DE10253369B4

DE10253369B4 - Auf einem menschlichen Sichtmodell basierende Interpolation einer langsamen Bewegung

Info

Publication number: DE10253369B4
Application number: DE10253369A
Authority: DE
Inventors: Kevin M. Beaverton Ferguson
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: JP4474525B2; DE10253369A1; JP2003189265A; US20030095202A1

Abstract

Vorrichtung zur Bereitstellung eines gleichmäßigen interpolierten Videosignals mit einer gewünschten Rate von einem Videosignal mit langsamerer Rate mit:
– einer Einrichtung (12) zum Aufwärtsabtasten des Videosignals mit langsamer Rate auf die gewünschte Rate; und
– einer Einrichtung (14) zum adaptiven Filtern des aufwärts abgetasteten Videosignals mit langsamerer Rate unter Verwendung eines menschlichen Sichtmodells zum Erzeugen des gleichmäßigen interpolierten Videosignals,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung (16) zum Wiederherstellen eines Gleichstrompegels für das gleichmäßige interpolierte Videosignal umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Videosignalverarbeitung und insbesondere eine Vorrichtung zur auf einem menschlichen Sichtmodell basierenden Interpolation einer langsamen Bewegung und ein Verfahren, das interpoliertes Video von einer Videoquelle mit langsamerer Rate gleichmäßig macht.
In vielen Videoanwendungen besteht ein Bedarf, eine Videosequenz mit langsamer Rate an eine Videosequenz mit höherer Rate anzupassen. Solche Anwendungen umfassen eine Formatumwandlung zwischen PAL (25 Vollbilder pro Sekunde) und NTSC (30 Vollbilder pro Sekunde), zwischen Film (24 Vollbilder pro Sekunde) und einem der Fernsehstandards und zum Darstellen von Videosequenzen mit langsamer Bewegung, bei denen die Eingangsvolibildrate verringert ist. Eines der Probleme besteht darin, scheinbare ”ruckartige Bewegungen” in der umgewandelten Videosequenz zu vermeiden, wenn ein Vollbild für zwei oder mehr Vollbildanzeigeperioden angezeigt wird, bevor das nächste angezeigt wird. Die vorherige Lösung bestand darin, zwischen Vollbildern zu interpolieren, so daß für jedes Anzeigevollbild ein interpoliertes Videovollbild vorliegt. Die Interpolation kann die Form der Differenzierung von zwei ”Anker”-Vollbildern und dann Berechnen von interpolierten Zwischenvollbildern unter Verwendung entweder einer linearen Funktion, von Vollbildwiederholungen, einer Spline-Funktion oder dergleichen annehmen. Keine dieser früheren Formen der Interpolation weisen irgendwelche Komponenten eines menschlichen Sichtmodells auf.
Aus der EP 0 339 365 A2 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Verbesserung der Bildqualität bei einem Fernsehempfänger bekannt. Sie umfasst einen Bildwiederholschalter zur Erzeugung einer flickerfreien 100-Hz-Halbbildwiedergabefolge aus einem 50-Hz-Signal. Sie umfasst weiterhin eine Einrichtung zum adaptiven Filtern dieser Halbbildwiedergabesequenz, wobei für ruhende und langsamer bewegte Bildbereiche die Höhensignale der zwei Halbbilder in einer flimmerfreien 100-Hz-Halbbildwiedergabefolge wiedergegeben werden. Dies sichert auch eine zeilenflimmerfreie Bildwiedergabe, da die für das Zeilenflimmern weitgehend verantwortlichen vertikalen Höhensignale dem Auge annähernd in der Flimmerqualität eines progressiv wiedergegebenen Vollbildes angeboten werden. Aliasfehler der im 10-ms-Abstand aufeinander folgenden Halbbilder werden weitgehend kompensiert.
Aus der nachveröffentlichten WO 02/058 385 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur bewegungsvektorgestützten Konversion eines ersten Videosignals bekannt, das eine erste Bildfolge mit einer ersten Frequenz enthält, in ein zweites Videosignal, das eine zweite Bildfolge mit einer zweiten Frequenz enthält, wobei wenigstens einige Bilder der zweiten Bildfolge, die phasenverschoben gegenüber Bildern der ersten Bildfolge sind, durch eine Interpolation von Bildern der ersten Bildfolge derart gebildet werden, dass für einen Bildpunkt eines Bildes der zweiten Bildfolge Bildpunkte wenigstens eines ersten Bildes und eines zweiten Bildes der ersten Bildfolge mittels eines Medianfilters gefiltert werden, wobei das Medianfilter ein adaptiv gewichtetes Medianfilter ist. Sie beschreibt weiterhin, dass die Basis für die Verwendung eines örtlichen Konversionsverfahrens mit einer Bandaufspaltung darin besteht, dass der menschliche Wahrnehmungssinn durch ein Zweikanalmodell beschrieben werden kann.
Zum weiteren Stand der Technik wird verwiesen auf die DE 196 49 651 C1 , die US 5 621 470 A sowie die US 5 428 398 A .
Was erwünscht ist, ist eine Vorrichtung zur auf einem menschlichen Sichtmodell basierenden Interpolation einer langsamen Bewegung und ein Verfahren, das interpoliertes Video von einer Videoquelle mit langsamerer Rate gleichmäßig macht.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 5.
Folglich stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur auf einem menschlichen Sichtmodell basierenden Interpolation einer langsamen Bewegung und ein Verfahren, das interpoliertes Video mit einer gewünschten Rate von einer Videoquelle mit langsamerer Rate gleichmäßig macht, bereit. Das Videosignal mit langsamerer Rate wird auf die gewünschte Rate aufwärts abgetastet und in ein auf einem menschlichen Sichtmodell basierendes adaptives Filter eingegeben, welches rekursive Eigenschaften aufweist. Das Ausgangssignal aus dem adaptiven Filter ist das gleichmäßige interpolierte Video ohne eine Gleichstromkomponente. Eine Gleichstrom-(APL – mittlerer Bildpegel)Wiederherstellungsvorrichtung wird verwendet, um zum gleichmäßigen interpolierten Video die Gleichstromkomponente vom aufwärts abgetasteten Videosignal hinzuzufügen.
Die Aufgaben, Vorteile und andere neue Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
1 ist eine Blockdiagrammansicht einer Vorrichtung zur auf einem menschlichen Sichtmodell basierenden Interpolation einer langsamen Bewegung gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 1 wird ein Videosignal mit langsamerer Rate oder ein ”langsames” Videosignal in einen Bildratenwandler 12 eingegeben, der das Videosignal mit langsamerer Rate auf ein Videosignal mit gewünschter höherer Rate aufwärts abtastet. Das Videosignal mit höherer Rate wird dann in ein dreidimensionales (3D) adaptives Filter 14 eines menschlichen Sichtmodells (HVM) eingegeben, wie z. B. das in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung US 2002/0186894 A1 mit dem Titel ”Adaptive Spatio-Temporal Filter for Human Vision Model Systems”, beschriebene. Das Ausgangssignal aus dem adaptiven HVM-Filter 14 ist ein zeitlich gleichmäßiges, nicht unbedingt unscharfes, interpoliertes Videosignal mit der höheren Rate ohne irgendeine Gleichstrom-(DC)Komponente. Das Ausgangssignal aus dem adaptiven HVM-Filter 14 wird zusammen mit dem aufwärts abgetasteten Videosignal mit langsamerer Rate vom Bildratenwandler 12 in eine DC-Wiederherstellungsschaltung 16 eingegeben, da das adaptive HVM-Filter die DC-Komponente des aufwärts abgetasteten Videosignals mit langsamerer Rate beseitigt. Die DC-Wiederherstellungsschaltung 16 bestimmt den DC-Pegel von dem aufwärts abgetasteten Videosignal mit langsamerer Rate und fügt diesen zum gleichmäßigen interpolierten Videosignal hinzu, um das letztliche ”gleichmäßige” interpolierte Ausgangsvideosignal zu erzeugen. In einigen Fällen kann die DC-Wiederherstellungsschaltung 16 beseitigt werden. Ansonsten kann der zum gleichmäßigen interpolierten Videosignal durch die DC-Wiederherstellungsschaltung 16 hinzugefügte DC-Pegel eine Konstante sein, kann auf dem mittleren Bildpegel (APL) vom aufwärts abgetasteten Videosignal mit langsamerer Rate basieren oder kann in einer beliebigen anderen Weise, die auf dem Fachgebiet gut bekannt ist, bestimmt werden.
Das adaptive HVM-Filter 14 ist eine Vielzahl von Filtern, die aus einem gemeinsamen Baustein bestehen, wie in 2 der angeführten US-Patentanmeldung US 2002/0186894 A1 gezeigt. Dies ist eine rekursive Filterarchitektur, wobei das Ausgangssignal des Filters mit einer Konstante multipliziert wird, die geringer als Eins ist, verzögert und zur Kombination mit dem nächsten Vollbild in der Sequenz zum Eingang zurückgeführt wird. Die rekursive Art des adaptiven HVM-Filters führt zur Interpolation des aufwärts abgetasteten Videosignals mit langsamerer Rate zu dem gleichmäßigen interpolierten Videosignal.
Somit stellt die vorliegende Erfindung ein gleichmäßiges interpoliertes Video von einem Videosignal mit langsamerer Rate durch Aufwärtsabtastung auf eine gewünschte Rate und Filtern unter Verwendung eines adaptiven 3D-HVM-Filters, das hinsichtlich der Architektur rekursiv ist, bereit.

Claims

Vorrichtung zur Bereitstellung eines gleichmäßigen interpolierten Videosignals mit einer gewünschten Rate von einem Videosignal mit langsamerer Rate mit: – einer Einrichtung (12) zum Aufwärtsabtasten des Videosignals mit langsamer Rate auf die gewünschte Rate; und – einer Einrichtung (14) zum adaptiven Filtern des aufwärts abgetasteten Videosignals mit langsamerer Rate unter Verwendung eines menschlichen Sichtmodells zum Erzeugen des gleichmäßigen interpolierten Videosignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung (16) zum Wiederherstellen eines Gleichstrompegels für das gleichmäßige interpolierte Videosignal umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (12) zum Aufwärtsabtasten des Videosignals einen Bildwandler darstellt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zum adaptiven Filtern einen adaptiven Filter auf der Basis eines menschlichen Sichtmodells zum Interpolieren des aufwärts abgetasteten Videosignals darstellt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zum Wiederherstellen eines Gleichstrompegels eine Gleichstrom-Wiederherstellungsvorrichtung mit dem gleichmäßigen interpolierten Videosignal von der Einrichtung zum adaptiven Filtern und dem aufwärts abgetasteten Videosignal als Eingangssignalen zum Wiederherstellen eines Gleichstrompegels im gleichmäßigen interpolierten Videosignal umfasst.
Verfahren zur Bereitstellung eines gleichmäßigen interpolierten Videosignals mit einer gewünschten Rate aus einem Videosignal mit langsamerer Rate mit den Schritten: – Aufwärtsabtasten des Videosignals mit langsamerer Rate auf die gewünschte Rate, um ein aufwärts abgetastetes Videosignal zu erzeugen; – adaptives Filtern des aufwärts abgetasteten Videosignals gemäß einem menschlichen Sichtmodell, um das gleichmäßige interpolierte Videosignal zu erzeugen; und – Wiederherstellen eines Gleichstrompegels in dem gleichmäßigen interpolierten Videosignal als Funktion des aufwärts abgetasteten Videosignals.