WO2019132091A1 - Method for removing noise from up-scaled video by machine learning-based dynamic parameters - Google Patents

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WO2019132091A1
WO2019132091A1 PCT/KR2018/000086 KR2018000086W WO2019132091A1 WO 2019132091 A1 WO2019132091 A1 WO 2019132091A1 KR 2018000086 W KR2018000086 W KR 2018000086W WO 2019132091 A1 WO2019132091 A1 WO 2019132091A1
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이진학
황부군
김성수
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주식회사 케이블티비브이오디
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Abstract

A method for removing noise of up-scaled video by machine learning-based dynamic parameters according to the present invention comprises: an input step of inputting an object image from which noise is to be removed; a target selection step of selecting a current frame image from which the noise is to be removed, among the frame images constituting the object image, P (where P is a natural number greater than or equal to 1) preceding frame images which precede the current frame image, and Q (where Q is a natural number greater than or equal to 1) following frame images which follow the current frame image; a matching step of performing a motion estimation processing on the basis of a common object, and depending on the result thereof, creating a compensated frame image in which the P preceding frame images and the Q following frame images are motion-matched on the basis of the current frame image; a parameter calculation step of calculating a weight parameter (ai) for each frame by using the compensated frame image and the current frame image; and an operation processing step of removing the noise of the current frame image.

Description

머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법Method of removing noise of up-scaled video by using dynamic learning-based dynamic parameters
본 발명은 동영상의 노이즈를 제거하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 노이즈 제거의 대상이 되는 영상 프레임을 단위 블록으로 구분하고 구분된 단위 블록을 기준으로 머싱러닝 기법을 계층적으로 적용하여 노이즈 제거에 요구되는 가중치 파라미터를 동적(動的)으로 결정함으로써 특히 업스케일된 동영상에 최적화될 수 있는 노이즈 제거 방법에 대한 것이다. More particularly, the present invention relates to a method and apparatus for removing noise from a video image, and more particularly, to a method and apparatus for noise reduction, And more particularly to a noise cancellation method that can be optimized for upscaled motion pictures by dynamically determining the weight parameters required for the upscaled motion picture.
디스플레이 기술은 물론, 영상 패널을 포함한 다양한 영상장치들의 하드웨어 기술이 비약적으로 발전하고 가정용 TV 또한, 대형화됨에 따라 고화질의 콘텐츠에 대한 수요자 니즈가 증폭되고 있다. 이러한 경향은 최근 UHDTV(Ultra High-Definition Television) 판매의 점진적 확대와 UHD 방송의 상용화 서비스 개시에서도 찾을 수 있다.In addition to display technology, hardware technology of various video devices including video panels has dramatically developed, and home TV is also becoming larger, so that demand for high-definition contents is being amplified. This tendency can be found in the gradual expansion of UHDTV (Ultra High-Definition Television) sales and commercialization of UHD broadcasting.
그러나 UHD 콘텐츠는 기존 HD 콘텐츠와 대비하여 상당한 비용투자가 요구되므로 자체 UHD로 제작되는 콘텐츠는 아직 보편적으로 활성화되지 못하고 있어 지상파, IPTV, 케이블 TV업계 등은 기존 HD 영상을 UHD 콘텐츠로 변환하는 업스케일링(upscaling) 등의 영상 처리 기술을 적용하여 UHD급 영상 콘텐츠를 주로 제작하여 콘텐츠 수급에 활용하고 있다.However, since UHD contents require considerable cost investment in comparison with existing HD contents, content produced by the UHD is not universally activated yet. Therefore, terrestrial, IPTV, cable TV industry, etc., (UHD) video contents by applying image processing technology such as upscaling and so on.
영상 업스케일링을 위한 기술로 한국공개공보 10-2009-0039830호(2009.04.22.)와 같이 픽셀 값을 보간(interpolation)하기 위한 다양한 보간법이 적용되기도 하며, 입력 영상으로부터 고주파 성분을 추출하여 확대된 영상과 고주파수 영상을 융합하는 방법을 통하여 입력영상보다 해상도가 높은 고해상도 영상을 생성하는 기술이 이용되기도 한다.As a technology for image upscaling, various interpolation methods for interpolating pixel values are applied as disclosed in Korean Laid-Open Publication No. 10-2009-0039830 (Apr. 22, 2009), and high frequency components are extracted from an input image, A technique of generating a high-resolution image having a resolution higher than that of an input image through a method of fusing an image and a high-frequency image may be used.
그러나 HD급 영상을 UHD급 영상으로 업스케일링하는 과정에서 영상 본연의 정보뿐만 아니라 영상에 혼입된 다양한 노이즈(coding noise, ringing artifact, alias artifact, jaggy artifact, thermal noise)가 함께 증폭되고 확대되게 되므로 기존 영상보다 업스케일된 영상에서 노이즈에 의한 영향이 더욱 심화되는 문제가 발생하게 되어 업스케일링 과정의 노이즈 제거는 일반 영상에서의 노이즈 제거보다 더욱 중요한 이슈가 될 수 있다.However, in the process of up-scaling an HD-class image to a UHD-class image, various noise (ringing artifact, alias artifact, jaggy artifact, thermal noise) There is a problem that the influence due to noise is further exacerbated in the image upscaled from the image. Thus, noise removal in the up-scaling process may become more important than noise removal in the general image.
영상에서 노이즈를 제거하는 방법으로는 이전 프레임(frame)의 픽셀 값을 이용하는 아래 변환식과 같은 일종의 시간영역필터인 시간상 이동평균(Temporal Moving Average) 필터가 주로 사용된다. 이 변환식을 이용하여 노이즈를 제거하는 방법은 한국공개공보 10-2007-0089485호(2007.08.31.)에 개시되어 있다.As a method of removing noise from an image, a temporal moving average filter, which is a kind of time domain filter such as the following conversion equation using pixel values of a previous frame, is mainly used. A method of removing noise using this conversion formula is disclosed in Korean Unexamined Patent Application Publication No. 10-2007-0089485 (Aug. 31, 2007).
Figure PCTKR2018000086-appb-I000001
Figure PCTKR2018000086-appb-I000001
이 변환식에서 파라미터 a는 영상의 시간적 상관계수를 의미하는 가중치 파라미터로서 이 계수가 커질수록 이전 프레임의 영향이 커지며 노이즈제거 효과가 커지게 되나, 움직임이 많은 영상의 경우 파라미터 a가 커질수록 이전 프레임의 잔상이 많이 발생되는 새로운 문제가 야기된다.In this conversion equation, the parameter a is a weight parameter that indicates the temporal correlation coefficient of the image. As the coefficient increases, the influence of the previous frame becomes larger and the noise removal effect becomes larger. However, There is a new problem that many residual images are generated.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 한국 특허등록공보 10-1558532(2015.10.01.)에 개시된 바와 같이 시간영역필터에서 노이즈 레벨에 따라 파라미터 a값을 조정하여 이전 프레임의 잔상이 미치는 영향이 최소화되도록 하고, 움직임 측정에 노이즈 레벨을 적용하여 노이즈로 인한 영상 열화를 보완하기 위한 기술도 제시되어 있다.In order to solve such a problem, as disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1558532 (Oct. 20, 2015), the parameter a value is adjusted according to the noise level in the time domain filter to minimize the influence of the afterimage of the previous frame, Techniques for compensating for image degradation due to noise by applying a noise level to the measurement are also presented.
그러나 이러한 기술은 에지 레벨에서만 어느 정도 효과를 발현할 수 있을 뿐, 파라미터 결정 방식이 단순하여 특히 UHD와 같은 고화질 영상에서는 노이즈 제거의 효율성이 극히 저하된다는 문제점이 있다.However, this technique has a problem that the efficiency of noise removal is extremely lowered in a high-quality image such as a UHD, in particular, only a parameter determination method is simple and only an edge effect can be exhibited to some extent.
[선행기술문헌][Prior Art Literature]
[특허문헌][Patent Literature]
(특허문헌 1) 한국공개특허공보 10-2009-0039830호(2009.04.22.)(Patent Document 1) Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2009-0039830 (Apr. 22, 2009)
(특허문헌 2) 한국공개특허공보 10-2007-0089485호(2007.08.31.)(Patent Document 2) Korean Published Patent Application No. 10-2007-0089485 (Aug. 31, 2007)
(특허문헌 3) 한국 특허등록공보 10-1558532(2015.10.01.)(Patent Document 3) Korean Patent Registration No. 10-1558532 (Oct. 20, 2015)
본 발명은 상기와 같은 배경에서 상술된 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 머신 러닝 기법을 기반으로 해당 프레임 영상에 최적화될 수 있는 시간영역 필터의 가중치 파라미터를 동적으로 결정하여 적용함으로써 특히 저해상도 영상(HD영상)에서 고해상도 영상(UHD) 영상으로 업스케일된 동영상에서 더욱 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있는 방법 및 이 방법이 구현된 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for dynamically determining a weight parameter of a time domain filter that can be optimized for a frame image based on a machine learning technique, (UHD) image from a high-resolution image (HD image) to a high-resolution image (UHD) image, and a recording medium on which the method is implemented.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래의 설명에 의하여 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의하여 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 그 구성의 조합에 의하여 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be apparent from the description of the embodiments of the present invention. Further, the objects and advantages of the present invention can be realized by a combination of the constitution shown in the claims and the constitution thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법은 노이즈 제거의 대상이 되는 영상인 객체영상이 입력되는 입력단계; 상기 객체영상을 이루는 프레임 영상 중 노이즈 제거의 대상이 되는 현재프레임 영상, 상기 현재프레임 영상을 기준으로 선행하는 P(P는 1이상의 자연수)개 선행프레임 영상 및 상기 현재프레임 영상을 기준으로 후행하는 Q(Q는 1이상의 자연수)개 후행프레임 영상을 선정하는 대상선정단계; 공통 객체를 기준으로 움직임 추정 프로세싱을 수행하고 그 결과에 따라 상기 P개의 선행프레임 영상 및 Q개의 후행프레임 영상을 상기 현재프레임 영상을 기준으로 움직임 정합시킨 영상인 보상프레임 영상을 생성하는 정합단계; 상기 보상프레임 영상과 상기 현재프레임 영상을 이용하여 각 프레임별 가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000002
)를 산출하는 파라미터산출단계; 및 아래 수식에 의하여 상기 현재프레임 영상의 노이즈를 제거하는 연산처리단계를 포함하여 구성될 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of removing noise of an up-scaled moving image by using a dynamic learning-based dynamic parameter, the method comprising: inputting an object image, which is a noise- A P (P is a natural number equal to or larger than 1) preceding frame image preceding the current frame image, and a Q (1) preceding the current frame image, based on the current frame image, (Q is a natural number equal to or greater than 1) neighboring frames; A matching step of performing motion estimation processing on the basis of a common object and generating a compensated frame image in which the P preceding frame images and Q following frame images are motion matched based on the current frame image, Using the compensation frame image and the current frame image,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000002
A parameter calculating step of calculating a parameter; And an arithmetic processing step of removing noise of the current frame image according to the following equation.
Figure PCTKR2018000086-appb-I000003
Figure PCTKR2018000086-appb-I000003
Figure PCTKR2018000086-appb-I000004
Figure PCTKR2018000086-appb-I000004
상기 수식에서
Figure PCTKR2018000086-appb-I000005
은 노이즈가 제거된 현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000006
는 노이즈가 포함된 현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000007
는 보상프레임 영상.
In the above formula
Figure PCTKR2018000086-appb-I000005
A current frame image from which noises have been removed,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000006
A current frame image including noise,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000007
The compensation frame image.
또한, 본 발명은 상기 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상 각각을 제1기준블록 단위로 분할하는 블록분할단계를 더 포함할 수 있으며 이 경우, 상기 파라미터산출단계는 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상을 이용하여 상기 각 프레임별 가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000008
)를 산출하고, 상기 연산처리단계는 상기 현재프레임 영상의 제1기준블록 내부를 이루는 타겟영역의 노이즈를 제거하도록 구성될 수 있다.
The present invention may further include a block dividing step of dividing each of the current frame image and the compensated frame image into units of a first reference block. In this case, The current frame image and the compensated frame image are used to calculate a weight parameter for each frame
Figure PCTKR2018000086-appb-I000008
), And the arithmetic processing step may be configured to remove noise of a target area forming a first reference block of the current frame image.
나아가 본 발명의 상기 파라미터산출단계는 노이즈 영상과 노이즈 제거 영상에 대한 학습을 통하여 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상을 대상으로 제1기준블록단위보다 작은 크기의 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제1CNN처리단계; 최종 1×1크기 특징값 블록이 결과로 출력될 때까지 제 1CNN처리단계에서 산출된 특징값 블록을 대상으로 계층적으로 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 후속CNN처리단계; 및 상기 최종 1×1크기 특징값 블록의 값을 각 프레임별 가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000009
)로 산출하는 결과산출단계를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
In addition, the parameter calculation step of the present invention may include calculating a parameter having a size smaller than a first reference block unit for a current frame image and a compensated frame image, each of which is divided in units of the first reference block through learning about a noise image and a noise- A first CNN processing step based on a convolution neural network (CNN) for calculating a value block; (CNN) based convolutional neural network (CNN) for calculating a feature value block hierarchically with respect to a feature value block calculated in the first CNN processing step until a final 1x1 size feature value block is outputted as a result CNN processing step; And the value of the final 1x1 size feature value block is divided into a weight parameter for each frame
Figure PCTKR2018000086-appb-I000009
), And calculating a result of the calculation.
또한, 본 발명은 상기 연산처리단계로부터 노이즈 제거 영상이 입력되면 이를 대상으로 업스케일링을 수행하여 업스케일링 영상을 출력하는 업스케일링단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further comprise an upscaling step of performing upscaling of the noise-removed image from the arithmetic processing step and outputting the upscaled image.
더욱 바람직하게 본 발명은 상기 업스케일링 영상을 대상으로 후속 노이즈를 제거하는 후처리단계를 더 포함할 수 있으며 이 경우 본 발명의 상기 후처리단계는 상기 업스케일링 영상이 입력되는 제2입력단계; 상기 업스케일링 영상을 이루는 프레임 영상 중 노이즈 제거의 대상이 되는 제2현재프레임 영상, 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 선행하는 P(P는 1이상의 자연수)개 제2선행프레임 영상 및 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 후행하는 Q(Q는 1이상의 자연수)개 제2후행프레임 영상을 선정하는 제2대상선정단계; 공통 객체를 기준으로 움직임 추정 프로세싱을 수행하고 그 결과에 따라 상기 P개의 제2선행프레임 영상 및 Q개의 제2후행프레임 영상을 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 움직임 정합시킨 영상인 제2보상프레임 영상을 생성하는 제2정합단계; 상기 제2보상프레임 영상과 상기 제2현재프레임 영상을 이용하여 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000010
)를 산출하는 제2파라미터산출단계; 및 아래 수식에 의하여 상기 제2현재프레임 영상의 노이즈를 제거하는 제2연산처리단계를 포함할 수 있다.
The present invention may further include a post-processing step of removing the subsequent noise from the up-scaled image, wherein the post-processing step of the present invention includes: a second input step of inputting the up-scaling image; A second current frame image to be subjected to noise removal among the frame images constituting the up-scaling image, a second preceding frame image P (P is a natural number of 1 or more) preceding the second current frame image, A second object selecting step of selecting a second trailing frame image of Q (Q is a natural number of 1 or more) trailing based on the current frame image; A motion compensation processing unit for performing motion estimation processing on the basis of the common object, and for outputting the P second preceding frame image and the Q second rear frame image in accordance with a result of the motion estimation processing, A second matching step of generating an image; The second compensating frame image and the second current frame image are used to calculate a second weighting parameter for each frame
Figure PCTKR2018000086-appb-I000010
A second parameter calculating step of calculating a second parameter; And a second arithmetic processing step of removing noise of the second current frame image according to the following equation.
Figure PCTKR2018000086-appb-I000011
Figure PCTKR2018000086-appb-I000011
Figure PCTKR2018000086-appb-I000012
Figure PCTKR2018000086-appb-I000012
상기 수식에서
Figure PCTKR2018000086-appb-I000013
은 노이즈가 제거된 제2현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000014
는 노이즈가 포함된 제2현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000015
는 제2보상프레임 영상.
In the above formula
Figure PCTKR2018000086-appb-I000013
A second current frame image from which noises have been removed,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000014
A second current frame image including noise,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000015
Is a second compensation frame image.
또한, 본 발명은 상기 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상 각각을 제1기준블록 단위로 분할하는 제2블록분할단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 본 발명의 상기 제2파라미터산출단계는 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상을 이용하여 상기 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000016
)를 산출하고 상기 제2연산처리단계는 상기 제2현재프레임 영상의 제1기준블록 내부를 이루는 타겟영역의 노이즈를 제거하도록 구성될 수 있다.
The present invention may further include a second block dividing step of dividing each of the second current frame image and the second compensation frame image into a first reference block unit. In this case, the second parameter calculating step Using a second current frame image and a second compensation frame image that are respectively divided into the first reference block unit and the second weighting parameter for each frame
Figure PCTKR2018000086-appb-I000016
And the second arithmetic processing step may be configured to remove noise of a target area forming a first reference block of the second current frame image.
여기에서 본 발명의 상기 제2파라미터산출단계는 노이즈 영상과 노이즈 제거 영상에 대한 학습을 통하여 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상을 대상으로 제1기준블록단위보다 작은 크기의 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제2CNN처리단계; 최종 1×1크기 특징값 블록이 결과로 출력될 때까지 제 2CNN처리단계에서 산출된 특징값 블록을 대상으로 계층적으로 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제2후속CNN처리단계; 및 상기 최종 1×1크기 특징값 블록의 값을 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000017
)로 산출하는 제2결과산출단계를 포함하여 구성될 수 있다.
Here, the second parameter calculation step of the present invention may include calculating a first reference value for a second current frame image and a second compensation frame image, each of which is divided in units of the first reference block through learning about a noise image and a noise- A second CNN processing step based on a Convolution Neural Network (CNN) for calculating a feature value block having a size smaller than a block unit; A CNN (Convolution Neural Network) -based apparatus for calculating a feature value block hierarchically on a feature value block calculated in a second CNN processing step until a final 1x1 feature value block is outputted as a result 2 subsequent CNN processing step; And a value of the final 1x1 size feature value block is divided into a second weight parameter for each frame
Figure PCTKR2018000086-appb-I000017
And a second result calculating step of calculating the second result.
더욱 바람직하게, 본 발명의 상기 제2정합단계는 상기 정합단계에서 수행된 움직임 추정 프로세싱 결과와 상기 업스케일링단계에서 업스케일링된 배수 정보에 의하여 정해지는 추정 영역을 이용하여 움직임 추정 프로세싱을 수행하도록 구성될 수 있다.More preferably, the second matching step of the present invention is configured to perform motion estimation processing using the motion estimation processing result performed in the matching step and the estimated area determined by the upscaled multiple information in the upscaling step .
본 발명에 의한 노이즈 제거방법은 시간영역필터의 가중치 파라미터를 고정화된 값으로 결정되는 방법을 지양하고 머신 러닝 기법의 계층적 적용을 이용하여 동적으로 결정되는 가중치 파라미터를 노이즈 제거의 대상이 되는 각 프레임 영상마다 차등적으로 적용함으로써 특히 업스케일링 동영상(upscaled moving picture/video)의 노이즈 제거를 최적화시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.The noise removal method according to the present invention eliminates the method of determining the weight parameter of the time domain filter by the fixed value and removes the weight parameter dynamically determined using the hierarchical application of the machine learning technique, By applying differentially for each image, it is possible to provide an effect of optimizing the noise reduction of an upscaled moving picture / video.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의할 때, 노이즈 제거의 대상이 되는 영상의 업스케일링 프로세싱 이전 전처리 과정에서 1차 노이즈를 제거 프로세싱을 수행하고, 업스케일링 프로세싱 이후 후처리 과정에서 이원적으로 노이즈 제거 프로세싱을 수행함으로써, 업스케일링된 동영상의 노이즈 제거를 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.In addition, according to another preferred embodiment of the present invention, it is possible to perform the elimination processing of the first noise in the pre-processing before the up-scaling processing of the image to be subjected to the noise removal, By performing the noise canceling processing, it is possible to perform the noise canceling of the upscaled moving picture more effectively.
나아가 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 의할 때, 전처리 과정에서 이용된 움직임 추정 및 움직임 보상(정합 이동) 프로세싱의 결과를 후처리 과정에서 순환적으로 적용함으로써 노이즈 제거 과정의 데이터 처리의 프로세싱의 효율성을 더욱 극대화시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.Further, according to another preferred embodiment of the present invention, the result of the motion estimation and motion compensation (registration movement) processing used in the preprocessing process is applied cyclically in the post- It is possible to provide an effect of further maximizing the efficiency.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 효과적으로 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 이러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the detailed description of the invention given below, serve to better understand the technical idea of the invention, And shall not be construed as limited to such matters.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전처리부를 중심으로 한 노이즈 제거장치의 구성을 도시한 블록도, FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a noise elimination device with a preprocessing unit as a center in accordance with a preferred embodiment of the present invention. FIG.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 후처리부를 중심으로 한 노이즈 제거장치의 구성을 도시한 블록도, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a noise elimination apparatus, which is mainly composed of a post-processing unit according to a preferred embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 노이즈 제거 방법에 이용되는 움직임 추정 및 움직임 보상 내지 정합 이동을 설명하는 도면, 3 is a view for explaining motion estimation and motion compensation or registration movement used in the noise removal method of the present invention,
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 의한 파라미터산출부에 대한 상세 구성을 도시한 블록도,FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of a parameter calculating unit according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1;
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전처리 과정에서 노이즈 제거 방법을 구현하는 프로세싱을 도시한 흐름도, FIG. 5 is a flowchart illustrating processing for implementing a noise removal method in a preprocessing process according to an exemplary embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 머신러닝을 이용하여 동적으로 가중치 파라미터를 결정하는 프로세싱 과정을 도시한 흐름도,FIG. 6 is a flowchart illustrating a processing procedure for dynamically determining weight parameters using machine learning according to a preferred embodiment of the present invention. FIG.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 후처리 과정을 중심으로 노이즈를 제거하는 프로세싱 과정을 도시한 흐름도,FIG. 7 is a flowchart illustrating a process of removing noise based on a post-process according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
도 8은 머신 러닝의 기본 구조를 도시한 도면이다. 8 is a diagram showing the basic structure of machine learning.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
도 1은 본 발명에 의한 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법(이하 ‘노이즈 제거 방법’이라 지칭한다)이 구현되는 노이즈 제거 장치(1000)의 상세 구성을 도시한 블록도이다.1 is a block diagram showing a detailed configuration of a noise removing apparatus 1000 in which a noise canceling method (to be referred to as 'noise removing method' hereinafter) of an up-scaled moving image by a dynamic learning- .
본 발명에 의한 노이즈 제거 방법은 ROM, RAM, 입출력 모듈, 통신 모듈, CPU 등과 같은 하드웨어 리소스가 집합되어 있는 컴퓨터 등의 하드웨어 장치에 소프트웨어의 형태로 탑재되어 구동되는 방법으로 구현될 수 있음은 물론, 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법이 구현되는 SOC(System on Chip) 및 다른 하드웨어 구성이 조합된 전용 단말장치에 의해서도 구현될 수 있음은 물론이다. The noise reduction method according to the present invention can be implemented by a method in which the noise reduction method is installed and operated in the form of software in a hardware device such as a computer in which hardware resources such as a ROM, a RAM, an input / output module, a communication module, It is needless to say that the present invention can also be implemented by a dedicated terminal device in which a system on chip (SOC) implemented with a noise reduction method according to the present invention and other hardware configurations are combined.
본 발명에 의한 노이즈 제거 장치(1000)는 이와 같이 하드웨어 리소스를 사용하여 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법을 구현하는 단말 장치 내지 시스템을 표상하는 것이므로 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법이 구현되거나 구현될 수 있는 장치, 단말 내지 시스템이라면 그 지칭되는 명칭에 제한되지 않고 본 발명에 의한 노이즈 제거장치(100)에 해당할 수 있음은 물론이다. Since the noise removing apparatus 1000 according to the present invention represents a terminal apparatus or a system implementing the noise removing method according to the present invention using the hardware resources, the noise removing method according to the present invention can be implemented or implemented It is to be understood that the present invention is not limited to the name of the apparatus, the terminal, or the system, but may be a noise removal apparatus 100 according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 노이즈 제거장치(1000)는 전처리부(100), 업스케일링부(200) 및 후처리부(300)로 구성된다. 이하 도 1 및 도 5 등을 참조하여 본 발명의 노이즈 제거장치(1000)를 구성하는 전처리부(100)에 대한 상세 구성과 구체적으로 프로세싱을 먼저 설명하고 본 발명의 후처리부(300) 등의 상세 프로세싱은 후술하도록 한다.As shown in FIG. 1, the noise removing apparatus 1000 of the present invention includes a pre-processing unit 100, an up-scaling unit 200, and a post-processing unit 300. Hereinafter, the detailed configuration and detailed processing of the preprocessing unit 100 constituting the noise canceller 1000 of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG. 5 and the like, and details of the postprocessing unit 300 and the like The processing will be described later.
본 발명의 전처리부(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 입력부(110), 대상선정부(120), 정합부(130), 블록분할부(140), 파라미터산출부(150) 및 연산처리부(160)를 포함하여 구성될 수 있다.1, the preprocessing unit 100 of the present invention includes an input unit 110, an object selection unit 120, a matching unit 130, a block division unit 140, a parameter calculation unit 150, (160).
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 노이즈 제거장치(1000), 전처리부(100) 및 후처리부(300)의 각 구성요소는 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the components of the noise removing apparatus 1000, the preprocessing unit 100, and the post-processing unit 300 shown in FIGS. 1 and 2 are not physically separated components It should be understood as a logically distinct component.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술 사상을 실현하기 위한 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 구성되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.That is, since each constitution corresponds to a logical constituent element for realizing the technical idea of the present invention, even if each constituent element is constituted integrally or separately, if the function performed by the logical constitution of the present invention can be realized, It is to be understood that any component that performs the same or similar function should be interpreted as falling within the scope of the present invention regardless of the consistency of the name.
본 발명의 입력부(110)는 노이즈 제거의 대상이 되는 영상(이하 ‘객체영상’이라 지칭한다)이 입력되는 구성으로서 다른 외부 장치와 본 발명의 노이즈 제거장치(1000)사이의 인터페이스(interface) 기능을 수행한다.The input unit 110 of the present invention is configured to input an image to be noise canceled (hereinafter, referred to as an 'object image') and includes an interface function between another external apparatus and the noise removing apparatus 1000 of the present invention .
노이즈들은 특정 프레임 영상(이미지) 전체를 대상으로 흩어져 있으며 시간적 경과에 의하여 그 밝기가 변화됨으로써 노이즈가 시청자(유저)의 시각에 두드러지는 특성을 가지므로 이러한 특성을 효과적으로 반영하기 위하여 본 발명에서 제안하는 노이즈 제거 방법은 기본적으로 시간영역필터(시간영역함수)를 채용한다.Since noise is scattered over a specific frame image (image) and its brightness is changed with time, noise has a characteristic of being conspicuous in the view of a viewer (user). Therefore, in order to effectively reflect such characteristics, The noise removal method basically employs a time domain filter (time domain function).
시간영역필터는 기본적으로 현재 프레임 영상을 기준으로 선행 및 후행하는 프레임 영상 사이의 관계를 이용하므로 본 발명의 대상선정부(120)는 본 발명의 입력부(110)를 통하여 객체영상이 입력되면 객체 영상을 이루는 복수 개의 프레임 영상 중 노이즈 제거의 대상이 되는 현재 프레임 영상, 상기 현재 프레임 영상을 기준으로 시간적으로 선행하는 P개의 선행프레임 영상 및 상기 현재 프레임 영상을 기준으로 후행하는 Q개의 후행프레임 영상을 선정한다(도 5의 S500).Since the time domain filter basically relies on the relationship between the preceding and following frame images based on the current frame image, the object selecting unit 120 of the present invention, when the object image is inputted through the input unit 110 of the present invention, A P previous frame image temporally preceding with respect to the current frame image, and Q trailing frame images trailing with respect to the current frame image are selected from the plurality of frame images constituting the current frame image (S500 in Fig. 5).
현재프레임, 선행프레임 및 후행프레임은 순차적인 시계열적 특성을 가지므로 특정 프로세싱에서의 현재프레임은 이전 또는 후속 프로세싱에서 후행프레임 또는 선행프레임이 될 수 있음은 물론이다.It should be understood that the current frame, the preceding frame, and the trailing frame have sequential timestamp properties so that the current frame in a particular processing can be a trailing frame or a preceding frame in previous or subsequent processing.
본 발명의 대상선정부(120)가 선정하는 선행프레임 개수 P와 후행 프레임 개수 Q는 1이상의 자연수로서 서로 동수(同數) 또는 서로 다른 수일 수 있으며 P와 Q의 개수는 객체영상의 크기, 각 프레임의 픽셀 수, 연산 효율성, 노이즈 특성, 분포 등을 기준으로 가변적으로 설정되는 파라미터에 해당한다.The number P of preceding frames and the number of trailing frames Q selected by the object selecting unit 120 of the present invention may be the same or different from each other as natural numbers of 1 or more, The number of pixels of the frame, the computation efficiency, the noise characteristic, the distribution, and the like.
이와 같이 현재프레임 영상, P개의 선행프레임 영상 및 Q개의 후행프레임 영상이 선정되면 본 발명의 정합부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 각 프레임 영상의 공통 객체 등을 기준으로 움직임 벡터 또는 움직임 추정 프로세싱을 수행하고(S510), 그 결과에 따라 상기 P개의 선행프레임 영상 및 Q개의 후행프레임 영상 각각을 상기 현재프레임 영상을 기준으로 움직임 보상 내지 움직임 정합 프로세싱을 수행하여 각 프레임에 대한 보상프레임 영상을 생성한다(S520).When the current frame image, the P previous frame images, and the Q current frame images are selected as described above, the matching unit 130 of the present invention generates a motion vector or a motion (S510), and performs motion compensation or motion-matched processing on the P preceding frame images and Q following frame images based on the current frame image, (S520).
이와 같이 현재프레임을 기준으로 움직임 보상 내지 움직임 정합된 각 선행 또는 후행프레임 영상을 설명의 효율성을 위하여 이하에서는 보상프레임 영상이라 지칭한다.Each motion or motion-matched preceding or following frame image based on the current frame is referred to as a compensated frame image hereinafter for the sake of descriptive efficiency.
이와 같이 움직임 추정 및 보상(정합)을 통하여 K개(P(선행프레임의 개수)+1(현재 프레임의 개수)+Q(후행프레임의 개수))의 모든 프레임에서 객체 등이 정합되면 노이즈의 크기는 아래와 같은 수학적 관계에 의하여 1/K로 축소될 수 있다.When objects and the like are matched in all frames of K (P (number of preceding frames) + (number of current frames) + Q (number of trailing frames)) through motion estimation and compensation (matching) Can be reduced to 1 / K by the following mathematical relation.
우선, 움직임 추정된 영상 g(x, y)은 아래와 같이 노이즈가 없는 영상 "f(x, y)와 노이즈 η(x, y)의 합으로 정의될 수 있다.First, the motion-estimated image g (x, y) can be defined as the sum of noise-free image "f (x, y) and noise η (x, y) as follows.
[수학식 1][Equation 1]
Figure PCTKR2018000086-appb-I000018
Figure PCTKR2018000086-appb-I000018
[수학식 2]&Quot; (2) "
Figure PCTKR2018000086-appb-I000019
Figure PCTKR2018000086-appb-I000019
수학식 2에서
Figure PCTKR2018000086-appb-I000020
는 K개의 움직임 추정된 영상(현재 프레임 영상 포함) g(x, y)를 합산하여 K개로 나눈 것이며,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000021
Figure PCTKR2018000086-appb-I000022
의 평균으로서 η(x, y)는 노이즈 성분이므로 평균하면 노이즈가 없는 영상 f(x, y)만 남게 된다.
In Equation 2,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000020
(Including the current frame image) g (x, y) divided by K,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000021
The
Figure PCTKR2018000086-appb-I000022
(X, y) as an average of the noise components, only the image f (x, y) without noise is averaged.
Figure PCTKR2018000086-appb-I000023
Figure PCTKR2018000086-appb-I000024
의 분산 값으로서 K개의 움직임 추정된 영상 g(x, y)를 더해서 K로 나누었을 때 평균적인 노이즈의 크기를 나타낸다. f(x, y)는 K개의 프레임에서 동일하다고 가정되므로 분산을 구하면 η(x, y)만 남게 되고, 이것을 K로 나누게 되므로 노이즈의 크기가 1/K로 축소된다.
Figure PCTKR2018000086-appb-I000023
The
Figure PCTKR2018000086-appb-I000024
(X, y) as the variance of the motion estimation image K, and divides it by K, it represents the average noise size. Since it is assumed that f (x, y) is the same in K frames, only the η (x, y) is obtained by obtaining the variance, and since it is divided by K, the noise size is reduced to 1 / K.
이러한 방법으로도 노이즈 제거가 효과적으로 수행되나 영상이 복잡하고 움직임이 복합하거나 움직임 추정이 정확하게 구현되지 않는 경우 영상의 잔상이 남는 등의 부작용이 발생할 수 있다.In this way, noise removal can be effectively performed. However, if the image is complicated, the motion is complex, or the motion estimation is not accurately implemented, side effects such as residual image may occur.
그러므로 시간영역필터에서 선행 프레임과 후행 프레임을 함수처리하는 과정에서 가중치 파라미터를 효과적으로 선택하는 방법이 중요하다고 할 수 있다.Therefore, it is important to select the weight parameter effectively in the process of processing the preceding frame and the following frame in the time domain filter.
다시 본 발명의 설명으로 돌아와, 이와 같이 보상프레임(보상프레임 영상)이 준비되면, 본 발명의 파라미터산출부(150)는 상기 보상프레임 영상과 현재프레임 영상을 이용하여 각 현재 프레임별 가중치 파라미터 "
Figure PCTKR2018000086-appb-I000025
"를 산출한다(S540).
When the compensation frame (compensation frame image) is prepared as described above, the parameter calculation unit 150 of the present invention calculates the weight parameter for each current frame using the compensation frame image and the current frame image,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000025
"(S540).
가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000026
의 아래첨자 "i" 는 노이즈 제거의 대상이 되는 현재 프레임의 해당 순서를 의미하며, 고정된 값을 가지는 종래 방법을 극복하기 위하여 해당 프레임마다 서로 다른 값을 가지는 즉, 동적(動的)으로 변화되는 파라미터 값을 가지도록 구성된다. 머신 러닝을 이용하여 가중치 파라미터를 산출하는 구체적인 프로세싱은 후술하도록 한다.
Weight parameter
Figure PCTKR2018000086-appb-I000026
The subscript "i" of the current frame means a corresponding order of the current frame to be subjected to the noise removal, and in order to overcome the conventional method having a fixed value, Lt; / RTI > The specific processing for calculating the weight parameter using the machine learning will be described later.
최종적으로 본 발명의 연산처리부(160)는 아래 수식에 의하여 상기 현재프레임 영상의 노이즈를 제거한다(S550). 아래 수학식 3은 본 발명에서 제안하는 시간영역필터로서 현재 프레임(n번째 프레임), P개의 선행프레임 및 Q개의 후행프레임 즉, K개의 프레임을 사용한 시간영역필터링을 의미한다.Finally, the operation processing unit 160 of the present invention removes the noise of the current frame image according to the following equation (S550). Equation (3) means time-domain filtering using the current frame (n-th frame), P preceding frames and Q (n) following frames as the time domain filter proposed by the present invention.
[수학식 3]&Quot; (3) "
Figure PCTKR2018000086-appb-I000027
Figure PCTKR2018000086-appb-I000027
상기 수학식 3에서
Figure PCTKR2018000086-appb-I000028
은 노이즈가 제거된 현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000029
(i=0일 때)는 노이즈가 포함된 현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000030
(i≠0일 때)는 보상프레임 영상을 의미한다.
In Equation (3)
Figure PCTKR2018000086-appb-I000028
A current frame image from which noises have been removed,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000029
(when i = 0) is a current frame image including noise,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000030
(when i ≠ 0) means a compensation frame image.
더욱 바람직하게 본 발명에 의한 노이즈 제거 방법은 노이즈 제거의 정밀성을 더욱 향상시키기 위하여 현재 프레임 영상을 복수 개의 기준블록 단위로 구분하고 구분된 블록을 대상으로 상술된 노이즈 제거 프로세싱을 수행하도록 구성될 수 있다. More preferably, the noise reduction method according to the present invention may be configured to divide the current frame image into a plurality of reference block units and perform the noise removal processing on the divided blocks in order to further improve the accuracy of noise removal .
이를 위하여 본 발명의 블록분할부(140)는 상기 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상(움직임 보상(정합)된 P개의 선행프레임 영상 및 Q개의 후행프레임 영상) 각각을 소정 크기를 가지는 제1기준블록 단위로 분할하는 프로세싱(S530)을 수행한다.For this, the block division unit 140 of the present invention divides each of the current frame image and the compensated frame image (the P compensated (preceding) frame and the Q following frame) into a first reference block unit (S530). ≪ / RTI >
노이즈 제거의 단위가 작아질수록 노이즈 제거의 정확도는 높아지나 처리 속도는 느려지는 관계를 가지므로 제1기준블록은 연산 처리의 효율성 등을 기준으로 가변적인 크기를 가질 수 있음은 물론이다. 이하 설명에서 제1기준블록은 8×8크기를 가지는 것을 예시로 설명한다. It is a matter of course that the first reference block can have a variable size based on the efficiency of the operation processing, etc. since the noise removal accuracy is high as the unit of noise reduction is small, but the processing speed is slow. In the following description, the first reference block has an 8x8 size as an example.
이와 같이 현재프레임 영상 및 보상 프레임 영상이 제1기준블록 단위로 분할되면, 앞서 설명된 파라미터산출부(150)는 상기 제1기준블록(8×8) 단위로 각각 분할된 현재 프레임 영상 및 보상 프레임 영상을 이용하여 해당 현재 프레임의 분할된 기준블록 단위의 가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000031
)를 산출하며(S540), 상기 연산처리부(160)는 상기 현재프레임 영상에서 노이즈 제거 프세싱의 대상이 되는 8×8기준블록 내부를 이루는 타겟영역(target area)의 노이즈를 제거한다(S550).
If the current frame image and the compensated frame image are divided into the first reference block units, the parameter calculating unit 150 calculates the current frame image and the compensation frame, which are respectively divided into the first reference block (8 × 8) The weight parameter of the divided reference block unit of the current frame using the image
Figure PCTKR2018000086-appb-I000031
(S540), the arithmetic processing unit 160 removes noise of a target area forming an 8x8 reference block to be subject to noise removal processing in the current frame image (S550) .
본 발명의 연산처리부(160)는 제1기준블록 내부의 모든 타겟영역의 노이즈가 제거될 때까지(S560) 제1기준블록을 이동(shift)시키고(S570) 이동된 제1기준블록을 대상으로 상술된 S540 내지 S560 프로세싱을 순환적으로 수행한다.The operation processing unit 160 of the present invention shifts the first reference block until the noise of all the target areas inside the first reference block is removed in step S560 Performs the above-described S540 to S560 processing cyclically.
이하에서는 도 4 및 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 가중치 파라미터를 결정하는 프로세싱 과정을 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, a processing procedure for determining a weight parameter according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 4 and FIG.
본 발명에서는 에지 레벨, 에지 방향을 포함하는 주변 화수들과의 관계를 최대한 활용하기 위하여 머신러닝 기반으로 K개 프레임의 각 기준블록에 대한 가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000032
를 선택함으로써 동영상에서 노이즈 제거를 효과적으로 수행함은 물론, 움직임 영상의 시간적 필터링으로 인한 블러(blur) 현상이 최소화되도록 구성된다.
In the present invention, in order to make the best use of the relationship with the surrounding values including the edge level and the edge direction, a weighting parameter for each reference block of K frames based on a machine learning
Figure PCTKR2018000086-appb-I000032
So that the blur phenomenon due to the temporal filtering of the motion image can be minimized.
나아가 업스케일링에 의한 동영상 노이즈 제거를 효과적으로 수행하기 위하여 업스케일링 전과 업스케일링 후 이원적으로 노이즈 제거를 수행함으로써 업스케일링 효과가 더욱 향상되도록 구성한다. 이에 대한 설명은 가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000033
에 대한 상세한 설명 이후 후술하도록 한다.
Furthermore, in order to effectively perform motion noise cancellation by up-scaling, the up-scaling effect is further improved by performing noise removal before up-scaling and after up-scaling. The description is based on the weight parameter
Figure PCTKR2018000086-appb-I000033
Will be described later.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 파라미터산출부(150)는 제1CNN처리부(151), 하나 이상의 후속CNN처리부(153) 및 하나 이상의 ReLU부(152)를 포함할 수 있다.4, the parameter calculation unit 150 of the present invention may include a first CNN processing unit 151, one or more subsequent CNN processing units 153, and one or more ReLU units 152.
입력부(110)를 통하여 입력되는 객체영상(저해상도 영상)의 각 프레임 순서를 1, 2, … n, n+1, … 이라고 할 때, 현재 노이즈 제거가 수행되는 영상을 n번째 프레임(현재프레임)이라고 하면, 앞서 설명된 바와 같이 P개의 선행프레임과 Q개의 후행프레임에 대하여 움직임 추정과 움직임 보상(정합) 프로세싱을 수행한다.The order of each frame of the object image (low-resolution image) inputted through the input unit 110 is 1, 2, ... n, n + 1, ... (Current frame), the motion estimation and motion compensation (matching) processing is performed on the P preceding frames and the Q subsequent frames as described above .
그 중에서 현재 움직임 추정과 움직임 보상이 수행되는 프레임이 n-m번째 프레임이라고 가정한다. 이후 과정은 P개의 선행프레임 및 Q개의 후행프레임에 대해서 동일하게 수행된다.Among them, it is assumed that the frame in which the current motion estimation and the motion compensation are performed is the n-mth frame. The subsequent process is performed in the same manner for the P preceding frames and the Q subsequent frames.
앞서 설명된 바와 같이 n번째 프레임(현재 프레임)과 n-m번째 프레임 간의 움직임을 추정하여 각 화소에 대한 움직임 정보를 연산한다. 연산된 각 화소의 움직임 정보를 이용하여 해당 화소들을 연산된 움직임 정보만큼 이동하여 움직임 보상된 n-m번째 프레임(n-m번째 보상프레임 내지 보상프레임 영상)을 구성한다.As described above, the motion between the n-th frame (current frame) and the n-m-th frame is estimated to calculate motion information for each pixel. The n-mth frame (n-mth compensation frame or compensation frame image) is compensated by moving the corresponding pixels by the calculated motion information using the calculated motion information of each pixel.
움직임 보상된 n-m번째 프레임은 가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000034
를 결정하기 위하여 8×8크기의 기준블록 단위로 나누며, 각각의 8×8 기준 블록은 해당하는 가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000035
를 정하기 위한 단위로 사용된다.
The motion compensated < RTI ID = 0.0 > nm <
Figure PCTKR2018000086-appb-I000034
And each 8x8 reference block is divided into 8x8 reference block units each having a corresponding weight parameter
Figure PCTKR2018000086-appb-I000035
Is used as a unit for determining
이와 같이 8×8크기의 블록을 이용하여 가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000036
가 결정되면 이 8×8블록의 내부 영역인 4×4(타겟 영역)블록에 대해서 노이즈를 제거한다. 노이즈 제거 단위는 4×4 대신 2×2 또는 1×1 등일 수 있는데 노이즈 제거 단위의 크기는 노이즈 제거의 정확도와 연산 처리 속도의 트레이드오프(trade-off)관계에 의하여 가변적으로 적용될 수 있음은 물론이다.
By using the 8x8 block as described above, the weight parameter
Figure PCTKR2018000086-appb-I000036
The noise is removed from the 4x4 (target area) block, which is the internal area of the 8x8 block. The noise cancellation unit may be 2x2 or 1x1 instead of 4x4, etc. The size of the noise cancellation unit can be variably applied depending on the trade-off relationship between the accuracy of noise cancellation and the computation processing speed to be.
서로 이웃한 타겟 영역 블록의 가중치 파라미터의 값에 차이가 발생될 수 있고 가중치 파라미터의 차이가 큰 경우 블록 경계가 두드러지는 현상이 발생될 수 있으므로 이를 효과적으로 억제하기 위하여 노이즈 제거의 단위인 타겟 영역 4×4이 다음 타겟 영역 블록과 상호 겹쳐지는 형태로 노이즈 제거가 진행되도록 구성하는 것이 바람직하다.A difference may occur in the value of the weight parameter of the neighboring target area block, and when the difference of the weight parameter is large, the block boundary may become prominent. Therefore, in order to effectively suppress the block boundary, 4 is made to overlap with the next target area block so that the noise can be removed.
본 발명의 파라미터산출부(150)는 머신러닝(딥러닝)을 사용하여 훈련을 수행하고 훈련된 결과를 이용하여 가중치 파라미터를 결정하기 위하여 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제1CNN부 및 후속CNN부(151, 153)와 ReLU부(152)로 구성될 수 있다.The parameter calculation unit 150 of the present invention performs training using machine learning (deep learning) and calculates a weight parameter based on the training result using a convolution neural network (CNN) based first CNN unit And subsequent CNN units 151 and 153 and an ReLU unit 152. [
CNN부(151) 및 후속 CNN부(153)의 개수는 다양하게 설정될 수 있으나, 본 발명의 설명에서는 CNN부(151, 153)와 ReLU부(152)로 구성된 3개의 은닉층을 가지며, CNN부(151, 153)은 3×3 CNN 2파트, 4×4CNN 1파트 및 1×1CNN 1파트를 가지는 구조를 예시하며, 각각의 은닉층은 C1, C2 및 C3개의 피처맵(feature map)을 가진다.The number of the CNN unit 151 and the subsequent CNN unit 153 may be variously set. However, in the description of the present invention, the CNN unit 151 and the ReLU unit 152 have three hidden layers, (151, 153) illustrate a structure having 3 × 3 CNN 2 parts, 4 × 4 CNN 1 parts and 1 × 1 CNN 1 parts, and each hidden layer has C1, C2 and C3 feature maps.
CNN은 인간의 뇌 구조를 응용한 것으로서 인간의 뇌가 뉴런이라는 최소 단위로 이루어진 것처럼 CNN은 단일 CNN들의 군집으로 모델링하는 것에 해당한다.CNN is an application of the human brain structure and corresponds to modeling a CNN as a cluster of single CNNs, as if the human brain consisted of a minimum unit of neurons.
딥러닝의 기본 구조인 뉴론(Neuron)은 도 8과 같이 입력에 대하여 웨이트(weight)를 곱한 후 합을 구하는 어파인 변환(Affine Transform) 파트와 입력값의 패스(pass) 여부를 결정하는 활성함수(Activation Function) 파트로 나누어진다.Neuron, which is a basic structure of deep learning, has an affine transform part for multiplying an input by a weight and calculating a sum as shown in FIG. 8, and an active function (Activation Function) part.
본 발명에서는 이 어파인 변환 파트로 CNN을 사용하고 활성함수 파트로 ReLU(Rectified Linear Unit)를 사용한다.In the present invention, CNN is used as the affine transform part and ReLU (Rectified Linear Unit) is used as the active function part.
우선 본 발명의 제1CNN부(151)는 노이즈 영상과 노이즈가 제거된 영상에 대한 학습을 통하여 제1기준 블록(8×8) 단위로 각각 분할된 현재 프레임 영상과 보상프레임 영상을 대상으로 3×3CNN 적용하여 제1기준 블록(8×8)보다 작은 크기의 특징값 블록(6×6)을 산출한다(S600).First, the first CNN unit 151 of the present invention learns a noise image and a noise-eliminated image to obtain a current frame image and a compensation frame image, which are respectively divided into a first reference block (8 × 8) 3CNN to calculate a feature value block (6 × 6) smaller than the first reference block (8 × 8) (S600).
즉, 도 6의 우측에 도시된 바와 같이 8×8크기의 기본블록을 대상으로 3×3 CNN을 수행하여 하나의 특징값을 산출하여 매핑하고 다시 기본블록이 2개씩 중첩되도록 쉬트프(shift)시켜 3×3CNN을 순차적으로 수행함으로써 최종적으로 6×6 블록을 출력한다.That is, as shown in the right side of FIG. 6, a 3 × 3 CNN is performed on an 8 × 8 basic block to calculate and mapped one characteristic value, And 3 × 3 CNN are sequentially performed, thereby finally outputting 6 × 6 blocks.
입력된 8×8블록 내의 3×3 블록 9개 화소에 대하여 affine transform(각 화소에 weight를 곱하고 합을 구한 후 변수 값을 더함)을 수행한 결과값을 6×6블록의 첫 번째 (최좌측 최상단) 위치에 매핑한다. 이 과정을 1화소씩 이동하며 수행하여 최종적으로 6×6블록의 모든 값을 채우게 된다(S600).The affine transform is performed on nine pixels of 3 × 3 blocks in the input 8 × 8 block, and the result is obtained by multiplying each pixel by weight and summing the weight. Then, the result is added to the first (leftmost Top) position. This process is performed by moving one pixel at a time to finally fill all the values of the 6x6 block (S600).
영상의 휘도 성분(Y) 데이터만 사용한 경우에는 위에서 설명된 바와 같은 프로세싱으로 진행되며, 만약 영상의 컬러 공간(R, G, B) 데이터를 사용하는 경우 3×3블록에 3개의 R, G, B 데이터를 사용하여 3×3×3(27)개 화소에 대하여 affine transform를 수행한다. 그리고 이 과정을 첫 번째 feature map수인 C1개만큼 수행한다.If only the luminance component (Y) data of the image is used, processing proceeds as described above. If the color space (R, G, B) data of the image is used, three R, G, B data to perform an affine transform on 3 × 3 × 3 (27) pixels. This process is performed by C1, which is the number of the first feature map.
이와 같이 첫 번째 CNN을 수행한 후, ReLU를 수행한다(S610). ReLU는 입력이 0보다 작은 경우에는 0을 출력하고, 0이상인 경우에는 입력을 그대로 출력하는 기능을 수행한다. After the first CNN is performed, ReLU is performed (S610). ReLU outputs 0 when the input is smaller than 0, and outputs the input as it is when the input is 0 or more.
제1CNN부(151) 및 ReLU부(152)의 수행 결과 C1개의 6×6 블록이 후속CNN부(153)으로 입력되면 상술된 동일한 방법으로 3×3 CNN 수행(S620) 및 ReLU가 수행되어(S630) C2개의 4×4 블록이 출력된다.When 6 × 6 blocks of C1 are input to the subsequent CNN unit 153 as a result of the first CNN unit 151 and the ReLU unit 152, 3 × 3 CNN processing (S620) and ReLU are performed in the same manner as described above S630) C2 4x4 blocks are output.
마지막으로 4×4 CNN을 수행하는 후속CNN부(153)에 C2개의 4×4블록이 입력되면 C2개의 4×4블록의 모든 화소에 대하여 affine transform을 수행하고(S640) 후속적으로 ReLU를 수행(S650)하여 C3개의 1×1 크기의 feature map을 생성한다.Finally, when C2 4 × 4 blocks are inputted to the subsequent CNN unit 153 performing 4 × 4 CNN, an affine transform is performed on all the pixels of the C2 4 × 4 blocks (S640), and the ReLU is subsequently performed (S650) to generate C3 1 * 1 size feature maps.
최종적으로 마지막 후속CNN부(153)은 C3개의 입력을 대상으로 1×1 CNN을 수행(S660)하여 최종적으로 가중치 파라미터를 산출한다. 이와 같이 본 발명의 후속 CNN부(153)는 최종 1×1크기 특징값 블록이 결과로 출력될 때까지 제1CNN처리부(151)에서 산출된 특징값 블록을 대상으로 계층적으로 특징값 블록을 산출하며, 본 발명의 결과산출부(155)는 상기 최종 1×1크기 특징값 블록의 값을 해당 프레임의 노이즈 제거 타겟 영역에 대한 가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000037
)로 설정한다.
Finally, the last succeeding CNN unit 153 performs 1 × 1 CNN on C3 inputs (S660), and finally calculates a weight parameter. As described above, the subsequent CNN unit 153 calculates the feature value block in a hierarchical manner with respect to the feature value block calculated by the first CNN processing unit 151 until the final 1x1 feature value block is outputted as a result , And the result calculation unit 155 of the present invention calculates a weighting parameter for the noise removal target region of the corresponding frame
Figure PCTKR2018000086-appb-I000037
).
상술된 바와 같은 본 발명의 머신러닝(딥러닝) 구조를 훈련하는 방법은 다음과 같이 구성할 수 있다.The method of training the deep running structure of the present invention as described above can be configured as follows.
원본 동영상에 인위적으로 다양한 노이즈를 삽입한 복수 개의 샘플 동영상을 제작한다. 삽입되는 노이즈는 white Gaussian noise, Poisson noise, Salt & Pepper noise, coding noise, ringing artifact, alias artifact, jaggy artifact 등이 될 수 있다. Produces multiple sample videos that artificially insert various noise into the original video. The inserted noise can be white Gaussian noise, Poisson noise, Salt & Pepper noise, coding noise, ringing artifact, alias artifact, jaggy artifact.
머신러닝의 효용성 및 범용성을 증진시키기 위하여 노이즈를 삽입할 때는 노이즈의 종류뿐만 아니라 노이즈의 크기를 변화시켜가면서 노이즈를 삽입하는 것이 바람직하다. 훈련 (Training)을 위해서 동일한 동영상에 대해서 노이즈가 혼입된 샘플 동영상과, 노이즈가 없는 대상 동영상을 하나의 쌍으로 준비한다. In order to improve the utility and versatility of machine learning, it is desirable to insert noise while changing the size of noise as well as the type of noise. For Training, prepare a pair of sample video with no noise for the same video and a target video without noise.
노이즈가 혼입된 샘플 동영상의 n번째 프레임과 움직임 보상된 n-m 번째 프레임에 대해 각각 기준블록(8×8) 집합을 생성하고, 노이즈가 혼입된 샘플 동영상의 n번째 프레임과 움직임 보상된 n-m번째 프레임의 기준블록(8×8)을 입력 데이터로 사용하여 가중치 파라미터(a) 값을 구하고, 구해진 a 값으로 노이즈를 제거한 n번째 프레임 4×4(타겟 영역) 블록과 노이즈가 없는 n번째 프레임 4×4 블록의 차이가 작게 되도록 반복적으로 훈련을 수행한다.(8x8) set for the n-th frame and the motion compensated nm-th frame of the noise-embedded sample moving picture, respectively, and generates an n-th frame of the noise- (N + 1) -th frame (4 × 4 (target area) block) and noise-free n-th frame (n × 4) obtained by subtracting the noise from the obtained a value by using the reference block (8 × 8) The training is repeated so that the difference between the blocks is small.
노이즈를 제거한 n번째 프레임 4×4블록과 노이즈가 없는 n번째 프레임 4×4 블록의 차이는 다음과 같이 MSE(Mean Square Error)를 구하여 사용한다.The difference between the 4 × 4 block of the n-th frame from which the noise is removed and the 4 × 4 block of the n-th frame without noise is obtained by using the MSE (Mean Square Error) as follows.
[수학식 4]&Quot; (4) "
Figure PCTKR2018000086-appb-I000038
Figure PCTKR2018000086-appb-I000038
상기 수학식 4에서 yi는 노이즈가 없는 n번째 프레임 4x4 블록의 화소이고,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000039
는 노이즈를 제거한 n 번째 프레임 4x4 블록의 화소이며, d은 블록내의 화소수로서 이 실시예의 경우 16이다.
In Equation (4), yi is the pixel of the 4x4 block of the nth frame with no noise,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000039
Is the pixel of the 4x4 block of the n-th frame from which noise is removed, and d is the number of pixels in the block, which is 16 in this embodiment.
훈련 과정은 MSE가 최소가 되어 더 이상 줄어들지 않을 때까지 반복적으로 수행한다.The training process is repeated until the MSE is at a minimum and no longer decreases.
딥러닝 훈련은 위한 hyper parameter의 예는 다음과 같다. 최적화는 Adam 알고리즘을 사용하고, learning rate는 0.1, momentum은 0.9, weight decay는 0.0001, learning rate policy는 “fixed"를 사용한다. Weight parameter 초기화를 위해서 ”msra"기법을 사용하며, bias filter는 “constant"를 사용한다.Examples of hyper parameters for deep training training are: Optimization uses the Adam algorithm, the learning rate is 0.1, the momentum is 0.9, the weight decay is 0.0001, and the learning rate policy is "fixed." We use the "msra" constant "is used.
이와 같이 상술된 머신러닝(딥러닝) 훈련 과정을 통하여 얻어진 weight값을 딥러링 구조에 사용하여 시간영역필터의 가중치 파라미터를 결정하는데 사용한다. The weight values obtained through the above-described machine learning (deep running) training process are used in the diving structure to determine the weight parameters of the time domain filter.
본 발명의 업스케일링부(200)는 이와 같이 노이즈 제거 프로세싱이 완료되어(도 7, S700) 이와 같이 본 발명의 연산처리부(160)로부터 최종적으로 노이즈가 제거된 영상이 입력되면 이를 대상으로 업스케일링 프로세싱을 수행(S710)하여 최종적으로 업스케일링된 영상을 출력한다.7, S700). When the noise-canceled image is finally input from the operation processing unit 160 of the present invention, the up-scaling unit 200 of the present invention performs the up-scaling Processing is performed (S710) and finally the upscaled image is outputted.
이하에서는 도 2 및 도 7을 참조하여 본 발명의 노이즈 제거장치(1000)를 구성하는 후처리부(300) 및 후처리 과정의 노이즈 제거 프로세싱(S720)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the post-processing unit 300 and the post-processing noise elimination processing S720 of the noise elimination apparatus 1000 of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG.
본 발명의 후처리부(300)는 전처리부(100)와 대응되는 프로세싱을 수행하는 구성으로서 도 2에 도시된 바와 같이 제2입력부(310), 제2대상선정부(320), 제2정합부(130), 제2블록분할부(140), 제2파라미터산출부(350) 및 제2연산처리부(360)를 포함하여 구성될 수 있다.2, the post-processing unit 300 of the present invention includes a second input unit 310, a second object selection unit 320, a second matching unit 320, A first block dividing unit 130, a second block dividing unit 140, a second parameter calculating unit 350, and a second calculation processing unit 360.
우선 업스케일링부(200)으로부터 업스케일링된 영상이 후처리부(300)의 제2입력부(310)를 통하여 입력되면, 본 발명의 제2대상선정부(320)는 상기 업스케일링 영상을 이루는 프레임 영상 중 노이즈 제거의 대상이 되는 제2현재프레임 영상, 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 선행하는 P(P는 1이상의 자연수)개 제2선행프레임 영상 및 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 후행하는 Q(Q는 1이상의 자연수)개 제2후행프레임 영상을 선정한다(S721).When the upscaled image is input from the upscaling unit 200 through the second input unit 310 of the post-processing unit 300, the second object selection unit 320 of the present invention generates a frame image (P is a natural number equal to or greater than 1) preceding the second current frame image and the second current frame image, which are subjected to the intermediate noise removal, Q (Q is a natural number of 1 or more) second rear frame images are selected (S721).
본 발명의 제2정합부(330)는 공통 객체를 기준으로 움직임 추정 프로세싱을 수행하고 그 결과에 따라 상기 P개의 제2선행프레임 영상 및 Q개의 제2후행프레임 영상을 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 움직임 정합시킨 영상인 제2보상프레임 영상을 생성한다(S723).The second matching unit 330 performs motion estimation processing on the basis of the common object and outputs the P second preceding frame image and Q second following frame image as the second current frame image A second compensation frame image that is a motion-matched image is generated (S723).
이 때 본 발명의 제2정합부(330)는 공통 객체의 움직임 등은 업스케일링되기 전과 후 모두 상응하는 특성을 가지므로 업스케일링된 영상을 대상으로 움직임 추정, 보상 등의 프로세싱을 새롭게 수행하지 않고, 전처리부(100)의 정합부(130)에서 수행된 움직임 추정(움직임 벡터 등)의 결과와 업스케일링된 배수 정보에 의하여 정해지는 추정 영역을 이용하여 움직임 추정 및 보상 프로세싱이 수행되도록 구성하는 것이 바람직하다.At this time, the second matching unit 330 of the present invention has characteristics corresponding to both before and after the up-scaling of the motion of the common object, so that the processing such as motion estimation and compensation is not newly performed on the up- , And to perform motion estimation and compensation processing using the estimated region determined by the result of the motion estimation (motion vector and the like) performed in the matching unit 130 of the preprocessing unit 100 and the upscaled multiple information desirable.
예를 들어, 전처리부(110)에서 수행된 움직임 추정 결과를 기준으로 업스케일링 배수가 2인 경우 동일 영역으로, 3배 내지 4배인 경우는 전처리 움직임 추정 영역에서 상하좌우 2 화소의 확장 범위, 5배 내지 6배인 경우 상하좌우 3 화소의 확정 범위를 이용하여 움직임 추정 프로세싱을 수행하도로 구성할 수 있다.For example, when the upscaling multiples of 2 are 3 and 4 times as much as the upscaling multiples of the motion estimation result performed by the preprocessing unit 110, The motion estimation processing may be performed using the determined range of the upper, lower, right, and left three pixels.
움직임 추정 및 보상 프로세싱이 완료되면 본 발명에 의한 후처리부(300)의 제2블록분할부(340)는 상기 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상 각각을 제1기준블록 단위로 분할한다(S723).When the motion estimation and compensation processing is completed, the second block division unit 340 of the post-processing unit 300 according to the present invention divides each of the second current frame image and the second compensation frame image into a first reference block unit S723).
본 발명의 제2파라미터산출부(350)는 앞서 설명된 파라미터산출부(150)와 같은 프로세싱을 통하여 제1기준블록 단위로 각각 나뉘어진 제2보상프레임 영상과 상기 제2현재프레임 영상을 이용하여 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
Figure PCTKR2018000086-appb-I000040
)를 산출한다(S725).
The second parameter calculation unit 350 of the present invention may use the second compensation frame image and the second current frame image that are divided in units of the first reference block through the same processing as the parameter calculation unit 150 described above The second weight parameter for each frame (
Figure PCTKR2018000086-appb-I000040
(Step S725).
업스케일링 전 즉, 전처리 과정에서 산출되는 가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000041
와 상대적으로 구분하기 위하여 업스케일링된 영상 등을 이용하여 후처리 과정에서 산출되는 가중치 파라미터는
Figure PCTKR2018000086-appb-I000042
로 표기한다.
Before the up-scaling, that is, the weight parameter
Figure PCTKR2018000086-appb-I000041
The weight parameter calculated in the post-process using the up-scaled image, etc.,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000042
.
그 후 본 발명의 제2연산처리부(30)는 아래 수학식 5와 앞서 설명된 방법과 대응되는 방법을 이용하여 기준단위 블록의 이동(S729)을 순환적으로 적용하여 모든 타겟 영역의 노이즈가 제거될 때까지(S728) 제2현재 프레임 영상의 노이즈를 제거한다(S727).Then, the second operation processing unit 30 of the present invention cyclically applies the movement of the reference unit block S729 by using the following equation (5) and the method corresponding to the above-described method, (S728), the noise of the second current frame image is removed (S727).
[수학식 5]&Quot; (5) "
Figure PCTKR2018000086-appb-I000043
Figure PCTKR2018000086-appb-I000043
상기 수식에서
Figure PCTKR2018000086-appb-I000044
은 노이즈가 제거된 제2현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000045
는 노이즈가 포함된 제2현재프레임 영상,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000046
는 제2보상프레임 영상이다.
In the above formula
Figure PCTKR2018000086-appb-I000044
A second current frame image from which noises have been removed,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000045
A second current frame image including noise,
Figure PCTKR2018000086-appb-I000046
Is a second compensation frame image.
후처리부(300)의 제2파라미터산출부(350)를 이루는 구체적인 구성인 제2CNN부(351), ReLU부(352) 및 제2후속CNN부(353)은 도 4를 참조하여 설명된 전처리부(100)의 파라미터산출부(150)와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략하도록 한다.The second CNN unit 351, the ReLU unit 352 and the second succeeding CNN unit 353, which constitute the second parameter calculation unit 350 of the post-processing unit 300, Is the same as the parameter calculating unit 150 of the controller 100, detailed description thereof will be omitted.
후처리부(300)의 제2파라미터산출부(350)에서 제2가중치 파라미터
Figure PCTKR2018000086-appb-I000047
를 결정하기 위한 딥러닝 훈련에서는 원본 영상의 업스케일링의 비율이 역으로 다운스케일을 수행한 영상을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 2배의 업스케일링을 하는 경우 1/2배로 다운 스케일링을 수행하고, 3배로 업스케일링을 하는 경우 1/3배로 다운 스케일을 수행한다.
In the second parameter calculation unit 350 of the post-processing unit 300, the second weight parameter
Figure PCTKR2018000086-appb-I000047
It is preferable to use an image in which the ratio of the upscaling of the original image is reversed and the downscale is performed. For example, downsampling is performed 1/2 times up-scaling, and down-scaling is performed 1/3 times up-scaling.
이와 같이 다운스케일된 영상에 다양한 노이즈를 혼입시키고 업스케일링을 하여 제작된 노이즈 포함 동영상과 다운 스케일링을 수행하기 이전의 노이즈 없는 동영상을 사용하여 앞서 설명한 딥러닝 훈련을 수행한다.The above-described deep-running training is performed using noise-free moving pictures before downscaling and moving noise-containing moving pictures produced by performing up-scaling by incorporating various noise into the downscaled image.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.
본 발명의 설명과 그에 대한 실시예의 도시를 위하여 첨부된 도면 등은 본 발명에 의한 기술 내용을 강조 내지 부각하기 위하여 다소 과장된 형태로 도시될 수 있으나, 앞서 기술된 내용과 도면에 도시된 사항 등을 고려하여 본 기술분야의 통상의 기술자 수준에서 다양한 형태의 변형 적용 예가 가능할 수 있음은 자명하다고 해석되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. It should be understood that various modifications may be made in the ordinary skill in the art.
상술된 본 발명의 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 자기 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)를 포함하며, 유무선 인터넷 전송을 위한 서버도 포함한다.The noise canceling method of the up-scaled moving image by the above-described machine learning based dynamic parameter of the present invention can be implemented as a computer-readable code on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices (CD-ROM, RAM, ROM, floppy disk, magnetic disk, hard disk, magneto-optical disk, etc.) in which data that can be read by a computer is stored. It also includes a server for transmission.

Claims (9)

  1. 노이즈 제거의 대상이 되는 영상인 객체영상이 입력되는 입력단계;An input step of inputting an object image, which is a noise-canceled image;
    상기 객체영상을 이루는 프레임 영상 중 노이즈 제거의 대상이 되는 현재프레임 영상, 상기 현재프레임 영상을 기준으로 선행하는 P(P는 1이상의 자연수)개 선행프레임 영상 및 상기 현재프레임 영상을 기준으로 후행하는 Q(Q는 1이상의 자연수)개 후행프레임 영상을 선정하는 대상선정단계;A P (P is a natural number equal to or larger than 1) preceding frame image preceding the current frame image, and a Q (1) preceding the current frame image, based on the current frame image, (Q is a natural number equal to or greater than 1) neighboring frames;
    공통 객체를 기준으로 움직임 추정 프로세싱을 수행하고 그 결과에 따라 상기 P개의 선행프레임 영상 및 Q개의 후행프레임 영상을 상기 현재프레임 영상을 기준으로 움직임 정합시킨 영상인 보상프레임 영상을 생성하는 정합단계;A matching step of performing motion estimation processing on the basis of a common object and generating a compensated frame image in which the P preceding frame images and Q following frame images are motion matched based on the current frame image,
    상기 보상프레임 영상과 상기 현재프레임 영상을 이용하여 각 프레임별 가중치 파라미터(
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000048
    )를 산출하는 파라미터산출단계; 및
    Using the compensation frame image and the current frame image,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000048
    A parameter calculating step of calculating a parameter; And
    아래 수식에 의하여 상기 현재프레임 영상의 노이즈를 제거하는 연산처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.And removing the noise of the current frame image according to the following equation: < EMI ID = 14.0 >
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000049
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000049
    상기 수식에서
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000050
    은 노이즈가 제거된 현재프레임 영상,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000051
    는 노이즈가 포함된 현재프레임 영상,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000052
    는 보상프레임 영상.
    In the above formula
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000050
    A current frame image from which noises have been removed,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000051
    A current frame image including noise,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000052
    The compensation frame image.
  2. 제 1항에 있어서, The method according to claim 1,
    상기 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상 각각을 제1기준블록 단위로 분할하는 블록분할단계를 더 포함하고,Further comprising a block dividing step of dividing each of the current frame image and the compensation frame image into first reference block units,
    상기 파라미터산출단계는 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상을 이용하여 상기 각 프레임별 가중치 파라미터(
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000053
    )를 산출하고,
    Wherein the parameter calculating step calculates the weight parameter for each frame using the current frame image and the compensated frame image respectively divided in the first reference block unit
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000053
    ),
    상기 연산처리단계는 상기 현재프레임 영상의 제1기준블록 내부를 이루는 타겟영역의 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.Wherein the operation processing step removes noise of a target area forming a first reference block of the current frame image, based on the machine learning based dynamic parameter.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 파라미터산출단계는,3. The method according to claim 2,
    노이즈 영상과 노이즈 제거 영상에 대한 학습을 통하여 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 현재프레임 영상 및 보상프레임 영상을 대상으로 제1기준블록단위보다 작은 크기의 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제1CNN처리단계;A convolutional neural network for calculating a feature value block having a size smaller than a first reference block unit with respect to a current frame image and a compensated frame image respectively segmented by the first reference block unit through learning of a noise image and a noise- CNN, Convolution Neural Network) based first CNN processing step;
    최종 1×1크기 특징값 블록이 결과로 출력될 때까지 제 1CNN처리단계에서 산출된 특징값 블록을 대상으로 계층적으로 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 후속CNN처리단계; 및(CNN) based convolutional neural network (CNN) for calculating a feature value block hierarchically with respect to a feature value block calculated in the first CNN processing step until a final 1x1 size feature value block is outputted as a result CNN processing step; And
    상기 최종 1×1크기 특징값 블록의 값을 각 프레임별 가중치 파라미터(
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000054
    )로 산출하는 결과산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.
    The value of the final 1x1 size feature value block is divided into a weight parameter for each frame
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000054
    ) Based on machine learning based dynamic parameters. ≪ RTI ID = 0.0 > [10] < / RTI >
  4. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2,
    상기 연산처리단계로부터 노이즈 제거 영상이 입력되면 이를 대상으로 업스케일링을 수행하여 업스케일링 영상을 출력하는 업스케일링단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.Further comprising an up-scaling step of performing up-scaling of the noise-removed image when the noise-removed image is inputted from the arithmetic processing step and outputting the up-scaled image. Removal method.
  5. 제 4항에 있어서, 5. The method of claim 4,
    상기 업스케일링 영상을 대상으로 후속 노이즈를 제거하는 후처리단계를 더 포함하고, Further comprising a post-processing step of removing subsequent noise from the upscaled image,
    상기 후처리단계는, The post-
    상기 업스케일링 영상이 입력되는 제2입력단계;A second input step in which the upscaling image is input;
    상기 업스케일링 영상을 이루는 프레임 영상 중 노이즈 제거의 대상이 되는 제2현재프레임 영상, 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 선행하는 P(P는 1이상의 자연수)개 제2선행프레임 영상 및 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 후행하는 Q(Q는 1이상의 자연수)개 제2후행프레임 영상을 선정하는 제2대상선정단계;A second current frame image to be subjected to noise removal among the frame images constituting the up-scaling image, a second preceding frame image P (P is a natural number of 1 or more) preceding the second current frame image, A second object selecting step of selecting a second trailing frame image of Q (Q is a natural number of 1 or more) trailing based on the current frame image;
    공통 객체를 기준으로 움직임 추정 프로세싱을 수행하고 그 결과에 따라 상기 P개의 제2선행프레임 영상 및 Q개의 제2후행프레임 영상을 상기 제2현재프레임 영상을 기준으로 움직임 정합시킨 영상인 제2보상프레임 영상을 생성하는 제2정합단계;A motion compensation processing unit for performing motion estimation processing on the basis of the common object, and for outputting the P second preceding frame image and the Q second rear frame image in accordance with a result of the motion estimation processing, A second matching step of generating an image;
    상기 제2보상프레임 영상과 상기 제2현재프레임 영상을 이용하여 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000055
    )를 산출하는 제2파라미터산출단계; 및
    The second compensating frame image and the second current frame image are used to calculate a second weighting parameter for each frame
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000055
    A second parameter calculating step of calculating a second parameter; And
    아래 수식에 의하여 상기 제2현재프레임 영상의 노이즈를 제거하는 제2연산처리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.And removing a noise of the second current frame image according to the following equation: < EMI ID = 14.0 >
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000056
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000056
    상기 수식에서
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000057
    은 노이즈가 제거된 제2현재프레임 영상,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000058
    는 노이즈가 포함된 제2현재프레임 영상,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000059
    는 제2보상프레임 영상.
    In the above formula
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000057
    A second current frame image from which noises have been removed,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000058
    A second current frame image including noise,
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000059
    Is a second compensation frame image.
  6. 제 5항에 있어서, 6. The method of claim 5,
    상기 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상 각각을 제1기준블록 단위로 분할하는 제2블록분할단계를 더 포함하고,Further comprising a second block segmentation step of segmenting each of the second current frame image and the second compensation frame image into a first reference block unit,
    상기 제2파라미터산출단계는 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상을 이용하여 상기 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000060
    )를 산출하고,
    Wherein the second parameter calculation step uses the second current frame image and the second compensation frame image that are each divided into the first reference block unit and the second weight parameter
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000060
    ),
    상기 제2연산처리단계는 상기 제2현재프레임 영상의 제1기준블록 내부를 이루는 타겟영역의 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.Wherein the second computation processing step removes noise of a target area forming a first reference block of the second current frame image, based on machine learning based dynamic parameters.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제2파라미터산출단계는,7. The method according to claim 6,
    노이즈 영상과 노이즈 제거 영상에 대한 학습을 통하여 상기 제1기준블록 단위로 각각 분할된 제2현재프레임 영상 및 제2보상프레임 영상을 대상으로 제1기준블록단위보다 작은 크기의 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제2CNN처리단계;A feature value block having a size smaller than that of the first reference block unit is calculated for the second current frame image and the second compensation frame image each segmented in the first reference block unit by learning about the noise image and the noise- A second CNN processing step based on a Convolution Neural Network (CNN);
    최종 1×1크기 특징값 블록이 결과로 출력될 때까지 제 2CNN처리단계에서 산출된 특징값 블록을 대상으로 계층적으로 특징값 블록을 산출하는 컨볼루션 신경망(CNN, Convolution Neural Network) 기반의 제2후속CNN처리단계; 및A CNN (Convolution Neural Network) -based apparatus for calculating a feature value block hierarchically on a feature value block calculated in a second CNN processing step until a final 1x1 feature value block is outputted as a result 2 subsequent CNN processing step; And
    상기 최종 1×1크기 특징값 블록의 값을 각 프레임별 제2가중치 파라미터(
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000061
    )로 산출하는 제2결과산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.
    The value of the final 1x1 size feature value block is divided into a second weight parameter for each frame
    Figure PCTKR2018000086-appb-I000061
    And a second result calculating step of calculating a moving speed of the moving image based on the motion-based dynamic parameter.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제2정합단계는,6. The method of claim 5, wherein the second matching step comprises:
    상기 정합단계에서 수행된 움직임 추정 프로세싱 결과와 상기 업스케일링단계에서 업스케일링된 배수 정보에 의하여 정해지는 추정 영역을 이용하여 움직임 추정 프로세싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 머신러닝 기반의 동적 파라미터에 의한 업스케일된 동영상의 노이즈 제거방법.And performing motion estimation processing using the motion estimation processing result performed in the matching step and the estimated area determined by the upscaled multiple information in the upscaling step. How to Remove Noise from Video.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체. A computer-readable recording medium on which a program for executing the method according to any one of claims 1 to 8 is recorded.
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