DE2937284A1 - TELEVISION MOTION DETECTION - Google Patents
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Description
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FernsehbildbewegungserfassungTV picture motion detection
Die Erfindung betrifft das Erfassen einer Fernsehbildbewegung, das üblicherweise in verschiedenen Anlagen, zum Beispiel zur Rauschunterdrückung, zum Bildzoomen und zur Normenwandlung erforderlich ist.The invention relates to the detection of television picture movement, which is commonly used in various systems, for example for Noise reduction, image zooming and standards conversion is required.
Bei bekannten Bewegungsdetektoren, die zum Beispiel einen einzelnen Bildpunkt von zwei Einzelbildern verwenden, um zu bestimmen, ob eine Bewegung stattgefunden hat, kann es für den Detektor schwierig sein, zwischen Bewegung und Bildrauschen zu unterscheiden.In known motion detectors, for example, a single Using a pixel from two frames to determine if there has been movement can make it difficult for the detector be able to distinguish between motion and image noise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bewegungserfassung zu schaffen.The invention is based on the object of creating improved motion detection.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Fernsehbildbewegungserfassungsanlage gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Detektoreinrichtung zum Erfassen von Bewegung zwischen einer Vielzahl von Bildpunkten und eine Steuereinrichtung zum Bestimmen, daß eine Bewegung stattgefunden hat, wenn sich wenigstens einige aus der Vielzahl von Bildpunkten gemäß der Erfassung durch die Detektoreinrichtung bewegt haben.According to the invention, this object is achieved by a television image motion detection system solved, which is characterized by a detector device for detecting movement between a plurality of pixels and a controller for determining that movement has taken place when have moved at least some of the plurality of pixels in accordance with the detection by the detector device.
Ferner wird gemäß der Erfindung ein Verfahren zur Bildbewegungserfassung in Videoinformationen angegeben, das gekennzeichnet ist durch das Erfassen von Bewegung zwischen einer Vielzahl von Bildpunkten und das Bestimmen, daß eine Bewegung stattgefunden hat, wenn bei wenigstens einigen der Bildpunkte eine Bewegung festgestellt wurde.Furthermore, according to the invention, a method for image motion detection is provided specified in video information, which is characterized by the detection of movement between a plurality of pixels and determining that movement has occurred if movement is detected in at least some of the pixels became.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert werden.Es zeigen:The invention is intended below with reference to the drawings, for example It shows:
Figur 1 eine bekannte Rauschunterdrückungsanlage, Figur 2 eine alternative Anlage,
Figur 3 einen einfachen Bewegungsdetektor, Figur 1 eine zu untersuchende Bildfläche,
Figur 5 eine Anordnung zur verbesserten Erfassung und Figur 6 ein anderes Ausführungsbeispiel eines verbesserten
Detektors.Figure 1 shows a known noise suppression system, Figure 2 shows an alternative system,
FIG. 3 shows a simple motion detector, FIG. 1 shows an image area to be examined, FIG. 5 shows an arrangement for improved detection and FIG. 6 shows another exemplary embodiment of an improved detector.
Wie bereits erwähnt, ist die Bewegungserfassung bei verschiedenen Anlagen, wie z.B. Rauschunterdrückungsanlagen, Bildzoomanlagen und Normenvfandlern, erforderlich.As already mentioned, the motion detection is in various systems, such as noise reduction systems, image zoom systems and standards converters are required.
Beispielsweise ist es in einer Rauschunterdrückungsanlage, bei der ein Teil der Bildinformationen zu ankommenden Bildinformationei hinzugefügt wird, um den Rauschgehalt im Bild wirksam zu verringern, notwendig, wenn eine Bewegung stattgefunden hat, die Menge der zurückgeleiteten Informationen zu verringern, wenn der sich bewegende Teil des Bildes verarbeitet wird, da sonst eine Verschmierung und andere Effekte bei der Betrachtung der Videoausgabe auf einem Fernsehschirm zu sehen sind.For example, it is in a noise reduction system in which part of the image information is added to incoming image information is added in order to effectively reduce the noise content in the picture, necessary when movement has taken place, the amount reduce the amount of information fed back when the moving part of the image is processed, otherwise smearing and other effects can be seen when viewing the video output on a television screen.
Der Grundmechanismus für die Rauschunterdrückung ist die digitale Integration von Videodaten innerhalb eines Einzelbildspeichers. Ein Beispiel einer Rauschunterdrückungsanlage ist in Figur 1 dargestellt, wie sie näher in der britischen Patentanmeldung Nr. 12751/76 offenbart ist.The basic mechanism for noise suppression is the digital integration of video data within a frame memory. An example of a noise suppression system is shown in Figure 1, as disclosed in greater detail in British Patent Application No. 12751/76.
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Die Signalwege sind digitale Signalwege. Jeder der Videodaten führenden Signalwege ist in der Lage, wenigstens 8-Bit breite Videodaten mit einer typischen Taktfrequenz von 15 MHz zu übertragen.The signal paths are digital signal paths. Each of the signal paths carrying the video data is capable of transmitting at least 8-bit wide video data with a typical clock frequency of 15 MHz.
Neue Videodaten werden vom Subtrahierer 230 empfangen, der ebenfalls alte Daten aus Speicher 22 empfängt. Der Subtrahiererausgang wird zum Multiplizieren des Subtrahiererausgangs mit einem gewählten Koeffizienten KIl von der Koeffizienteneinheit 231 empfangen. Der Ausgang von Einheit 231 wird im Addierer 232 zu den alten Videodaten addiert. Der Addiererausgang ist zwecks Empfang durch den Speicher 22 verfügbar.New video data is received by subtracter 230, which also receives old data from memory 22. The subtracter output is received by the coefficient unit 231 for multiplying the subtracter output by a selected coefficient KI1. The output from unit 231 is added to the old video data in adder 232. The adder output is available for receipt by memory 22.
Kanal 1 ist ein Eingangskanal zum digitalen Einzelbildspeicher, der in der Lage ist, einen vollen Raster von Pernsehinformationen zu führen, wobei jeder Speicherplatz breiter als 8 Bit ist. In einem praktischen System können insgesamt 12 Bit an jedem Platz im Videospeicher verwendet werden. In der Praxis würde ein derar tiger Videospeicher eine Kapazität von circa 6 Megabit haben. Der Videospeicher weist wenigstens einen Eingabekanal und einen Ausgabekanal auf. Es ist üblicher, daß der Videospeicher - wie gezeigt - drei Kanäle aufweist, von denen einer ein Eingabekanal ist, während die beiden anderen Ausgabekanäle sind. Die Anordnung des Speichers erlaubt es, daß die Eingabe und Ausgabe in Bezug auf die Fernsehhalbbild- und Zeilenfrequenz asynchron läuft. Kanal 2 ist in der Lage, mit Kanal 1 synchron zu laufen, so daß Zugriff zu Videodaten, die an demselben Bildplatz aus einem vor herigen Halbbild gespeichert sind, zur gleichen Zeit erfolgen kann, Channel 1 is an input channel to the digital frame memory which is capable of carrying a full grid of television information, each memory location being wider than 8 bits . In a practical system, a total of 12 bits can be used in any location in video memory. In practice , such a video memory would have a capacity of approximately 6 megabits. The video memory has at least one input channel and one output channel. It is more common for the video memory to have three channels as shown, one of which is an input channel while the other two are output channels. The arrangement of the memory allows the input and output to be asynchronous with respect to the television field and line frequencies . Channel 2 is able to run synchronously with channel 1, so that access to video data that is stored in the same picture position from a previous field can take place at the same time.
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zu der neue Informationen für denselben Bildpunkt im nächsten Halbbild zur Verfügung stehen.for which new information is available for the same pixel in the next field.
Somit ist Zugriff zu dem oberen linken Bildpunkt von Halbbild 1 aus Kanal 2 zur gleichen Zeit verfügbar, zu der der obere linke Punkt von Halbbild 3 an dem Eingang neuer Videodaten verfügbar ist.Thus, access to the top left pixel of field 1 from channel 2 is available at the same time as the top left Point of field 3 is available at the input of new video data.
Ein Videospeicher der Gattung, wie sie für ein derartiges System zweckmäßig ist,ist beispielsweise in der britischen Patentanmeldung Nr. 6585/76 näher beschrieben.A video memory of the type useful in such a system is disclosed, for example, in the UK patent application No. 6585/76 described in more detail.
In Figur 2 ist eine alternative Rauschunterdrückungsanlage dargestellt. Während der Subtrahierer 230 wie vorher alte und neue Daten empfängt, empfängt der Addierer 232 dagegen an einem Eingang neue Daten (und nicht alte Daten) und empfängt wie vorher den Ausgang der Koeffizienteneinheit 231 an seinem anderen Eingang.An alternative noise suppression system is shown in FIG. While the subtracter 230 receives old and new data as before, the adder 232, on the other hand, receives new data at an input Data (and not old data) and, as before, receives the output of coefficient unit 231 at its other input.
Bei einer einfachen Rauschunterdrückungsanlage wären die Werte des Koeffizienten fest, so daß die Teile der vorhergehenden Daten und der ankommenden Daten in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen würden.In a simple noise suppression system, the values of the coefficient would be fixed, so that the parts of the previous data and the incoming data would be in a predetermined ratio to one another.
Es besteht jedoch ein Konflikt zwischen der Forderung nach Rausch-However, there is a conflict between the requirement for intoxication
unterdrückung, bei der die höchste Integrationszeit verwendet werden soll und der Forderung, daß das Bild eine Bewegungsdarstellung ohne Verzerrung beibehalten soll. Für das Letztere - Bewegungsdarstellung ist die niedrigste Integrationszeit erforderlich. Somit ist es wünschenswert, einen adaptiven Mechanismus zu schaffen, der intelligent genug ist, die Koeffizienten auf eine variable Integrationszeitsuppression in which the highest integration time is used and the requirement that the picture should retain a representation of motion without distortion. For the latter - motion display the lowest integration time is required. Thus, it is desirable to provide an adaptive mechanism that is intelligent enough is the coefficients based on a variable integration time
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in Abhängigkeit vom Bildgehalt zu verstellen. Dies führt zu der Notwendigkeit, eine Bewegungserfassung zu erstellen.to be adjusted depending on the image content. This leads to the need to create a motion detection.
Wenn die ankommenden Videoinformationen unbeweglich sind zum Beispiel eine Testbildübertragung -, kann der Koeffizient kll zwecks optimaler Rauschverminderung auf einen Wert eingestellt werden, so daß ein großer Anteil der vorhergehenden Bildinformationen Bildpunkt um Bildpunkt zu den laufenden Informationen hinzugefügt wird.If the incoming video information is immobile, for example a test image transmission - the coefficient kll for the purpose of optimal noise reduction can be set to a value so that a large proportion of the previous image information Pixel by pixel is added to the current information.
Wenn sich das gesamte Bild bewegt, zum Beispiel während des "Schwenks" einer Kamera, muß der Koeffizient kll auf einen anderen Wert eingestellt werden, wenn die Bewegungsdarstellung nicht durch den Effekt der Rauschunterdrückungsanlage verzerrt werden soll.If the entire image is moving, for example while a camera is "panning", the coefficient kll must be set to one Another value can be set if the motion display is not distorted by the effect of the noise reduction system shall be.
Wenn ein Teil des Bildes unbeweglich ist, während sich ein Teil weiter bewegt, wird es, um eine wirksame Rauschunterdrückung gegenüber dem stillstehenden Teil des Bildes zu erzielen und dabei eine Bewegungsdarstellung ohne Verzerrung zu ermöglichen, notwen- . dig, kll auf der Grundlage Bildpunkt um Bildpunkt zu modifizieren.If part of the image is stationary while a part continues to move, it is used to provide effective noise reduction to achieve compared to the stationary part of the picture and to enable a movement display without distortion, necessary. dig, kll based on pixel by pixel modify.
Der erste Schritt zu einer wirksameren Koeffizientenmodifizierungsanlage, die sich der Bildbewegung anpaßt, ist der Vergleich von Veränderungen, die zwischen aufeinanderfolgenden an demselben Bildplatz gespeicherten Datenwerten aufgetreten sind, in fortlaufenden Bildern, und ein Bewegungsdetektor ist ein solcher Mechanismus zum Bestimmen, daß Veränderungen in dem Bild auftreten.The first step to a more effective coefficient modification system, which adapts to the movement of the picture is the comparison of changes that occur between successive ones at the same place in the picture stored data values have occurred in continuous frames, and a motion detector is one such mechanism for determining that changes occur in the picture.
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Ein einfacher Bewegungsdetektor ist in Figur 3 dargestellt und weist einen Subtrahierer 205 auf, der die alten und neuen Daten empfängt und dessen Ausgang zum Komparator 206 geleitet wird.A simple motion detector is shown in Figure 3 and has a subtracter 205 which receives the old and new data and the output of which is passed to the comparator 206.
Jeder Bildpunkt in einem neuen Bild wird von den vorher an demselben Platz gespeicherten Daten subtrahiert und das Differenzsignal wird an den Komparator angelegt. Wenn das Differenzsignal einen Schwellwertpegel überschreitet, wird erachtet, daß sich das Bild bewegt hat, und der Koeffizient kll wird dann auf einen Pegel geschaltet, der für eine Bewegung geeignet wäre. Solange sich die Veränderung innerhalb des Schwellwertes bewegt, wird ein sich zur Rauschunterdrückung von Standbildern eignender Koeffizient verwendet.Each pixel in a new image is based on the previous one Place stored data is subtracted and the difference signal becomes applied to the comparator. When the difference signal exceeds a threshold level, the image is considered to be moving has, and the coefficient kll is then switched to a level that would be suitable for movement. As long as the change is within the threshold value, it becomes noise suppression coefficient proper of still images is used.
Anstelle des Komparators könnte ein Festwertspeicher (ROM) vorgesehen werden, und der Subtrahierer 205 wird ähnlich wie in der früheren Anordnung verwendet. Die Betriebsweise und der Aufbau eines Festwertspeichers sind ganz bekannt. Das Differenzsignal wird nun zum Adressieren des Festwertspeichers verwendet, der verschiedene Koeffizientenwerte von kll in festen Speicherplätzen enthält. Es wird zwischen großen Bewegungen und kleinen Bewegungen differenziert, und es ist eine Gleitskala von Koeffizienten auf Echtzeitbasis vorgesehen.A read-only memory (ROM) could be provided instead of the comparator and the subtracter 205 is used similarly to the previous arrangement. The operation and structure of a Read-only memories are well known. The difference signal is now used to address the read-only memory, the different Contains coefficient values of kll in fixed memory locations. A distinction is made between large movements and small movements, and a sliding scale of coefficients on a real time basis is provided.
Die Bewegungserfassung, bei der die Subtraktion zwischen alten Videodaten und neuen Videodaten zum Einsatz kommt, ist auf Einzelbildpunktbasis beschrieben worden. Es ist jedoch festgestellt worden, daß die Differenz zwischen Rauschen und echter Bewegung wirksamer bestimmt werden kann, wenn eine Bildfläche untersucht wird.Motion detection, which uses subtraction between old video data and new video data, is on a single pixel basis has been described. However, it has been found that the difference between noise and real motion is more effective can be determined when examining an image area.
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Figur k zeigt die Flächenprüfung. In dem Ausführungsbeispiel sind 9 Bildpunkte in Form eines Quadrats mit einem einzelnen Bildpunkt in der Mitte angeordnet. Zeile N weist die Bildpunkte P1 bis P-, auf. Um die Gesamtdifferenz an Bildpunkt P,- zu bestimmen, wird ein Beitrag von allen umgebenden Bildpunkten erhoben. Bei einer Ausfuhrungsform erfolgt dies dadurch, daß jeder Bildpunkt auf der Fläche hinsichtlich des Schwellwertes veranschlagt und daß eine logische Torschaltung (z.B. eine logische Majoritätsschaltung) zum Erfassen der Schwellwertentscheidung verwendet wird, so daß signalisiert wird, daß eine Bewegung stattgefunden hat, wenn festgestellt wird, daß ein Anteil den Schwellwert überschreitet.Figure k shows the area test. In the exemplary embodiment, 9 pixels are arranged in the form of a square with a single pixel in the middle. Line N has the pixels P 1 to P-. In order to determine the total difference at image point P, -, a contribution is made from all surrounding image points. In one embodiment, this takes place in that each pixel on the surface is estimated with regard to the threshold value and that a logical gate circuit (e.g. a logical majority circuit) is used to detect the threshold value decision, so that it is signaled that a movement has taken place if it is determined that a portion exceeds the threshold.
In diesem System ist vier aus neun eine typische praktische Einstellung, um eine Bewegung anzuzeigen. Ein Beispiel eines derartigen Systems ist in Figur 5 abgebildet. Das Differenzsignal wird wie vorher durch den Subtrahierer 205 erstellt und läuft zum Komparator 206. Der Ausgang läuft zum Majoritätslogiktor 250. Es sind nur zwei der neun Toreingänge näher dargestellt, obgleich jeder Eingang seinen zugeordneten Subtrahierer und Komparator hat.In this system, four out of nine is a typical practical setting, to indicate movement. An example of such a system is shown in FIG. The difference signal will be like previously created by subtracter 205 and goes to comparator 206. The output goes to majority logic gate 250. There are only two of the nine gate inputs are shown in more detail, although each input has its associated subtractor and comparator.
Bei einem anderen Verfahren der Flächenwahl wird nicht von der Majoritätslogik Gebrauch gemacht. Bei diesem Verfahren wird die gesamte Fläche integriert, so daß die durchschnittliche Differenz auf der Fläche mit einem Schwellwert verglichen werden kann. Dabei ist das Ziel, zwischen Rauschen und Bewegung zu unterscheiden. Eine derartige Anordnung ist in Figur 6 dargestellt und umfaßt wie vorher einen Subtrahierer 205 und einen Komparator 206, jedoch zusätzlich einen Integrator 300. Die Daten von laufenden und vorherigen Bild-Another method of area selection is not based on majority logic Made use of. In this method, the entire area is integrated so that the average difference is on the area can be compared with a threshold value. The aim is to differentiate between noise and movement. One such an arrangement is shown in FIG. 6 and comprises, as before, a subtracter 205 and a comparator 206, but in addition an integrator 300. The data from current and previous image
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punkten für die gegebene Fläche werden Bildpunkt um Bildpunkt subtrahiert, und die Differenz wird im Integrator 300 integriert. Der Integratorausgang wird vom Komparator 206 empfangen, der effektiv bestimmt, daß eine Bewegung stattgefunden hat, wenn der Integratorausgang einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet,points for the given area are subtracted pixel by pixel, and the difference is integrated in the integrator 300. The integrator output is received by comparator 206 which effectively determines that movement has occurred when the integrator output exceeds a predetermined threshold value,
Das System ist besonders vorteilhaft in einem Farbfernsehsystem, bei dem ein NTSC- oder PAL-Farbhilfsträger verwendet wird. Durch Verwendung der für die Flächenbewegungserfassung gezeigten Anordnung kann das System gegen ein Resthilfsträger unempfindlich gemacht werden. Die Ausbildung eines Dekodierschaltkreises zur Ausschaltung von Resthilfsträger wird vereinfacht, wenn ein Schema verwendet wird, das allgemein gegen das Vorhandensein von Resthilfsträgerkomponenten unempfindlich ist.The system is particularly advantageous in a color television system using an NTSC or PAL color subcarrier. By Using the arrangement shown for surface movement detection, the system can be made insensitive to a residual auxiliary carrier will. The formation of a decoding circuit for eliminating residual subcarriers is simplified if a scheme is used, generally against the presence of residual sub-carrier components is insensitive.
Obgleich die beschriebene Fläche 9 Bildpunkte umfaßte, können andere Zahlen von einer oder mehr Zeilen verwendet werden. Je größer die Zahl der integrierten Bildpunkte, um so näher wird das Rauschen zu Null hin gemittelt, wobei die Bewegung dagegen ungedämpft bleibt.Although the written area comprised 9 pixels, other numbers of one or more lines can be used. Ever the greater the number of integrated pixels, the closer the noise is averaged towards zero, with the movement against it remains undamped.
Auf der anderen Seite ist es aufgrund des Auftretens eines Rausch-"Hofes" um sich bewegende Objekte herum nachteilig, wenn eine zu große Fläche benutzt wird. Der Rausch-"Hof" kommt der Größe der linearen Dimensionen der Fläche sowohl in der horizontalen als auch der vertikalen Achse nahe. Gegenüber dieser Dimension wird es unmöglich, den Unterschied zwischen Rauschen und Bewegung unter Verwendung der Flächenwahl festzustellen.On the other hand, it is due to the occurrence of an intoxication "yard" around moving objects if too large an area is used. The intoxication "yard" comes from the size close to the linear dimensions of the surface in both the horizontal and vertical axes. Compared to this dimension it becomes impossible to tell the difference between noise and motion using area selection.
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Um die Fähigkeit der Erfassungsanlage,zwischen Rauschen »und Bewegung zu unterscheiden,zu verstärken, ohne die Fläche, auf der die Entscheidung getroffen wird, zu vergrößern, wird von einer Kombination von zwei Halbbildern Gebrauch gemacht. Auf diese Art und Weise wird es möglich, die Zahl der Punkte innerhalb der Fläche (Volumen) nahe dem Bildpunkt zu verdoppeln und so das Rauschen zu dämpfen, ohne die Bewegung abzuschwächen.About the ability of the detection system to distinguish between noise »and movement to distinguish, to reinforce, without increasing the area on which the decision is made, is made by a combination made use of two fields. In this way it becomes possible to determine the number of points within the area (Volume) close to the pixel and thus dampen the noise without weakening the movement.
Die Ausgänge von Figur 5 und 6 könnten dazu verwendet werden, um weitere Anordnungen zu steuern, um zum Beispiel unter Verwendung von Festwertspeichern, wie sie oben beschrieben sind, die gewählten Koeffizienten zu variieren.The outputs of Figures 5 and 6 could be used to control other arrangements, for example using of read-only memories, as described above, to vary the selected coefficients.
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