DE19510389A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Empfang von codierten Videosignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Empfang von Videosi­ gnalen, bei dem eine Folge von redundanzcodierten Eingangs­ bildern verarbeitet wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, ein Videosignal mit digitalisierten Eingangs­ bildern an einen Empfänger zu übertragen. Um die zu übertra­ gende Datenmenge bei guter Empfangsqualität möglichst gering zu halten, ist eine Codierung der zu übertragenden Bilder vorgesehen. Die Codierung wird zweckmäßigerweise derart durchgeführt, daß die in den Bildern enthaltende Redundanz weitgehend abgetrennt ist und nicht übertragen werden muß. Bei der Codierung nach dem sogenannten MPEG-Standard wird sowohl eine Datenreduktion für den Inhalt innerhalb eines Bildes durchgeführt, als auch eine Datenreduktion durch Codierung der Bewegung zwischen zwei übertragenen Bildern.

Detaillierte Ausführungen zum MPEG2-Standard sind in der Literaturstelle "Audio- und Videodatenkompression mit MPEG2" Funkschau 3/95, Seite 26 bis 33 beschrieben. Bei der MPEG- Codierung und -Übertragung werden sogenannte I-Bilder er­ zeugt, zu deren Decodierung nur die Information dieses einzi­ gen I-Bilds notwendig ist. Zwischen zwei I-Bildern sind ein oder mehrere P-Bilder vorgesehen, die unter Verwendung von zwischen diesen Bildern vorliegender Bewegungsinformation decodiert werden. Dieser Vorgang wird als Prädiktion bezeich­ net. Darüber hinaus können B-Bilder übertragen werden, die selbst keine Bewegungsinformation enthalten, aber durch zeitliche Vorwärts- oder Rückwärtsprädiktion aus den I- und P-Bildern ermittelt werden können. Zur Decodierung einer MPEG-Eingangsbildfolge ist folglich die Auswertung von Bewe­ gungsvektoren notwendig sowie eine nachfolgende Bildnachbear­ beitung. Die Bildnachbearbeitung umfaßt im allgemeinen Inter­ polationen. Am Ausgang eines MPEG-Decoders liegt dann eine dekomprimierte Folge von Bildern vor. Gemäß dem üblichen Fernsehbildstandard umfaßt diese Bildfolge beispielsweise zeilenverkämmte Halbbilder mit 50 Hz Wiederholfrequenz.

Bekanntlich weist eine Folge aus zeilenverkämmten 50 Hz- Bildern Flimmern auf. Ein Betrachter nimmt dies als Kanten­ flackern, Zeilen- oder Großflächenflimmern wahr. Zur Flimmer­ befreiung ist deshalb vorgesehen, Zwischenbilder zu erzeugen, so daß die Bildwiederholfrequenz auf 100 Hz verdoppelt wird. Zur 100 Hz-Aufwärtskonversion werden Verfahren verwendet, die Interpolationsfilterungen enthalten. Im allgemeinen werden dadurch aus vorliegenden Bildpunkten neue Bildpunkte für die Zwischenbilder erzeugt. Die Interpolationsfilter können linear oder nicht-linear (zum Beispiel Medianfilter) ausge­ führt werden. Es hat sich gezeigt, daß bewegungsvektorgestüt­ ze 100 Hz-Aufwärtskonversionsverfahren eine relativ gute Wiedergabequalität aufweisen. In der europäischen Patentan­ meldung EP-A-0 554 492 ist ein Aufwärtskonversionsverfahren gezeigt, bei dem die ausgangsseitigen Bilder durch bewegungs­ vektorgestützte Interpolation erhalten werden. Zwischenbilder werden dadurch erzeugt, daß die eingangsseitig vorliegenden Bilder in der Bewegungsphase auf den Wiedergabezeitpunkt umgerechnet werden. Dies bedeutet, daß aus dem Anfangs- und Zielort einer bewegten Struktur der wahrscheinliche Lageort zum Wiedergabezeitpunkt des dazwischenliegenden zu erzeugen­ den Zwischenbildes unter Auswertung des Bewegungsvektors ermittelt wird. In der noch nicht veröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 195 05 758.9 ist ein bewegungsvektorge­ stütztes Aufwärtskonversionsverfahren unter Anwendung von nicht-linearen Medianfiltern beschrieben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Empfangen von Videosignalen mit einer Folge von redundanzcodierten Eingangsbildern anzugeben, die mit möglichst wenig Verfahrensschritten und Schaltungs­ aufwand realisierbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe für das Verfahren durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 angegeben.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist in Patentanspruch 5 angegeben.

Gemäß der Erfindung werden die während der Decodierung und die während der Flimmerbefreiung durchzuführenden Filterungen mittels Interpolationen gemeinsam, zweckmäßigerweise während der Flimmerbefreiung durchgeführt. Eine getrennte Interpola­ tionsverarbeitung für Decodierung und Flimmerbefreiung ist nicht notwendig. Dadurch kann der Speicherbedarf zur Speiche­ rung von Zwischenergebnissen gering gehalten werden. Außerdem entfallen mehrfache Lese- und Speichervorgänge. Beim erfin­ dungsgemäßen Verfahren wird ausgenutzt, daß während der Decodierung Bilddaten als Zwischen- oder Endergebnisse ermit­ telt werden, die bei der Flimmerbefreiung als Eingangsdaten zu verwenden sind. Gleichartige Verfahrensschritte während der Decodierung und der Flimmerbefreiung, nämlich die jewei­ ligen Interpolationen, werden am Ende der Verarbeitung bei der Flimmerbefreiung zusammengefaßt. Die Interpolationen werden zur Rekonstruktion der codierten Bildpunkte durchge­ führt, zur Rauschreduktion und zur Verringerung von Artefak­ ten zur Flimmerbefreiung. Die Interpolationen zur Decodierung sind üblicherweise lineare Interpolationsfilter, während bei der 100 Hz-Aufwärtskonversion lineare und auch nicht-lineare Filter, beispielsweise Medianfilter verwendet werden.

Außerdem werden, wie eingangs erwähnt, bei der Decodierung Bewegungsvektoren ausgewertet, um eine Prädiktion von Zwi­ schenbildern zu bewirken. Während der Flimmerbefreiung werden Bewegungsvektoren zur bewegungsphasenrichtigen Darstellung von bewegten Strukturen in Zwischenbildern verwendet. In den meisten Fällen sind die Bewegungsvektoren gleich oder können aus einem Bewegungsvektorfeld durch einfache Operationen abgeleitet werden. In Ausgestaltung der Erfindung ist deshalb vorgesehen, daß die während der Decodierung anfallenden Bewegungsvektoren auch zur Aufwärtskonversion verwendet werden. Die Bewegungsvektoren sind deshalb höchstens nur einmal zwischenzuspeichern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbilds näher erläutert. Das digitali­ sierte Videosignal A wird an einem Eingangsanschluß 10 einer Steuerungseinrichtung 1 zugeführt. Das Videosignal enthält eine Folge von digitalisierten Bildern, die beispielsweise gemäß dem MPEG2-Standard codiert sind. Die Folge der am Anschluß 10 eingespeisten Bilder enthält I-Bilder, die ohne Ausnutzung von Bewegungsinformation codiert sind. Zwischen zwei übertragenen I-Bildern liegen ein oder mehrere P-Bilder vor, die durch Vorwärtsprädiktion aus den I-Bildern decodier­ bar sind. Zwischen zwei P- oder P- und I-Bildern liegt minde­ stens ein B-Bild vor, das durch Vorwärts- oder Rückwärtsprä­ diktion aus den P- und I-Bildern decodierbar ist. Die Vor- und Rückwärtsprädiktion erfolgt unter Verwendung der zwischen den Bildern vorliegenden Bewegung. Die Bewegungsinformation liegt in Form von Bewegungsvektoren vor. Die Bewegungsvekto­ ren geben dabei die Bewegung eines Blocks von zusammenhängen­ den Bildpunkten von einem Bild zum nächsten an.

Während der Verarbeitung durch die Steuerungseinrichtung 1 wird unter Verwendung der eingangsseitigen Bildfolge des digitalisierten Videosignals A und eine teildecodierte Folge von Bildern erzeugt. Diese Bilder sind gemäß dem üblichen analogen Fernsehstandard zeilenverkämmte Halbbilder. Um die Decodierung mittels Vor- und Rückwärtsprädiktion durchzufüh­ ren, werden die in der Steuerungseinrichtung 4 zwischenge­ speicherten Bilddaten wieder in die Steuerungseinrichtung 1 rückgekoppelt. Die Steuerungseinrichtung 1 führt sämtliche Steuerungsfunktionen aus, beispielsweise Speicheradressener­ zeugung, Synchronisationssteuerung etc. Die Einrichtung 3 innerhalb der Steuerungseinrichtung 1 ist speziell für die Ablaufsteuerung des Dekompressionsalgorithmuses und die Ermittlung der Bewegungsvektoren vorgesehen.

In einer Filtereinrichtung 2 wird die Nachbearbeitung der in bezug auf die Bewegung decodierten Bilddaten durchgeführt. Die Nachbearbeitung kann eine Rauschreduktion, eine Flimmer­ befreiung und eine Nachbearbeitung von Dekompressionsartefak­ ten umfassen. Hierzu werden über die Leitung 11 die in der Steuerungseinrichtung 1 ermittelten Bewegungsvektoren an die Filtereinrichtung 2 übergeben. Die Bewegungsvektoren können andererseits bei zwischen den Einrichtung 1, 2 nicht synchron ablaufender Verarbeitung auch in der Speichereinrichtung 5 zwischengespeichert werden. Wichtig ist, daß die in der Steuerungseinrichtung 1 ermittelten Bewegungsvektoren in die Filtereinrichtung 2 übernommen werden, so daß sie dort nicht noch einmal neu ermittelt werden müssen. Desweiteren ist wichtig, daß die in der Filtereinrichtung 2 zu verarbeitenden Bilddaten aus der Speichereinrichtung 4 ausgelesen werden. Steuerungseinrichtung 1 und Filtereinrichtung 2 greifen also auf den gemeinsamen Speicher 4 (und gegebenenfalls 5) zu.

Die Filtereinrichtung 2 führt Interpolationsberechnungen aus. Solche Interpolationsberechnungen sind beispielsweise lineare Interpolationen, die zur Rekonstruktion der Bildpunkte gemäß der MPEG2-Decodierung auszuführen sind. Auf die derart ermit­ telten Bildpunkte wird dann eine Rauschreduktion ausgeführt, die wiederum eine lineare Interpolation beeinhaltet. Außerdem werden die im Halbbildspeicher 4 mit einer 50 Hz-Auflösung vorliegenden Halbbilder zur Flimmerbefreiung auf eine 100 Hz- Wiedergaberate aufwärtskonvertiert. Hierzu werden Interpola­ tionen durchgeführt, die aus den 50 Hz-Bildern Zwischenbilder erzeugen, so daß sich insgesamt eine 100 Hz-Bildfolge ergibt. Die Interpolationen können lineare Interpolationen oder nicht-lineare Interpolationen, zum Beispiel in Form von Medianfiltern sein. Wichtig ist, daß die Rekonstruktion der Bildpunkte, die Rauschreduktion und die Flimmerbefreiung auf die einmal aus dem Speicher 4 ausgelesenen Daten ohne weitere Speicherung von Zwischenbildern durchgeführt wird. Die Spei­ cherkapazität der Einrichtung 4 kann dadurch minimal gehalten werden. Am Anschluß 12 liegt nach der gesamten Verarbeitung eine 100 Hz-Bildfolge vor, deren Auflösung der eines qualita­ tiv hochwertigen Fernsehbilds entspricht und die rausch- und flimmerbefreit ist. Die Bildfolge kann nun nach einer gewöhn­ lichen Digital/Analog-Wandlung und Signalformung zur Ansteue­ rung eines Bildschirms verwendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Empfangen von Videosignalen, bei dem eine Folge von redundanzkodierten Eingangsbildern zuerst in bezug auf zwischen den Eingangsbildern vorliegende Bewegung dekodiert wird, indem bewegungsdekodierte Zwischenbilder erzeugt werden, und bei dem dann auf die bewegungsdekodierten Zwischenbilder eine Interpolation zur weiteren Redundanzdeko­ dierung und zu einer Flimmerbefreiung durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolation zur weiteren Redundanzdekodierung und zur Flimmerbefreiung auf ein selbes der Zwischenbilder angewandt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsdekodierung unter Verwendung von Bewegungsvekto­ ren durchgeführt wird und daß die Flimmerbefreiung unter Verwendung derselben Bewegungsvektoren durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsvektoren eingangsseitig empfangen werden oder aus der Folge der Eingangsbilder erzeugt werden.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch

• - eine Steuerungseinrichtung (1), durch die Bewegungsdekodie­ rung durchführbar ist und durch die bewegungsdekodierten Zwischenbilder erzeugbar sind,
• - eine Speichereinrichtung (4), die eingangsseitig mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist und in der die Zwi­ schenbilder gespeichert werden,
• - eine Interpolationseinrichtung (2), die eingangsseitig mit der Ausgangsseite der Speichereinrichtung verbunden ist und durch die eine Redundanzdekodierung und eine Flimmerbefrei­ ung durchführbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine weitere Speichereinrichtung (5), die eingangsseitig mit einem Ausgang der Steuerungseinrichtung (1) verbunden ist und in der Bewegungsvektoren gespeichert werden und die ausgangs­ seitig mit einem Eingang der Interpolationseinrichtung (2) verbunden.