DE10214411A1 - Video signal processing circuit generates output signal from running time adapted video input signal and weighted high frequency signal portions - Google Patents
Video signal processing circuit generates output signal from running time adapted video input signal and weighted high frequency signal portionsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verarbeitung von Videosignalen. Die Schaltung kommt in videotechnischen Geräten wie z. B. Filmabtastern zur Anwendung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a circuit for processing of video signals. The circuit comes in video technology Devices such. B. film scanners for use. In particular The invention relates to a circuit according to the preamble of claim 1.
In der Videosignalverarbeitung wie z. B. Filterungen, Zooming, Sizing und Amplitudenbegrenzung kann es zu Überschwingeffekten ("Klingeln", "Ringing"), steilen Kanten und harten Signalübergängen kommen. Insbesondere Überschwinger sind an sich schon störend und im Interesse einer hohen Bildqualität unzulässig. Die genannten Effekte führen aber auch in nachfolgenden Verarbeitungsstufen oder externen Geräten besonders in steilen Filtern (z. B. "Halfband Filter") zu Artefakten, die oft nicht toleriert werden können. In video signal processing such. B. filtering, Zooming, sizing and amplitude limitation can do it too Overshoot effects ("ringing", "ringing"), steep edges and hard signal transitions. In particular Overshoots are intrinsically disruptive and in the interest high image quality is not permitted. The effects mentioned but also lead in subsequent processing stages or external devices, especially in steep filters (e.g. "Halfband Filter") to artifacts that are often not tolerated can be.
Hiervon ausgehend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schaltung zur Verarbeitung von Videosignalen zu schaffen, die eine gegenüber bekannten Schaltungen verbesserte Bildqualität ermöglicht. Based on this, it is an object of the present Invention a circuit for processing video signals to create the one versus known circuits enables improved image quality.
Die erfindungsgemäße Schaltung zur Verarbeitung von Videosignalen weist ein Filter sowie eine Laufzeitanpassung für ein Videoeingangssignal auf. Die Schaltung umfaßt weiterhin eine Abtrennstufe zur Abtrennung der hochfrequenten Signalanteile aus dem Videoeingangssignal sowie ein Mittel zur Gewichtung der hochfrequenten Signalanteile in Funktion der jeweiligen Amplitude des Videoeingangssignals. Schließlich weist die Schaltung eine Verknüpfungsstufe auf, die aus dem laufzeitangepassten Videoeingangssignal und den gewichteten hochfrequenten Signalanteilen ein Ausgangssignal erzeugt. The inventive circuit for processing Video signals have a filter and a runtime adjustment for a video input signal. The circuit includes still a separation stage to separate the high-frequency signal components from the video input signal as well a means of weighting the high-frequency signal components as a function of the respective amplitude of the Video input signal. Finally, the circuit has one Linkage level based on the runtime Video input signal and the weighted high-frequency Signal components generated an output signal.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist der Begriff "hochfrequent" immer in Bezug auf die Frequenz des Eingangssignales zu verstehen. Solche hochfrequenten Signalanteile rühren z. B. von horizontalen oder vertikalen Kantensignalen her, deren Frequenzen sich um mehrere Größenordnungen unterscheiden. In the context of the present invention, the The term "high frequency" always refers to the frequency of the Understand input signals. Such high frequency Signal components stir z. B. from horizontal or vertical Edge signals whose frequencies are several Differentiate orders of magnitude.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Schaltung dient die Abtrennstufe zur Gewinnung der Kantensignale aus dem Videoeingangssignal. Die Kanten können sowohl horizontal, vertikal, wie auch diagonal verlaufen. Es können sowohl Luminanzkanten, wie auch Chrominanzkanten sein. In one embodiment of the circuit, the Separation stage for obtaining the edge signals from the Video input signal. The edges can be horizontal, run vertically as well as diagonally. It can be both Luminance edges, as well as chrominance edges.
Vorteilhafterweise ist die Abtrennstufe als digitales Filter mit wählbaren Filterkoeffizienten ausgebildet. The separation stage is advantageously a digital one Filters designed with selectable filter coefficients.
Die Schaltung kann einen Analysator aufweisen, der die Amplitude des Videoeingangssignals ermittelt und einen entsprechenden Ergebniswert ausgibt. Vorteilhafterweise wird die Amplitude des Videoeingangssignals zeitlich bildpunktgenau ermittelt, da die spätere Korrektur im Hauptsignalweg auch bildpunktgenau erfolgt. Zweckmäßigerweise ist der Analysator so ausgebildet, daß das Videoeingangssignal vor der Amplitudenermittlung tiefpaßgefiltert wird. Durch diese Anordnung ist sichergestellt, daß transiente Rauschstörungen die Ermittlung des Amplitudenwertes nicht beeinflussen. Diese Tiefpaßfilterung kann bei weitgehend ungestörten Signalen auch entfallen oder entsprechend moderat ausfallen. The circuit may have an analyzer that Amplitude of the video input signal determined and one outputs the corresponding result value. Advantageously the amplitude of the video input signal in time determined with pixel accuracy since the later correction in Main signal path is also done with pixel accuracy. The analyzer is expediently designed such that the Video input signal before the amplitude determination is low pass filtered. Because of this arrangement ensures that transient noise disturbances Do not influence the determination of the amplitude value. This Low-pass filtering can be used for largely undisturbed signals also omitted or correspondingly moderate.
Zweckmäßigerweise umfaßt das Mittel zur Gewichtung der hochfrequenten Signalanteile des Videoeingangssignals einen Speicher, in welchem eine Anzahl von Parametersätzen abgespeichert ist. Es ist von Vorteil, wenn die Parametersätze von einem Nutzer einstellbar sind. Damit können bestimmte Amplitudenbereiche gezielt zur Steuerung der Korrektur angewandt werden. Bei einer günstigen Ausführungsform der Erfindung ist in dem Speicher eine Tabelle abgelegt, die jedem Amplitudenwert des Videoeingangssignals ein Steuersignal zuordnet. The means for weighting expediently comprises the high-frequency signal components of the video input signal Memory in which a number of parameter sets is saved. It is an advantage if the Parameter sets can be set by a user. In order to can control certain amplitude ranges specifically correction is applied. With a cheap Embodiment of the invention is in the memory Filed table that each amplitude value of the Assigns a control signal to the video input signal.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind Austastmittel vorgesehen, welche die Schaltung nur in ausgewählten Bereichen eines Videobildes wirksam schalten. In an alternative embodiment of the Invention blanking means are provided which Delivery only in selected areas of a video image switch effective.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren zur Verarbeitung von Videosignalen vorzuschlagen, das es ermöglicht, Videobilder mit verbesserter Bildqualität zu erzeugen. Another object of the present invention is a method for processing video signals propose that enables video images with to produce improved image quality.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. According to the invention, this object is achieved by a method solved according to claim 12.
Gemäß einer Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren nur in ausgewählten Bereichen eines Videobildes ausgeführt. According to a development, the invention Procedure only in selected areas of a video image executed.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Es zeigen: In the drawing, an embodiment of the presented present invention. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltung; Fig. 1 is a schematic block diagram of a circuit according to the invention;
Fig. 2a bis 2d eine Veranschaulichung der Reduktion von Überschwingeffekten; und FIG. 2a to 2d is an illustration of the reduction of overshoot effects; and
Fig. 3a bis 3c eine Illustration der Kantenverrundung. FIGS. 3a to 3c an illustration of the edge rounding.
In Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Videosignalverarbeitungsschaltung dargestellt, die als ganzes mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. An einem Eingang 2 der Schaltung 1 liegt ein Videoeingangssignal an, dass z. B. ein Luminanzsignal oder Chrominanzsignale sein können. Für die Funktion der Erfindung ist die Art des Signales grundsätzlich unerheblich, so daß im folgenden die unterschiedlichen Arten der Eingangssignale nicht weiter unterschieden werden. Das Videoeingangssignal wird zum einen einer Laufzeitanpassung 3 zugeführt und zum anderen einem Eingangsfilter 4, welches zur Extraktion von hochfrequenten Signalanteilen dient. Die hochfrequenten Signalanteile werden im folgenden auch kurz als "Kantensignale" bezeichnet. Das Eingangsfilter 4 kann als eindimensionales Filter ausgebildet sein, das die Kantensignale von horizontalen bzw. vertikalen Bildkanten extrahiert. Es ist aber auch möglich, daß das Filter als zweidimensionales Filter ausgebildet ist, welches die Kantensignale von horizontalen und vertikalen Bild- oder Farbkanten extrahiert. Das Eingangsfilter 4 ist als digitales Filter ausgebildet, dessen Koeffizienten über ein Einstellmittel 6 durch einen Benutzer einstellbar sind. In Fig. 1 is a schematic block diagram is shown of a video signal processing circuit according to the invention, designated as a whole by reference numeral 1. At an input 2 of the circuit 1 is a video input signal that z. B. can be a luminance signal or chrominance signals. The type of signal is fundamentally irrelevant to the function of the invention, so that the different types of input signals are not further distinguished in the following. The video input signal is supplied on the one hand to a runtime adjustment 3 and on the other hand to an input filter 4 , which is used to extract high-frequency signal components. The high-frequency signal components are also briefly referred to below as "edge signals". The input filter 4 can be designed as a one-dimensional filter that extracts the edge signals from horizontal or vertical image edges. However, it is also possible for the filter to be designed as a two-dimensional filter which extracts the edge signals from horizontal and vertical image or color edges. The input filter 4 is designed as a digital filter, the coefficients of which can be set by a user via an adjusting means 6 .
Zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Eingangsfilters 4 ist in Fig. 2a ein Videoeingangssignal mit einem Pegelsprung dargestellt, bei dem deutliche Überschwingeffekte auftreten. Das Filter 4 trennt aus diesem Eingangssignal die hochfrequenten Signalanteile ab, wie es in Fig. 2b dargestellt ist. Diese hochfrequenten Signalanteile stehen an einem Ausgang 7 zur Verfügung und werden einem Rauschfilter 8 zugeführt. Das Rauschfilter 8 ist über eine Eingabe 9 zu- und abschaltbar. Die gefilterten hochfrequenten Signalanteile werden anschließend einem Multiplizierer 11 zugeführt, wo sie mit einem Steuersignalwert f1 multipliziert werden. Das mit dem Steuersignalwert f1 multiplizierte Korrektursignal wird in einem Addierer 12 wieder mit dem laufzeitangepassten, ursprünglichen Ausgangssignal in geeigneter Polarität addiert. Das Summensignal wird als Videoausgangssignal der Videosignalverarbeitungsschaltung 1 an einem Ausgang 13 zur weiteren Verarbeitung abgegeben. To illustrate the mode of operation of the input filter 4 , a video input signal with a level jump is shown in FIG. 2a, in which significant overshoot effects occur. The filter 4 separates the high-frequency signal components from this input signal, as shown in FIG. 2b. These high-frequency signal components are available at an output 7 and are fed to a noise filter 8 . The noise filter 8 can be switched on and off via an input 9 . The filtered high-frequency signal components are then fed to a multiplier 11 , where they are multiplied by a control signal value f1. The correction signal multiplied by the control signal value f1 is added in an adder 12 again with the original output signal adapted to the transit time in a suitable polarity. The sum signal is output as a video output signal of the video signal processing circuit 1 at an output 13 for further processing.
Es wird bemerkt, daß die Erfindung natürlich nicht auf die genannten Verknüpfungsarten beschränkt ist. Abhängig von dem Vorzeichen des Videoeingangssignals bzw. des Korrektursignals kann an Stelle der Addition auch eine Subtraktion zur Anwendung kommen. Ebenso sind an Stelle der Multiplikation des Steuersignalwertes f1 mit dem Korrektursignal auch andere Verknüpfungsarten denkbar, die zu dem angestrebten Ergebnis eines gewichteten Korrektursignals führen. It is noted that the invention is of course not based on the link types mentioned is limited. Depending on the sign of the video input signal or Correction signal can also be a instead of the addition Subtraction are used. Likewise, instead of Multiplication of the control signal value f1 by the Correction signal also other types of linkage possible to the desired result of a weighted Lead correction signal.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Polarität des Korrektursignales so gewählt, daß durch dessen Addition mit dem Videoeingangssignal die hochfrequenten Signalanteile aus dem Videoeingangssignal entfernt werden, wenn der Steuersignalwert f1 konstant gleich 1 ist. Das mit einem solchen Videosignal erzeugte Bild hätte sehr weiche Kantenübergänge. Ein solcher Effekt ist auch unter dem Begriff "Defocusing" bekannt und in der Regel unerwünscht. In the present embodiment, the Polarity of the correction signal chosen so that by its Addition with the video input signal the high-frequency Signal components are removed from the video input signal, if the control signal value f1 is constantly equal to 1. That with such a video signal would be very soft Edge transitions. Such an effect is also below that The term "defocusing" is known and generally undesirable.
Die nachgeschalteten Verarbeitungsstufen sind herkömmlicher Bauart und für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich. Aus diesem Grunde kann deren Beschreibung unterbleiben. The downstream processing levels are conventional design and for understanding the present invention is not required. For this reason their description can be omitted.
Um die genannten "weichen" Bilder zu vermeiden, ist bei der erfindungsgemäßen Schaltung der Steuersignalwert f1 nicht konstant, sondern vielmehr mit dem Amplitudenwert des Videoeingangssignales gewichtet, so daß der Wert f1 zwischen 0 und 1 liegt. Das ist in Fig. 2c mit einer beispielhaften Kennlinie veranschaulicht. In order to avoid the "soft" images mentioned, the control signal value f1 is not constant in the circuit according to the invention, but rather is weighted with the amplitude value of the video input signal, so that the value f1 is between 0 and 1. This is illustrated in FIG. 2c with an exemplary characteristic.
Damit wird erreicht, daß z. B. bei großen Amplituden im mittleren Pegelbereich weiterhin steile Flanken erhalten bleiben, welche die Bildschärfe erzeugen. An den Pegelgrenzen hingegen werden die Signalkanten leicht gerundet (siehe Fig. 3b). Dadurch werden nachfolgende Filter weniger zum Klingeln angeregt. Darüber hinaus werden Klingelanteile, die ein eingehendes Signal bereits enthält, reduziert (siehe Fig. 2d). Enthält ein Signal bereits Klingelanteile, können diese auch dadurch reduziert werden (siehe Fig. 2d). Die Ermittlung des Steuersignalwertes f1 ist nachfolgend beschrieben. This ensures that, for. B. with large amplitudes in the middle level range, steep edges are still obtained, which produce the image sharpness. At the level limits, however, the signal edges are rounded slightly (see Fig. 3b). As a result, subsequent filters are less excited to ring. In addition, bell components that already contain an incoming signal are reduced (see FIG. 2d). If a signal already contains ringing components, this can also be reduced (see Fig. 2d). The determination of the control signal value f1 is described below.
Die hochfrequenten Signalanteile aus dem Filter 4 werden über ein zweites Rauschfilter 17 einem zweiten Filter 14 zugeführt. Das Filter 14 verknüpft die rauschgefilterten hochfrequenten Signalanteile mit dem laufzeitangepassten Videoeingangssignal in der Weise, daß effektiv eine Tiefpaßfilterung des Videosignales erzielt wird. Das Filter 14 umfaßt auch einen Analysator, der den Amplitudenwert des tiefpaßgefilterten Videosignales ermittelt. Die Tiefpaßfilterung verhindert, daß transiente Rauschspitzen die Ermittlung des Amplitudenwertes störend beeinflussen. The high-frequency signal components from the filter 4 are fed to a second filter 14 via a second noise filter 17 . The filter 14 combines the noise-filtered high-frequency signal components with the delay-adjusted video input signal in such a way that low-pass filtering of the video signal is effectively achieved. The filter 14 also includes an analyzer that determines the amplitude value of the low-pass filtered video signal. The low-pass filtering prevents transient noise peaks from interfering with the determination of the amplitude value.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung ist es vorgesehen, das Eingangssignal direkt zu filtern. In diesem Fall ist der Kanal aus dem Eingangsfilter 4 und dem Rauschfilter 17 nicht mehr erforderlich. In another embodiment of the circuit according to the invention, it is provided to filter the input signal directly. In this case, the channel from the input filter 4 and the noise filter 17 is no longer required.
Das Rauschfilter 17 ist in gleicher Weise wie das Rauschfilter 8 durch eine Eingabe 18 zu- und abschaltbar. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind das Rauschfilter 17 und die zugeordnete 18 nicht vorgesehen. Dem Amplitudenwert wird in einer Verarbeitungsstufe 19 ein Wert für den Steuersignalwert f1 zugeordnet. Fig. 2c veranschaulicht die in Form einer Tabelle niedergelegten Regeln für die Zuordnung zwischen einem Amplitudenwert und einem Steuersignalwert f1. In Fig. 2c ist auf der Abszisse der Amplitudenwert des Eingangssignales in willkürlichen Einheiten dargestellt, wobei der Wert 1 einer zugelassenen Maximalamplitude entspricht. Auf der Ordinate ist ein Bereich von Werten zwischen 0 und 1 aufgetragen, welche der Steuersignalwert f1 annehmen kann. Wie aus der Fig. 2c ersichtlich ist, liegt der Wert f1 für kleine und große Amplituden in der Nähe des Wertes 1, wohingegen für mittlere Amplituden der Wert f1 bis auf 0 abnimmt. Die Pfeile in Fig. 2c deuten an, daß die genaue Form wie der Wert f1 von der Signalamplitude abhängt, durch einen Benutzer mittels einer Eingabeeinheit 20 (Fig. 1) einstellbar ist. Es wird bemerkt, daß für einen Wert f1 = 1 das Korrektursignal voll zur Wirkung kommt und die hochfrequenten Signalanteile in der oben beschriebenen Weise aus dem Videosignal entfernt werden. Umgekehrt führt ein Wert f1 = 0 dazu, daß ein Videoeingangssignal überhaupt nicht korrigiert wird. Diese Wirkungsweise des Steuersignalwerts f1 ist in Fig. 2d an Hand eines Sprungsignales mit starken Überschwingeffekten als Eingangssignal veranschaulicht. Mit zunehmender Korrektur, d. h. mit zunehmendem Steuersignalwert f1 nehmen die Überschwingeffekte ab, wobei die Pfeilrichtungen die Veränderung im Sinne eines zunehmenden Wertes f1 anzeigen. The noise filter 17 can be switched on and off in the same way as the noise filter 8 by an input 18 . In an alternative embodiment of the invention, the noise filter 17 and the associated 18 are not provided. A value for the control signal value f1 is assigned to the amplitude value in a processing stage 19 . Fig. 2c illustrates the principles laid down in the form of a table rules for the mapping between an amplitude value and a control signal value f1. In Fig. 2c, the amplitude value of the input signal is shown in arbitrary units on the abscissa, with the value 1 corresponds to a maximum permitted amplitude. A range of values between 0 and 1 is plotted on the ordinate, which the control signal value f1 can assume. As can be seen from FIG. 2c, the value f1 is close to the value 1 for small and large amplitudes, whereas the value f1 decreases to 0 for medium amplitudes. The arrows in FIG. 2c indicate that the exact shape, such as the value f1, which depends on the signal amplitude, can be set by a user using an input unit 20 ( FIG. 1). It is noted that for a value f1 = 1 the correction signal comes into full effect and the high-frequency signal components are removed from the video signal in the manner described above. Conversely, a value of f1 = 0 means that a video input signal is not corrected at all. This mode of operation of the control signal value f1 is illustrated in FIG. 2d using a step signal with strong overshoot effects as an input signal. With increasing correction, ie with increasing control signal value f1, the overshoot effects decrease, the arrow directions indicating the change in the sense of an increasing value f1.
In den Fig. 3a bis 3c ist die Wirkungsweise der Schaltung 1 anhand einer in Fig. 3a dargestellten idealen Sprungfunktion nochmals erläutert. Fig. 3b zeigt in einer durchgezogenen Linie das Ausgangssignal der Schaltung 1, nachdem es in der beschriebenen Weise verarbeitet wurde. In Fig. 3b ist deutlich zu erkennen, daß die Ecken des Signales verrundet sind, während die Steigung im mittleren Amplitudenbereich im wesentlichen unverändert geblieben ist. Dieser Effekt ist auf den Verlauf des Steuersignalwerts f1 zurückzuführen, wie er in Fig. 2c dargestellt ist. Das bedeutet, daß die hochfrequenten Signalanteile im Bereich niedriger Amplituden und im Bereich großer Amplituden herausgefiltert werden, während hochfrequente Signalanteile im Bereich mittlerer Amplituden praktisch unverändert durchgelassen werden. In FIGS. 3a to 3c, the operation of the circuit 1 is explained with reference a in Fig. Perfect step function shown 3a again. FIG. 3b shows in a solid line, the output of the circuit 1, after being processed in the manner described. In Fig. 3b it can be clearly seen that the corners of the signal are rounded, while the slope in the middle amplitude range has remained essentially unchanged. This effect is due to the course of the control signal value f1, as shown in Fig. 2c. This means that the high-frequency signal components in the range of low amplitudes and in the range of large amplitudes are filtered out, while high-frequency signal components in the range of medium amplitudes are passed through practically unchanged.
Durch die Amplitudengewichtung wird erreicht, daß die Flankensteilheit und damit der Bildschärfeeindruck im Hauptanstiegsbereich des Signals nicht verändert wird. The amplitude weighting ensures that the Edge steepness and thus the impression of sharpness in the Main rise range of the signal is not changed.
In Fig. 3c ist die Funktion der Schaltung 1 nochmals an einem Treppensignal erläutert. Wie in Fig. 3b ist auch bei dem Treppensignal deutlich zu erkennen, daß die Ecken in den Bereichen kleiner und großer Amplituden verrundet sind, während im mittleren Amplitudenbereich praktisch keine Korrektur erfolgt, wie an den fortbestehenden Überschwingeffekten zu erkennen ist. In Fig. 3c the function of the circuit 1 is explained again using a staircase signal. As in FIG. 3b, it can also be clearly seen with the staircase signal that the corners are rounded in the areas of small and large amplitudes, while practically no correction takes place in the middle amplitude area, as can be seen from the persistent overshoot effects.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung ist zusätzlich ein Austastmittel 22 vorgesehen, das in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt ist. Das Austastmittel 22 ist dazu geeignet, die Signalkorrektur in bestimmten Bereichen auszuschalten, beispielsweise in Rundbereichen des Videobildes. Zu diesem Zweck setzt das Austastmittel den Steuersignalwert f1 auf Null, so daß das Korrektursignal unwirksam wird. In a further development of the circuit according to the invention, a blanking means 22 is additionally provided, which is shown in FIG. 1 with dashed lines. The blanking means 22 is suitable for switching off the signal correction in certain areas, for example in round areas of the video image. For this purpose, the blanking means sets the control signal value f1 to zero, so that the correction signal becomes ineffective.
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