요약
대부분의 영상 소스(DVD, SDTV, HDTV)는 격행주사 방식으로 전송되지만, 최신 수신기는 순행주사 방식으로 영상을 재생한다는 문제가 있습니다. 이를 해결하기 위해 디인터레이싱 기술이 필요합니다. 기존 기술은 각기 다른 보간 방법을 사용해왔지만, 각 방법마다 고유의 문제점이 존재합니다. 본 기술은 퍼지 논리를 이용해 디인터레이싱 과정을 개선합니다. 퍼지 가중치를 적용해 각 픽셀의 보간 값을 계산하여, 더 고화질의 영상을 제공합니다. 실험 결과, 기존 방법들에 비해 높은 PSNR 값을 기록했으며, 영상 산업의 발전에 기여할 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 지능형 컬러 영상 복원 시스템 및 이를 이용한 디인터레이싱 방법
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발명자: 전광길 교수
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출원번호: 10-2021-0171577
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등록번호: 10-2603650
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경과 문제점
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대부분의 영상 소스(DVD, SDTV, HDTV)는 격행주사(interlaced scanning) 방식으로 전송됨. 하지만 DLP, LCD, LCOS, PDP와 같은 최신 수신기는 순행주사(progressive scanning) 방식으로 영상을 재생함.
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인터레이스된 비디오 신호를 순차주사로 바꾸는 과정인 디인터레이싱(deinterlacing) 기술이 필요하게 되었음.
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기존 디인터레이싱 기술에는 필드간 보간(inter-field interpolation)과 필드내 보간(intra-field interpolation)이 있음. 필드간 보간은 영상을 결합하여 프레임을 만드는 방식으로, 움직임 보상이 있는 영상을 처리할 때 문제가 발생함. 반면 필드내 보간은 화면의 떨림과 화질 열화 문제를 야기함.
기술의 필요성
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기존 디인터레이싱 기술의 한계를 해결하기 위해 더 진보된 기술이 필요함. 특히 움직임 보상이 있는 영상을 적절히 처리하면서도 화질을 개선하는 기술이 필요함.
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다양한 에지 방향에 따른 특성을 반영할 수 있는 고급 디인터레이싱 방법이 필요함. 이를 통해 움직임 보상이 있어도 수평선이 생기지 않고, 화면이 덜 떨리게 할 수 있음.
구현 방법
기술의 원리
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본 발명의 지능형 컬러 영상 복원 시스템은 퍼지 논리(Fuzzy Logic)를 이용함. 이는 에지 방향에 따라 서로 다른 퍼지 가중치를 적용하여, 각 픽셀의 보간 값을 계산하는 방식임.
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영상 프레임 내의 픽셀 값을 기준으로 에지 방향 각도를 계산하고, 이에 따라 퍼지 가중치를 설정함. 이 가중치를 통해 도출된 값으로 최종 디인터레이싱된 픽셀이 생성됨.
구체적인 구현 방법
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퍼지 메트릭 계산부는 입력된 영상 프레임 내에서 누락된 픽셀, 기존 픽셀, 보간 대상 픽셀을 표시하고, 보간 대상 픽셀을 중심으로 에지 방향 각도를 계산함.
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가중치 계산부는 각 에지 방향에 대한 퍼지 가중치를 다르게 설정하여, 계산된 가중치를 보간 대상 픽셀값에 곱함. 이 값을 통해 최종 디인터레이싱된 픽셀이 생성됨.
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퍼지 멤버쉽 계산부는 삼각형 멤버쉽 함수를 이용하여 퍼지 멤버쉽 값을 계산함. 이는 퍼지 논리의 핵심 개념으로서, 각 픽셀의 에지 방향에 따른 가중치를 계산하는 데 사용됨.
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보간 구현부는 가중치 계산부에서 도출된 값을 사용하여 최종 보간 픽셀 값을 계산하고, 이를 통해 디인터레이싱된 영상을 생성함.
기술의 장점
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에지 방향 각도를 이용하여 보다 고화질의 보간 영상을 얻을 수 있음. 이는 기존 기술보다 더 양호한 화질을 제공함.
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양쪽 에지의 방향을 함께 고려하여 움직임 보상 영상에서도 우수한 성능을 발휘함. 따라서 수평선이 생기거나 화면이 열화되는 문제를 최소화할 수 있음.
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퍼지 가중치를 이용해 디인터레이싱 알고리즘의 계산 속도를 향상시킬 수 있음.
실험 및 결과
실험의 목적
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본 발명의 디인터레이싱 방법의 성능을 평가하기 위해 다양한 프로그레시브 형식의 테스트 이미지를 사용하여 실험을 진행함.
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목적은 본 발명의 디인터레이싱 방법이 기존 방법보다 우수한 성능을 보임을 입증하는 것임.
실험 방법 및 과정
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테스트 이미지로 Akiyo, Flower, Foreman, Mobile, News, Stefan, Table Tennis 등의 영상을 사용함. 각 영상 프레임은 352x288 픽셀 크기임.
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1/30초의 비디오 프레임을 인터레이스하여 1/60초의 두 필드로 분할함. 인터레이스된 필드를 디인터레이스함.
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디인터레이스된 신호를 원본 비디오 신호와 비교하여 성능을 평가함. 성능 평가는 피크 신호 대 잡음비(PSNR) 메트릭을 사용함.
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각 디인터레이싱 방법의 PSNR 값을 비교하고, 가장 높은 값을 가지는 방법을 선택함.
실험 결과
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표 1과 표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 디인터레이싱 방법은 다른 방법들에 비해 높은 PSNR 값을 보였음.
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이는 본 발명의 방법이 더 양호한 화질의 보간 영상을 제공함을 의미함.
활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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지능형 컬러 영상 복원 시스템은 HDTV, DVD 등 다양한 영상 소스의 디인터레이싱에 적용 가능함.
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비디오 스트리밍 서비스, 방송 장비, 디지털 TV 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있음.
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향후 디인터레이싱 기술이 필요한 모든 영상 처리 시스템에서 유용하게 사용될 수 있음.
기대효과
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고화질 영상 제공으로 영상 산업의 발전에 기여할 수 있음.
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기존 디인터레이싱 방법의 단점을 보완하여, 방송 품질과 사용자 만족도를 크게 향상시킬 수 있음.
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영상 처리 속도의 향상으로 실시간 비디오 스트리밍 서비스의 품질을 높일 수 있음.
시장 동향
고화질 영상 복원 기술 시장 동향
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