (Xi)는 2N+1의 필터 사이즈내에 있는 입력신호(Xi)를 크기순으로 정렬하여 K번째값을 출력(Yi)함을 의미한다.

상기한 본 발명의 대소관계에 따른 영상출력 파형의 두 번째 예는 다음과 같이 정의한다.

상기 식 2에서 정의된 화소값 선택의 의미는 다음과 같다. 필터의 윈도우 사이즈가 2N+1인 중간값 필터와 평균값 필터의 필터링 처리결과를 서로 비교하여 중간값이 평균값보다 작거나 동일한 경우에는 필터 사이즈내에 존재하는 입력신호성분(2N+1개)을 크기순으로 정렬하여 K번째 순서에 있는 입력신호를 출력하고, 중간값이 평균값보다 큰 경우에는 2N+2-K번째 값을 출력한다.

이와같은 상기 식 2에 의하여 선택, 출력된 영상신호 파형은 제 4도의 (다)에서 실선부의 파형에 해당된다.

이 파형은 K=1로 선택한 경우이고, 여기서 K는 선택인자가 된다.

제 5도는 상기한 본 발명의 강조처리방법(식1) 또는 (식2)에서 윈도우 사이즈(N값)를 변화시켰을 경우에 나타나는 강조처리 결과의 다양한 예를 나타낸다.

여기서 (a)도는 입력영상신호이고, (b)도는 (a)도의 입력영상신호를 N=1, N=2, N=3으로 윈도우 사이즈를 변화시켰을 때 상기 식 1에 의하여 강조처리된 결과의 파형이다. N=1이면 윈도우 사이즈는 3, N=2인 경우 윈도우 사이즈는 5, N=3인 경우 윈도우 사이즈는 7이 된다.

이 파형은 관찰결과 윈도우 사이즈가 커질수록 강조된 영상출력 파형이 천이영역에서 (b)도에서와 같이 타이밍적으로 볼 때 좌측으로 이동함을 알 수 있다.

따라서 상기 식 2에 의한 신호처리의 경우에는 강조된 영상출력 파형에서 천이영역이 (b)도에서 우측으로 이동할 것이다. 한편, (b)도와 같이 천이영역이 타이밍적으로 좌 또는 우측으로 이동하게 되므로 천이영역의 중심을 유지하기 위하여 다음식으로 정의되는 신호처리리 수행한다.

상기 식 3-1과 3-2의 결과는 기준값(TH: Threshold Value)선정을 통해 동일결과를 유도한다. 상기 식 3-1로 실행되는 천이영역의 중심잡기 처리는 다음과 같은 의미를 갖는다. 윈도우 사이즈가 2N+1인 중간값 필터와 평균값 필터의 출력값에서 그 차값을 산출하고, 이 차값의 절대값을 산출한다.

산출된 절대값을 기준값(TH)과 비교한다.

비교결과 절대값이 기준값보다 작은값이면 입력신호(Xi)를 그대로 출력하고, 절대값이 기준값(TH)보다 크거나 동일하면 상기 식 1의 신호처리를 수행한다.

이와같은 상기 식 3-1 또는 3-2의 처리결과는 제 5 도의 (c)에서와 같이 천이영역의 중심을 유지하고, 매우 서서히 변화하는 영상(천이영역이 광대역폭)에 대한 강조처리는 수행하지 않으며, 따라서 강조처리시에 나타나는 오류를 방지하게 된다.

또한 이 신호파형(제 5 도의 (c)처리결과를 관찰해볼 때 임펄스성 노이즈의 영향을 제거함을 알 수 있는데 이는 제 6 도의 파형도에서 설명한다.

즉, 제 6 도는 상기한 식 1 또는 식 2에서의 신호 강조처리중 선택인자(K)를 변화시켜 임펄스성 노이즈를 제거한다.

(a)도는 임펄스성 노이즈를 포함하는 램프파형의 입력영상신호이다. 이 (a)도의 입력신호를 상기 식 1의 신호처리과정을 거치면 그 결과는 (b)도에서와 같이되고, 여기서 선택인자(K)는 K=1 또는 K=2로 선택한 경우 각 파형을 비교해보면 선택인자(K)가 2인 경우가 임펄스성 노이즈를 효과적으로 억제하지만 그 반면에 강조정도는 K=1인 경우보다 낮아짐을 보이고 있다.

(d)도의 파형은 (a)도의 입력신호를 상기 식 3-1 또는 식 3-2의 신호처리에 의한 출력파형도로서 선택인자 K=1인 경우가 K=2인 경우보다 강조정도는 크지만 잡음 제거에는 불리함을 보이고 있다 더구나 (b)도 및 (c)도의 파형을 비교해보면 선택인자)K)가 동일한 경우 (c)도의 신호처리결과(상기 식 3-1, 식 3-2)가 (b)도의 신호처리결과(상기 식 1, 식 2)보다 우수한 잡음 제거 특성을 확보해줌을 알 수 있다.

따라서 선택인자(K)(K〉0)값이 작을수록 강조정도는 증가되고, 선택인자(K)(KN)값이 커질수록 임펄스성 노이즈 제거에 우수한 특성을 나타내므로 제품사양에 따라 알맞는 영역에서의 선택인자(K) 설정이 요구된다.

제 7 도는 상기 식 1의 신호처리과정을 수행하는 본 발명의 천이영역 강조장치 제 1실시예 블록구성도이다.

제 7 도를 참조하면 본 발명 장치는, 입력영상신호를 1샘플 단위로 순차 지연시키는 1샘플 메모리(11)(12)(13)(14)와, 상기 순차 지연된 영상신호를 크기순으로 재배열하는 분류회로(15)와, 상기 순차 지연된 영상신호의 평균값을 산출하는 평균값 필터(16)와, 선택인자(K)에 따라 중간값을 제외한 상기 분류회로(15)의 출력을 선택하여 출력하는 멀티플렉서(17)(18)와, 상기 중간값 및 평균값의 대소를 비교하는 비교기(19)와 상기 비교기(19)의 비교결과에 따라 상기 멀티플렉서(17)(18)의 출력을 선택하는 멀티플렉서(20)로 구성된다. 이와같이 구성된 장치에 의한 영상신호의 강조처리 동작은 다음과 같다. 이 회로에서 윈도우 사이즈는 5(N=2)이다. 먼저, 입력되는 영상신호는 1샘플 메모리(11-14)에서 1 내지 4클록 지연되고, 지연된 영상신호는 분류회로(15)와 평균값 필터(16)에 공급된다. 분류회로(15)는 입력영상신호를 크기순으로 재배열하는 출력(S1-S5)하는데 중간값(S3)은 비교기(19)에 공급하고 나머지 출력값(S1)(S2)(S4)(S5)은 각각 멀티플렉서(17)(18)에 공급한다. 여기서 출력값(S1-S5)의 대소관계는 S1S2S4S5이다.

한편, 평균값 필터(16)은 입력영상신호의 평균값을 산출하여 출력하고 이 평균값은 비교기(19)에 공급한다.

비교기(19)는 중간값 평균값을 비교하고 그 비교결과 평균값〉중간값이면 로직 "1"의 신호를 멀티플렉서(20)에 가하여 멀티플렉서(17)의 출력이 선택되어 제어하고, 평균값중간값이며 로직 "0"의 신호를 멀티플렉서(20)에 가하여 멀티플렉서(18)의 출력이 선택되게 제어한다.

한편, 멀티플렉서(17)(18)는 각각 선택인자(k)에 의하여 제어되는데, 멀티플렉서(17)는 K=1이면 분류회로(15)의 출력(S1)을 선택하고, K=2이면 출력(S2)을 선택하여 멀티플렉스(20)에 공급한다. 그리고 멀티플렉서(18)는 K=1이면 출력(S5)을 선택하고 K=2이면 출력(S4)을 선택하여 멀티플렉서(20)에 공급한다.

여기서, 상기 비교기(19)를 중간값평균값일 때 로직 "1"을 출력하는 회로로 실시하면 상기 식 2의 신호처리를 수행하는 회로가 된다.

제 8 도는 상기 식 3-1의 신호처리과정을 수행하는 본 발명의 천이영역 강조장치 제2실시예의 블록구성도이다.

제 8 도를 참조하면 본 발명 장치는, 입력영상신호를 1샘플 단위로 순차 지연되는 1샘플 메모리(11)(12)(13)(14)와, 상기 순차 지연된 영상신호를 크기순으로 재배열하는 분류회로(15)와, 상기 순차 지연된 영상신호의 평균값을 산출하는 평균값 필터(16)와, 선택인자(K)에 따라 중간값을 제외한 상기 분류회로(15)의 출력을 선택하여 출력하는 멀티플렉서(17)(18)와, 상기 멀티플렉서(17)(18)의 출력을 감산기(21)에서의 평균값 및 중간값차에 따라 선택하여 출력하는 멀티플렉서(20)와, 상기 중간값 및 평균값의 차를 출력하는 감산기(21)와, 상기 감산출력값의 절대값을 출력하는 절대값 발생기(22)와, 상기 절대값을 기준값(TH)과 비교하고 그 비교결과로 멀티플렉서(25)를 제어하는 비교기(23)와, 상기 지연된 영상신호의 타이밍 매칭을 위한 지연매칭부(24)와, 상기 지연매칭된 영상신호 및 상기 멀티플렉서(20)의 출력을 비교기(23)의 제어에 따라 선택하여 출력하는 멀티플렉서(25)로 구성된다.

이와같이 구성된 본 발명 장치 제 2 실시예에 의한 강조처리 동작은 다음과 같다. 이 회로에서 윈도우 사이즈는 5(N=2)이다.

먼저, 입력영상신호는 1샘플 메모리(11-14)에 의하여 샘플단위로 지연되어 분류회로(15)와 평균값 필터(16)에 입력된다. 분류회로(15)는 입력신호를 크기의 순으로 배열하여 출력(S1-S5)하고, 평균값 필터(16)는 입력신호의 평균값을 구하여 출력한다. 멀티플렉서(17)는 선택인자(K)가 1이면 출력(S1)을 선택하고, K=2이면 출력(S2)을 선택한다. 멀티플렉서(18)는 K=1이면 출력(S5)을 선택하고, k=2이면 출력(S4)을 선택한다.

한편, 감산기(21)는 분류회로(15)에서 분류된 중간값과 평균값 필터(16)에서 출력된 평균값의 차를 구하고, 이 차값을 멀티플렉서(20)에 제어신호로 공급하는 한편 절대값 발생기(22)에도 공급한다. 멀티플렉서(20)는 상기 감산기(21)의 감산결과 부호비트가 하이(중간값〈평균값)이면 멀티플렉서(17)의 출력을 선택하고, 로우(중간값평균값)이면 멀티플렉서(18)의 출력을 선택하여 멀티플렉서(25)에 공급한다.

한편, 절대값 발생기(22)는 입력된 감산기(21) 출력의 절대값을 구하여 비교기(23)에 공급하고, 비교기(23)는 절대값과 기준값(TH)을 비교하여 그 비교결과로 멀티플렉서(25)를 제어한다. 즉, 비교기(23)의 비교결과 차값의 절대값TH이면 로직 "1"을 출력하여 멀티플렉서(25)는 멀티플렉서(20)의 출력을 선택하고, 이 차값의 절대값〈TH이면 로직 "0"을 출력하여 멀티플렉서(25)는 지연매칭부(24)를 통해 지연매칭된 영상신호를 출력한다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 의하여, 천이영역의 폭을 줄이고 기울기를 변화시키므로서 대억폭이 증가된 형태의 선명한 영상을 얻을 수 있고, 임펄스강 노이즈를 제거하여 고화질의 영상을 얻을수 있으며, 이에 따른 기기의 품질향상을 기할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 입력영상신호를 1샘플 단위로 순차 지연시키는 1샘플 메모리(11)(12)(13)(14)와, 상기 순차 지연된 영상신호를 크기순으로 재배열하는 분류회로(15)와, 상기 순차 지연된 영상신호의 평균값을 산출하는 평균값 필터(16)와, 선택인자(K)에 따라 중간값을 제외한 상기 분류회로(15)의 출력을 선택하여 출력하는 멀티플렉서(17)(18)와, 상기 중간값 및 평균값의 대소를 비교하는 비교기(19)와, 상기 비교기(19)의 비교결과에 따라 상기 멀티플렉서(17)(18)의 출력을 선택하는 멀티플렉서(20)로 구성된 영상신호의 천이영역 강조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 멀티플렉서(17)(18)의 출력을 감산기(21)에서의 평균값 및 중간값차에 따라 선택하여 출력하는 멀티플렉서(20)와, 상기 중간값 및 평균값의 차를 출력하는 감산기(21)와, 상기 감산출력값의 절대값을 출력하는 절대값 발생기(22)와, 상기 절대값을 기준값(TH)와 비교하고 그 비교결과로 멀티플렉서(25)를 제어하는 비교기(23)와 상기 지연된 영상신호의 타이밍 매칭을 위한 지연매칭부(24)와, 상기 지연매칭된 영상신호 및 상기 멀티플렉서(20)의 출력을 비교기(23)의 제어에 따라 선택하여 출력하는 멀티플렉서(25)를 포함하는 영상신호의 천이영역 강조장치.
3. 입력영상신호의 천이영역에서 2N+1의 윈도우 사이즈를 갖는 중간값 필터링 처리를 통해 영상신호 값을 크기순으로 배열하고 평균값 필터링 처리를 통해 천이영역의 중간값과 평균값을 산출하는 과정과, 상기 과정에서 산출된 평균값과 중간값의 대소관계를 비교하는 과정과, 상기 과정의 비교결과 평균값〉중간값의 경우는 2N+1 윈도우내에 존재하는 입력신호를 상기 과정에서 크기순으로 배열한 값중 K(1KN)번째 값을 선택하여 출력하는 과정과, 상기 과정의 비교결과 평균값중간값의 경우는 크기순으로 배열한 값중 2N+2-K번째 값을 선택하여 출력하는 과정으로 이루어진 영상신호의 천이영역 강조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 평균값과 중간값의 비교결과 평균값중간값의 경우에 K번째 값을, 평균값〈중간값인 경우에 2N+2-K번째 값을 산출하여 출력하는 영상신호의 천이영역 강조방법.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 산출된 평균값과 중간값의 차이를 절대값을 구하고, 이 절대값을 기준값과 비교하여 기준값 이하이면 원래의 입력신호를 선택하여 출력하며, 기준값 이상이면 평균값과 중간값의 대소관계를 비교하여 그 비교결과에 따라 재배열된 입력신호중 하나의 값을 선택하여 출력하는 과정을 포함하는 영상신호의 천이영역 강조방법.