DE2953123T5

DE2953123T5 - IMAGE CODING BY SELECTIVE ADDITION OF PSEUDO-RANDOM NOISE TO PORTIONS OF VIDEO SIGNAL

Info

Publication number: DE2953123T5
Application number: DE19792953123
Authority: DE
Inventors: W Schreiber; D Troxel
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1979-09-14
Publication date: 1981-01-15

Description

10809/Sch/Vu10809 / Sch / Vu

Massachusetts Institute of Technology Cambridge, Mass. 02139 (V.St.A.)Massachusetts Institute of Technology Cambridge, Mass. 02139 (V.St.A.)

Vorrichtung zur Codierung von Bildern durch selektive Addition von Pseudozufallsrauschen zu Teilen einesApparatus for coding images by selectively adding pseudo-random noise to parts of a

VideosignalsVideo signal

Die Erfindung bezieht sich auf die digitale Codierung sichtbarer Bilder. Bei der Übertragung digital codierter Darstellungen sichtbarer Bilder, wie beim Fernsehen, ist es vom Kostenstandpunkt erwünscht, die Anzahl der zu sendenden Informationsbits ohne wesentliche Beeinträchtigung der Bildqualität minimal zu halten. Eine Verringerung der Anzahl der Bits reduziert die erforderliche Kanalbandbreite, welche den Hauptkostenfaktor bei Kommunikationssystemen bildet. Sichtbare Bilder werden übertragen, indem zunächst ein analoges Videosignal erzeugt wird, dessen Spannungswert proportional der gemessenen Leuchtdichte an jedem vieler kleiner, gleichmäßig über das Bild verteilter Bildpunkte ist, wonach dieses Analogsignal digitalisiert wird, indem jedem Bildelement der nächstliegende Quantisierungspegel zugeordnet wird. Allgemein gilt, daß bei Verwendung zu weniger Quantisierungspegel das empfangene Bild sogenannte Quantisierungsstörungen zeigt, also -grobe und unbefriedigende Korrekturen, die durch Abrundung von Leuchtdichte-Zwischenwerten auf den nächstliegendenThe invention relates to the digital coding of visual images. More visible when transmitting digitally coded representations For pictures, as in television, it is desirable from a cost standpoint that the number of information bits to be transmitted is negligible Keep degradation of image quality to a minimum. Reducing the number of bits reduces the number required Channel bandwidth, which is the main cost factor in communication systems. Visible images are transmitted by initially an analog video signal is generated, the voltage value of which is proportional to the measured luminance at each of the many is smaller, evenly distributed over the image pixels, after which this analog signal is digitized in each pixel the closest quantization level is assigned. In general, if too few quantization levels are used, the received image will be so-called quantization interference shows, that is, coarse and unsatisfactory corrections made by rounding off from intermediate luminance values to the closest

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Quantisierungspegel verursacht sind.Quantization levels are caused.

Eine Möglichkeit zur Vermeidung solcher Konturen ist in der Dissertation von L. G. Roberts am M.I.T. Department of Electrical Engineering unter dem Titel "PCM Television Bandwidth Reduction Using Pseudo-random Noise" im Februar 1961 vorgeschlagen worden und besteht darin, daß das Pseudozufallsrauschen mit einer Maximalamplitude von plus oder minus dem halben Quantisierungspegel dem digitalisierten Signal vor der Quantisierung hinzugefügt und danach wieder abgezogen wird. Dieses Verfahren bringt ein Zufallsverhalten in den Abrundungsvorgang und ersetzt die genau definierten Konturen durch Bereiche, in denen häufig Zufallsverschiebungen zwischen quantisierten Pegeln auftreten, welche zu einer sichtbaren graduellen Veränderung zwischen den Pegeln führt. Bei diesem Verfahren wird das Quantisierungsrauschen durch ein annehmbareres Zufallsrauschen über das Bild ersetzt.One way of avoiding such contours is described in the dissertation by L. G. Roberts at the M.I.T. Department of Electrical Engineering under the title "PCM Television Bandwidth Reduction Using Pseudo-random Noise" had been proposed in February 1961 and consists in that the pseudo-random noise with a maximum amplitude of plus or minus half the quantization level added to the digitized signal before quantization and then subtracted again. This procedure introduces a random behavior into the rounding process and replaces the precisely defined ones Contours through areas in which random shifts between quantized levels often occur, leading to a visible gradual change between the levels. In this method, the quantization noise is reduced by a more acceptable Random noise replaced across the image.

Ein anderes Verfahren liegt in der Verwendung räumlicher Filter zur Trennung des Videosignals in hohe und niedrige räumliche Frequenzkomponenten, so daß eine Abtastungsaufteilung möglich ist und im tiefen Kanal eine Feinquantisierung, durch welche die ungewollten Konturen vermieden werden, dagegen im Höhenkanal eine Grobquantisierung, wo mehr Quantisierungsrauschen tolerierbar ist, weil dort auftretendes Rauschen zum größten Teil in Bereichen großer Details auftritt, wo es weniger sichtbar ist, möglich wird. Eine sehr grobe Quantisierung im Höhenkanal, also mit vier bis acht Pegeln, hinterläßt sichtbare Unnatürlichkeiten.Another method is to use spatial filters to separate the video signal into high and low spatial frequency components, so that a sampling division is possible and in the deep channel a fine quantization through which the unwanted Contours are avoided, on the other hand a coarse quantization in the height channel, where more quantization noise can be tolerated is possible because most of the noise there occurs in areas of great detail where it is less visible will. A very coarse quantization in the height channel, i.e. with four to eight levels, leaves behind visible unnaturalities.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Kompression (nichtlineare Dämpfung) des Leuchtdichtesignals vor der Quantisierung und der Expansion nach der Umwandlung in eine sogenannte Helligkeitsskala, für welche das Auge eine näherungsweise gleichförmige Empfindlichkeit gegenüber Leuchtdichtestörungen vom Rauscher hat, so daß sichergestellt ist, daß Quantisierungsstörungen in hellen und dunklen Bildteilen gleichermaßen sichtbar sind. Das gleiche Verfahren, welches manchmal als "Verjüngungsquant.isierung" (tapered quantization) bezeichnet wird, ist auch für einen ähn-Another possibility is the compression (non-linear attenuation) of the luminance signal before the quantization and the Expansion after conversion into a so-called brightness scale, for which the eye has an approximately uniform sensitivity against luminance interference from the noise, so that it is ensured that quantization interference in bright and dark parts of the image are equally visible. The same procedure, sometimes called "Rejuvenation Quantization" (tapered quantization) is also used for a similar

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lichen Zweck in einem separaten Hochfrequenzkanal benutzt worden, wodurch die Quantisierungsstörungen sowohl in Bereichen niedrigen wie auch hohen Kontrastes gleichmäßiger sichtbar gemacht werden.purpose has been used in a separate high-frequency channel, whereby the quantization disturbances are made more evenly visible in both low and high contrast areas will.

Schließlich verwendet man auch noch die Differentialquantisierung (abgekürzt mit DPCM), bei welcher im wesentlichen der Differentialquotient des Videosignals übertragen wird und im Empfänger durch Integration das ursprüngliche Bild wieder hergestellt wird. Bei diesem DPCM-Verfahren treten nicht die zufälligen Konturen wie bei einem grob quantisierten PCM-Verfahren auf, wenn man die gleiche Zahl von Bits pro Abtastung zugrunde legt. Beim Entwurf von Differentialsystemen muß man jedoch einen Kompromiß schließen zwischen der Fähigkeit, scharfe Kanten eines Bildes ohne Unscharfe wiederzugeben und der Echointensität an diesen Ecken sowie dem Grad an Bildkörnigkeit, der durch Quantisierungsfehler beim Senden niederfrequenter Information in Differentialform verursacht wird. Finally, one also uses differential quantization (abbreviated as DPCM), in which essentially the differential quotient of the video signal is transmitted and the original image is restored in the receiver through integration will. In this DPCM method, the random contours do not occur as in a coarsely quantized PCM method, if the same number of bits per sample is used. However, a compromise must be made in designing differential systems close between the ability to reproduce sharp edges of an image without blurring and the echo intensity at these Corners and the degree of graininess of the image caused by quantization errors when sending low-frequency information in differential form.

Eine andere verwandte Technik zur Verbesserung der Bildqualität besteht in der Betonung des Kantenkontrastes, was unter dem Begriff Scharfzeichner bekannt ist und wobei die vorerwähnte hochfrequente Komponente verstärkt wird, ehe sie im tiefen Kanal addiert wird. Da diese Scharfzeichnung dazu neigt, von Haus aus vorhandene Störungen in einem Bild hervorzuheben und außerdem künstliche Streifen auf beiden Seiten der scharf gezeichneten Kanten hervorruft, macht man bekannterweise das Ausmaß dieser Scharfzeichnung abhängig von der Helligkeit und dem Kontrast an der betreffenden Stelle, wobei man im allgemeinen an hellen Stellen mehr Scharfzeichnung als an dunklen Stellen und im mittleren Kontrastbereich mehr als in Bereichen sehr niedrigen oder sehr hohen Kontrastes vorsieht. Dadurch vermeidet man eine Verstärkung von Störungen oder Rauschen in Bereichen gleichförmiger Leuchtdichte, wo derartige Störungen am meisten sichtbar sind, und man vermeidet eine Scharfzeichnung von ohnehin bereits scharfen Kanten. Diesbezüglich wird auf die Dissertation vonAnother related technique for improving image quality is by emphasizing the edge contrast, which is what is termed Sharpener is known and where the aforementioned high frequency Component is amplified before it is added in the deep channel. Because this sharpening tends to be inherent to highlight existing disturbances in an image and also to create artificial stripes on both sides of the sharply drawn It is known that the extent of this sharpening is made dependent on the brightness and the contrast the point in question, whereby in general there is more sharpening in light areas than in dark areas and in the middle Contrast area more than provided in areas of very low or very high contrast. This avoids reinforcement of interference or noise in areas of uniform luminance where such interference is most visible, and you avoid sharpening already sharp edges. In this regard, reference is made to the dissertation by

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P.J. Curlander mit dem Titel "Image Enhancement Using Digital Adaptive Filtering" am M.I.T. Department of Electrical Engineering, vom August 1977, hingewiesen.P.J. Curlander entitled "Image Enhancement Using Digital Adaptive Filtering "at the M.I.T. Department of Electrical Engineering, dated August 1977.

In einem von E.R. Kretzmer in den Conv. Rec, Band 4, Seiten bis 153 im Jahre 1956 unter dem Titel "Reduced-Alphabet Representation of Television Signals" veröffentlichten Artikel ist die Aufteilung der Videosignale in nieder- und hochfrequente Komponenten (oder auch mehr als zwei Komponenten) erläutert, wobei die hochfrequenten Komponenten in sich verjüngenden Schrittgrößen grob quantisiert werden und die Niederfrequenzkomponenten fein quantisiert und in kleineren Schritten abgetastet werden. Tiefpaßfilter und Subtrahierschaltungen werden als Mittel zur Ableitung der separaten Komponenten vorgeschlagen. Kretzmer hat erkannt, daß Bildbereiche mit feinen Details unempfindlicher gegen Quantisierungseffekte sind als Bereiche gleichförmiger Leuchtdichte. In one of E.R. Kretzmer in the conv. Rec, Volume 4, pages to 153 article published in 1956 under the title "Reduced-Alphabet Representation of Television Signals" is the Division of the video signals into low and high frequency components (or more than two components) explained, with the high-frequency components are roughly quantized in tapering step sizes and the low-frequency components are finely quantized quantized and sampled in smaller steps. Low pass filters and subtracters are used as a means of deriving of the separate components proposed. Kretzmer has recognized that image areas with fine details are less sensitive to Quantization effects are seen as areas of uniform luminance.

Summary of the invention

Durch die Erfindung wird eine Einrichtung geschaffen, welche die Empfangsqualität digital codierter Bilder erheblich verbessert, ohne daß die übertragene oder aufgezeichnete Informationsmenge oder Bitzahl vergrößert werden müßte.The invention creates a device which considerably improves the reception quality of digitally coded images, without increasing the amount of information or bits transmitted or recorded.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Videosignal in nieder- und hochfrequente Komponenten aufgeteilt, und nur der hochfrequenten Komponente wird ein Pseudozufallsrauschen hinzuaddiert, bevor sie grob quantisiert wird. Da das Rauschen nur in den hochfrequenten Kanal eingeführt wird, erscheinen seine Wirkungen grundsätzlich nur in Bildbereichen mit starken Details, wo die Effekte weniger sichtbar sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die niederfrequente Komponente unterabgetastet und feiner quantisiert, um zufällige Konturen zu vermeiden; ferner wird eine mittelfrequente Komponente erzeugt, die durch einen Pegeldetektor in Gebieten niedrigen mittelfrequenten Signalpegels gedämpft wird;According to one aspect of the invention, the video signal is divided into low and high frequency components, and only the high frequency A pseudo-random noise is added to the component before it is roughly quantized. Since the noise is only in the high frequency Channel is introduced, its effects only appear in image areas with strong details, where the effects are less visible. In a preferred embodiment the low-frequency component is subsampled and quantized more finely, to avoid random contours; Furthermore, a medium-frequency component is generated which is determined by a level detector is attenuated in areas of low medium-frequency signal level;

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vor der Quantisierung wird der mittelfrequenten Komponente Pseudozuf allsrauschen hinzugefügt; die hochfrequente Komponente wird selektiv verstärkt, damit die Bereiche mittleren Kontrastes und hoher Leuchtdichte stärker scharfgezeichnet werden, und sie wird in Bereichen gleicher Leuchtdichte stark gedämpft, wo ein sehr niedriger mittlerer Gradient oder Kontrast herrscht, damit keine durch die Quantisierung und das Pseudozufallsrauschen hervorgerufenen künstlichen Effekte in Bereichen gleichförmiger Leuchtdichte erscheinen, wo sie am stärksten sichtbar sind; im Decoder werden Bandpaßfilter zur Entfernung von außerhalb des Frequenzbandes liegenden Resteffekten des Pseudozufallsrauschens verwendet; die hoch- und die mittelfrequenten Komponenten werden kompandiert, so daß die Sichtbarkeit der Quantisierungsstörungen gleichmäßig über alle Kontrastpegel ausgedehnt werden; das gesamte Videosignal wird zur Umwandlung in eine Helligkeitsskala kompandiert, und in Differenzquantisierern wird das Differenzsignal kompandiert.before the quantization, the medium-frequency component is pseudo-add all noise added; the high-frequency component is selectively amplified so that the areas of medium contrast and high luminance will be sharpened, and it will be attenuated in areas of equal luminance, where a very there is a low mean gradient or contrast, so that none of the noise caused by the quantization and the pseudo-random noise artificial effects in areas of uniform luminance appear where they are most visible; Bandpass filters are used in the decoder to remove outside the frequency band uses residual pseudorandom noise effects; the high and medium frequency components are companded, so that the visibility of the quantization perturbations is expanded evenly across all contrast levels; the entire Video signal is companded for conversion into a brightness scale, and in differential quantizers the difference signal is companded.

Gemäß einem anderen Aspekt, der eine Anwendung auf ein DPCM-System gestattet, wird erfindungsgemäß Pseudozufallsrauschen vor der Quantisierung der Differenz zwischen dem Videosignal und einem Vorhersagesignal, das durch Filterung des quantisierten Differenzsignals erhalten wird, hinzugefügt, und dieses hinzugefügte Rauschen wird vor der Filterung wieder subtrahiert. Hierdurch werden Kantenechos sowie die üblicherweise bei der Differentialquantisierung vorhandene Bildkörnigkeit stark reduziert, und damit kann der Codierer im Sinne einer besseren Kantenwiedergabe optimiert werden.In another aspect, application to a DPCM system allowed, according to the invention, pseudo random noise is allowed before quantizing the difference between the video signal and a prediction signal obtained by filtering the quantized Difference signal is obtained, added, and this added Noise is subtracted again before filtering. This eliminates edge echoes as well as those usually associated with differential quantization The existing image graininess is greatly reduced, and the encoder can thus achieve better edge reproduction be optimized.

Description of preferred exemplary embodiments

Es seien nun bevorzugte Ausführungsbeispiele und ihre Betriebsweise näher erläutert.There are now preferred exemplary embodiments and their mode of operation explained in more detail.

In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:In the accompanying drawings show:

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Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;1 is a block diagram of a preferred embodiment of the invention;

Fig. 2 die Kennlinien von zweidimensionalen räumlichen Tiefpaßfiltern, wie sie in Fig. 1 verwendet sind;2 shows the characteristics of two-dimensional spatial low-pass filters, as used in Figure 1;

Fig. 3 die Darstellung der nichtlinearen Beziehung zwischen dem Leuchtdichtemaßstab L_p und der Leuchtdichte;3 shows the representation of the non-linear relationship between the luminance measure L _p and the luminance;

Fig. 4 eine Darstellung der nichtlinearen Beziehung zwischen dem Kontrastmaßstab C_n, und dem Kontrast;FIG. 4 shows the non-linear relationship between the contrast scale C _n , and the contrast; FIG.

Fig. 5 den Algorithmus zur Berechnung des mittleren Gradienten an einem gegebenen Bildelement für die Leuchtdichte der vier umgebenden Bildelemente;5 shows the algorithm for calculating the mean gradient at a given picture element for the luminance of the four surrounding picture elements;

Fig. 6 das Kontrastglättungsfilter;Fig. 6 shows the contrast smoothing filter;

Fig. 7 einen 8-auf-8-Baublock für strukturierte Zitterstörungen;7 shows an 8-by-8 building block for structured trembling disturbances;

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Veranschaulichung ihrer Anwendung bei der Differential-PCM-Codierung; undFig. 8 is a block diagram of another preferred embodiment of the invention to illustrate its application in differential PCM coding; and

Fig. 9 eine eindimensionale Darstellung der niedrig- und hochfrequenten Komponenten und der ScharfZeichnungseffekte für eine stufenförmige Leuchtdichteänderung.9 shows a one-dimensional representation of the low and high frequency Components and the sharp drawing effects for a gradual change in luminance.

In Fig. 1 ist ein System zur Codierung und Decodierung sichtbarer Bilder dargestellt. Ein analoges Videoeingangssignal 10 besteht aus einem Spannungspegel, der für jedes der vielen fein verteilten Bildelemente proportional zur Bildleuchtdichte ist. Das Videosignal 10 kann vom Ausgang einer Fernsehkamera, eines Laserabtasters oder eines anderen Gerätes stammen. Beispielsweise tastet ein Läserphotoabtaster (etwa von der Firma Harris Corp.) ein Bild mit einer Dichte von etwa 282 cm (111 Zeilen pro Zoll) und 106 Bildelementen pro Zeile ab; für ein Bild von 20,32 χ 25,4 cm werden etwa eine Million Bildelemente erzeugt.Referring to Figure 1, there is shown a system for encoding and decoding visual images. An analog video input signal 10 consists of a voltage level which, for each of the many finely divided picture elements, is proportional to the picture luminance. The video signal 10 may come from the output of a television camera, laser scanner, or other device. For example a laser photo scanner (such as from Harris Corp.) scans an image at a density of about 282 cm (111 lines per inch) and 106 pixels per line; approximately one million picture elements are produced for an 8 by 10 inch image.

Das analoge Videoeingangssignal wird durch einen Analog/Digital-Konverter 12 mit 8 Bits (256 Pegel) pro Bildelement digitalisiert.The analog video input signal is processed by an analog / digital converter 12 digitized with 8 bits (256 levels) per picture element.

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Ein nichtlinearer Verstärker 14 komprimiert das digitalisierte Eingangssignal und wandelt es in eine Helligkeitsskala um, für welche das menschliche Auge eine näherungsweise gleichförmige Empfindlichkeit gegen Leuchtdichtestörungen oder Rauschen hat (d.h., ein Punkt, der sich um wenige Helligkeitspegel von seiner Umgebung unterscheidet, wird sowohl in hellen als auch in dunklen Bildteilen gleich wahrgenommen). Ein Verstärker 14 hat eine Wurzelkennlinie, also Helligkeitspegel sind näherungsweise proportional der Quadratwurzel der Leuchtdichtepegel.A non-linear amplifier 14 compresses the digitized input signal and converts it to a brightness scale for which the human eye has an approximately uniform sensitivity to luminance disturbances or noise (i.e., a point that differs from its surroundings by a few levels of brightness will appear in both light and dark Parts of the image perceived equally). An amplifier 14 has a square root characteristic, so brightness levels are approximately proportional the square root of the luminance level.

Das Videohelligkeitssignal V wird für die Übertragung in niedrige, mittlere und hohe Raumfrequenzsignale unterteilt. Zur Erzeugung des niedrigfrequenten Signals wird das volle Signal V digital gefiltert, wozu ein zweidimensionales räumliches Tiefpaßfilter 16 benutzt wird, welches an jedem Bildelement einen gewichteten Mittelwert der Helligkeitspegel der umgebenden Bildelemente bis heraus zu einem Radius von 16 Bildelementen ersetzt. Die Gewichtungskoeffizienten für das Filter 16 sind in dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm aufgetragen. Eine Gleichspannungsverstärkung von Eins erhält man durch Dividierung der gewichteten Summe durch die Gesamtheit der Koeffizienten. Das gefilterte Ausgangssignal L des Filters 16 wird im Block 18 unterabgetastet und dann zur Empfangsstation unter Verwendung eines einzigen 8-Bit-Digitalcodes für jede Unterabtastung übertragen. Der Abstand zwischen unterabgetasteten Bildelementen muß in Übereinstimmung mit der Dimensionierung des Tiefpaßfilters 16 erfolgen, durch welches die obere Grenze der räumlichen Frequenz des gefilterten Signals bestimmt wird.The video brightness signal V is used for transmission in low, divided into medium and high spatial frequency signals. To generate the low-frequency signal, the full signal V becomes digital filtered, for which purpose a two-dimensional spatial low-pass filter 16 is used, which is a weighted mean value at each picture element the brightness level of the surrounding picture elements is replaced up to a radius of 16 picture elements. The weighting coefficients for the filter 16 are plotted in the diagram shown in FIG. A DC voltage gain of one is obtained by dividing the weighted sum by the totality of the coefficients. The filtered output signal L of filter 16 is subsampled in block 18 and then to the receiving station using a single 8-bit digital code transmitted for each subsampling. The spacing between sub-sampled picture elements must be in accordance with the dimensioning of the low-pass filter 16, which determines the upper limit of the spatial frequency of the filtered signal will.

Es wird genügend Überabtastung durchgeführt, damit Aliasing-Effekte vermieden werden (die Bildung von Moire-Mustern im empfangenen Bild). Beim Empfänger bewirkt ein Rekonstruktionsfilter 20 einen Interpolationsprozess im Sinne einer sehr genauen Wiederherstellung der ursprünglichen niederfrequenten Signalkomponenten.Enough oversampling is performed to prevent aliasing effects can be avoided (the formation of moiré patterns in the received image). At the receiver, a reconstruction filter 20 causes a Interpolation process in the sense of a very precise restoration of the original low-frequency signal components.

Zur Erzeugung des mittelfrequenten Signals wird mit Hilfe desTo generate the medium-frequency signal, the

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Rekonstruktionsfilters 22, welches identisch mit dem Filter 20 ist, ein niederfrequentes Signal L' abgeleitet und vom Videohelligkeitssignal V mit Hilfe der Summierschaltung 24 subtrahiert. Die den mittel- und hochfrequenten Bildinhalt darstellende Differenz durchläuft ein zweidimensionales räumliches Gauß-Tiefpaßfilter 26, dessen Betriebseigenschaften ähnlich wie diejenigen des Filters 16 sind, jedoch für kleineren Bildelementradius. Die Filterkurve des Filters 26 zeigt Fig. 2. Für jedes Bildelement werden die Helligkeitspegel der umgebenden Bildelemente bis zu einem Radius von vier Bildelementen durch die dargestellten Koeffizienten gewichtet und die Summe wird durch die Koeffizientensumme dividiert, so daß man eine Gleichspannungsverstärkung von Eins erhält. Das gefilterte mittelfrequente Signal M wird dann mittels einer Multiplizierschaltung 29 mit einem Pegelmaßstabsfaktor K multipliziert. Ein Pegeldetektor 27 bildet den Mittelwert des Pegels des mittenfrequenten Signals über einen Bereich des Zwei-bis Dreifachen des Reziprokwertes der Raumfrequenzbandbreite des Mittenkanals. Der Pegelmaßstabsfaktor K ist näherungsweise proportional dem Kontrast für niedrige festgestellte Pegelwerte und ist Null für einen festgestellten Pegelwert von Null bzw. Eins für hohe festgestellte Pegel. Nach der Multiplizierung mit dem Pegelmaßstabsfaktor wird das mittenfrequente Signal mit Hilfe des Kompressionsverstärkers 31 nichtlinear verstärkt. Dann wird dem komprimierten Signal mit Hilfe der Summierschaltung 33 Pseudozufallsrauschen hinzuaddiert, und das Signal wird im Block 28 unterabgetastet und quantisiert, wobei die Unterabtastungsblockgröße ein Sechzehntel der Fläche von derjenigen des Unterabtasters 18 ist, nämlich wegen des höheren Frequenzkreises des mittelfrequenten Signals. Sowohl beim Empfänger als auch beim Sender wird Pseudozufallsrauschen mittels der Summierer 35, 37 subtrahiert, und das Signal wird durch Expansionsverstärker 39, 41 expandiert und durch Rekonstruktionsfilter bzw. 32 rekonstruiert. Ein Bandpaßfilter 43 im Decodierer entfernt außerhalb des Bandes liegende Reste, welche durch das Einbringen des breitbandigen Pseudozufallsrauschens entstanden sind. An der Summierschaltung 34 wird die Differenz zwischen dem Ausgangssignal (V-L¹) der Summierschaltung 24 und dem AusgangssignalReconstruction filter 22, which is identical to the filter 20, a low-frequency signal L 'derived and subtracted from the video brightness signal V with the aid of the summing circuit 24. The difference representing the medium and high frequency image content passes through a two-dimensional spatial Gaussian low-pass filter 26, the operating characteristics of which are similar to those of the filter 16, but for a smaller pixel radius. The filter curve of the filter 26 is shown in FIG. 2. For each picture element, the brightness levels of the surrounding picture elements up to a radius of four picture elements are weighted by the coefficients shown and the sum is divided by the sum of the coefficients, so that a DC voltage gain of one is obtained. The filtered medium-frequency signal M is then multiplied by a level scale factor K by means of a multiplier circuit 29. A level detector 27 forms the mean value of the level of the center-frequency signal over a range of two to three times the reciprocal of the spatial frequency bandwidth of the center channel. The level scale factor K is approximately proportional to the contrast for low detected level values and is zero for a detected level value of zero or one for high detected levels. After the multiplication by the level scale factor, the center-frequency signal is amplified non-linearly with the aid of the compression amplifier 31. Then pseudo-random noise is added to the compressed signal with the aid of the summing circuit 33, and the signal is subsampled and quantized in block 28, the subsampling block size being one sixteenth of the area of that of subsampler 18, namely because of the higher frequency circle of the medium-frequency signal. At both the receiver and the transmitter, pseudo-random noise is subtracted by means of summers 35, 37, and the signal is expanded by expansion amplifiers 39, 41 and reconstructed by reconstruction filters 32 and 32, respectively. A band-pass filter 43 in the decoder removes out-of-band residues which have arisen as a result of the introduction of the broadband pseudo-random noise. At the summing circuit 34, the difference between the output signal (VL ¹ ) of the summing circuit 24 and the output signal

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M¹ des Rekonstruktionsfilters 32 berechnet. Die Differenz (V-L'-M¹) stellt den hochfrequenten Bildanteil dar.M ^{1 of} the reconstruction filter 32 is calculated. The difference (V-L'-M ¹ ) represents the high-frequency image component.

Das durch die Summierschaltung 34 gebildete hochfrequente Signal wird im Scharfzeichner 36 verarbeitet. Das Signal wird in den Multiplizierschaltungen 38 und 40 mit dem Leuchtdichtemaßstabsfaktor L_x, bzw. einem Kontrastmaßstabsfaktor C_n, multipliziert. Die Leuchtdichte- und Kontrastfaktoren ändern sich nichtlinear mit Leuchtdichte und Kontrast, wie es in den Kurven gemäß den Fig. 3 bzw. 4 dargestellt ist. Das Ausgangssignal des A/D-Konverters 112 stellt die Leuchtdichte dar. Der Kontrast wird im Block 42 durch Berechnung einer Näherung an den Absolutwert des Gradienten bei jedem Bildelement und Glättung des resultierenden Gradientenbildes gemessen. Der Gradient wird angenähert, indem für jedes Bildelement der Mittelwert aus Vertikal- und Horizontaldifferenzen der Leuchtdichte zwischen vertikal und horizontal benachbarten Bildelementen gebildet wird, wie dies die Gleichungen und das Diagramm der Fig. 5 zeigen. Durch zweimalige Filterung des Gradientenbildes nach dem in Fig. 6 dargestellten Filterschema für konstante Höhe und angenäherte Kreisform wird die Glättung bewerkstelligt. Die Glättung des Gradientenbildes ist notwendig um sicherzustellen, daß der Kontrastmaßstabsfaktor Q. sich über die Breite einer Kante nicht wesentlich ändert. Eine Einstellung für die Gesamtschärfe kann an der Multiplizierschaltung 44 erfolgen.The high-frequency signal formed by the summing circuit 34 is processed in the sharpener 36. The signal is multiplied in the multiplier circuits 38 and 40 by the luminance scale factor L _x or a contrast scale factor _{C n.} The luminance and contrast factors change non-linearly with luminance and contrast, as shown in the curves according to FIGS. 3 and 4, respectively. The output signal of the A / D converter 112 represents the luminance. The contrast is measured in block 42 by calculating an approximation to the absolute value of the gradient for each picture element and smoothing the resulting gradient image. The gradient is approximated by taking the mean value of vertical and horizontal differences in luminance between vertically and horizontally adjacent picture elements for each picture element, as shown by the equations and the diagram in FIG. 5. The smoothing is accomplished by filtering the gradient image twice in accordance with the filter scheme shown in FIG. 6 for constant height and approximately circular shape. The smoothing of the gradient image is necessary to ensure that the contrast scale factor Q. does not change significantly over the width of an edge. A setting for the overall sharpness can be made on the multiplier circuit 44.

Das schärfenbetonte Hochfrequenzsignal H wird mit dem Kompressionsverstärker 46 nichtlinear verstärkt gemäß der Wurzelfunktion The sharpness-emphasized high-frequency signal H is amplified non-linearly with the compression amplifier 46 in accordance with the square root function

H* = (R + 1) H^1/2 - 1
R¹/² - 1H * = (R + 1) H ^1/2 - 1
R ^{^1/2} - 1

wobei H* das komprimierte hochfrequente Signal und R der maximale Kantenbereich im Bild ist, der bis zu einem Maximum von 128 variieren kann. In der Summierschaltung 28 wird dem komprimierten Signal H* Pseudozufallsrauschen hinzuaddiert. Das Rauschen hat eine von Spitze zu Spitze gemessene Amplitude von der Größe eineswhere H * is the compressed high frequency signal and R is the maximum Edge area in the image, which can vary up to a maximum of 128. In the summing circuit 28 is the compressed Signal H * pseudo-random noise added. The noise has a peak-to-peak amplitude the size of a

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-J--J-

Quantisierungsschrittes des Quantisierers 50. Rauschamplituden verändern sich zwischen Plus und Minus der Hälfte eines Quantisierungsschrittes und haben einen Mittelwert von Null und eine gleichförmige Verteilungswahrscheinlichkeit. Das Rauschen wird erzeugt unter Verwendung entweder bekannter Methoden der Bildung aufeinanderfolgender Zufallszahlenfolgen durch Registerverschiebung oder durch Verwendung eines optimal strukturierten Rauschmusters, welches aus einem speziell entwickelten Zittermuster besteht, um sein Erscheinen im Bild minimal zu halten. Das Zittermuster ist beschrieben von Limb im Aufsatz "Design of Dither Waveforms for Quantized Visual Signals" im Bell System Technical Journal, 48, Seiten 2555 bis 2582, September 1969, ferner von Lippel et al im Aufsatz "Ordered Dither Patterns for Coarse Quantization of Pictures" im Proc. IEEE, 59:3, Seiten 429 bis 431 vom März 1971 und von Bayer im Aufsatz "An Optimum Method for Two-Level Rendition of Continuous-Tone Pictures" im IEEE International Conference on Communications, Band 1, Seiten 26-11 bis 26-16, 1973.Quantization step of the quantizer 50. Noise amplitudes change between plus and minus half of a quantization step and have a mean value of zero and a uniform probability of distribution. The noise will generated using either known methods of forming successive sequences of random numbers by register shifting or by using an optimally structured noise pattern, which consists of a specially developed dither pattern, to keep its appearance in the picture minimal. The dither pattern is described by Limb in the article "Design of Dither Waveforms for Quantized Visual Signals "in Bell System Technical Journal, 48, pages 2555-2582, September 1969, also from Lippel et al in the article "Ordered Dither Patterns for Coarse Quantization of Pictures" in Proc. IEEE, 59: 3, pages 429 to 431 from March 1971 and by Bayer in the article "An Optimum Method for Two-Level Rendition of Continuous-Tone Pictures" in IEEE International Conference on Communications, Volume 1, pp. 26-11 through 26-16, 1973.

Ein 8-Bit-Ausgangssignal der Summierschaltung 48 wird im Block grob quantisiert, wobei entweder zwei (vier Pegel) oder drei (acht Pegel) Bits für jedes Bildelement verwendet werden. Es erfolgt keine Unterabtastung. Ein geeignetes Zittermuster für eine 2-Bit-Quantisierung ist in Fig. 7 für einen Bildelementblock von 8 auf 8 Bildern dargestellt. Dasselbe Muster wird über das gesamte Bild wiederholt. Die Werte verändern sich zwischen +32 und -32, also plus oder minus einem Achtel von 256 oder der Hälfte eines Quantisierungspegels in einem 2-Bit-Signal. Alternativ kann ein Zufallsrauschen langer Folge benutzt werden, wie es von Roberts vorgeschlagen ist.An 8-bit output of summing circuit 48 is in block roughly quantized using either two (four levels) or three (eight levels) bits for each picture element. It takes place no subsampling. A suitable dither pattern for 2-bit quantization is shown in FIG. 7 for a picture element block of 8 shown on 8 pictures. The same pattern is repeated over the entire image. The values change between +32 and -32, which is plus or minus an eighth of 256 or half of a quantization level in a 2-bit signal. Alternatively a long sequence random noise can be used as suggested by Roberts.

Nach der Übertragung wird das identische Pseudozufallsrauschmuster, wie es von der Summierschaltung 48 hinzuaddiert worden ist, durch die Summierschaltung 52 subtrahiert, und der nichtlineare Expansionsverstärker 54, welcher komplementär zum Verstärker 56 ist, stellt die Form der Hochfrequenzsignale wieder her. Der Verstärker 54 führt die folgende Funktion aus:After the transmission, the identical pseudo random noise pattern, as it has been added by the summing circuit 48, subtracted by the summing circuit 52, and the nonlinear expansion amplifier 54, which is complementary to the amplifier 56 restores the shape of the high frequency signals. The amplifier 54 performs the following function:

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Η' =Η '=

H*¹ - 1 ,1/2H * ¹ - 1, 1/2

(R" - D(R "- D

R + 1R + 1

Zur Entfernung jeglicher restlicher Gleichspannungs- oder niederfrequenter Information, die entweder durch die nichtlinearen Verstärker 46 oder 54 oder durch das Pseudozufallsrauschen eingeführt worden sind, wird das hochfrequente Signal H¹ durch das Hochpaßfilter 56 verarbeitet. ^{The high frequency signal H 1 is processed} by the high pass filter 56 to remove any residual DC or low frequency information introduced either by the nonlinear amplifiers 46 or 54 or by the pseudo random noise.

Schließlich werden die niederfrequenten, die im mittleren Bandbereich liegen, und die hochfrequenten Signale in den Summierschaltungen 58 und 60 summiert, die Summe wird durch den nichtlinearen Verstärker 62 expandiert, um vom Helligkeits- in einen Leuchtdichtemaßstab umgewandelt zu werden, und das Signal wird für die Wiedergabe oder zum Drucken des empfangenen Bildes in ein Analogsignal zurückverwandelt. Das Anzeige- oder Druckgerät 64 könnte ein Halbtondrucker sein.Finally, the low frequency ones will be those in the middle band lie, and the high frequency signals are summed in the summing circuits 58 and 60, the sum is expanded by the non-linear amplifier 62 to convert from brightness to a Luminance to be converted, and the signal is used for playing back or printing the received image in converts an analog signal back. The display or printing device 64 could be a halftone printer.

In Fig. 8 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche sich der Differentialpulscodemodulation (DPCM) bedient. Das analoge Videoeingangssignal wird in ein digitales 8-Bit-Signal mittels des A/D-Konverters 100 umgewandelt und dann durch den nichtlinearen Verstärker 102 zur Verschiebung in den Helligkeitsmaßstab komprimiert. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 104, welche die Differenz zwischen dem Videoeingangssignal und einem Rückkopplungssignal berechnet, wird durch einen nichtlinearen Verstärker 106 komprimiert, welcher dieselbe Kennlinie wie der Verstärker 46 in Fig. 1 hat. Pseudozufallsrauschen, ähnlich wie es im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden war, wird dem komprimierten Differenzsignal mit der Summierschaltung 108 hinzuaddiert, und dies Signalgemisch wird durch den Quantisierer 110 grob quantisiert. Das grob quantisierte Ausgangssignal wird rückgekoppelt über ein Expansionsfilter 114, welches die Kennlinie des Filters 54 in Fig. 1 hat, und ein VorhersagefilterIn Fig. 8 a second embodiment of the invention is shown, which uses differential pulse code modulation (DPCM). The analog video input signal is converted into a digital one 8-bit signal is converted by the A / D converter 100 and then by the non-linear amplifier 102 for shifting into the Compressed brightness scale. The output of summing circuit 104, which is the difference between the video input signal and a feedback signal, is compressed by a non-linear amplifier 106 which has the same characteristic as has amplifier 46 in FIG. Pseudo random noise, similar to that described in connection with FIG. 1, is added to the compressed difference signal with the summing circuit 108, and this composite signal is passed through the quantizer 110 roughly quantized. The roughly quantized output signal is fed back via an expansion filter 114, which the Characteristic of the filter 54 in Fig. 1, and a prediction filter

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116, welches den momentanen Leuchtdichtewert mit Werten aus vorausgegangenen Bildelementen mittelt. Das Filter 16 kann einfach den Leuchtdichtewert von dem vorhergehenden Bildelement ersetzen. Nach der übertragung werden ein Verstärker 120 und ein Filter 122, die identisch mit dem Verstärker 114 bzw. dem Filter 116 sind, zur Reproduzierung des Rückkopplungssignals V benutzt, welches eine Näherung an das Videoeingangssignal V darstellt. Ein Expansionsverstärker 124 wandelt das empfangene Signal zurück in den Leuchtdichtebereich, und der Konverter 126 wandelt das Signal für die Wiedergabe in analoge Form um. Die Verstärker 100 und 124 sind identisch mit den Verstärkern 14 bzw. 62 in Fig. 1.116, which calculates the current luminance value with values averages previous picture elements. The filter 16 can simply replace the luminance value from the previous picture element. After the transmission, an amplifier 120 and a Filters 122, which are identical to amplifier 114 and filter 116, are used to reproduce the feedback signal V, which represents an approximation of the video input signal V. An expansion amplifier 124 converts the received signal back into the luminance range, and converter 126 converts the signal to analog form for display. The amplifiers 100 and 124 are identical to amplifiers 14 and 62 in FIG. 1, respectively.

Im Betrieb wird bei der Schaltung gemäß Fig. 1 zunächst das analoge Videoeingangssignal digitalisiert und komprimiert, so daß es in den Helligkeitsbereich überführt wird, wo Störungen bei niedrigen und hohen Leuchtdichtepegeln gleich wahrgenommen werden. Das Eingangssignal im Leuchtdichtebereich wird dann sukzessive in niedrig-, mittel- und hochfrequente Komponenten unterteilt durch Verwendung von zwei räumlichen Tiefpaßfiltern 16 und 26 und Summierschaltungen 24 und 34 zur Subtrahierung der rekonstruierten unterabgetasteten Filterausgangssignale von den Filtereingangssignalen. Die niedrig- und mittelfrequenten Signale werden unterabgetastet für die Übertragung in kleinen Bruchteilen der Bildelementdichte, wobei eine ausreichende Überabtastung vorgesehen wird, um die Aliasing-Effekte zu vermeiden.In operation, in the circuit according to FIG. 1, the analog video input signal is first digitized and compressed, see above that it is transferred to the brightness range, where disturbances are perceived equally at low and high luminance levels will. The input signal in the luminance range is then successively divided into low, medium and high frequency components divided by using two spatial low pass filters 16 and 26 and summing circuits 24 and 34 for subtraction of the reconstructed subsampled filter output signals from the filter input signals. The low and medium frequency Signals are undersampled for transmission in small fractions of the pixel density, with sufficient oversampling is provided to avoid the aliasing effects.

Das mittelfrequente Signal wird vor der Unterabtastung weiterverarbeitet, damit das im Videosignal ohnehin vorhandene Rauschen und die Quantisierungsstörungen verringert werden. Die Multiplizierschaltung 29 dämpft das Signal in Bereichen niedrigen mittelfrequenten Signalpegels, die Kompandierungsverstärker 31 und 41 gleichen die Störungswahrnehmung zwischen Bereichen hohen und niedrigen Kontrastes aus, und das Pseudozufallsrauschen wird vor und nach der Quantisierung addiert, um eine Zufallsverteilung der Quantisierungsfehler zu erreichen.The medium-frequency signal is processed further before subsampling, so that the noise that is already present in the video signal and the quantization interference are reduced. The multiplier circuit The companding amplifiers 31 and 41 attenuate the signal in areas with a low medium-frequency signal level equalize the perception of noise between areas of high and low contrast, and the pseudo random noise becomes added before and after the quantization in order to achieve a random distribution of the quantization errors.

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Das hochfrequente Signal wird durch den Scharfzeichner 36 ungleichmäßig verstärkt, so daß sowohl der Kantenkontrast zur Verbesserung der Empfangsbildqualität angehoben wird als auch sichtbare Effekte von infolge der Grobquanitisierung durch den Quantisierer 50 hinzugefügten Störungen sowie jeglicher Störungen vermindert werden, welche in der hochfrequenten Komponente des Videosignals 10 vorhanden sein können. Dieser letztgenannte Effekt rührt daher, daß die effektive Verstärkung im Höhenkanal in leeren Bereichen, wo hochfrequentes Rauschen am meisten sichtbar ist, unter den Wert 1 absinkt. Die Multiplizierschaltung 29 übt eine ähnliche Funktion im mittelfrequenten Kanal aus. Das Tiefpaßfilter 16 verhindert, daß dieses Signalrauschen durch den niederfrequenten Kanal übertragen wird. Die Gradientenberechnung gemäß Fig. 5 und die nachfolgende Glättung durch das Filter gemäß Fig. 6 stellt sicher, daß Störungen nur über wenige Bildelemente zu einer Nullkontrastmessung führen, welche ihrerseits den Kontrastmaßstabsfaktor Cp und somit die hochfrequente Komponente H einen Wert 0 am Ausgang der Multiplizierschaltung 40 annimmt, und dies alles verhindert ein unerwünschtes Einbringen von Codierungsfehlern in Bildbereiche gleichförmiger Leuchtdichte. Ein weiterer Vorteil der Dämpfung hochfrequenter Störungen in gleichförmigen Leuchtdichtebereichen besteht darin, daß man mit dem Verstärker 46 eine stärkere Kompandierung vornehmen kann, als es andernfalls für dieselbe Bildqualität möglich wäre.The high-frequency signal becomes uneven due to the sharpener 36 amplified, so that both the edge contrast is raised to improve the quality of the received image, as well as visible Effects of noise added as a result of the coarse quantization by the quantizer 50 as well as any noise is reduced which may be present in the high frequency component of the video signal 10. This latter effect stems from the fact that the effective gain in the height channel in empty areas, where high-frequency noise is most visible, drops below the value 1. The multiplier circuit 29 performs a similar function in the medium frequency channel. The low-pass filter 16 prevents this signal noise from being caused by the low frequency Channel is transmitted. The gradient calculation according to FIG. 5 and the subsequent smoothing by the filter according to FIG. 6 ensures that disturbances only lead to a zero contrast measurement over a few picture elements, which in turn determines the contrast scale factor Cp and thus the high-frequency component H. Assumes the value 0 at the output of the multiplier circuit 40, and all this prevents an undesirable introduction of coding errors in image areas of uniform luminance. Another The advantage of attenuating high-frequency interference in uniform luminance ranges is that you can use the amplifier 46 can do more companding than would otherwise be possible for the same image quality.

Außer der Dämpfung dieser zufälligen Hochfrequenzsignale auf 0 verstärkt der Scharfzeichner auch die hochfrequenten Signale, die in Bereichen mittleren Signalkontrastes auftreten, wie dies aus der Form der in Fig. 4 gezeigten Kurve für C_n, ersichtlich ist.In addition to the attenuation of these random high-frequency signals to 0, the sharpener also amplifies the high-frequency signals that occur in areas of medium signal contrast, as can be seen from the shape of the curve for C _n shown in FIG.

Bildbereiche von bereits hohem Kontrast bleiben vom Kontrastmaßstabsfaktor unbeeinflußt, so daß keine künstlichen Streifen (sogenannte Kaninchenohren) entstehen, welche überscharf gezeichnete Kanten umgeben.Image areas of already high contrast remain at the contrast scale factor unaffected, so that no artificial stripes (so-called rabbit ears) arise, which are overly sharply drawn Surrounding edges.

Fig. 9 zeigt das Ergebnis der Scharfzeichnung einer idealen eindimensionalen Kante. Das mit Scharfzeichnung versehene Videosignal gemäß Fig. 9e ist an beiden Seiten der Kante mit einem Uber-Fig. 9 shows the result of sharpening an ideal one-dimensional one Edge. The sharpened video signal according to Fig. 9e is on both sides of the edge with an over-

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schwingen versehen. Die relative Größe dieses Überschwingens ist auf der hellen Seite der Kante absichtlich größer, weil die künstlichen Streifen in hellen Bereichen deutlicher als in dunklen Bereichen sichtbar sind. Der relative Unterschied wird erreicht, indem man den Leuchtdichtemaßstabsfaktor L_F proportional der Leuchtdichte genau bei dem scharf zu zeichnenden Bildelement macht. So verschiebt sich L„ an der Kante in seinem Wert. Dieswing provided. The relative size of this overshoot is intentionally larger on the light side of the edge because the artificial streaks are more visible in light areas than in dark areas. The relative difference is achieved by making the luminance scale factor L _F proportional to the luminance precisely at the picture element to be sharply drawn. So L “shifts at the edge in its value. the

speziellen Beziehungen bei Leuchtdichte und Kontrast, wie sie die Fig. 3 und 4 zeigen, stellen das Optimum dar, was in einer Studie von Curlander mit dem Titel "Image Enhancement Using Digital Adaptive Filterung", als Dissertation am M.I.T. Electrical Engineering and Computer Science Department, vom August 1977, erörtert ist, worauf hier Bezug genommen wird.special relationships in luminance and contrast, as shown in FIGS. 3 and 4, represent the optimum, what in a Study by Curlander with the title "Image Enhancement Using Digital Adaptive Filterung", as a dissertation at the M.I.T. Electrical Engineering and Computer Science Department, dated August 1977, which is incorporated herein by reference.

Das mit Scharfzeichnung versehene Ausgangssignal H wird kompandiert, um die Wahrnehmbarkeit von Störungen zwischen Kanten niedrigen und hohen Kontrastes auszugleichen. Zu dem kompandierten Signal wird vor der Quantisierung Pseudozufallsrauschen hinzuaddiert und anschließend wieder subtrahiert, so daß das hochkorrelierte Quantisierungsrauschen in unkorreliertes Zufallsrauschen umgewandelt wird, welches bei der gleichen Anzahl von Quantisierungspegeln weniger wahrnehmbar ist. Das Einbringen von Rauschen läßt den Quantisierer die hochfrequenten Komponenten ohne Vorspannung abschätzen. Durch Hinzuaddierung des Pseudozuf allsrauschens nur zu den mittel- und hochfrequenten Komponenten wird deren Sichtbarkeit im empfangenen Bild erheblich herabgesetzt. Die sichtbare Erkennbarkeit von Störungen ändert sich näherungsweise invers mit dem Maß der Ähnlichkeit des Frequenzinhaltes zwischen Störung und Bild. So sind hochfrequente Störungen in Bildbereichen mit viel Details am wenigsten sichtbar, also an sehr scharfen Kanten, und in Bereichen gleichförmiger Leuchtdichte am stärksten sichtbar. Da Pseudozufallsrauschen im allgemeinen sowohl hochfrequente als auch niederfrequente Komponenten enthält, werden ein Hochpaßfilter 56 und ein Tiefpaßfilter 43 auf der Decodierseite benutzt, um außerhalb des Bandes liegende Frequenzkomponenten zu entfernen, welche das Rauschen in denThe sharpened output signal H is companded, to compensate for the perceptibility of disturbances between low and high contrast edges. To the companded Signal is added before the quantization pseudo-random noise and then subtracted again so that the highly correlated Quantization noise is converted into uncorrelated random noise, which is the same number of Quantization levels is less noticeable. The introduction of noise leaves the quantizer out of the high frequency components estimate without bias. By adding the pseudo random noise only to the medium and high frequency components their visibility in the received image is considerably reduced. The visible recognizability of faults changes approximately inversely with the degree of similarity of the frequency content between disturbance and image. So are high frequency interference Least visible in image areas with a lot of detail, i.e. on very sharp edges, and in areas of uniform luminance most visible. Since pseudo-random noise is generally both high-frequency and low-frequency components contains, a high-pass filter 56 and a low-pass filter 43 are used on the decoding side to detect out-of-band To remove frequency components that cause the noise in the

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mittel- und den hochfrequenten Signalen hinterläßt. Die Filterung verschlechtert nicht die Vorteile, welche aus der Verwendung des Rauschens erhalten werden, und daher bleiben Quantisierungsstörungen gut unsichtbar.leaves medium and high frequency signals. The filtering does not degrade the benefits obtained from the use of the noise, and hence quantization noise remains well invisible.

Nachdem das hochfrequente Signal expandiert ist, um die richtigen Kantengrößen wieder herzustellen, wird es hochpaßgefiltert, damit niederfrequente Reste entfernt werden, welche durch die Codierung aufgetreten sind, und die nieder-, mittel- und hochfrequenten Signale werden summiert, in den Leuchtdichtebereich expandiert und zur Darstellung in Analogsignale zurückverwandelt.After the high frequency signal is expanded to the correct one To restore edge sizes, it is high-pass filtered, so that low-frequency residues are removed, which have occurred due to the coding, and the low, medium and high-frequency Signals are summed, expanded into the luminance range and converted back into analog signals for display.

Man gibt dem Tiefpaßfilter 26 einen Radius von vier Bildelementen, um das Verhalten des ScharfZeichners 36 zu maximieren. Ein Radius von vier Bildelementen beim Filter ergibt eine acht Bildelemente breite Kante im Hochfrequenzsignal bei einer stufenförmigen Änderung im vollen Videosignal, wie es Fig. 9 zeigt. Es zeigt sich, daß eine solche Kantenbreite optimal für die Scharfzeichnung ist; kleinere oder größere Kantenbreiten haben zur Folge, daß bei geringeren als optimalen ScharfZeichnungspegeln Seitenstreifen (oder Kaninchenohren) sichtbar werden. Die optimale Kantenbreite hängt natürlich von der Abtastnorm ab und würde bei anderen Ausführungsformen anders sein. Das Tiefpaßfilter 16 ist so bemessen, daß das verbleibende Signal zwischen den Mittel- und Tiefen-Ubertragungskanälen aufgeteilt wird, so daß man für die übertragung die minimale Kanal-Bit-Kapazität benötigt und der Störpegel im Tiefenkanal gegenüber dem im Videoeingangssignal vorhandenen Störpegel erheblich abgesenkt wird.The low-pass filter 26 is given a radius of four picture elements, in order to maximize the behavior of the sharpener 36. A A radius of four picture elements in the filter results in an eight picture element wide edge in the high-frequency signal with a step-shaped edge Change in the full video signal as shown in FIG. It turns out that such an edge width is optimal for sharpening is; Smaller or larger edge widths result in side stripes at less than optimal sharp drawing levels (or rabbit ears) become visible. The optimal edge width naturally depends on the scanning standard and would be different in other embodiments. The low-pass filter 16 is dimensioned so that the remaining signal between the middle and depth transmission channels is divided so that one for the transmission requires the minimum channel bit capacity and the interference level in the depth channel compared to that in the video input signal existing interference level is significantly reduced.

Wenn in dem Eingangssignal Störungen vorliegen, dann zeigt sich die Störungsverminderungseigenschaft des Systems ebenso wie seine ScharfZeichnungseigenschaft, da die (Rausch-)Störungen im Tiefenkanal im endgültigen Ausgangssignal in denjenigen freien Bildbereichen auftreten, wo der Kontrastmaßstab und damit die Verstärkung für den Höhenkanal sehr niedrig ist. Es sind natürlich gerade diese Bereiche, in denen eventuell vorhandene Störun-If there is noise in the input signal, then the noise reduction property of the system will show up as well as its Sharp drawing property, since the (noise) disturbances in the Depth channel in the final output signal occur in those free image areas where the contrast scale and thus the Gain for the height channel is very low. Of course, it is precisely these areas in which any interference

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gen am stärksten sichtbar wären. Ein Dreikanalsystem, wie es hier erörtert ist, zeichnet sich durch die Eigenschaft einer größeren Störverminderung wie einer geringeren Kanalkapazität aus als es bei einem Zweikanalsystem der Fall ist. Es wurde bereits gesagt, daß bei einem Zweikanalsystem die Bandbreite der Tiefen vom Standpunkt der Scharfzeichnung aus gesehen bestimmt wird durch die optimale Form des Höhensignals. Wenn aber das Tiefensignal eines Zweikanalsystems selbst in zwei Kanäle unterteilt wird, dann kann der tiefste Kanal weniger Störungen enthalten als der Tiefenkanal eines Zweikanalsystems, da seine Bandbreite kleiner sein kann. Weiterhin kann Eingangsrauschen im Mittenkanal unterdrückt werden, wenn man einen getrennten Pegeldetektor 27 und Multiplizierergenes would be most visible. A three-channel system like this one is discussed is characterized by the property of greater noise reduction such as less channel capacitance than it is the case with a two-channel system. It has already been said that in a two-channel system, the range of depths from the standpoint The sharpness seen from the point of view is determined by the optimal shape of the height signal. But if the depth signal of a Two-channel system itself is divided into two channels, then the deepest channel can contain less interference than the deep channel a two-channel system, as its bandwidth can be smaller. Furthermore, input noise in the center channel can be suppressed, if you have a separate level detector 27 and multiplier

2 9 zur Verringerung der Verstärkung des Kanals in Bereichen, wo das Signal im Mittenkanal klein ist, benutzt.2 9 is used to reduce the gain of the channel in areas where the signal in the center channel is small.

Die Verringerung der erforderlichen Kanalkapazität bei einem Dreikanalsystem rührt daher, daß die Quantisierungsstörungen im Mittenkanal - ob sie nun durch Addition und Subtraktion vom Pseudozufallsrauschen "verzufälligt" werden oder nicht - weniger sichtbar sind als eine gleiche Quantisierungsstörung im Tiefenkanal eines Zweikanalsystems. Für die gleiche Qualität sind daher weniger Bits pro Abtastung erforderlich. Die für den tiefsten Kanal benötigte Kanalkapazität ist im allgemeinen vollständig vernachlässigbar im Vergleich zu den anderen Kanälen, weil die Bandbreite, und damit die erforderliche Abtastdichte, so niedrig ist. Man kann somit eine große Zahl von Bits pro Abtastung benutzen und die Quantisierungsstörungen bei geringen^^Kanalkapazitätskosten bis zur Unsichtbajf'keit verringern.The reduction in the required channel capacity in a three-channel system stems from the fact that the quantization interference in the center channel - whether it is caused by addition and subtraction from the pseudo-random noise be "randomized" or not - are less visible than an equal quantization disturbance in the depth channel a two-channel system. Fewer bits per sample are therefore required for the same quality. The one for the deepest canal required channel capacity is generally completely negligible in comparison to the other channels, because the bandwidth, and hence the required sample density, is so low. One can thus use a large number of bits per sample and the quantization interference with low ^^ channel capacity costs reduce to the point of invisibility.

Beim Betrieb des DPCM-Systems gemäß Fig. 3 wird die Differenz zwischen dem komprimierten Digitalvideosignal V (8 Bits pro Bildelement) und dem vorhergesagten Signal V in der Schaltung 106 komprimiert, in der Summierschaltung 108 mit dem Pseudozufallsrauschen addiert und im Quantisierer 110 grob quantisiert (2 oderWhen operating the DPCM system according to FIG. 3, the difference between the compressed digital video signal V (8 bits per picture element) and the predicted signal V in the circuit 106 compressed, in the summing circuit 108 with the pseudo random noise added and roughly quantized in quantizer 110 (2 or

3 Bit pro Bildelement). Das vorhergesagte Signal wird berechnet durch Subtrahierung des eingeführten Rauschens, anschließende Ex-3 bits per picture element). The predicted signal is calculated by subtracting the introduced noise, then ex-

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pandierung und schließlich Filterung im Vorhersagefilter 116, welches den Mittelwert der Differenzpegel für ein oder mehr vorausgegangene Bildelemente ausintegriert. Dieses integrierte gemittelte Differential V stellt eine Abschätzung des nächsten Helligkeitspegels dar und ist die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert V und dem geschätzten Wert V, der quantisiert und übertragen wird. In einem Näherungssinne ist es das Differential von V, welches übertragen wird. Anders als bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden hier sowohl die niederfrequenten als auch die hochfrequenten Komponenten des Videosignals über einen einzigen Kanal übertragen. Die niederfrequente Information wird übertragen durch Aussendung kurzer Impulse, die manchmal im quantisierten Signal eine Störung nur eines einzigen Bits für ein Bildelement oder eine kleine Anzahl von Bildelementen ergeben. Die Impulse werden im Decoder integriert, um den Gleichstrom- oder niederfrequenten Helligkeitspegel zu verändern. Diese Impulse zeigen sich als relativ weit verteilte Körnigkeit im empfangenen Bild.panding and finally filtering in the prediction filter 116, which is the mean of the difference levels for one or more previous ones Image elements integrated. This integrated mean differential, V, provides an estimate of the nearest Brightness level and is the difference between the actual value V and the estimated value V, which quantizes and is transmitted. In an approximate sense, it is the differential of V that is transmitted. Unlike the one shown in FIG Both the low-frequency and the high-frequency components of the video signal are arranged here via a transmitted on a single channel. The low-frequency information is transmitted by sending out short impulses, sometimes im quantized signal result in a single bit interference for a picture element or a small number of picture elements. The pulses are integrated in the decoder in order to change the direct current or low frequency brightness level. This Pulses show up as a relatively widely distributed graininess in the received image.

Beim DPCM-Verfahren kann ein als "slope overload" bekanntes Phänomen ein Verschmieren scharfer Kanten im Bild verursachen. Dies ist der Fall, wenn die maximale Kapazität des Quantisierers 110 kurzzeitig durch den hohen Wert des Differentialquotienten bei scharfen Kanten überschritten wird. Üblicherweise ist es nicht möglich gewesen, die effektive Verstärkung des Quantisierers genügend heraufzusetzen, um dieses Verschmieren auszuschalten, weil eine Verstärkungserhöhung zwei andere unerwünschte Nebeneffekte mit sich bringt. Erstens hat eine erhöhte Verstärkung zur Folge, daß mehr der kurzen Impulse, die für die Übertragung der niederfrequenten Information benötigt werden, auftreten, und dies bedingt die Bildkörnigkeit. Zweitens treten an scharfen Kanten Echos auf, die durch Ein Einschwingvorgänge im Quantisierer bedingt sind. Durch die Einfügung von Pseudozufallsrauschen werden die Sichtbarkeit der Körnigkeit und die Kantenechos ganz erheblich reduziert, und damit wird eine Verstärkungserhöhung möglich, durch welche Kantenverschmierungen und die "slope overload"-Effekte ausgeschaltet werden.In the DPCM process, what is known as a "slope overload" Cause blurring of sharp edges in the picture. This is the case when the quantizer is at its maximum capacity 110 is exceeded briefly due to the high value of the differential quotient in the case of sharp edges. Usually it is it has not been possible to increase the effective gain of the quantizer enough to eliminate this smearing, because increasing the gain has two other undesirable side effects. First, has increased gain As a result, more of the short pulses that are required for the transmission of the low-frequency information occur, and this determines the graininess of the image. Second, echoes occur at sharp edges, which are caused by transients in the Quantizers are conditional. The addition of pseudo-random noise increases the visibility of the graininess and the edge echoes reduced quite considerably, and thus an increase in gain is possible, through which edge blurring and the "slope overload" effects are switched off.

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Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise kann in vielen Fällen auch ein Zweikanalsystem ohne separaten Tiefenkanal zufriedenstellend sein, wo der Mittenkanal die gesamte niederfrequente Information führt. Verwendet man das Pseudozufallsrauschen allein entweder im hochfrequenten Kanal oder in der DPCM-Schleife ohne Scharfzeichnung oder Kompandierung - wenn dies auch nicht zu bevorzugen ist - dann erhält man immer noch ein verbessertes Bild. Bei der Farbbildübertragung würde das Leuchtdichtesignal normalerweise in Anwendung der Erfindung codiert, und wo eine sehr genaue Farbwiedergabe gefordert wird, könnten auch die Farbsignale in getrennte tief- und hochfrequente Kanäle unterteilt werden und unter Anwendung der Erfindung codiert werden. Für bewegte Bilder kann das Pseudozufallsrauschmuster zwischen den Vollbildern variiert werden, um den sogenannten Schmutzfenstereffekt auszuschalten, der auftreten würde, wenn das Rauschen an denselben räumlichen Stellen beibehalten würde. Die Erfindung läßt sich auch anwenden zur Konturcodierung, wobei der im Scharfzeichner berechnete mittlere Gradient das Kantenpositionssignal liefern würde und das Pseudozufallsrauschen bei der Quantisierung des hochfrequenten Amplitudensignals benutzt würde. Schließlich läßt sich die Erfindung natürlich auch auf Videobandrecorder und andere Speichereinrichtungen anwenden, wo keine Übertragungsstrecke auftritt.Other embodiments are also possible within the scope of the invention. For example, a two-channel system without a separate depth channel can also be satisfactory in many cases where the Center channel carries all of the low-frequency information. If one uses the pseudo-random noise alone either in the high-frequency Channel or in the DPCM loop without sharpening or Companding - if this is also not preferable - then receives you still get an improved picture. The luminance signal would normally be used in color image transmission of the invention, and where very accurate color reproduction is required, the color signals could also be in separate deep- and high frequency channels are divided and encoded using the invention. For moving pictures, the pseudo random noise pattern can be varied between the full images in order to eliminate the so-called dirty window effect that occurs would if the noise were retained in the same spatial locations. The invention can also be used for Contour coding, where the mean gradient calculated in the sharpener would provide the edge position signal and the pseudo-random noise would be used in the quantization of the high-frequency amplitude signal. Finally, the invention Of course, it can also be used on video tape recorders and other storage devices where no transmission path occurs.

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Bibliography

1) Roberts, L.G., "PCM Television Bandwidth Reduction Using Pseudo-Random Noise", Dissertation am M.I.T. Department of Electrical Engineering, Februar 1961;1) Roberts, L.G., "PCM Television Bandwidth Reduction Using Pseudo-Random Noise ", dissertation at the M.I.T. Department of Electrical Engineering, February 1961;

2) Roberts, L.G., "Picture Coding Using Pseudo-Random Noise", IRE Transactions of the Professional Group on Information Theory, IT-8:2, Februar 1962;2) Roberts, L.G., "Picture Coding Using Pseudo-Random Noise", IRE Transactions of the Professional Group on Information Theory, IT-8: 2, February 1962;

3) Curlander, P.J., "Image Enhancement Using Digital Adaptive Filtering", Dissertation am M.I.T. Department of Electrical Engineering, August 1977;3) Curlander, P.J., "Image Enhancement Using Digital Adaptive Filtering ", dissertation at the M.I.T. Department of Electrical Engineering, August 1977;

4) Hoover, G.L., "An Image Enhancement/Transmission System", Dissertation am M.I.T. Department of Electrical Engineering, Mai 1978.4) Hoover, G.L., "An Image Enhancement / Transmission System", Dissertation at the M.I.T. Department of Electrical Engineering, May 1978.

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Claims

IA-: PATENTANWALT ^ DR. DIETER V. BEZOLD 0 Q R 'ί 1 0 7 DIPL. ING. PETER SCHÜTZ Z Cf t> O I Z 0 DIPL. ING.WOLFGANC HEUSLER MARIA-THERESIA-STRASSE 22 POST BOX 86 02 60 D-8OOO MUENCHEN 86 TELEPHONE 089/47 69 06 4768 19 FROM SEPT. 1980: 4 70 60 TELEX 522 638 TELEGRAM SOMBEZ PCT / US79 / OO729 of Sept. 14, 1979 10809 / Sch / Vu Massachusetts Institute of Technology Cambridge, Mass. 02139 (V.St.A.) claims

1) Arrangement for coding a digital video signal, characterized by a first signal processing circuit (16-39) for the video signal to generate a low-frequency component, which changes in luminance in a first spatial frequency band by a second signal processing circuit (36-50) for the video signal for generating a high-frequency component, which changes in luminance in a second spatial frequency band above of the first band, and through a third signal processing circuit for the components to generate an output signal with an adding circuit (48) for adding v ^ n pseudo-random noise only for the high-frequency component and with a quantization circuit (50) for quantizing the sum from the high-frequency component and the noise, the one

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APPROVED IN EUROPEAN PATENTAM ", BEFORE THE EUROPFAN PATENT OFKICK

POSTSCHECK MÖNCHEN NO. 6 91 48 - βΟΟ BANK ACCOUNT HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 200 40) KTO. 60 60 25 73 76 SWIFT HYPO DE MM

has the maximum peak-to-peak amplitude of a quantization level and a mean of 0.

2) Arrangement according to claim 1, characterized by a decoding circuit with a subtraction circuit (52) for subtracting the pseudo-random noise from the high-frequency component and a signal combining circuit (60) for combining the low frequency and high frequency components for Reconstruction of the video signal.

3) Arrangement according to claim 1, characterized in that the third signal processing circuit has a device (18,28) for undersampling the low frequency component.

4) Arrangement according to claim 2, characterized in that the third signal processing circuit further comprises a device (18,28) for subsampling the low frequency component and that the decoding circuit further includes a reconstruction circuit (58,60) for reconstructing the subsampled having low frequency component.

5) Arrangement according to claim 3, characterized in that the first signal processing circuit is a first low-pass filter (16), and that the second signal processing circuit has a reconstruction circuit (58,60) for the subsampled low frequency component and a subtracting circuit to form the difference between the video signal and the low frequency component.

6) Arrangement according to claim 1, characterized by a compression circuit (46) for the high-frequency component, which is dimensioned in such a way that interference introduced by the third signal processing circuit is also low in areas how high contrast are essentially evenly visible.

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7) Arrangement according to claim 6, characterized in that the compression circuit for the high-frequency component this amplified essentially in proportion to the square root of the size of that component.

8) Arrangement according to claim 2, characterized by a compression circuit (46) for the high frequency component, which is dimensioned such that by the third signal processing circuit introduced disturbances are essentially evenly visible in areas of low and high contrast, and by an expansion circuit (52) provided in the decoding circuit for the compressed signal which is fed to the subtracting circuit (52) follows in the signal flow and precedes the combination circuit (58,60) in the signal flow and is complementary to it the compression circuit is formed.

9) Arrangement according to claim 1 or 6, characterized in that in the signal flow of the first and second signal processing circuit preceded by a compression circuit (14) is arranged, which is dimensioned so that introduced during the coding Disturbances in both light and dark image areas are essentially equally visible.

10) Arrangement according to claim 9, characterized in that the compression circuit (14) amplifies the video signal for conversion from the luminance scale to the brightness scale.

11) Arrangement according to claim 2 or 8, characterized in that the compression circuit (14) in the signal flow before the first and the second signal processing circuit is arranged and dimensioned so that interference introduced by the coding are essentially evenly visible in image areas of all luminance levels and that in the signal flow behind the combination circuit an expansion circuit (62) is arranged which is designed to be complementary to the compression circuit (14).

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12) Arrangement according to claim 1 or 6, characterized by a sharpener to amplify and attenuate the high frequency Component for changing the image sharpness.

13) Arrangement according to claim 12, characterized in that the sharpener has a detector (42) for the local mean Size of the contrast in the image and a determination circuit (38, 40) for the size of the gain and attenuation of this local area medium contrast, which has the greatest attenuation at medium contrast 0 and proportionally less attenuation and more gain for increasing contrast in a first contrast area, as well as uniform gain for the contrast causes in a second contrast area lying above the first area and proportionally less amplification with increasing contrast in a third contrast range above the second range and uniform gain for causes the contrast in a fourth contrast area above the third area.

14) Arrangement according to claim 13, characterized in that the sharpener furthermore has a detector for the local luminance in the image and a proportioning circuit for the amount of gain and attenuation for the luminance, which is the greatest attenuation and the least gain for luminance 0 and proportioned, results in less attenuation and more amplification for increasing luminance.

15) Arrangement according to claim 12, characterized by a fourth signal processing circuit (26-39) for the video signal to generate a medium-frequency component, which changes in luminance in a third spatial frequency band, which is above the first and below the second Band lies, to the frequency division of the second and third band in the sense of an optimization of the effect of the sharpener .

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16) arrangement for decoding a video signal digitally encoded with the aid of the arrangement according to claim 1, characterized by a subtracting circuit (52) for subtracting the pseudo random noise from the high frequency component and through a signal combination circuit (58,60) for combining the low frequency and high frequency components for the Reconstruction of the video signal.

17) arrangement for decoding a video signal digitally encoded with the arrangement according to claim 6, characterized by a subtracting circuit (52) for subtracting the pseudo random noise of the high-frequency component, by an expansion circuit (54) located in the signal flow after the subtraction circuit for the high-frequency component, which is complementary to the compression circuit (46) is formed in the coding circuit, and by a signal combining circuit (58, 60) for combining the low and high frequency components for the reconstruction of the video signal.

18) Arrangement according to claim 17, characterized in that in the signal flow after the signal combination circuit, an expansion circuit (62) is arranged, which is complementary to the The compression performed when the signal is encoded works.

19) Arrangement according to claim 2 or 16, characterized in that that a compression circuit for halftone printing is arranged in the signal flow after the decoding circuit.

20) arrangement for coding a digital video signal, marked by a first signal processing circuit (106, 108, 110) for a difference signal for generating an output signal with an addition circuit (108) for adding pseudo-random noise to the difference signal and with a quantization circuit (110) to quantize the sum of the difference signal and the noise, by a second signal conversion

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processing circuit (112,114,116) for the output signal for generation a prediction signal having a subtraction circuit (112) for subtracting the pseudo-random noise from the output signal and with a filter circuit (116) for filtering the difference between the output signal and the noise, and by a third subtraction circuit (104) for forming the difference signal by subtracting the prediction signal from the video signal.

21) Arrangement according to claim 20, characterized in that the first signal processing circuit also has one in the signal flow has compression circuit (102) located upstream of the adding circuit for compressing the difference signal, which in such a way is dimensioned that introduced by the first signal processing circuit disturbances both in image areas low as well as high contrast are essentially equally visible, and that the second signal processing circuit continues to be a in the signal flow after the subtraction circuit (118) and before the filter circuit (122) has expansion circuit (120), which operates complementarily to the compression circuit (102).

22) Arrangement according to claim 21, characterized by a decoding circuit with a subtracting circuit (118) which subtracts the pseudo random noise from the output signal, with an expansion circuit (120) to expand the difference of the output signal and the noise, which operates identically to the expansion circuit in the coding circuit, and with a to the filter circuit (116) in the coding circuit identical filter circuit (122) for filtering the output signal of the Expansion circuit (120).

23) Arrangement according to claim 22, characterized in that in the signal stream before the third signal processing circuit a compression circuit (102) is provided for the video signal, which is dimensioned so that introduced during the coding Disturbances in both light and dark image areas in the

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are substantially uniformly visible, and that in the decoding circuit an expansion circuit (124) for expanding the
Output signal of the filter circuit (122) is provided and
operates complementarily to the compression circuit (102).

24) Arrangement for decoding a digital video signal encoded by the arrangement according to claim 20 with a subtraction circuit (118) for subtracting the pseudo random noise from the output signal, with an expansion circuit (120) for Expansion of the difference between the output signal and the noise and with a filter circuit (122) for filtering the output signal the expansion circuit (120) for generating the prediction signal.

25) arrangement according to claim 24, further characterized
by an expansion circuit (124) for expanding the output signal of the filter circuit (122) complementary to the compression performed when the video signal is encoded.

26) Arrangement according to claim 5, characterized in that
the video signal represents the digitized luminance value for each of a plurality of picture elements and that the first
spatial low-pass filter averages the luminance levels of surrounding picture elements within a radius of four elements.

27) Arrangement according to claim 15, characterized in that the fourth signal processing circuit has a first subtraction circuit (24) for forming the difference between the video signal and the low-frequency component and a second low-pass filter

(26) for this difference and that the second signal processing circuit has a second subtracting circuit (34) for
Formation of the difference from the output signal of the first subtracting circuit. (24) and the medium-frequency component.

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28) Arrangement according to claim 27, further characterized by a scale device for the medium frequency level, which a detector for the local mean value level of the image and an attenuation circuit for attenuating the mean frequency Component in proportion to the local mean value level, and that the attenuation circuit for the mean value level 0 the Greatest attenuation and less attenuation in proportion to increasing levels.

29) Arrangement according to claim 15, characterized in that the third signal processing circuit further includes a Adding circuit (33) for adding pseudo-random noise to the medium-frequency component and a quantization circuit

(28) for the sum of the medium-frequency component and the Noise, which is a maximum peak-to-peak measured amplitude of a quantization level and an average of 0 has.

30) Arrangement according to claim 29, characterized in that the third signal processing circuit further comprises a device for undersampling of the medium-frequency component.

31) arrangement according to claim 30, further characterized by a compression circuit (31) for the medium-frequency component, and that this compression circuit is dimensioned in such a way is that interference introduced by the third signal processing circuit in both low and low image areas high contrast is visible essentially the same.

32) Arrangement according to claim 1, characterized by a fourth signal processing circuit for the video signal for generating a medium-frequency component, which changes in luminance represents in a third spatial frequency band above the first and below the second band.

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