RU2275753C1

RU2275753C1 - Method for transforming television standard

Info

Publication number: RU2275753C1
Application number: RU2004128698/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Зиновьевич Сорока (RU); Евгений Зиновьевич Сорока
Original assignee: Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (Московский научно-исследовательский телевизионный институт)
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-27
Also published as: RU2004128698A

Abstract

FIELD: engineering of television equipment, possible use for transforming scanning standard in systems, where in image indicator (for example, television camera) scanning with vertical rows is utilized, and in displaying device (for example, video monitor) scanning with horizontal rows is utilized.

SUBSTANCE: duration of counts read from memory is decreased to half of their movement period, and during second half of period zero value is forced. Output image received absolutely the same spatial-temporal structure as input image, and maintains geometric format and clarity of input image.

EFFECT: prevented distortions of image during transformation of television standard, caused but lack of consideration for smoothing and overlapping of video-information, contained in two fields of input cross-row video signal.

6 dwg

Description

Изобретение относится к телевизионной технике и может быть использовано для преобразования стандарта развертки в системах, где в датчике изображения (например, в телевизионной камере) используется развертка с вертикальными строками, а в устройстве отображения (например, видеомониторе) используется развертка с горизонтальными строками.The invention relates to television technology and can be used to convert the scanning standard in systems where vertical scanning is used in an image sensor (for example, in a television camera), and horizontal scanning is used in a display device (for example, a video monitor).

Известен ряд способов и устройств для преобразования стандарта развертки с изменением направления строк.A number of methods and devices are known for converting a scanning standard with changing line direction.

В авторском свидетельстве SU №1198764 (Н 04 N 7/01) описан преобразователь телевизионного стандарта "с изменением направления строк на перпендикулярное".In the copyright certificate SU No. 1198764 (H 04 N 7/01) the converter of the television standard "with changing the direction of the lines to perpendicular" is described.

В авторском свидетельстве SU №1580589 (Н 04 N 7/01) описан преобразователь телевизионного стандарта "при несовпадающих направлениях развертки".The copyright certificate SU No. 1580589 (H 04 N 7/01) describes the converter of the television standard "with mismatched scan directions."

Способ преобразования телевизионного стандарта, наиболее близкий к предлагаемому, используется в преобразователе, описанном в авторском свидетельстве №1198764. В нем имеются последовательности отсчетов видеосигналов входного и выходного стандартов. Отсчеты входного сигнала последовательно запоминаются в памяти, состоящей из N ячеек, причем число ячеек равно числу элементов изображения.The method of converting the television standard closest to the proposed one is used in the converter described in the copyright certificate No. 1198764. It has a sequence of samples of video signals of the input and output standards. The samples of the input signal are sequentially stored in a memory consisting of N cells, and the number of cells is equal to the number of image elements.

Однако известные способы имеют существенный недостаток - если входное изображение (с вертикальными строками) является чересстрочным, то в выходном изображении возникают искажения (двукратное снижение горизонтальной четкости изображения) вследствие наложения (совмещения) двух полей входного изображения.However, the known methods have a significant drawback - if the input image (with vertical lines) is interlaced, then distortions occur in the output image (halving the horizontal sharpness of the image) due to the overlap (combination) of two fields of the input image.

Цель изобретения - устранение искажений изображения при преобразовании телевизионного стандарта в указанных системах, вызываемых тем, что не учитывается сглаживание и наложение видеоинформации, содержащейся в двух полях входного чересстрочного видеосигнала.The purpose of the invention is the elimination of image distortion when converting a television standard in these systems, caused by the fact that smoothing and overlay of video information contained in two fields of the input interlaced video signal are not taken into account.

Предлагаемый способ свободен от этих искажений, что обеспечивается благодаря сохранению всех особенностей и свойств входного изображения в выходном изображении. Выходное изображение с точки зрения наблюдателя точно моделирует (имитирует) чересстрочное разложение исходного изображения, при котором каждый кадр состоит из двух полей с четными либо нечетными строками.The proposed method is free from these distortions, which is ensured by maintaining all the features and properties of the input image in the output image. The output image from the point of view of the observer accurately models (imitates) the interlaced decomposition of the original image, in which each frame consists of two fields with even or odd lines.

Сущность предлагаемого способа преобразования телевизионного стандарта заключается в следующем.The essence of the proposed method for converting a television standard is as follows.

Значения отсчетов входного видеосигнала, выраженных в двоичном коде, последовательно запоминают, причем емкость памяти равна произведению числа разрядов в двоичном коде отсчета и числа активных элементов изображения в кадре входного видеосигнала. После этого запомненные значения отсчетов входного видеосигнала считывают, при этом тактовая частота записи является гармоникой частоты вертикальных строк входного видеосигнала, а тактовая частота считывания является гармоникой частоты горизонтальных строк выходного видеосигнала. Способ отличается тем, что отсчеты нечетных строк входного видеосигнала записывают в первый массив памяти, отсчеты четных строк входного видеосигнала записывают во второй массив памяти, причем оба массива имеют матричную организацию, число рядов в массиве равно числу активных строк выходного видеосигнала, число столбцов в массиве равно половине числа активных строк входного видеосигнала. Считывание отсчетов выходного видеосигнала производится попеременно из двух массивов памяти, при этом значение каждого считываемого отсчета сохраняют только в течение одной половины периода следования отсчетов, в течение второй половины периода устанавливают нулевое значение.The values of the samples of the input video signal, expressed in binary code, are sequentially remembered, and the memory capacity is equal to the product of the number of bits in the binary code of the sample and the number of active image elements in the frame of the input video signal. After that, the stored values of the samples of the input video signal are read, while the clock recording frequency is the harmonic of the frequency of the vertical lines of the input video signal, and the clock frequency of reading is the harmonic of the frequency of the horizontal lines of the output video signal. The method is characterized in that the samples of the odd lines of the input video signal are recorded in the first memory array, the samples of the even lines of the input video signal are recorded in the second memory array, both arrays having matrix organization, the number of rows in the array is equal to the number of active lines of the output video signal, the number of columns in the array is half the number of active lines of the input video signal. Samples of the output video signal are read alternately from two memory arrays, while the value of each readout is stored only for one half of the period of the samples, during the second half of the period the value is set to zero.

Предлагаемый способ преобразования стандарта иллюстрируется следующими фигурами.The proposed method for converting the standard is illustrated by the following figures.

На фиг.1 представлена структура кадра входного видеосигнала с вертикальными строками.Figure 1 shows the frame structure of the input video signal with vertical lines.

На фиг.2 представлены структуры отсчетов нечетных и четных полей, запоминаемых соответственно в двух массивах памяти.Figure 2 presents the structure of the samples of the odd and even fields stored respectively in two memory arrays.

На фиг.3 представлены структуры отсчетов нечетных и четных полей выходного видеосигнала, считываемых соответственно из двух массивов памяти.Figure 3 presents the structure of the samples of the odd and even fields of the output video signal, read respectively from two memory arrays.

На фиг.4 представлены упрощенные графики изменения значений выходного видеосигнала.Figure 4 presents simplified graphs of changes in the values of the output video signal.

На фиг.5 представлена результирующая структура отсчетов выходного изображения.Figure 5 presents the resulting sample structure of the output image.

На фиг.6 представлен пример схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.Figure 6 presents an example diagram of a device that implements the proposed method.

Предлагаемый способ преобразования телевизионного стандарта описывается следующими операциями.The proposed method for converting a television standard is described by the following operations.

Отсчеты входного видеосигнала (далее - входные отсчеты) разделяются на два потока - принадлежащие входным нечетным строкам (т.е. строкам нечетного входного поля) и входным четным строкам (т.е. строкам четного входного поля). Отсчеты первого и второго потока запоминаются в двух массивах (блоках) памяти, имеющих прямоугольную матричную структуру, причем матрицы имеют горизонтальный размер не менее числа активных строк (включая неполные строки) в каждом поле входного видеосигнала, а вертикальный размер - не менее числа активных отсчетов в строке входного видеосигнала. Для того чтобы отсчеты последовательных входных полей запоминались в фиксированных геометрических положениях, образующих ортогональную матрицу, тактовая частота входных отсчетов должна быть гармоникой строчной частоты входного видеосигнала.The samples of the input video signal (hereinafter referred to as input samples) are divided into two streams - belonging to the input odd lines (i.e., lines of an odd input field) and input even lines (i.e., lines of an even input field). The samples of the first and second stream are stored in two arrays (blocks) of memory having a rectangular matrix structure, the matrices having a horizontal size of at least the number of active lines (including incomplete lines) in each field of the input video signal, and a vertical size of at least the number of active samples in video input line. In order for samples of sequential input fields to be stored in fixed geometric positions forming an orthogonal matrix, the clock frequency of the input samples must be the harmonic of the horizontal frequency of the input video signal.

Для перехода к выходному изображению с горизонтальными строками запомненные отсчеты должны поочередно по полям считываться из двух массивов памяти в ином порядке, чем они записывались: поочередно считываются отсчеты, принадлежащие последовательным горизонтальным строкам выходного видеосигнала, причем в нечетных выходных полях считываются нечетные отсчеты горизонтальных строк, а в четных выходных полях считываются четные отсчеты этих строк. Для того чтобы считываемые отсчеты последовательных выходных полей воспроизводились в фиксированных геометрических положениях, образующих ортогональную матрицу, тактовая частота выходных отсчетов должна быть гармоникой строчной частоты выходного видеосигнала.To go to the output image with horizontal lines, the stored samples must be read out by fields from two memory arrays in a different order than they were written: samples belonging to successive horizontal lines of the output video signal are read out in turn, and odd samples of horizontal lines are read in odd output fields, and in even output fields, even samples of these lines are read. In order for the readable samples of sequential output fields to be reproduced in fixed geometric positions forming an orthogonal matrix, the clock frequency of the output samples must be the harmonic of the horizontal frequency of the output video signal.

Для того чтобы выходное изображение имело точно такую же пространственно-временную структуру, что и входное, и сохраняло геометрический формат и четкость входного изображения, используется специальный прием, исключающий пространственное наложение выходных отсчетов, принадлежащих четным и нечетным входным полям. Этот прием состоит в том, что длительность считываемых отсчетов делается равной половине периода их следования, а в течение второй половины периода принудительно устанавливается нулевое значение. Благодаря этому с точки зрения наблюдателя выходное изображение неотличимо от входного, несмотря на изменение направления строк с вертикального на горизонтальное.In order for the output image to have exactly the same spatio-temporal structure as the input, and to preserve the geometric format and clarity of the input image, a special technique is used that excludes spatial overlapping of output samples belonging to even and odd input fields. This technique consists in the fact that the duration of the readout samples is made equal to half the period of their succession, and during the second half of the period a value of zero is forced. Due to this, from the point of view of the observer, the output image is indistinguishable from the input, despite the change in the direction of the lines from vertical to horizontal.

Последовательность операций, реализующих предлагаемый способ, иллюстрируют фигуры 1-4. На фиг.1 представлена структура кадра входного видеосигнала с вертикальными строками. Здесь тонкими вертикальными линиями обозначены нечетные, а утолщенными линиями - четные поля кадра. Отсчеты видеосигналов нечетных и четных полей обозначены соответственно белыми и черными кружками.The sequence of operations that implement the proposed method is illustrated in figures 1-4. Figure 1 shows the frame structure of the input video signal with vertical lines. Here, thin vertical lines indicate odd lines, and thickened lines indicate even fields of the frame. The video samples of odd and even fields are indicated by white and black circles, respectively.

На фиг.2а показаны отсчеты нечетных входных полей, которые запоминаются в первом массиве памяти, имеющем прямоугольную матричную структуру, а на фиг.2б - отсчеты четных входных полей, которые запоминаются во втором массиве памяти, имеющем такую же структуру и размер. В каждом столбце матрицы последовательно запоминаются отсчеты одной вертикальной строки входного видеосигнала.Fig. 2a shows samples of odd input fields that are stored in a first memory array having a rectangular matrix structure, and Fig. 2b shows samples of even input fields that are stored in a second memory array having the same structure and size. In each column of the matrix, samples of one vertical row of the input video signal are sequentially stored.

На фиг.3а показаны отсчеты строк нечетных выходных полей, а на фиг.3б - отсчеты строк четных выходных полей, считываемые соответственно из двух массивов памяти.On figa shows the samples of the lines of the odd output fields, and figb - samples of the lines of the even output fields, read respectively from two memory arrays.

На фиг.4а и 4б показаны графики выходных видеосигналов соответственно в нечетных и четных полях, получаемых из считываемых цифровых значений отсчетов после их цифроаналогового преобразования. При обычном цифроаналоговом преобразовании аналоговое значение видеосигнала, получаемого из каждого отсчета, сохраняется в течение всего периода следования отсчетов Т. Согласно предлагаемому способу значение каждого считываемого отсчета сохраняется только в течение одной половины периода следования отсчетов Т, а в течение второй половины этого периода устанавливается нулевое значение. Благодаря этому исключается пространственное наложение значений видеосигнала, принадлежащих последовательным полям изображения, и при воспроизведении выходного изображения с горизонтальными строками полностью сохраняется пространственно-временная структура входного чересстрочного изображения с вертикальными строками.On figa and 4b shows the graphs of the output video signals in odd and even fields, respectively, obtained from the readable digital values of the samples after their digital-to-analog conversion. In a conventional digital-to-analogue conversion, the analogue value of the video signal received from each sample is stored during the entire period of the samples T. According to the proposed method, the value of each read-out sample is stored only for one half of the period of the samples T, and during the second half of this period the value is set to zero . This eliminates the spatial overlap of the video signal values belonging to the serial fields of the image, and when reproducing the output image with horizontal lines, the spatiotemporal structure of the input interlaced image with vertical lines is fully preserved.

На фиг.4в условно представлен график изменения яркости видеосигнала на строке выходного видеосигнала, причем для наглядности значения, получаемые в нечетных полях, представлены тонкими линиями, а в четных полях - утолщенными линиями. Из этого графика видно, что благодаря "укорочению" времени воспроизведения каждого отсчета вдвое относительно обычного "естественного" периода воспроизведения, равного периоду следования отсчетов, исключается пространственное наложение этих отсчетов, которое приводило бы к двукратному снижению горизонтальной четкости изображения.On figv conventionally presents a graph of the brightness of the video signal on the line of the output video signal, and for clarity, the values obtained in odd fields are represented by thin lines, and in even fields by thickened lines. It can be seen from this graph that due to the "shortening" of the playback time of each sample by half relative to the usual "natural" playback period, equal to the period of the samples, the spatial overlap of these samples is eliminated, which would lead to a twofold decrease in the horizontal definition of the image.

На фиг.5 представлена результирующая структура отсчетов выходного изображения, которая иллюстрирует сохранение в выходном изображении структуры отсчетов входного изображения. В результате в выходном изображении сохраняется формат входного изображения и геометрия передаваемых объектов.Figure 5 presents the resulting sample structure of the output image, which illustrates the storage in the output image of the sample structure of the input image. As a result, the format of the input image and the geometry of the transmitted objects are saved in the output image.

На фиг.6 представлен пример схемы устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит входной коммутатор 1, блоки памяти 2 и 3, выходной коммутатор 4 и контроллер памяти 5. Отсчеты входного сигнала поступают на вход коммутатора 1, который поочередно (по полям входного сигнала) подает входные отсчеты на блок памяти 22 и блок памяти 3, имеющие матричную структуру, где запоминаются соответственно нечетные и четные поля входного сигнала.Figure 6 presents an example diagram of a device that implements the proposed method. The device comprises an input switch 1, memory blocks 2 and 3, an output switch 4 and a memory controller 5. Samples of the input signal are fed to the input of the switch 1, which alternately (along the fields of the input signal) supplies input samples to the memory block 22 and memory block 3, having matrix structure, where the odd and even fields of the input signal are stored respectively.

Отсчеты выходного сигнала считываются из блоков памяти 2 и 3 поочередно (по полям выходного сигнала). При этом процессы записи и считывания организуются с помощью контроллера 5 таким образом, что при записи в блок памяти 2 считывание происходит из блока памяти 3, и наоборот. Условием правильной работы устройства является совпадение периодов полей входного и выходного сигнала, причем строки входного сигнала являются вертикальными, а строки выходного сигнала - горизонтальными, что и позволяет воспроизводить изображение на стандартных видеомониторах. Для правильного воспроизведения изображения согласно предлагаемому способу видеомонитор должен обеспечивать прогрессивное (построчное), а не чересстрочное разложение, что в настоящее время может быть обеспечено практически каждым видеомонитором, предназначенным для подключения к персональному компьютеру. Дополнительным требованием к устройству является необходимость укорочения выходных отсчетов до половины их периода следования, что может быть обеспечено либо выходным коммутатором 4, либо контроллером 5, либо еще каким-либо способом с помощью обычной схемотехники цифровых устройств. При реализации укорочения выходным коммутатором 4 требуется лишь обеспечить включение коммутатора в обоих положениях на время, равное половине периода следования отсчетов, что легко обеспечивается соответствующим образом сформированными импульсами управления коммутатором, которые поступают по входу управления 2.Samples of the output signal are read from memory blocks 2 and 3 in turn (in the fields of the output signal). In this case, the processes of writing and reading are organized using the controller 5 in such a way that when writing to the memory unit 2, reading occurs from the memory unit 3, and vice versa. The condition for the correct operation of the device is the coincidence of the periods of the input and output signal fields, and the input signal lines are vertical and the output signal lines are horizontal, which allows you to play back the image on standard video monitors. For proper image reproduction according to the proposed method, the video monitor must provide progressive (line-by-line) rather than interlaced decomposition, which at present can be provided by almost every video monitor designed to be connected to a personal computer. An additional requirement for the device is the need to shorten the output samples to half their repetition period, which can be provided either by the output switch 4, or by the controller 5, or in some other way using the usual circuitry of digital devices. When implementing shortening by the output switch 4, it is only necessary to ensure that the switch is turned on in both positions for a time equal to half the sampling period, which is easily ensured by appropriately formed switch control pulses, which are received at the control input 2.

Claims

A method of converting a television standard, which consists in sequentially storing the values of samples of the input video signal expressed in binary code, the memory capacity being equal to the product of the number of bits in the binary code of the sample and the number of active image elements in the frame of the input video signal, and then reading the stored values of the samples of the input video signal, In this case, the recording clock frequency is the harmonic of the frequency of the vertical lines of the input video signal, the read clock frequency is the harmonics frequency of horizontal lines of the output video signal, characterized in that the samples of the odd lines of the input video signal are recorded in the first memory array, the samples of even lines of the input video signal are recorded in the second memory array, both arrays have matrix organization, the number of rows in the array is chosen equal to the number of active lines of the output video signal, the number of columns in the array is chosen equal to half the number of active lines of the input video signal, readout of samples of the output video signal is performed alternately from two assivov memory, wherein the value of each count being read stored only during one half sampling repetition period, and during the second half period is set to zero.