정밀한 에지 방향을 고려한 공간적 디인터레이싱 방법

Abstract

기존 아날로그 TV와 현재 디지털 TV는 전송 대역폭의 제한으로 홀수, 짝수 필드가 1/60초의 간격으로 교차되어 하나의 프레임을 구성하는 비월 주사 방식(interlaced scan)을 사용하고 있다. 하지만 최근 HDTV, 3DTV, LCD, PDP 등의 디스플레이 기기에서 비월 주사 방식을 그대로 사용하면 주사선 사이의 깜박거림(flicker) 현상이나 해상도가 떨어지는 현상 등의 심각한 화질 열화가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 비월 주사 방식의 영상신호를 순차 주사 방식(progressive scan)으로 바꿔주는 다양한 디인터레이싱 방법들이 제안되고 있다. 디인터레이싱 방법은 크게 2가지로 나뉜다. 움직임 정보를 사용하는 시간적 디인터레이싱 방법(inter-field deinterlacing)과 움직임 정보를 사용하지 않는 공간적 디인터레이싱 방법(intra-field deinterlacing) 방법으로 구분할 수 있다. 움직임 정보를 사용하는 시간적 디인터레이싱 방법은 현재 필드(field)뿐만 아니라 이전 필드와 다음 필드 등의 여러 필드들을 사용하여 현재 화소를 보간(interpolation)하는 방법이다. 움직임 정보를 사용한 방법들은 일반적으로 움직임 정보가 없는 공간적 디인터레이싱 방법보다 성능이 좋지만, 움직임 벡터를 찾는 과정에서 계산하는데 많은 연산량이 많아 하드웨어 구조가 복잡해지고 정확한 움직임 검출에 실패했을 경우 심각한 화질 열화가 발생한다. 움직임 정보를 사용하지 않는 공간적 디인터레이싱 방법은 현재 필드만을 이용하여 현재 화소를 보간하는 방법으로 구현이 용이하고 현재 필드만 사용하기 때문에 메모리 사용에 있어서 유리하다. 기존의 공간적 디인터레이싱 방법으로는 LA(Line Average), ELA(Edge-based LA), E-ELA(Efficient ELA), M-ELA(Modified ELA), LCID(Low-Complexity Interpolation for Deinterlacing) 알고리즘 등이 있다. 이런 에지 기반 알고리즘들은 구현이 용이하기 때문에 사용되고 있지만, 제한된 각도(45, 90, 135도) 만을 사용하기 때문에 이 각도를 벗어나는 방향에 대해서는 제대로 된 에지 정보를 찾지 못하는 단점이 있다. DOI(Directional Oriented Interpolation) 알고리즘은 공간적 방향벡터(spatial direction vector)를 이용하여 현재 보간하는 화소 위치에서 바로 위, 아래뿐만 아니라 그 위, 아래 두 개의 라인을 고려하여 방향성을 판단하고 보간을 수행한다. 본 논문에서는 공간적 디인터레이싱 방법을 성능을 향상하기 위하여 첫 번째로 정밀한 에지 검출을 위해 소벨 연산자(Sobel operation)를 사용하여 에지 성분을 찾아 낸다. 이렇게 찾아진 에지 성분의 방향성을 고려하여 기존의 디인터레이싱 방법들 중 가장 좋은 성능을 보이는 LA, M-ELA 그리고 DOI 알고리즘을 이용하여 적응적으로 현재 화소에 보간하는 공간적 디인터레이싱 방법을 제안한다. 여러 가지 정지 영상을 대상으로 한 실험을 통해 제안하는 알고리즘들이 기존의 알고리즘들보다 주관적 및 객관적 성능을 위해 PSNR을 평가한다. 화질에서 더욱 향상된 성능을 제공하는 것을 확인할 수 있다. 실험 결과를 통해 제안된 알고리즘이 기존 알고리즘보다 더 좋은 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.