[논문]스플라인 보간법을 이용한 스캔 변환기 설계

이범근

[국내논문] 스플라인 보간법을 이용한 스캔 변환기 설계
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이범근 (경희대학교 전자공학과)

The purpose of format conversion is to convert a wide range of personal computer video formats to a target format. Circuits for the conversion has been developed by means of interpolation techniques, such as zero-order interpolation, bilinear interpolation, and bisigmoidal interpolation. This paper proposes a scan converter using cubic splines. The converter was modeled in VHDL on Max+Plus II and implemented with an FPGA cpip. The circuit gives much better conversion performance than a scan converter with zero-order or linear interpolation.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문은 스플라인 보간법을 이용한 스캔변환 기를 설계하는 것을 제안하였다. 출력 화상은 입력화상의 각각 픽셀에 대한 연관성을 판단하여 스플라인 보간을 수행하도록 하여 윤곽선 부분의 시각적인 화질 개선을 모의실험을 통해 확인할 수 있었으며 스플라인 보간법을 이용하며 이웃하는 16 개의 픽셀 값을 참조하여 그에 해당하는 값이 출력되고 픽셀의 위치값을 ROM 테이블을 미리 저장하여 참조하도록 함으로써 기존의 화질 보다 개선되고 시스템의 연산속도 또한 개선되도 록 제안하였다.

제안 방법

기존의 영차보간법(zero order interpolation)이나 선형 보간법(linear interpolation)을 이용한 스캔 변환기는 윤곽선에서의 원하지 않는 계단형 일그러짐 현상과 윤곽선의 흐려짐 현상이 나타난다. 본 논문에서는 두 포인트간의 값들의 연관성을 보다 더 정확히 산출할 수 있는 스플라인 보간법을 적용하여 위 문제를 최소화할 수 있는 변환 기법을 제 안하였다.
다양한 비디오 모드를 검출하기 위해 수직 동기 신호가 포함하는 수평 동기 신호의 수를 비교하고 여기에 수평 동기 신호의 sync구간의 시간을 비교하여 입력되는 신호의 모드를 검출한다. 그리고, 입력되는 수직 동기 신호와 수평 동기 신호의 극성을 비교하여 스캔 변환기에서 필요로 하는 극성으로 바꾸어준다.
다양한 비디오 모드를 검출하기 위해 수직 동기 신호가 포함하는 수평 동기 신호의 수를 비교하고 여기에 수평 동기 신호의 sync구간의 시간을 비교하여 입력되는 신호의 모드를 검출한다. 그리고, 입력되는 수직 동기 신호와 수평 동기 신호의 극성을 비교하여 스캔 변환기에서 필요로 하는 극성으로 바꾸어준다.
프레임 메모리로 입력되는 데이터는 연속적이므로 메모리의 읽기, 쓰기 동작의 시간적 여유를 두기 위해 짝수 번째, 홀수 번째 프레임을 위한 2개의 메모리를 사용한 메모리 인터리빙 기법을 사용하여 설계하였다. 즉, 짝수 번째, 홀수 번째 프레임 메모리에 각각 쓰기 동작이 끝나면 변화될 프레임 주파수에 맞추어 두 메모리로부터 읽기 동작이 수행된 다.
이 블록의 ALU는 스플라인 함수의 계수 a의 값을 입력되는 Seed Data에 따라 연산하여 출력한다. 그리고 ROM 테이블은 해상도의 차이에서 발생하는 각각 픽셀의 위치(, x, /y)를 계산하여 저장하였다. 수평라인이나 수직라인은 똑같은 비율로 계산되므로 X의 값만을 저장 출력되는데 이 값들은 Multiplier에서 계수와 곱해지고 최종적으로 각각이 대해 더해진 보간된 값이 출력된다.
본 논문은 스플라인 보간법을 이용한 스캔변환 기를 설계하는 것을 제안하였다. 출력 화상은 입력화상의 각각 픽셀에 대한 연관성을 판단하여 스플라인 보간을 수행하도록 하여 윤곽선 부분의 시각적인 화질 개선을 모의실험을 통해 확인할 수 있었으며 스플라인 보간법을 이용하며 이웃하는 16 개의 픽셀 값을 참조하여 그에 해당하는 값이 출력되고 픽셀의 위치값을 ROM 테이블을 미리 저장하여 참조하도록 함으로써 기존의 화질 보다 개선되고 시스템의 연산속도 또한 개선되도 록 제안하였다.
본 디자인은 VHDLS. 모델링하여 ALTERA 사의 MAX+D 및 FLEX10K100, MAX9000 디바이 스를 통해 구현하였다.

대상 데이터

그러나 스플라인 보간법을 이용한 스캔 변환기의 시뮬레이션인 경우 비교적 복잡한 연산과정과 설계의 어려움은 있으나 거의 원래 화상과 비슷한 수준의 화상을 출력하며 해상도 변화에 있어서 항상 문제가 되는 일그러짐 현상도 나타나지 않음을 알 수 있었다. 본 디자인은 VHDLS. 모델링하여 ALTERA 사의 MAX+D 및 FLEX10K100, MAX9000 디바이 스를 통해 구현하였다.

데이터처리

이웃 픽셀들의 연관성을 고려하여 윤곽선을 개선한 스플라인 보간법은 실험 검증을 통해 비교 분석하였다. 800 X 60膾화상을 640X480화상으로 변환시키는 실험을 위해 lena화상을 이용하여 실험한 결과를 그림 11에서 보여주고 있다.

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