디지털 비디오 포맷 변환을 위한 효율적인 디인터레이싱 알고리듬 개발

Abstract

본 논문은 아날로그 텔레비전에서 사용하는 격행주사 영상을 컴퓨터 모니터, LCD, PDP와 같은 순행주사 영상을 이용하는 디지털 디바이스에서 보다 우수하게 출력하기 위한 새로운 디인터레이싱 알고리듬을 제안한다. 격행주사 방식을 이용함으로써 제한된 대역폭을 효율적으로 사용할 수 있기 때문에 NTSC, PAL, 그리고 SECAM을 비롯한 다양한 아날로그 텔레비전 방송 표준에서 지금까지 널리 이용되어 왔다 [1]. 하지만 격행주사 방식의 이용을 통해 같은 대역폭을 사용하면서 프레임율을 두배로 늘릴 수 있다는 장점과 동시에 영상의 화질 열화를 초래한다는 단점 역시 가지고 있다 [2,3]. 본 논문에서는 두가지 디인터레이싱 방식이 소개된다. 먼저 제안되는 방식은 에지방향 벡터 기반 디인터레이싱 방식이고, 두 번째로 기하 쌍대성의 원리가 적용된 디인터레이싱 방식을 제안한다. 에지방향 벡터 기반 디인터레이싱 방식은 에지 방향 벡터(edge direction vector, EDV)를 이용하여 공간적 디인터레이싱 과정을 수행하는 알고리듬이다. 제안하는 필터는 움직임이 많고 장면 전환이 많은 화소에서 높은 효율을 보이는 알고리듬이다. EDV는 소벨 마스크가 이용된 에지 맵을 통과하면서 구해지는데 에지 방향을 정교하게 찾아내는데 이용된다. 제안된 EDV에 기반한 디인터레이싱 방식은 먼저 다섯 개의 방향, 즉, 26.5o, 45o, 90o, 135o, 그리고 153.5o 위에 있는 픽셀 사이 밝기 차이를 조사한다. 구해진 차이값들은 소벨 마스크를 거치면서 에지 방향의 각도와 확신도 값을 반환한다. 에지 방향 각도와 확신도 파라미터에 기반하여 최종 보간 방식이 정해진다. 두 번째로 제안하는 기하 쌍대성의 원리가 적용된 디인터레이싱 방식은 저해상도 유추 보간법을 이용한 공간적 디인터레이싱 기법의 일종이다. 일반적인 에지 기반 디인터레이싱 방법들은 화소 단위의 상관도를 이용하기 때문에 잡음과 밝기의 변화에 민감하다는 단점이 있다. 또 보간의 성능을 좌우하는 정확한 에지 방향을 판단함에 있어서 만족스럽지 못한 성능을 보인다. 이러한 한계를 극복하기 위해 제안하는 알고리듬은 먼저 보간 하고자 하는 픽셀 주위의 저해상도 블록의 특성을 탐구하고 이를 고해상도 블록에 적용함으로써 보간하고자 하는 픽셀값을 구하는 방법을 제안한다. 다수의 테스트영상에 대한 실험 결과, 제안된 방법은 기존의 공간적 디인터레이싱 방식들에 비해 주관적 화질이 우수함은 물론 객관적인 화질 역시 훌륭함을 알 수 있다. |In this dissertation, new deinterlacing algorithms are proposed to obtain the best output of interlace images on digital display devices such as computer monitor, LCD, and PDP which is used on analog TV video. Since interlaced scanning method can be effectively applied to the limited bandwidth, it is used widely in TV standards, including NTSC, PAL, SECAM, etc. Interlaced scanning methods can be twice effective under the same bandwidth but can bring image degradation and artifacts. In this dissertation, we propose two deinterlacing methods. First, we proposed edge direction vector based deinterlacing method followed by geometric duality theory based deinterlacing method. Edge direction vector based deinterlacing method uses edge direction vector in the image block is introduced. This proposed filter is suitable to the region with high motion or scene change. We first introduce an EDV, which is computed by Sobel mask used edge map, so that finer resolution of the edge direction can be acquired. The proposed EDV oriented deinterlacing system operates by identifying small pixel variations in five orientations, 26.5o, 45o, 90o, 135o, and 153.5o. The EDV values work as inputs of Sobel mask and return edge direction degree and confidence parameters. Based on edge direction degree and confidence parameters the missing pixel is computed. Secondly, an interpolation algorithm derived from low resolution (ILR) is presented. Traditional deinterlacing methods usually employ edge-based interpolation technique within pixel-based estimation. However, edge-based methods are somehow sensitive to noise and intensity variation in the image. Moreover, the methods are not satisfied in deciding the exact edge direction which controls the performance of the interpolation. In order to reduce the sensitivity, the proposed algorithm investigates low-resolution characteristics of the pixel to be interpolated, and applies it to high-resolution image. Extensive simulations were conducted for images and video sequences show the efficiency of the proposed method over the previous deinterlacing methods in terms of the objective image quality as well as the subjective image quality.; In this dissertation, new deinterlacing algorithms are proposed to obtain the best output of interlace images on digital display devices such as computer monitor, LCD, and PDP which is used on analog TV video. Since interlaced scanning method can be effectively applied to the limited bandwidth, it is used widely in TV standards, including NTSC, PAL, SECAM, etc. Interlaced scanning methods can be twice effective under the same bandwidth but can bring image degradation and artifacts. In this dissertation, we propose two deinterlacing methods. First, we proposed edge direction vector based deinterlacing method followed by geometric duality theory based deinterlacing method. Edge direction vector based deinterlacing method uses edge direction vector in the image block is introduced. This proposed filter is suitable to the region with high motion or scene change. We first introduce an EDV, which is computed by Sobel mask used edge map, so that finer resolution of the edge direction can be acquired. The proposed EDV oriented deinterlacing system operates by identifying small pixel variations in five orientations, 26.5o, 45o, 90o, 135o, and 153.5o. The EDV values work as inputs of Sobel mask and return edge direction degree and confidence parameters. Based on edge direction degree and confidence parameters the missing pixel is computed. Secondly, an interpolation algorithm derived from low resolution (ILR) is presented. Traditional deinterlacing methods usually employ edge-based interpolation technique within pixel-based estimation. However, edge-based methods are somehow sensitive to noise and intensity variation in the image. Moreover, the methods are not satisfied in deciding the exact edge direction which controls the performance of the interpolation. In order to reduce the sensitivity, the proposed algorithm investigates low-resolution characteristics of the pixel to be interpolated, and applies it to high-resolution image. Extensive simulations were conducted for images and video sequences show the efficiency of the proposed method over the previous deinterlacing methods in terms of the objective image quality as well as the subjective image quality.