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KR100202565B1 - 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치 - Google Patents

복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치 Download PDF

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KR100202565B1
KR100202565B1 KR1019960008050A KR19960008050A KR100202565B1 KR 100202565 B1 KR100202565 B1 KR 100202565B1 KR 1019960008050 A KR1019960008050 A KR 1019960008050A KR 19960008050 A KR19960008050 A KR 19960008050A KR 100202565 B1 KR100202565 B1 KR 100202565B1
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송우진
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구자홍
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N9/78—Circuits for processing the brightness signal and the chrominance signal relative to each other, e.g. adjusting the phase of the brightness signal relative to the colour signal, correcting differential gain or differential phase for separating the brightness signal or the chrominance signal from the colour television signal, e.g. using comb filter

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Abstract

본 발명은 움직임 평가와 보상을 이용한 NTSC 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리기술에 관한 것으로, 종래의 휘도/색신호 분리 필터에 있어서, 휘도/색 분리가 미흡하게 되어 수평해상도가 저하되거나, 도트 크롤과 색간섭 현상이 발생되는 등의 이유로 인하여 선명한 화상을 제공할 수 없는 결함이 있었는 바, 본 발명은 이를 해결하기 위하여, NTSC 티브이 수신신호의 Y/C분리를 위하여 22(샘플라인) 블록단위로 움직임을 검출하고, 움직임이 검출되지 않으면 이전 프레임의 일정한 영역에서 22(샘플라인) 블록단위의 움직임 평가와 움직임 보상으로 3차원 Y/C분리를 수행하며, 움직임 평가가 되지 않는 부분은 현재 프레임에서 21(샘플

Description

복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치
제1도는 본 발명 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치에 대한 블록도.
제2도의 (a),(b)는 본 발명에 의해 4fsc로 샘플링된 N,(N-1)번째 프레임의 상태도.
제3도의 (a),(b)는 본 발명에 의한 정지영상의 휘도/색신호 분리 예를 보인 N, (N-1)번째 프레임의 상태도.
제4도는 본 발명에 의한 (N-1)번째 프레임의 휘도/색신호 분리 범위 설명도.
제5도는 본 발명에 의한 현재 프레임내의 필드형 2차원 휘도/색신호 분리 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : A/D변환기 2,3 : 프레임 메모리
4 : Y/C분리 판단부 4A : 움직임 검출부
4B : 움직임 평가부 5 : 3차원 Y/C분리부
6 : 움직임보상 3차원 Y/C분리부 7 : 필드형 2차원 Y/C분리부
본 발명은 움직임 평가와 보상을 이용한 NTSC 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리기술에 관한 것으로, 특히 블록단위의 움직임 검출기법으로 움직임을 검출하여 움직임이 없는 신호는 3차원 휘도/색신호 분리를 하고, 움직임이 있는 신호는 움직임 평가를 통하여 움직인 거리만큼이 움직임 보상 3차원 휘도/색신호 분리를 하며, 움직임 보상이 되지 않는 신호는 블록단위의 2차원 필드 콤필터를 이용하여 휘도/색신호를 분리하는데 적당하도록한 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치에 관한 것이다.
세계 여러나라에서 사용하고 있는 NTSC방식의 복합영상신호는 기존의 흑백티브이신호와 호환성을 갖도록 하기 위해 색신호를 색부반송파에 변조시켜서 휘도신호의 주파수 스펙트럼들 사이의 빈 공간에 삽입된다.
이러한 NTSC 티브이의 주파수 다중화에 의한 휘도신호와 색신호를 분리하기 위한 수단으로서 초창기에는 수평필터를 주로 사용하였고, 근래에 들어 1-라인형 수직필터, 2-라인형 수직필터를 사용하였으며, 최근들어 프레임 메모리를 사용하는 움직임 적응형 3차원 콤필터가 고집적회로(LSI)로 상용화되어 고화질의 텔레비젼수상기에 점차 적용되고 있는 실정에 있다.
상기 수평필터는 저역통과 필터를 사용하거나 대역통과 필터를 사용하는 방법으로 분류할 수 있으며, 저역통과 필터를 사용하는 방법은 색부반송파의 저주파수 대역 제거용의 저역통과 필터로 휘도신호를 먼저 분리한 후 복합영상신호에서 분리된 휘도 성분을 빼내어 색신호를 분리하는 방식이다.
라인형 수직필터는 매 라인마다 위상이 180반전하는 특성을 이용하여 휘도신호와 색신호를 분리하는 방식이다.
움직임 적응형 3차원 콤 필터는 움직임 검출기의 출력신호에 따라 결정되는 k값을 근거로 하여 2차원 휘도/색신호 분리 필터의 출력과 3차원 프레임 콤필터의 출력을 적절하게 혼용하여 휘도/색신호를 분리하는 방식이다. 예로써, 움직임 검출이 전혀 없을때 k값이 0이라면 3차원 휘도/색신호 분리를 하고, 검출정도가 과도하여 k값이 1이면 2차원 휘도/색신호 분리를 하며, 그 중간값에 대해서는 적응적으로 휘도/색신호를 분리하는 방식이다. 여기서, 움직임 검출은 휘도신호의 저역 주파수 성분의 1 프레임 차이값으로 휘도성분을 검출하고, 고역 휘도신호 및 1 프레임으로 색신호 차를 얻는 방법이 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 휘도/색신호 분리 필터에 있어서, 수평 대역통과 필터는 수평방향으로 영상의 변화가 작은 경우에는 휘도신호와 색신호를 비교적 양호하게 분리하지만 변화가 큰 경우에는 색간섭과 휘도간섭 현상으로 인하여 휘도/색 분리가 미흡하게 되어 수평해상도가 저하되는 결함이 있으며, 수직필터는 수직방향으로 상관관계가 낮을때 도트 크롤(Dot Crawl)과 색간섭 현상이 발생되는 결함이 있고, 움직임 적응형 3차원 콤 필터는 움직임의 평가 및 보상이 보다 효과적으로 수행되지 않아 휘도신호와 색신호의 불완전하게 분리되고, 이에 의해 휘도간섭 및 색간섭 현상이 발생되는 결함이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 블록단위의 움직임 검출기법으로 움직임을 검출하여 움직임이 없으면 정지영상으로 판단하여 프레임 콤 필터를 사용해서 3차원 휘도/색신호 분리를 하고, 움직임이 검출되면 현재 프레임의 위치를 기준으로 이전 프레임의 일정한 영역내에서 움직임 평가를 수행하여 일치하는 블록이 있는 경우 3차원 휘도/색신호 분리를 하며, 움직임 평가에서 일치되는 블록이 없으면 2차원 필드 콤필터를 이용하여 휘도/색신호를 분리하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치를 제공함에 있다.
제1도는 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치에 대한 일실시 예시 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 외부로 부터 공급되는 아날로그의 복합영상신호(CVBS)를 디지탈신호 변환하는 A/D변환기(1)와, 상기 A/D변환기(1)에서 출력되는 (N-1)번째의 복합영상신호와 N번째의 복합영상신호가 프레임단위로 저장되는 프레임 메모리(2),(3)와, 상기 프레임 메모리(2),(3)에서 각기 출력되는 이전 프레임과 현재 프레임의 움직임을 소정의 블록단위로 검출하여 현재 프레임이 정지영상인지 동영상인지를 판단하는 움직임 검출부(4A)와, 상기 움직임 검출부(4A)에 의해 동영상으로 판단되는 경우 움직임 보상이 가능한지의 여부를 평가하는 움직임 평가부(4B)와, 상기 움직임 검출부(4A)에서 정지영상으로 검출될때 3차원 Y/C분리를 수행하는 3차원 Y/C분리부(5)와, 상기 움직임 평가부(4B)의 평가 결과 움직임 보상이 가능할때 움직인 거리만큼의 움직임 보상 3차원 Y/C분리를 수행하는 움직임보상 3차원 Y/C분리부(6)와, 상기 움직임 평가부(4B)의 평가 결과 움직임이 보상되지 않는 신호에 대하여 블록단위로 2차원 Y/C분리를 수행하는 2차원 Y/C분리부(7)와, 상기 3차원 Y/C분리부(5), 움직임보상 3차원 Y/C분리부(6), 필드형 2차원 Y/C분리부(7)를 통해 분리된 휘도신호(Y)와 색신호(C) 중에는 Y/C분리 판단부(4)의 제어하에 해당 휘도신호와 색신호를 선택하여 외부로 출력하는 스위치(8)로 구성한 것으로, 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제2도 내지 제5도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
외부로부터 공급되는 아날로그의 복합영상신호(CVBS)가 A/D변환기(1)를 통해 디지탈신호로 변환된 후 먼저, 프레임 메모리(2)에 저장되고, 이 프레임 메모리(2)에 의해 1프레임 지연된 복합영상신호가 다시 프레임 메모리(3)에 저장되므로 결국, 상기 프레임 메모리(3)에 현재 프레임(N번째 프레임)의 복합영상신호가 저장되고 상기 프레임 메모리(2)에는 바로 이전 프레임(N-1번째 프레임)의 복합영상신호가 저장된다.
움직임 검출부(4A)는 상기 프레임 메모리(2),(3)에서 각기 출력되는 인접된 두 프레임 즉, N번째 프레임과 (N-1)번째 프레임의 움직임을 검출함에 있어서 소정의 블록단위로 움직임을 검출하여 현재 프레임이 정지영상인지 동영상인지를 판단한다.
상기의 판단 결과 정지영상으로 판명되면 즉, 움직임이 없는 영상으로 판단되면 3차원 Y/C분리부(5)를 통해 휘도신호(Y)와 색신호(C)를 분리한다. 그러나, 상기의 판단 결과 동영상으로 판단되면 움직임 평가부(4B)를 통해 움직임을 평가하여 움직임보상 3차원 Y/C분리부(6)를 통해서는 움직인 거리만큼의 움직임 보상 3차원 Y/C분리를 수행하고, 움직임이 보상되지 않는 신호는 필드형 2차원 Y/C분리부(7)를 통해 블록단위로 2차원 Y/C분리를 수행한다.
상기 3차원 Y/C분리부(5), 움직임보상 3차원 Y/C분리부(6), 필드형 2차원 Y/C분리부(7)를 통해 분리된 휘도신호(Y)와 색신호(C)는 Y/C분리 판단부(4)의 제어하에 스위치(8)에서 선택되어 외부로 출력되는 것으로, 상기 각부의 작용을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 움직임 검출부(4A)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
기존의 동 적응형 3차원 휘도/색신호 분리를 위해 움직임 검출은 필수적이며, 움직임 검출을 수행함에 있어서 화소(Pixel) 단위로 휘도/색신호를 분리하기 위하여 컬러버스트신호에 4fsc로 록킹된 NTSC 칼라신호를 양자화하고, 고역 부분을 고역통과시켜 2라인 혹은 3라인으로 이웃하는 샘플과 휘도/색신호 분리하는 방식을 사용한다.
본 발명의 일실시 예로서, 4fsc로 샘플링된 4개의 샘플을 블록단위로 하여 현재 프레임의 휘도/색신호를 분리하고, 이전 프레임에서 휘도/색신호를 분리하여 각각의 휘도신호(Y)와 색차신호(I),(Q)를 비교한다. 제2도의 (a), (b)는 현재 프레임과 이전 프레임이 4fsc로 샘플링된 샘플들을 보여주고 있는데, 여기서 매 라인, 필드, 프레임마다 위상이 반전되어 있음을 알 수 있다.
제2도에서 점선으로 둘러 쌓인 4개의 샘플들이 휘도/색신호 분리를 수행할 부분이라면 먼저 N번째 프레임의 휘도신호를
로 분리하고, N번째 프레임의 색차신호 I,Q를
와 같이 분리하며, N번째 프레임의 색상의 크기는 일정하므로
와 같이 계산한다. 이렇게 분리된 휘도신호(Y)가 0-100 IRE(Institut e Radio Engineer)에 해당하는 양자화 레벨의 64 Y 214 사이에 있고, 분리된 색신호가 20.5 [Cn] 22.5의 조건인
를 만족하면 해당 블록은 색신호를 포함하고 있는 블록이며, 그렇지 않으면 휘도신호를 포함하고 있는 블록이다. 같은 방법으로 (N-1)번째 프레임의 블록도 Y,I,Q를 분리 비교한다.
움직임이 검출되는 경우는 다음의 3가지로 분류할 수 있는데, px1과 px2를 각각 이전 프레임 블록과 현재 프레임 블록의 휘도 혹은 색신호 변수이라면 첫번째는
와 같이 N번째 프레임의 블록이 휘도신호 2인데, (N-1)번째 프레임의 블록신호가 색신호 1인 경우이고, 두번째 경우의 조건은
와 같이 N번째 프레임의 블록이 색신호 블록인데 (N-1)번째 프레임의 블록이 휘도신호 블록인 경우이며, 마지막의 경우는
와 같이 N번째 프레임의 블록이 색신호 블록이고, (N-1)번째 프레임의 블록이 색신호 블록이면서 I와 Q신호의 변화값이 k 이상인 경우이다.
정지영상에 대해 3차원 Y/C분리를 수행하는 3차원 Y/C 분리부(5)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
움직임이 검출되지 않으면 정지영상으로 간주하여 N번째 프레임의 4샘플 블록과 (N-1)번째 프레임의 4샘플 블록을 사용하여 3차원 Y/C분리를 수행한다. 정지영상의 조건은 N번째 프레임과 (N-1)번째 프레임이 모두 휘도신호인 경우이며, N번째 프레임과 (N-1)번째 프레임이 모두 색신호인 경우는 변화량 k값이 10 이하일 경우이다.
3차원 Y/C분리를 하기 위하여 X0는 N번째 프레임의 복합영상신호이고 X1은 (N-1)번째 프레임의 복합영상신호라고 한다면, 현재 프레임인 N번째 프레임과 이전 프레임인 (N-1)번째 프레임으로 부터 j번째 라인의 휘도를
와 같이 분리하고, j번째 색신호와 i+1번째 색신호를
와 같이 분리한다. 이와 같이 J+1라인에 대해서도 휘도와 색신호를 분리하면 3차원 Y/C분리가 되어 색간섭 현상을 없앨 수 있게 된다.
움직임보상 3차원 Y/C분리부(6)의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
효율적인 영상신호의 전송에 사용되는 코딩(Coding) 방법 중 하나인 움직임 평가를 수신기의 Y/C분리에 적용하였다. 영역정합(Region Matching Method) 방법 중에서 블록정합 방법을 이용한 움직임 평가와 움직임 보상으로 NTSC 복합영상신호의 3차원 Y/C분리를 수행한다.
블록의 크기는 수직방향 2라인과 수평방향 1화소(1샘플)를 1개의 블록으로 설정하였는데 더 크게 할때에는 블록킹 효과(Blocking Effect)과 발생한다. 또한, 움직임 평가를 위한 프레임간의 움직임 탐색범위는 평균적으로 수평방향으로는7 화소이고, 수직방향으로는4라인 정도이다. 본 발명의 모의 실험에서는 움직임 탐색방법을 전부분 탐색(Full Search)을 택하여수평방향으로7 블록과 수직방향으로7 블록 범위 내에서 탐색하였으며, 제4도는 본 발명의 모의실험에서 사용된 움직임 평가 범위를 나타낸 것이다.
제4도에서, (N-1)번째 프레임의 (i,j), (i+1, j), (i, j+1), (i+1, j+1) 4샘플의 블록은 N번째 프레임의 Y/C분리 비교 대상인 (i,j), (i+1, j), (i, j+1), (i+1, j+1) 4샘플의 블록과 위상이 반전되어 있고, 그 옆의 블록인 (i+2, j), (i+3, j), (i+2, j+1), (i+3, j+1) 4샘플 블록은 같은 위상이다. 그러므로 (N-1)프레임의 Y/C분리 범위에서 위상이 같은 블록은
와 같이 차의 절대값을 구하고, 위상이 반전된 블록은
와 같이 더해서 색차를 구하며, 또한, 휘도차를
와 같이 구한다.
휘도차와 색차가 각각 5와 1이하일때 같은 블록으로 판단하는데, 현재(N번째) 프레임의 (i,j)블록과 같은 블록이라고 판단되는 이전(N-1번째) 프레임 블록이 반전된 위상이라면 (식9)-(식11)과 같이 움직임 보상 3차원 Y/C분리를 수행한다. 만약 이전 프레임의 블록이 같은 위상이라면, 현재 프레임의 j라인은 이전 프레임의 j+1라인으로, 현재 프레임의 j+1라인은 이전 프레임의 j라인으로 움직임 보상 Y/C분리를 상기의 (식9)-(식11)과 같이 수행한다.
필드 콤 필터를 이용하여 2차원 Y/C분리를 수행하는 필드형 2차원 Y/C분리부(7)의 작용을 설명하면 다음과 같다.
움직임 평가와 움직임 보상에 의해 3차원 Y/C분리를 할 수 없을 경우에는 도5에서와 같이, 현재(N번째) 프레임의 블록의 j번째 라인과 J+1번째 라인과의 필드 상관관계를 이용하여 2차원 Y/C분리를 (식1)-(식3)과 같이 수행한다. 나아가 상관 적응형 2차원 Y/C분리 필터로 구현하는 더 발전된 알고리듬을 고려할 수 있다.
결국, 본 발명에서는 NTSC 티브이 수신신호의 Y/C분리를 위하여 22(샘플라인) 블록단위로 움직임을 검출하고, 움직임이 검출되지 않으면 이전 프레임의 일정한 영역에서 22(샘플라인) 블록단위의 움직임 평가와 움직임 보상으로 3차원 Y/C분리를 수행하며, 움직임 평가가 되지 않은 부분은 현재 프레임에서 21(샘플라인) 블록단위의 필드형 2차원 Y/C분리를 수행하도록 하였다. 반도체 기술의 발전에 따라 메모리의 가격이 점차 떨어지는 추세에 있는 것을 감안하여 메모리의 용량 증가에 제약을 두지 않았다. 전범위 탐색을 이용한 움직임 평가 대신에 실용성을 위해 TSS (Tree Step Search) 탐색방법 등을 고려하고, 다른 처리과정을 가감하도록 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수평, 수직, 필드, 프레임 형의 콤 필터를 적절하게 혼용한 적응형 2차원 Y/C분리 수단과, 프레임 기억소자를 사용하여 움직임 평가와 움직임 보상을 수행하는 3차원 Y/C분리 수단을 제안하여, 블록단위의 움직임 검출방식으로 움직임을 검출하고, 움직임이 없는 신호는 3차원 Y/C분리를 수행하며, 움직임이 있는 신호는 움직임 평가를 통하여 움직인 거리만큼의 움직임 보상 3차원 Y/C분리를 수행하고, 움직임 보상이 되지 않는 신호는 블록단위의 2차원 필드 콤필터를 이용하여 Y/C분리를 수행함으로써 보다 선명한 화상을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 프레임 메모리(2),(3)에서 각기 출력되는 복합영상신호를 근거로 이전 프레임과 현재 프레임의 움직임을 소정의 블록단위로 검출하여 현재 프레임이 정지영상인지 동영상인지를 판단하는 움직임 검출부(4A)와; 상기 움직임 검출부(4A)에 의해 동영상으로 판단되는 경우 움직임 보상이 가능한지의 여부를 평가하는 움직임 평가부(4B)와; 상기 움직임 검출부(4A)에서 정지영상으로 검출될때 3차원 Y/C분리를 수행하는 3차원 Y/C분리부(5)와; 상기 움직임 평가부(4B)의 평가 결과 움직임 보상이 가능할때 움직인 거리만큼의 움직임 보상 3차원 Y/C분리를 수행하는 움직임보상 3차원 Y/C분리부(6)와; 상기 움직임 평가부(4B)의 평가 결과 움직임이 보상되지 않는 신호에 대하여 블록단위로 2차원 Y/C분리를 수행하는 2차원 Y/C분리부(7)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 움직임 검출부(4A)는 4fsc로 샘플링된 소정 갯수의 샘플을 블록단위로 현재 프레임과 이전 프레임에서 휘도/색신호를 분리하여 각각의 휘도신호(Y)와 색차신호(I),(Q)를 비교하도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 움직임 평가부(4B)는 움직임 평가를 위한 프레임간의 움직임 탐색범위를 평균적으로 수평방향으로7화소, 수직방향으로4라인으로 설정하는 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 3차원 Y/C분리부(5)는 N번째 프레임의 4샘플 블록과 (N-1)번째 프레임의 4샘플 블록을 이용하여 3차원 Y/C분리를 수행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 움직임 보상 3차원 Y/C분리부(6)는 블록정합을 이용한 움직임 평가와 움직임 보상으로 NTSC복합영상신호의 3차원 Y/C분리를 수행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
  6. 제5항에 있어서, 블록의 크기는 수직방향으로 2라인과 수평방향으로 1화소(2샘플)을 기본 블록으로 설정하는 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
  7. 제1항에 있어서, 2차원 Y/C분리부(7)는 N번째 프레임 블록의 j번째 라인과 (j+1)번째 라인과의 상관관계를 이용하여 휘도신호와 색신호를 분리하도록 구성한 것을 특징으로 하는 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치.
KR1019960008050A 1996-03-23 1996-03-23 복합영상신호의 3차원 휘도/색신호 분리 장치 KR100202565B1 (ko)

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