KR20060029283A - 모션-보상된 영상 신호 보간 - Google Patents
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Abstract
제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α)에 위치되고 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리(1-α)에 위치되는 보간된 영상을 발생시키기 위하여 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200)이 개시된다. 상기 보간 유닛(200)은 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 모션 추정 수단(202); 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 수단(204, 206); 및, 상기 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀의 제 1 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들을 순서화된 통계적 필터링하기 위한 필터링 수단(212)을 포함하며, 이에 의해 제 1 몫은 실질적으로 제 2 몫과 동일하게 되며, 상기 제 1 몫은 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 샘플 간의 제 1 공간 거리(x1) 및 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α)에 의해 결정되며, 상기 제 2 몫은 제 2 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 샘플 간의 제 2 공간 거리(x2) 및 제 2 미리 결정된 시간적 거리(1-α)에 의해 결정된다.
영상 신호 보간 유닛, 필터링 수단, 모션 벡터, 시간적 거리, 공간 거리, 샘플
Description
본 발명은 제 1 및 제 2 영상 중간에서 보간된 영상을 발생시키는 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛에 관한 것이며, 상기 보간된 영상은 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치되는데, 상기 보간 유닛은:
- 상기 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 모션 추정 수단;
- 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 수단; 및,
- 상기 보간된 영상의 제 1 픽셀의 제 1 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들을 순서화된 통계적 필터링하기 위한 필터링 수단을 포함한다.
또한, 본 발명은 영상 처리 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는:
- 제 1 및 제 2 영상을 표시하는 영상 신호를 수신하는 수신 수단; 및,
- 상기 수신 수단에 결합되어 상기 제 1 및 제 2 영상의 중간에서 보간된 영 상을 발생시키는 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛을 포함하며, 상기 보간된 영상은 상기 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치된다.
또한, 본 발명은 제 1 및 제 2 영상 중간에서 보간된 영상을 발생시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 보간된 영상은 상기 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치되는데, 상기 방법은:
- 상기 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 단계;
- 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 단계; 및,
- 상기 보간된 영상의 제 1 픽셀의 제 1 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들의 순서화된 통계적 필터링 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 제 1 및 제 2 영상 중간에서 보간된 영상을 발생시키도록 하는 명령들을 포함하는, 컴퓨터 장치에 의해 로딩되는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것으로서, 상기 보간된 영상은 상기 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치되며, 상기 컴퓨터 장치는 처리 수단 및 메모리를 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 로딩된 후:
- 상기 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 단계;
- 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 단계; 및,
- 상기 보간된 영상의 제 1 픽셀의 제 1 값을 발생시키기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들의 순서화된 통계적 필터링 단계를 실행하는 성능을 처리 수단에 제공한다.
서두에 서술된 종류의 유닛의 실시예는 미국 특허 US 5,534,946으로부터 공지되어 있다. US 5,534,946에 모션-보상된 픽쳐 신호 보간 장치가 서술되는데, 이 장치는 적어도 2개의 모션 벡터들에 대응하는 모션-보상된 픽셀 값들을 제공하는 스위치된 메모리들을 포함한다. 모션-보상된 픽셀 값들은 순서화된 통계적 필터에 의해 처리된다.
예를 들어, 추정자(estimator) 범위 밖에 있거나 속도 필드가 매우 일정하지 않기 때문에, 매우 복잡하고 고속 이동하는 영상이 정확하게 추정될 수 없을 때, 추정된 모션 벡터들은 부정확하고 이들 모션 벡터들을 토대로 한 모션-보상된 보간은 잘못된 결과들을 산출한다. 본질적으로, 이와 같은 부정확한 모션 벡터들로부터 발생되는 아티팩트들은 정지 물체들의 이웃에서 찰나에 매우 왜곡되는데, 그 이유는 이들이 특히 높은 공간 디테일이 존재할 때 스크린상에서 별도의 뚜렷한 스폿(isolated conspicuous spot)에서 집중되는 경향이 있기 때문이다. 즉, 보간 품질 및 특히 에지들의 보존은 모션 벡터들의 품질에 좌우된다.
본 발명의 목적은 모션 벡터들의 품질에 상대적으로 무관하게 에지들을 실질적으로 보존하도록 배열되는 서두에 기재된 종류의 영상 신호 보간 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 이 목적은 제 2 몫(quotient)과 실질적으로 동일한 제 1 몫이 존재함으로써 성취되는데, 상기 제 1 몫은 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플 간의 제 1 공간 거리 및 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 의해 결정되며, 상기 제 2 몫은 제 2 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플 간의 제 2 공간 거리 및 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 의해 결정된다.
보간, 즉 상기 보간된 영상의 픽셀 값들의 계산은 제 1 영상 및 제 2 영상으로부터 도출되는 샘플들을 토대로 한다. 그러나, 제 1 영상에서 샘플들의 밀도는 일반적으로 제 2 영상에서 샘플들의 밀도와 다른데, 그 이유는 제 1 시간적 거리가 제 2 시간적 거리와 다르기 때문이다. 이는, 제 1 그룹의 좌측 샘플 및 우측 샘플 간의 공간 거리, 즉 제 1 영상에서 공간 커버리지가 제 2 그룹의 좌측 샘플 및 우측 샘플 간의 공간 거리, 즉 제 2 영상의 공간 커버리지 보다 크거나 작게 된다는 것을 의미한다.
제 1 그룹 및 제 2 그룹의 샘플들의 수는 상호 동일한 것이 바람직하다. 제 1 그룹 및 상기 제 2 그룹의 샘플들의 수는 미리정해지는데, 즉 고정된다. 이는, 샘플들의 수가 제 1 시간적 거리와 무관하다는 것을 의미한다. 제 1 영상의 공간 커버리지는 제 1 시간적 거리와 관계되고 제 2 영상의 공간 커버리지는 제 2 시간적 거리와 관계된다. 또한, 제 3 몫은 제 4 몫과 실질적으로 동일한데, 상기 제 3 몫은 제 1 영상의 공간 커버리지 및 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 의해 결정되며, 상기 제 4 몫은 제 2 영상의 공간 커버리지 및 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 의해 결정된다.
제 1 영상의 공간 커버리지는 정정될 수 있는 제 1 모션 벡텨의 최대 에러와 관계된다. 제 1 모션 벡터가 보간된 영상의 제 1 픽셀과 제 1 그룹의 샘플들의 중앙 샘플을 연결시킨다라고 가정하자. 그 후, 제 1 모션 벡터에서 에러를 고려하면서 적절한 샘플을 인출할 수 있는 공간 환경 내에서 제 1 그룹의 다른 샘플들이 상기 중앙 샘플 주위에 위치된다. 공간 환경은 제 1 시간적 거리에 관계되는데, 그 이유는 제 1 영상으로부터 멀어지면 멀수록, 유효 공간 편차가 제 1 모션 벡터의 에러에 의해 더욱 크게 발생되기 때문이다.
본 발명을 따른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예에서, 필터링 수단은 미디언 필터(median filter)를 포함한다. 가중된 미디언 필터가 적용되는 것이 바람직하다. 이는, 제 1 그룹 및 제 2 그룹의 샘플들이 각 정수 가중 계수들로 반복되고 나서 순서화된다는 것을 의미한다. 또한, 샘플들을 우선 순서화하고 나서 이 샘플들을 1 보다 높은 가중값으로 반복할 수 있다. 결국, 전체 순서화된 샘플들의 세트는 예를 들어 제 1 그룹의 샘플들의 단일 샘플을 토대로 한 다수의 샘플들을 포함한다.
가중된 미디언 필터를 포함하는 본 발명을 다른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예에서, 제 1 그룹의 샘플들의 특정 샘플을 가중하기 위한 가중된 미디언 필터의 특정 가중 계수는 제 1 그룹의 샘플들의 부가적인 각 샘플들을 가중하기 위한 각 부가적인 가중 계수들보다 큰데, 이 특정 샘플은 제 1 그룹의 샘플들은 제 1 그룹의 샘플들의 중앙에 위치된다. 특정 가중 계수는 부가적인 가중 계수들의 합보다 크다.
본 발명을 따른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예에서, 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플에 대응하는 제 2 값은 제 1 영상의 픽셀들 중 제 3 픽셀의 제 3 값과 동일하다. 다른 말로서, 이 샘플들의 제 1 샘플은 제 1 영상의 픽셀 값에 직접 대응한다. 이 실시예의 이점은 샘플들을 상대적으로 용이하게 설정한다는 것이다.
본 발명을 따른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예에서, 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플에 대응하는 제 2 값은 제 1 영상의 픽셀들 중 제 3 픽셀의 제 3 값 및 상기 픽셀들 중 제 3 픽셀의 공간 환경에서 제 1 영상의 픽셀들 중 제 4 픽셀의 제 4 값의 보간에 의해 계산된다. 다른 말로서, 샘플들 중 제 1 샘플은 제 1 영상의 2개 이상의 픽셀 값들의 조합에 대응한다.
이제, 어떤 것이 실질적으로 동일한 수단인지가 규정될 수 있다. 상기와 같이, 제 1 그룹 내의 샘플들 간의 제 1 공간 거리는 우선적으로 제 1 시간적 거리를 토대로 한다. 이들 샘플들의 포착은 제 1 영상에 대응하는 소정 그리드(grid)로부터의 픽셀 값들의 직접적인 선택을 토대로 또는 상기 그리드의 다수의 픽셀 값들의 보간을 토대로 한다. 계산 자원 사용과 관련하여 직접 선택이 바람직하다는 것이 명백하다. 이 때문에, 픽셀 값들을 직접 선택하여 절사 또는 라운딩 에러(truncation or rounding error)를 발생시키는 것이 유용하다. 따라서, 제 1 공간 거리는 제 1 시간적 거리와 정확하게 관계되지 않지만 실질적으로 관계된다. 제 1 시간적 거리와 관계되는 제 1 영상에서 공간 커버리지가 동일하게 유지된다. 유사한 고려사항들이 제 2 그룹의 샘플들의 샘플들에 적용될 수 있다.
본 발명을 따른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예에서, 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플과 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 제 1 모션 벡터에 대응한다. 다른 말로서, 제 1 그룹의 샘플들은 중앙 샘플 주위의 공간 환경에서 임의적으로 포착되는 것이 아니라, 제 1 모션 벡터에 대응하는 방향인 라인 상에 배치된다.
본 발명을 따른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예에서, 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플과 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 차이 벡터(difference vector)에 대응하는데, 이 차이 벡터는 제 1 모션 벡터 및 이 제 1 모션 벡터의 공간 환경에서 제 3 모션 벡터 간의 차이에 대응한다. 다른 말로서, 제 1 그룹의 샘플들은 차이 모션 벡터에 대응하는 방향인 라인 상에 배치된다. 제 3 모션 벡터는 제 1 모션 벡터와 실질적으로 다른 벡터에 대응하는 것이 바람직하다.
본 발명을 따른 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛의 실시예는 제 1 영상에서 에지의 오리엔테이션을 검출하는 에지-검출 수단을 더 포함하고, 이로 인해, 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플과 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 에지의 오리엔테이션과 직교한다. 본 발명을 따른 이 실시예의 장점은 에지들의 보존을 더욱 개선시킨다는 것이다.
본 발명의 제 2 양상은 청구항 11에 규정된 바와 같은 영상 처리 장치를 제공한다. 영상 처리 장치는 보간된 영상 및 바람직하게는 제 1 및 제 2 영상을 디스플레이하는 디스플레이 장치를 선택적으로 포함한다. 영상 처리 장치는 TV, 셋 톱 박스, VCR(비디오 카세트 레코더) 플레이어, 위성 타이머, DVD(디지털 비디오 디스크) 플레이어 또는 레코더일 수 있다.
본 발명의 제 3 양상은 청구항 13에 규정된 바와 같은 방법을 제공한다.
본 발명의 제 4 양상은 청구항 14에 규정된 바와 같은 컴퓨터 프로그램 제품을 제공한다.
영상 신호 보간 유닛의 수정들 이의 변형들은 서술된 영상 처리 장치, 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품에 대한 영상 신호 보간 유닛의 수정들 및 변형들에 대응한다.
본 발명을 따른 영상 처리 장치, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품의 영상 신호 보간 유닛의 이들 및 그외 다른 양사들은 첨부한 도면과 관련한 이하에 설명된 실시예들 및 구현방식들로부터 명백하게 되고 이해하게 될 것이다.
도1은 2개의 입력 영상들 및 이들 입력 영상들 중간의 보간된 영상을 개요적으로 도시한 도면.
도2는 본 발명을 다른 영상 신호 보간 유닛의 실시예를 개요적으로 도시한 도면.
도3a는 2개의 입력 영상들에서 그리고 α=1/2인 이들 입력 영상들 중간의 보간된 영상에서 에지들을 개요적으로 도시한 도면.
도3b는 2개의 입력 영상들에서 그리고 α=1/4인 이들 입력 영상들 중간의 보간된 영상에서 에지들을 개요적으로 도시한 도면.
도4a는 중앙 샘플에 관련되어 수직으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들을 개요적으로 도시한 도면.
도4b는 중앙 샘플에 관련되어 수평으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들을 개요적으로 도시한 도면.
도4c는 중앙 샘플에 관련되어 수직으로 배치되고 중앙 샘플에 관련되어 수평으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들을 개요적으로 도시한 도면.
도4d는 제 1 모션 벡터에 대응하는 방향으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들을 개요적으로 도시한 도면.
도4e는 차이 모션 벡터에 대응하는 방향으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들을 개요적으로 도시한 도면.
도4f는 에지에 직교하는 방향으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들을 개요적으로 도시한 도면.
도5는 본 발명을 따른 영상 처리 장치의 실시예를 개요적으로 도시한 도면.
도면 전체에 걸쳐서 유사한 부품들에는 동일한 참조 번호들이 병기된다.
도1은 2개의 입력 영상들(100 및 104) 및 이들 입력 영상들(100 및 104) 중간의 보간된 영상(102)을 개요적으로 도시한 것이다. 제 1 입력 영상(100)은 시간(n)에 대응하고 제 2 입력 영상(104)은 시간(n+1)에 대응한다. 중간 영상(102)은 시간(n+α)에 대응하는데, 여기서 0<α<1이다. 그러므로, 제 1 입력 영상(100) 및 보간된 영상(102) 간의 제 1 시간적 거리는 α와 동일하고 제 2 입력 영상(104) 및 보간된 영상(102) 간의 제 2 시간적 거리는 1-α와 동일하다.
중간 영상(102)의 특정 픽셀(126)은 제 1 입력 영상(100)으로부터 도출되는 제 1 샘플들(106-124)의 그룹 및 제 2 입력 영상(104)으로부터 도출되는 제 2 샘플들(116-124)의 그룹을 포함하는 샘플들의 세트에 대한 순서화된 통계적 연산을 토대로 계산된다. 제 1 샘플들(106-114)의 그룹 및 중간 영상(102)의 특정 픽셀(126) 간의 관계는 제 1 모션 벡터(
)에 의해 결정된다. 특히, 제 1 모션 벡터(
)는 특정 픽셀(126)과 제 1 그룹의 샘플들의 중앙 샘플(110)을 연결시킨다. 제 2 샘플들(116-124)의 그룹 및 중간 영상(102)의 특정 픽셀(126) 간의 관계는 제 2 모션 벡터(
)에 의해 결정된다. 특히, 제 2 모션 벡터(
)는 특정 픽셀(126)과 제 2 그룹의 샘플들의 중앙 샘플(120)을 연결시킨다.
제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플(108) 및 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플(106) 간의 제 1 공간 거리(x1)는 제 1 시간적 거리(α)를 토대로 한다. 제 1 공간 거리(x1) 및 제 1 시간적 거리(α) 간의 관계는 제 1 몫이라 칭한다.
아날로그 비디오 신호가 본 발명을 따른 영상 신호 보간 유닛에 제공되는 경 우에, 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들의 포착은 제 1 시간적 거리(α)를 토대로 직접 제어될 수 있다. 그러나, 수신된 비디오 신호의 샘플링, 즉 픽셀 값들의 결정이 소정 샘플링 그리드, 예를 들어 고정된 공간 거리로 영상 처리 장치의 또 다른 부분에서 수행되면, 제 1 샘플들(106-114)dml 그룹을 생성하기 위한 대안적인 조치가 필요로 될 수 있다. 제 1 그룹의 샘플들은 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀에 연결되는 중앙 픽셀 주위의 특정 이웃에서 픽셀들의 일부의 값들만을 취함으로써 형성될 수 있다. 이는, 서브-샘플링이 적용되어, 예를 들어 제 2 및 제 3 픽셀 각각을 취한다는 것을 의미한다. 대안적으로, 제 1 그룹의 샘플들(106-114)의 샘플들은 이용가능한 픽셀 값들의 보간에 의해 계산된다.
제 2 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플(118) 및 제 2 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플(116) 간의 제 2 공간 거리(x2)는 제 2 시간적 거리(1-α)를 토대로 한다. 제 2 공간 거리(x2) 및 제 2 시간적 거리(1-α)간의 관계는 제 2 몫이라 칭한다. 제 1 몫은 실질적으로 제 2 몫과 동일하다.
도2는 본 발명을 따른 보간 유닛(200)의 실시예를 개요적으로 도시한 것이다. 보간 유닛(200)은 제 1 영상(100) 및 제 2 영상(104)을 포함하는 비디오 신호가 자신의 입력 커넥터(210)에 제공된다. 보간 유닛(200)은 제 1(100) 및 제 2 영상(104) 중간의 보간된 영상(102)을 계산하도록 배열된다. 보간된 영상(100)은 제 1 영상(100)으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α)에 제공되고 제 2 영상(104)으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리(1-α)에 위치된다. 보간된 영상(102), 제 1 영상(100) 및 제 2 영상은 보간 유닛(200)의 출력 커넥터(212)에 제공된다.
보간 유닛(200)은:
- 제 1(100) 및 제 2 영상(102)에 대한 제 1 
및 제 2 
모션 벡터를 제공하는 모션 추정 유닛(202);
- 제 1 영상(100)의 픽셀들의 값들, 제 1 모션 벡터 (
) 및 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α)를 토대로 제 1 샘플들(106-114)의 그룹을 발생시키는 제 1 샘플 발생 유닛(204)으로서, 필요로 되는 입력은 입력 커넥터(210), 모션 추정 유닛(202) 및 제어 인터페이스(214) 각각에 의해 제공되는, 제 1 발생 유닛;
- 제 2 영상(104)의 픽셀들의 값들, 제 2 모션 벡터 (
) 및 제 2 미리 결정된 시간적 거리(1-α)를 토대로 제 2 샘플들(116-124)의 그룹을 발생시키는 제 2 샘플 발생 유닛(206)으로서, 필요로 되는 입력은 입력 커넥터(210), 모션 추정 유닛(202) 및 제어 인터페이스(214) 각각에 의해 제공되는, 제 2 발생 유닛; 및,
- 보간된 영상의 제 1 픽셀의 제 1 값을 발생시키기 위하여 제 1(106-114) 및 제 2(116-124)의 샘플들을 필터링하는 중앙 가중된 미디언 필터(208)를 포함한다.
보간 유닛(200)의 동작은 다음과 같다. 보간 영상(102)의 제 1 픽셀(126)의 값이 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α=1/4)로 계산되어야 한다라고 가정하자. 제 1 픽셀(126)과 관계되는 제 1 모션 벡터(
)는 공지된다. 이 제 1 모션 벡터(
)는 제 1 픽셀(126)을 제 1 영상(100) 내의 제 1 특정 픽셀(110)에 링크시킨다. 이 제 1 특정 픽셀(110)은 제 1 그룹의 샘플들을 위한 중앙 샘플로서 취해진다. 다음에, 이 제 1 특정 픽셀의 공간 환경에서, 부가적인 샘플들이 계산된다. 제 1 영상이 서로로부터 1mm 떨어져 배치되는 이산 픽셀들의 세트를 포함한다. 그 후, 제 1 그룹의 샘플들은 서로로부터 1/4mm 떨어진 제 1 공간 거리(x1)를 갖는 샘플들을 포함한다. 제 1 몫은 
가 된다. 제 1 그룹의 샘플들은 총 7개의 샘플들을 포함한다.
제 1 픽셀(126)에 관계되는 제 2 모션 벡터(
)가 공지된다. 이 제 2 모션 벡터(
)는 제 1 픽셀(126)을 제 2 영상(120) 내의 제 2 특정 픽셀(120)에 링크시킨다. 이 제 2 특정 픽셀(120)은 제 2 그룹의 샘플들을 위한 중앙 샘플로서 취해진다. 다음에, 이 제 2 특정 픽셀의 공간 환경에서, 부가적인 샘플들이 계산된다. 제 2 그룹의 샘플들은 서로로부터 3/4mm 떨어진 제 2 공간 거리(x2)를 갖는 샘플들을 포함한다. 제 2 몫은 
가 된다. 제 2 그룹의 샘플들은 총 7개의 샘플들을 포함한다.
제 1 공간 거리(x1) 및 제 2 공간 거리(x2)는 둘 다 4배 더 높게되도록 선택 된다는 것이 명백하다. 이는 제 1 그룹의 샘플들이 다수의 인접 픽셀들을 토대로 하고 제 2 픽셀들의 그룹은 제 2 특정 픽셀의 환경에서 서브-샘플링을 토대로 한 다수의 픽셀들을 토대로 한다.
2개의 그룹의 샘플들은 중앙 가중된 미디언 필터(208)에 제공된다. 제 1 그룹의 중앙 샘플 및 제 2 그룹의 샘플은 7과 동일한 상대적으로 높은 가중 계수들로 가중된다. 다른 샘플들은 1과 동일한 가중 계수들로 가중된다. 이는 제 1 그룹의 샘플들에 대한 가중 계수들 각각이 1,1,1,7,1,1 및 1이고 제 2 그룹의 샘플들에 대한 가중 계수들 각각이 1,1,1,7,1,1 및 1이라는 것을 의미한다.
제 1 픽셀(126)의 최종 값은 총 샘플들의 세트의 미디언 값에 대응한다.
그룹의 샘플들이 또한 더 많은 샘플들을 포함하고 이들 샘플들이 또한 중앙 픽셀로부터 2차원 환경으로부터 취해질 수 있다는 것이 명백할 것이다.
모션 추정 유닛(202)은 예를 들어, G.de Hann 등이 1993년 10월에 IEEE Transactions on circuits and systems for video technology, vol3. no.5, pp 368-379에 발표한 논문 "True-Motion Estimation with 3-D Recursive Search Block Matching"에 규정된 바와 같다.
샘플들의 발생은 다음의 제약에 의해 규정된다. 제 1 몫은 제 2 몫과 실질적으로 동일하며, 제 1 몫은 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플 간의 제 1 공간 거리 및 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 의해 결정되며, 제 2 몫은 제 2 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플 간의 제 2 공간 거리 및 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 의해 결정된다.
모션 추정 유닛(202), 제 1 샘플 발생 유닛(204), 제 2 샘플 발생 유닛(206) 및 중앙 가중된 미디언 필터(208)는 하나의 프로세서를 사용하여 구현된다. 통상적으로, 이들 기능들은 소프트웨어 프로그램 제품의 제어하에서 수행된다. 실행 동안, 통상적으로 소프트웨어 프로그램 제품은 RAM과 같은 메모리에 로딩되고 이로부터 실행된다. 이 프로그램은 ROM, 하드 디스크 또는 자기적으로 및/또는 광학적인 저장 장치와 같은 백그라운드 메모리로부터 로딩될 수 있거나, 인터넷과 같은 네트워크를 통해서 로딩될 수 있다. 선택적으로, 주문형 반도체가 서술된 기능을 제공한다.
도3a는 2개의 입력 영상들(100 및 104) 및 이들 입력 영상들(100 및 104) 중간의 보간된 영상(102)을 개요적으로 도시한 것이다. 제 1 입력 영상(100)은 시간(n)에 대응하고 제 2 입력 영상(104)은 시간(n+1)에 대응한다. 중간 영상(102)은 시간(n+α)에 대응하는데, 여기서 α=1/2이다. 그러므로, 제 입력 영상(100) 및 보간된 영상(102) 간의 제 1 시간적 거리 및 제 2 입력 영상(104) 및 보간된 영상(102) 간의 제 2 시간적 거리는 상호 동일하게 된다. 제 1 영상(100)에는 제 1 에지가 존재하는데, 이는 루미넌스의 과도상태가 존재한다는 것을 의미한다. 또한 제 2 영상(104)에는 제 1 영상의 제 1 에지(300)에 대응하는 제 2 에지(304)가 존재한다. 제 1 영상의 샘플들 및 제 2 영상(104)의 샘플들의 적절한 선택으로 인해, 보간된 영상의 제 3 에지(302)는 미러 라인(310) 및 정렬 라인(312)으로 알 수 있는 바와 같이 정확한 위치에 위치된다. 제 1 영상(100)의 중앙 샘플(110)은 제 1 그룹의 모든 샘플들의 최대 가중 계수를 갖는다. 제 2 영상(104)의 중앙 샘플(120)은 제 2 그룹의 모든 샘플들의 최대 가중 계수를 갖는다.
도3b는 2개의 입력들(100, 104)에서 그리고 α=1/4인 이들 두개의 입력들 중간의 보간된 영상(102)에서 에지들(300-304)을 개요적으로 도시한 것이다. 도3a와의 차이점은 제 1 영상(100)으로부터 도출된 샘플들 간의 제 1 공간 거리(x1)가 제 2 영상(104)으로부터 도출된 샘플들 간의 제 2 공간 거리(x2)보다 작다는 것이다.
도4a는 중앙 샘플(110)에 관련되어 수직으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들(106-114)을 개요적으로 도시한 것이다. 중앙 샘플(110)은 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀(126)에 연결되는 제 1 모션 벡터(
) 상에 위치된다. 이들 샘플들(106-114)은 소정 픽셀 그리드 상에 위치되는 픽셀 값들에 대응할 수 있다. 대안적으로, 이들 샘플들(106-114)은 소정 픽셀 그리드의 픽셀 값들의 보간을 토대로 한다.
도4b는 중앙 샘플(110)에 관련되어 수평으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들(106-114)을 개요적으로 도시한 것이다. 중앙 샘플(110)은 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀(126)에 연결되는 제 1 모션 벡터(
) 상에 위치된다. 이들 샘플들(106-114)은 소정 픽셀 그리드 상에 위치되는 픽셀 값들에 대응할 수 있다. 대안적으로, 이들 샘플들(106-114)은 소정 픽셀 그리드의 픽셀 값들의 보간을 토대로 한다.
도4c는 중앙 샘플(110)에 관련되어 수직으로 배치되고 중앙 샘플(110)에 관련되어 수평으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들(106-114)을 개요적으로 도 시한 것이다. 이들 샘플들(106-114)은 소정 픽셀 그리드 상에 위치되는 픽셀 값들에 대응할 수 있다. 대안적으로, 이들 샘플들(106-114)은 소정 픽셀 그리드의 픽셀 값들의 보간을 토대로 한다.
도4d는 제 1 모션 벡터(
)에 대응하는 방향으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들(106-114)을 개요적으로 도시한 것이다. 다른 말로서, 샘플들(106) 중 제 1 샘플과 샘플들(114) 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 제 1 모션 벡터(
)의 방향에 대응한다. 이 선택 방법은 제 1 모션 벡터(
)의 방향이 실질적으로 정확하지만 길이가 정확하지 않는 경우에 유용하다.
도4e는 차이 모션 벡터(
)에 대응하는 방향으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들(106-114)을 개요적으로 도시한 것이다. 다른 말로서, 샘플들(106) 중 제 1 샘플과 샘플들(114) 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 차이 벡터(
)에 대응한다. 이 차이 벡터(
)는 제 1 모션 벡터(
) 및 제 1 모션 벡터(
)의 공간 환경에서의 제 3 모션 벡터(
) 간의 차이에 대응한다. 제 3 모션 벡터(
)는 제 1 모션 벡터(
)와의 최대 차를 가는 제 1 모션 벡터(
)에서의 공간 환경 내의 모션 벡터이다.
도4f는 제 1 영상(100) 내의 물체(402)의 에지(300)와 직교하는 방향으로 배치되는 제 1 그룹의 샘플들의 샘플들(106-114)을 개요적으로 도시한 것이다. 에지(300)는 에지-결정 유닛에 의해 결정된다.
도5는 본 발명을 따른 영상 처리 장치(500)의 실시예를 개요적으로 도시한 것인데, 상기 장치는:
- 영상들을 표시하는 신호를 수신하는 수신 수단(502);
- 도2 및 도3과 관련하여 서술된 바와 같은 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200); 및,
- 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200)의 출력 영상들을 디스플레이하는 디스플레이 장치(504)를 포함한다. 이 디스플레이 장치(506)는 선택적이다. 이 신호는 안테나 또는 케이블을 통해서 수신되는 방송 신호일 수 있지만 또한 VCR(비디오 카세트 레코더) 또는 디지털 비디오 디스크(DVD)와 같은 저장 장치로부터의 신호일 수 있다. 이 신호는 입력 커넥터(510)에 제공된다. 영상 처리 장치(500)는 예를 들어 TV일 수 있다. 대안적으로, 영상 처리 장치(500)는 선택적인 디스플레이 장치를 포함하지 않지만 HD 영상들을 디스플레이 장치(506)를 포함하는 장치에 제공한다. 그 후, 영상 처리 장치(500)는 예를 들어 셋 톱 박스, 위성 튜너, VCR 플레이어 또는 DVD 플레이어일 수 있다. 그러나, 이는 또한 플름-스튜디오 또는 브로드캐스터에 의해 적용되는 시스템일 수 있다.
상술된 실시예들은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 당업자가 첨부된 청구범위로부터 벗어남이 없이 대안적인 실시예들을 설계할 수 있도록 예시한 것이라는 점에 유의하여야 한다. 청구항들에서, 괄호안의 임의의 참조 부호들은 청구범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안된다. 단어 "포함하는"은 청구항에 기재되지 않은 소자들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 소자 앞의 단어 "a" 또는 "an" 은 이와 같은 소자들이 다수개 존재한다는 것을 배제하지 않는다. 본 발명은 여러 별도의 소자들을 포함하는 하드웨어 및 적절하게 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단들을 열거하는 장치 청구항들에서, 이들 여러 수단들은 동일한 하드웨어 아이템에 의해 구현될 수 있다.
Claims (14)
- 제 1 및 제 2 영상 중간에서 보간된 영상을 발생시키는 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200)으로서, 상기 보간된 영상(102)은 상기 제 1 영상으로부터 상기 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α)에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리(1-α)에 위치되는, 상기 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200)에 있어서,- 상기 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 모션 추정 수단(202);- 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 수단(204, 206); 및,- 상기 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀의 제 1 값을 생성하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들의 순서화된 통계적 필터링(ordered statistical filtering)을 위한 필터링 수단(212)을 포함하며 이에 의해, 제 1 몫(quotient)은 제 2 몫과 실질적으로 동일하게 되며, 상기 제 1 몫은 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 샘플 간의 제 1 공간 거리(x1) 및 상기 제 1 미리 결정된 시간적 거리(α)에 의해 결정되며, 상기 제 2 몫은 상기 제 2 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 샘플 간의 제 2 공간 거리(x2) 및 상기 제 2 미리 결정된 시간적 거리 (1-α)에 의해 결정되는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 1항에 있어서,상기 필터링 수단(212)은 미디언 필터(median filter)를 포함하는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 2항에 있어서,상기 필터링 수단(212)은 가중된(weighted) 미디언 필터를 포함하는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 3항에 있어서,상기 제 1 그룹의 샘플들 중 특정 샘플을 가중하기 위한 상기 가중된 미디언 필터의 특정 가중 계수는, 상기 제 1 그룹의 샘플들의 부가적인 각 샘플들을 가중하기 위한 부가적인 가중 계수들 각각 보다 크며, 상기 특정 샘플은 상기 제 1 그룹의 샘플들의 중앙에 위치되는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 4항에 있어서,상기 특정 가중 계수는 상기 부가적인 가중 계수들의 합보다 큰, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플에 대응하는 제 2 값은 상기 제 1 영상의 픽셀들 중 제 3 픽셀의 제 3 값과 동일한, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플에 대응하는 제 2 값은, 상기 제 1 영상의 픽셀들 중 제 3 픽셀의 제 3 값 및 상기 픽셀들 중 제 3 픽셀의 공간 환경에서 상기 제 1 영상의 픽셀들 중 제 4 픽셀의 제 4 값의 보간에 의해 계산되는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플과 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 상기 제 1 모션 벡터에 대응하는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플과 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 차이 벡터에 대응하며, 상기 차이 벡터는 상기 제 1 모션 벡터 및 상기 제 1 모션 벡터의 공간 환경에서 제 3 모션 벡터 간 의 차이에 대응하는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 제 1항에 있어서,상기 제 1 영상에서 에지의 오리엔테이션(orientation)을 검출하는 에지-검출 수단을 더 포함하며, 이에 의해 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플과 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 2 샘플을 연결하는 라인 세그먼트의 방향은 에지의 상기 오리엔테이션과 직교하는, 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200).
- 영상 처리 장치(400)로서,- 제 1 및 제 2 영상을 표시하는 영상 신호를 수신하는 수신 수단(402); 및,- 상기 수신 수단에 결합되고, 상기 제 1 및 제 2 영상의 중간에서 보간된 영상(102)을 발생시키는 모션-보상된 영상 신호 보간 유닛(200)으로서, 상기 보간된 영상(102)은 상기 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치되는, 제 1항에 청구된 바와 같은 상기 보간 유닛(200)을 포함하는, 영상 처리 장치.
- 제 11항에 있어서,상기 보간된 영상(102)을 디스플레이하는 디스플레이 장치를 더 포함하는, 영상 처리 장치.
- 제 1 및 제 2 영상 중간에서 보간된 영상(102)을 발생시키는 방법으로서, 상기 보간된 영상(102)은 상기 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치되는, 상기 보간된 영상 발생 방법에 있어서,- 상기 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 단계;- 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 단계; 및,- 상기 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀의 제 1 값을 생성하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들의 순서화된 통계적 필터링 단계를 포함하며, 이에 의해 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 샘플 간의 공간 거리는 상기 미리 결정된 시간적 거리를 토대로 하는, 보간된 영상 발생 방법.
- 제 1 및 제 2 영상 중간에서 보간된 영상(102)을 발생시키도록 하는 명령들을 포함하는, 컴퓨터 장치에 의해 로딩되는 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 상기 보간된 영상(102)은 상기 제 1 영상으로부터 제 1 미리 결정된 시간적 거리에 위치되고 상기 제 2 영상으로부터 제 2 미리 결정된 시간적 거리에 위치되며, 상기 컴퓨터 장치는 처리 수단 및 메모리를 포함하는, 상기 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 로딩된 후, 상기 처리수단으로 하여금:- 상기 제 1 및 제 2 영상에 대한 제 1 및 제 2 모션 벡터를 제공하는 단계;- 상기 제 1 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 1 모션 벡터를 토대로 제 1 그룹의 샘플들 및 상기 제 2 영상의 픽셀들의 값들 및 상기 제 2 모션 벡터를 토대로 제 2 그룹의 샘플들을 제공하는 제공 단계; 및,- 상기 보간된 영상(102)의 제 1 픽셀의 제 1 값을 생성하기 위하여 상기 제 1 및 제 2 그룹의 샘플들을 순서화된 통계적 필터링하는 단계로서, 이에 의해 상기 제 1 그룹의 샘플들 중 제 1 샘플 및 제 2 샘플 간의 공간 거리는 상기 미리 결정된 시간적 거리를 토대로 하는, 상기 통계적 필터링 단계를 수행하게 하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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