KR20020007411A - 피킹 필터를 갖는 비디오 장치 - Google Patents

Abstract

비디오 장치는, 인가된 비디오 신호들에 응답하여, 인가된 비디오 신호들과 졀합된 피킹 신호들(Vp)을 공급하는 피킹 필터(3 내지 5)를 포함한다. 피킹 필터(3 내지 5)는 캐스케이드 구성의 제 1 (3) 및 제 2 (4)의 1차 고역통과 또는 대역통과 필터를 포함하며, 피킹 세기를 결정하기 위한 유닛(5,6)은 상기 제 1 (3)과 제 2 (4) 필터들 사이에 놓여진다.

Description

피킹 필터를 갖는 비디오 장치{Video-apparatus with peaking filter}

Christian Hentschel; Video-Signalverarbeitung; B.G. Teubner, Stuttgart 1998에는, 피킹 필터를 갖는 비디오 장치를 개시한다.

피킹 알고리즘은 에지 강화(edge enhancement)를 실행한다. 이것은, 비디오 영상에서 에지의 가파름(steepness)이 측정되고, 그 뒤 이 가파름은 에지의 가파름이 강화될 수 있는 피킹 신호에 의해서 증가될 수 있음을 의미한다. 에지의 가파름에 따른 에지 강화는 다이나믹 피킹(dynamic peaking)이라 칭한다.

피킹의 전통적인 실행은 2차 고역통과 또는 대역통과 필터를 비디오 신호에 적용하는 것이다. 예를 들어, (...m0, -0.25, +0.5, -0.25, 0,...)의 임펄스 응답을 갖는 2차 계수 고역통과 필터의 출력 신호가 비디오 신호에 첨가되며, 필터 계수들(-0.25, +1.50, -0.25)을 갖는 필터가 얻어진다. 2차 고역통과 필터의 스텝 응답은 대칭 피킹(symmetrical peaking)을 유발한다. 분명하게는, 이 필터의 스텝 응답은 -25%의 언더슈트(undershoot) 및 +25%의 오버슈트(overshoot)를 갖는다. 오브플로우를 피하기 위해, 가산된 피킹의 양은 때때로 제한되어야 한다.

피킹 세기를 결정하기 위해, W0-A-98/09943에는, 비디오 영상들의 에지의 가파름을 측정하기 위해 2차 필터에 1차 필터를 병렬로 추가하고, 2차 필터의 출력 신호와 곱해져 피킹 세기 신호들을 공급하는 이득 인자를 결정하기 위한 수단이 뒤따르는 것이 이미 제안되었다. 에지 강화를 실행하기 위해, 이러한 피킹 세기 신호들은 각각의 비디오 신호들과 결합된다. WO-A-98/09943의 피킹 필터를 단순화하기 위해, 2차 필터로부터의 윤곽 신호들(contour signals)에 근거한 비선형 함수에 따라 피킹 세기 값들을 포함하는 룩업 테이블(LUT;look-up table)에 의해서, 피킹 세기 신호들을 얻는 것이, Hentschel(상술한 참조문헌)에 의해 제안되었다.

필터 계수들(-1, +2, -1)/2 을 갖는 2차 필터가 이용될 수 있더라도, 그러한 고역통과 필터는 최상의 선택은 아니다. 그것은 주파수(1/2*fs)에서 최대 이득을 가지며(fs는 샘플 주파수이다), 여기서, 노이즈를 제외한 더 이상의 비디오 정보가 없다는 것이 보장된다. 또한, 그러한 높은 비디오 주파수들에서 선명도 강화(sharpness enhancement)의 인지는 강하지 않다. (-1, 0, +2, 0, -1)/4 처럼 대역통과 필터를 이용하는 것이 더 좋다. 그것은 1/4*fs에서 최대 이득을 가지며, 여기서, 많은 비디오 정보가 존재한다. 그 주파수에 대한 시각의 민감성이 훨씬 더 높아진다. 그것은 1/2*fs에서 제로 이득이며, 여기서는 노이즈만이 존재한다. 적어도 그 노이즈는 강화되지 않을 것이다.

본 발명은, 인가된 비디오 신호들에 응답하여, 각각의 비디오 신호들과 결합되는 출력 신호들을 공급하는 비디오 신호 공급 수단 및 피킹 필터(peaking filter)를 포함하는 비디오 장치에 관한 것으로, 상기 피킹 필터는 고역통과 또는 대역통과 필터 및 피킹 세기(peaking strength)를 결정하기 위한 수단을 포함한다.

도 1은 종래 기술 상태에 따른 피킹 알고리즘의 기본 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 피킹 장치를 포함하는 비디오 디스플레이 디바이스의 실시예의 기본 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 피킹 알고리즘의 바람직한 실시예의 더 상세한 블록도.

도 4는 강하고, 약하고 네거티브 피킹(노이즈 감소)의 효과를 설명하기 위한 동일한 다이어그램들.

본 발명의 목적은 특히, 개선된 피킹을 공급하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은 독립항들에서 한정된 바와 같은 비디오 신호 처리를 공급한다. 바람직한 실시예들은 종속항들에서 한정된다.

그러므로, 본 발명의 한 관점에 따르면, 서두에서 기술한 바와 같은 비디오 장치는 캐스케이드(cascade) 구성의 제 1 및 제 2 의 1차 고역통과 또는 대역 통과 필터, 및 상기 제 1 과 제 2 필터들 사이에 놓여져 피킹 세기를 결정하는 수단을 포함한다. 특별히 단순한 실시예에서, 제 1 및/또는 제 2의 1차 필터에는 필터 계수들(-1, +1) 또는 (-1, 0, +1)이 공급된다. 2픽셀들에 대해 2차례 동작하는, 그러한 피킹 필터의 주파수 응답은 3 픽셀들에 대해 동작하는 Hentschel의 2차 필터의 것과 대응한다.

에지의 가파름이 제 1의 1차 필터에서 측정됨으로써, 제 1 과 제 2의 1차 필터사이의 룩업 테이블(LUT)에 의해 피킹 세기를 결정하는 수단을 형성하는 것이 충분할 수 있다. Hentschel의 2차 필터에서, 피킹 세기는 윤곽 신호들에 근거하여 결정되는 반면, 본 발명에 따른 필터에서는, 피킹 세기는 에지들의 기울기에 의존한다. 그 다음, 1차 미분기는 에지의 전 후에 2개의 필셀들에 걸쳐 에지 강화를 분배하도록 동작한다. 원 에지(original edge)의 높이가 주어지면, 피킹 세기는, 제 1의 1차 미분기에 근거하여, 정확하게 얼마나 많은 높이가 수정될 것인지를 공급한다.

소프트 에지들(soft edges)은 노이즈로 인한 것일 수 있고 강화되지 않을 것이지만, 하드 에지들(hard edges)은 이미 가파르다. 그래서, 중간 가파름(mediumsteepness)을 갖는 에지들만을 강화함에 있어서 강조되어야 한다. 이 이유에 대해, 룩업 테이블(LUT)은 작은 기울기 가파름과 큰 기울기 가파름에 대해서는 작고 중간 기울기 가파름에 대해서는 큰 피킹 값들을 포함한다.

본 발명에 따른 피킹 실행은 다음과 같은 장점을 갖는다, 에지 높이 또는 기울기의 수정이 정밀하며, 에지 강화와 노이즈 증폭사이의 양호한 균형이 있고 안티 피킹(anti-peaking; 룩업 테이블에서의 네거티브 엔트리)은 공간적 노이즈 감소에 대해 이용될 수 있다. 이러한 관점들에서, 본 발명에 따른 피킹 필터는 Hentschel 피킹 필터와는 구별된다.

본 발명의 이러한 특징들 및 다른 특징들은 이하 기술되는 실시예들을 참조하여 명화하고도 명료하게 될 것이다.

도 1의 기본 블록도는 종래 기술의 상태에 따른 피킹 필터(Hentschel 필터)를 도시한다. 상기 피킹 필터는, 윤곽 필터로서 기능하는, 필터 계수들(-1, 0, +2, 0, -1)을 갖는 2차 대역통과 필터(1)를 포함한다. 2차 필터가 이용되는 이유는, 이것이 짝수차의 가장 단순한 형태이며 따라서 대칭 필터이기 때문이다. 이 필터는 비디오 신호(Vi)에 응답하고 인자 k와 곱해진후 피킹 신호(Vp)를 생성하고, 입력 신호(Vi)에 가산(가산기 A)되어, 피크 강화된 출력 신호(Vo)를 공급한다. 피킹 세기, 즉 곱셈 인자 k는 룩업 테이블(LUT)(2)에서 결정된다. 룩업 테이블(2)은 윤곽 측정들에 기초한다.

본 발명은 피킹 필터 그 자체에 포함된, 종래 기술의 2차 필터를 제 2의 1차 필터들로 대체한다. 이것은 도 2에 도시되어 있다. 이 실시예의 피킹 필터는 증폭기(5)에 의해 분리된 2개의 1차 대역통과 필터들(3,4)을 포함한다. 증폭 인자 k의 조절은 비디오 영상들의 에지들의 가파름의 측정에 근거하여, 즉 필터(3)의 출력 신호들에 의해 발생한다. 이러한 출력 신호들은 가파름 결정 유닛(6)에 공급되어 이에 의해 증폭기(5)를 위한 조절 신호가 유도된다. 피킹 장치(3 내지 6), 가산기(A)의 출력 신호(Vo)는 디스플레이 디바이스(D)에 인가된다. 증폭기(5)의 입력 신호가 가파름 결정 유닛(6)의 입력 신호와 동일하기 때문에, 양쪽 모두는 룩업 테이블(LUT)에서 결합될 수 있다. 이 실시예는 도 3에서 설명된다.

도 3은 LUT(7)에 의해 분리된, 캐스케이드 구조의 필터들(3,4) 및 제 2 필터(4) 뒤의 스케일 보정 유닛(8;scale correction unit)의 실시예를 도시한다. 필터들(3,4)은 필터 계수들(-1, 0, +1)/2을 갖는다. 이러한 필터들의 캐스케이드 구조는, k 가 포지티브 LUT 입력 신호들에 대해서는 네거티브이고 네거티브 LUT 입력 신호들에 대해서는 포지티브이면, 필터 계수들(-1, 0, +2, 0, -1)/4을 갖는 2차 필터로 귀결한다. 입력 비디오 신호와의 결합에서 피킹 필터의 전달 함수는 다음식으로 표현될 수 있다.

H_k(z) = 1 + k*[(-z⁺²+ 2 - z^-2)/4]

전달 함수는 도 1의 2차 필터의 전달 함수의 응용과 동일한 주파수 응답을 갖는다.

이미 상술한 바와 같이, 피킹 세기는 LUT(7)에서 결정된다. 그 안의 피킹 값들은 피킹 세기가 중간 기울기 가파름에 대해 커지도록 한다. 작은 기울기 가파름들에 대해서는, 피킹 세기가 작아진다. 이 측정에 의해 공간 노이즈의 증폭이 방지된다. 또한, 큰 기울기 가파름들에 대해서는, 피킹 세기가 제로가 된다. 이 측정에 의해 신호의 불필요한 클리핑이 방지되며, 에일리어싱(aliasing) 결점들이 감소된다. 이러한 이유들에 대해, LUT(7)는 도 3의 LUT(7)의 그래픽에 따른 피킹 값들을 포함한다. LUT에서, 노이즈 코일(noise coring)의 효과가 고려된다.

예를 들어, 비디오 입력 신호가 8 비트 신호인 경우, 필터(3)의 출력 신호는 9 비트 부호의 신호(9-bits signed signal)이다. LUT(7)는 그 9 비트 부호의 신호에 응답하여 8 비트 부호의 신호를 제공하고, 이것은 다시 필터(4)에서 9 비트 부호의 신호로 전달된다. 이 이유에 대해, 이 예에서의 스케일 보정 유닛(8)은 각각의 8 비트로 부호화되지 않은(8-bits unsigned) 비디오 입력 신호와 결합되는 8 비트 부호의 신호를 얻도록, 2 분할기에 의해 형성된다. 이 예에서, 피킹 세기는 2차례 양자회된다. 한번은 LUT(7)에서 분명하지 않은 것이다. 한번은 스케일 보정 유닛(8)에서 명백한 것이다. 그러나, 양자화에 대한 많은 다른 가능성들이 실현될 수 있다.

도 4는 강하고 약하고 네커티브 피킹(노이즈 감소)의 효과를 설명하기 위한 다이어그램들이다. 이 도면의 첫 번째 세로열에서는, 스텝 입력 함수가 도시되는데, 이어서 도 3의 피킹 필터에서 얻어진 강한 피킹 신호와, 결과적으로 강화된 에지 출력 신호를 도시한다. 더 약한 피킹과 함께, 두 번째 세로열은 스텝 입력 함수를 도시하며, 더 약한 피킹 신호와 상기 얻어진 강화된 에지 출력을 도시한다. 상기 양쪽 모두의 경우, 피킹 신호는 비디오 입력 신호와 가산된다. 그러나, 비디오 입력 신호로부터 피킹 신호를 빼는 것이 가능하다. 이것은 네거티브 피킹이라 칭하며, 노이즈 감소를 의미한다. 반대로 더 강화된 에지의 경우, 더 많이 부드러워진 에지가 얻어진다. 도 4의 세 번째 세로열에서는 다시 스텝 입력 함수를 보여주고 있는데, 네거티브 피킹 신호와 부드러워진 에지 출력 신호가 이어진다. 첫 번째 2개의 경우들에서, 비디오 입력 신호와 피킹 신호의 결합은 가산 동작이며, 세 번째 경우에서는, 이 결합은 감산 동작이다.

각 방향에서 2D 피킹의 경우, 수평 및 수직적으로 1차 차이들이 계수들(-1, 0, +1)을 갖는 필터들에 의하여 피킹 세기를 결정하기 위해 계산될 때, 한 필드에 있어서 1-라인 지연과 동일하게 한 프레임에 있어서, 수직 피킹(z^-2)에 대해서는 2라인 지연을 보여주고, 수평 피킹(z^-2)에 대해서는 2 픽셀 지연을 보여준다. 2D 피킹의 경우에, 2개의 피킹 알고리즘이 존재한다. 하나는 수직 피킹에 대한 것이고, 하는 수평 피킹에 대한 것이다. 수직 피킹 알고리즘은 (z^-2블록 때문에)동일한 필드내에 2개의 연속적인 입력 라인들에 접속한다. 수평 피킹 알고리즘은 라인 내(intra-line) 동작을 한다.

이러한 2개의 알고리즘들을 (사이에 필드 메모리없이) 캐스케이드하기 위한 2개의 가능성이 있다.

* 앞에는 수직, 뒤에는 수평 피킹: 이 상황에서, 수직 피킹 함수는 동일한 입력 필드 버퍼로부터 2개의 라인들을 간단히 판독하고 하나의 라인 버퍼를 수평 피킹 함수에 전달한다.

* 앞에는 수평, 뒤에는 수직 피킹: 이 상황에서, 수평 피킹은 수직 피킹 함수에 2 라인 버퍼들(최종 및 그 이전)을 통과시켜야 한다.

상술한 실시예는, 비디오 장치내의 신호 처리 수단 상에서 구동할 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태가 될 수 있는 적어도 일부에서 알고리즘에 의해 실현된다. 지금까지 도면들은 임의의 프로그래밍가능한 함수들을 실현하기 위해 유닛들을 도시하였고, 이러한 유닛들은 컴퓨터 프로그램의 일부로써 고려되어야 한다. 특히, 룩업 테이블들은 컴퓨터 메모리의 일부로써 실현될 수 있다.

앞서 기술한 실시예들은 본 발명을 제한하지 않으며, 본 기술 분야에 통상의지식을 가진자들은 첨부된 청구의 범위를 벗어나지 않는 많은 다른 실시예들을 설계할 수 있음을 알아야 한다. 청구의 범위에 있어서, 괄호안의 임의의 참조 부호들은 청구의 범위를 제한하는 것처럼 해석되어서는 안된다. 단어, "포함하는"은 청구의 범위에서 나열된 구성요소들 또는 단계들보다는 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는 것을 의미한다. 단수로 표현된 구성요소들은 그러한 구성 요소들의 복수의 존재를 배제하지 않는다. 본 발명은 몇몇 별개의 구성요소들을 포함하는 하드웨어 및 적절하게 프로그램된 컴퓨터에 의해 실현될 수 있다. 몇몇 수단들을 열거하는 물건에 관한 청구항에서, 몇몇 이러한 수단들은 하나 및 하드웨어의 동일한 아이템들에 의해 내장될 수 있다. 어떤 치수들이 상호 다른 종속항들에서 재인용되는 단순한 사실은 이러한 치수들의 결합이 이점을 위해 이용될 수 없음을 의미하지 않는다.

Claims (6)

1. 피킹 장치(peaking device)에 있어서,

   인가된 비디오 신호들(Vi)에 응답하여 피킹 신호들(Vp)을 공급하는 피킹 필터(3 내지 8)로서, 캐스케이드 구조의 제 1 및 제 2의 1차 고역통과 또는 대역통과 필터들(3,4), 및 상기 제 1 과 제 2 필터들(3,4) 사이에 피킹 세기를 결정하는 수단(5 내지 7)을 포함하는, 상기 피킹 필터(3 내지 8)와;

   출력 신호들(Vo)을 얻기 위해 상기 피킹 신호들(Vp)과 상기 인가된 비디오 신호들(Vi)을 결합하는 수단(A)을 포함하는, 피킹 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및/또는 상기 제 2의 1차 필터들(3,4)에는 필터 계수들(-1, +1) 또는 (-1, 0, +1)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 피킹 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피킹 세기를 결정하는 수단(7)에는 룩업 테이블이 제공되는 것을 특징으로 하는, 피킹 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 룩업 테이블(7)은 작은 기울기 가파름 및 큰 기울기 가파름에 대해서는작고, 중간 기울기 가파름에 대해서는 큰 피킹 값들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 피킹 장치.
5. 피킹 방법에 있어서,

   미분된 신호들을 얻기 위해 제 1의 1차 고역통과 또는 대역통과 필터에 인가된 비디오 신호들(Vi)을 적용하는 단계(3)와;

   조절된 미분된 신호들을 얻기 위해 상기 미분된 신호들에 의존하여 피킹 세기를 결정하는 단계(5 내지 7)와;

   피킹 신호들(Vp)을 얻기 위해 제 2의 1차 고역통과 또는 대역통과 필터에 상기 조절된 미분된 신호들을 적용하는 단계(4)와;

   상기 피킹 신호들(Vp)과 상기 인가된 비디오 신호들(Vi)을 결합하는 단계(A)를 포함하는, 피킹 방법.
6. 비디오 디스플레이 장치에 있어서,

   청구항 1에서 청구된 바와 같은 피킹 장치(3 내지 8, A)와;

   출력 신호들을 디스플레이하기 위한 디스플레이 디바이스(D)를 포함하는, 비디오 디스플레이 장치.