DE19523438B4 - Verfahren zur Einblendung eines Hintergrund-Bildsignals in Teile eines Vordergrund-Bildsignals und Schaltung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Einblendung eines Hintergrund-Bildsignals in durch eine vorgegebene Stanzfarbe festgelegte Teile eines Vordergrund-Bildsignals, wobei Überblendungen zwischen den Bildsignalen in Übergangsbereichen in Abhängigkeit eines Steuersignals (k) und der Transformation von in den Übergangsbereichen im Vordergrund-Bildsignal auftretenden Zwischenfarben in neue Zwischenfarben, die einen Übergang von der Farbe des Vordergrund-Bildsignals zu der des Hintergrund-Bildsignals bilden, durchgeführt werden, wobei das Steuersignal (k) im Bereich der Stanzfarbe einen ersten Wert aufweist und an Übergangsgrenzen einen zweiten Wert erreicht, wobei die Übergangsgrenzen in der C_b/C_r-Farbebene durch zwei die Selektivität darstellenden Ursprungsgeraden gebildet werden, welche mit dem Vektor der Stanzfarbe (KC) je einen Winkel (α_L bzw. α_R) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die die Selektivität darstellenden Ursprungsgeraden (SEL_L bzw. SEL_R) durch Veränderung der Winkel (α_L bzw. α_R) innerhalb einer Bilddauer umschaltbar sind, und dass das Umschalten der Selektivität mittels eines Maskensignals erfolgt, das innerhalb einer Bildzeile schaltbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einblendung eines Hintergrund-Bildsignals in durch eine vorgegebene Stanzfarbe festgelegte Teile eines Vordergrund-Bildsignals, wobei Überblendungen zwischen den Bildsignalen in Übergangsbereichen in Abhängigkeit eines Steuersignals und der Transformation von in den Übergangsbereichen im Vordergrund-Bildsignal auftretenden Zwischenfarben in neue Zwischenfarben, die einen Übergang von der Farbe des Vordergrund-Bildsignals zu der des Hintergrund-Bildsignals bilden, durchgeführt werden, wobei das Steuersignal im Bereich der Stanzfarbe einen ersten Wert aufweist und an Übergangsgrenzen einen zweiten Wert erreicht, wobei die Übergangsgrenze in der C_b/C_r-Farbebene durch zwei die Selektivität darstellende Ursprungsgeraden gebildet wird, welche mit dem Vektor der Stanzfarbe je einen Winkel α_L bzw. α_R einschließen.
• Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 42 29 377 A1 bekannt. Das Verfahren kann dazu eingesetzt werden, die in den Stanzbereichen eines Misch-Bildsignals auftretende Stanzfarbe sowie Übergangsfarben, die zwischen dem Vordergrund-Bildsignal und der Stanzfarbe auftreten, zu entfernen und ggf. diese Bereiche durch ein Hintergrund-Bildsignal zu ersetzen. Problematisch ist dabei vor allem, die Übergangsfarben richtig als solche zu erkennen und entsprechend zu unterdrücken. Die Grenze, bis zu der aus dem Misch-Bildsignal Anteile der Stanzfarbe bzw. Übergangsfarben entfernt werden, wird durch Übergangsgrenzen gebildet, welche zwei Ursprungsgeraden sind. Sämtliche Farborte zwischen diesen Ursprungsgeraden und dem Farbort KC der Stanzfarbe werden als Stanzfarbe oder als Übergangsfarben angesehen. Ausschließlich in dem Bereich zwischen der Stanzfarbe und den Übergangsfarbgrenzen wird dem Mischbildsignal zur Erzeugung des Vordergrund-Bildsignals ein Anteil der Stanzfarbe entzogen. Die Ursprungsgeraden sind relativ zum Vektor der Stanzfarbe KC mit den Winkeln α_C der C_b/C_r-Farbebene angeordnet. Dieser Vektor verläuft dabei vom Ursprung der C_b/C_r-Farbebene zum Farbort KC der Stanzfarbe. Für ein naturgetreues Stanzergebnis ist es nun wichtig, nicht nur die Stanzfarbe KC selbst, sondern auch die Mischfarben, die beim Farbübergang nach Blau entstehen, angemessen zu stanzen, d.h. auch den Mischfarben in diesem Bildbereich ihren Anteil der Stanzfarbe zu entziehen.
• Wenn beispielsweise in einem Bild rote Vordergrund-Objekte vor einer Blauwand vorhanden sind, werden purpurne Mischfarben entstehen, welche angemessen gestanzt werden müssen, d.h. welche in andere Übergangsfarben zum neuen Hintergrund umgesetzt werden sollen. Ist nun aber gleichzeitig dieselbe Purpurfarbe auch als reine Vordergrundfarbe im Bild vorhanden, sollte diese in diesem Fall nicht gestanzt werden.
• Aus der DE 43 03 348 A1 ist bereits ein Verfahren zur Abtrennung des Vordergrund-Bildsignals aus einem Mischbildsignal bekannt, bei welchem mit nur einem einzigen Parameter, nämlich dem Winkel, der die Selektivität darstellenden Grenzgeraden eine ganze Grenzfarbart definiert, die gerade noch frei von der Stanzfarbe KC gelten soll und bezüglich derer Übergangsfarben erfaßt werden können. Damit ist das Stanzverhalten für alle Farborte der Farbebene C_b/C_r sehr schnell (pixelweise) veränderbar, ohne die Aufbauzeit bei der Berechnung einer Stanz-Tabelle für die gesamte Farbebene zu benötigen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß bestimmte Farben des Vordergrund-Bildsignals beim Farbstanzen anders behandelt werden als die gleichen Farben des Bildsignals im Übergangsbereich zur Stanzfarbe.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die die Selektivität darstellenden Ursprungsgeraden durch Veränderung der Winkel innerhalb einer Bilddauer umschaltbar sind, und dass das Umschalten der Selektivität mittels eines Maskensignals erfolgt, das innerhalb einer Bildzeile schaltbar ist.
• Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Stanzen des Bildsignals bzw. der Entzug der Stanzfarbe je nach Bildbereich mit unterschiedlicher Selektivität erfolgt, welche in einfacher Weise durch den Chromawinkel α beschrieben werden kann.
• Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Fernsehbildschirm-Darstellung eines Bildes zur Erläuterung unterschiedlicher Stanzbereiche sowie die zugehörige C_b/C_r-Farbebene mit den entsprechenden Ursprungsgeraden,
• 2 die C_b/C_r-Farbebene mit gedrehtem Koordinatensystem R/S,
• 3 ein Blockschaltbild zur Erzeugung des Steuersignals k nach einem bekannten Verfahren,
• 4 ein Blockschaltbild zur Erzeugung des Steuersignals k gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• Im Wiedergabebild gemäß 1a wird angenommen, daß gleichzeitig ein rotes und ein purpurfarbenes Objekt vor einer Blauwand mit den jeweiligen Übergangsfarben nach Blau existieren. Um nun sicherzustellen, daß die purpurfarbenen Rotübergänge im Haar der Person angemessen gestanzt werden, gleichzeitig aber diesselben Purpurfarben der Kleidung nicht beeinflußt werden, muß beispielsweise einem Gebiet um das rote Objekt (Haar) herum eine Selektivität des Winkels α_ROT zugeordnet werden, welches alle Bildpunkte mit Übergangsfarben umfaßt. Damit wird sichergestellt, daß rote Farben gerade nicht mehr, purpurne Übergangsfarben aber sehr wohl gestanzt werden. Dementsprechend muß einem Gebiet um das purpurfarbene Objekt (Kleidung) der Selektivitätswinkel α_PRP zugeordnet werden, so daß hier die Purpurfarben vom Stanzvorgang ausgenommen und nur Purpurübergänge nach Blau berücksichtigt werden, siehe dazu 1b.
• Der Selektivitätswinkel α_C ist immer der Chroma-Winkel der angrenzenden reinen Vordergrund-Farbe. Die Wahl der Selektivität hat im wesentlichen nur Bedeutung für die Übergangsfarben. Die jenseits der Ursprungsgeraden liegenden Vordergrundfarben bleiben jedenfalls ungestanzt. Unter der Voraussetzung, daß alle vorkommenden reinen Vordergrundfarben jenseits der Ursprungsgeraden liegen, bleibt ein Schalten der Selektivität innerhalb eines Vordergrund-Objektes unsichtbar. Ebenso bleibt ein Schalten der Selektivität innerhalb eines reinen Stanzfarbenbereiches unsichtbar, solange alle betroffenen Farben in der Nachbarschaft des Schaltvorgangs tatsächlich auf der Stanzfarbengeraden, d.h. der R-Achse, liegen. Vektorielle Distanzmessungen von Farborten auf dieser Geraden gegen die Ursprungsgerade finden in diesem Sonderfall alle gegen den Ursprung statt und bleiben damit unabhängig von dem Drehwinkel der Ursprungsgeraden. Durch das dynamische Umschalten der Selektivität innerhalb eines Bildes bzw. einer Bilddauer wird eine optimale Behandlung beider Farbübergänge gewährleistet.
• In 1c sind die beiden angenommenen, die Selektivität darstellenden Ursprungsgeraden SEL_p und SEL_R und ihr jeweiliger Winkel α_P und α_R bezüglich der Stanzfarbe KC in der C_b/C_r-Farbebene eingetragen. Im Normalfall muß selbstverständlich jederzeit auch noch ein rechtsdrehender Winkel α_C in der negativen Halbebene definiert sein, der hier aber der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde.
• Die in 2 dargestellte C_b/C_r-Komponenten-Farbebene ist in ein neues Koordinatensystem R/S gedreht, wobei die R-Achse in Richtung des Vektors der Stanzfarbe KC zeigt.
• Dieses R/S-Koordinatensystem ist besonders für die Bestimmung der vektoriellen KC-Distanzen geeignet. Die absolute vektorielle KC-Distanz D_P eines beliebigen Punktes P in der positiven Halbebene zur Selektivitäts-Geraden SEL_L läßt sich nach 2 folgendermaßen beschreiben:
  Die Distanz D_P ist die R-Koordinate R_P des Punktes P, verkürzt um die R-Koordinate R_SEL der Selektivitätsgeraden SEL_L bei dem S-Wert S_P des Punktes P; R_SEL ergibt sich über den Tangens des Winkels W_L (wobei W_L = 90 ° – α_L): DP = RP – RSEL = RP – SP·tan\WL) (1)
• Das Steuersignal k ist definiert als relative Distanz des Punktes P, also muß D_P noch relativiert werden auf die Maximaldistanz D_KC der Stanzfarbe selbst: k = DP/DKC = (RP – SP·tan(WL)/DKC (2)
• Die Bestimmung von k ist also relativ einfach: Neben der Abhängigkeit von den dynamischen Koordinaten R_P, S_P eines Bildpunktes P und der statischen Abhängigkeit von D_KC gibt es nur noch die variable bzw. schaltbare Abhängigkeit von der Selektivität über den Tangens des oben definierten Winkels tan(W_L). Der Winkel W_L ist in dem o.a. Zusammenhang dann durch den Parameter W_R zu ersetzen, wenn sich ein Farbpunkt in der negativen Schaltebene befindet, (wobei W_R = –90° – α_R).
• Damit nimmt das Steuersignal k mit fließendem Übergang Werte zwischen 1 und 0 an. Der Wert 1 des Steuersignals k wird erreicht, wenn der Vektor von D_P den gleichen Wert wie der Vektor D_KC hat. Dies ist dann der Fall, wenn ein beliebiger Punkt im Farbraum zu den Übergangsgrenzen den gleichen vektoriellen Abstand hat wie die Stanzfarbe KC. Dieser Punkt wird bei der Abtrennung des Vordergrund-Bildsignals voll unterdrückt, da dieser Punkt mit großer Wahrscheinlichkeit der Stanzfarbe KC zuzurechnen ist. Entsprechendes gilt für alle Bildpunkte mit Farborten auf der Geraden vom Ursprung der C_b/C_r-Farbebene bis zu der Stanzfarbe KC.
• Bildpunkten mit Farborten abseits dieser Geraden wird zwar ebenfalls ihr KC-Anteil entzogen, es bleiben aber restliche Farbkomponenten erhalten, welche auf den Übergangsgrenzen liegen. Mit Annäherung eines solchen Punktes an die Übergangsgrenzen SEL_L bzw. SEI_R wird der Wert D_P relativ zu dem Vektor D_KC immer kleiner, so daß auch das Steuersignal k einen immer kleineren Wert annimmt, der schließlich an den Grenzen SEL_L bzw. SEL_R den Wert 0 erreicht. In diesem Übergangsbereich werden also zunehmend immer kleinere Anteile der Stanzfarbe KC unterdrückt, so daß schließlich an den Grenzen SEL_R bzw. SEI_R bzw. jenseits dieser Grenzen keine Unterdrückung von Farbanteilen KC mehr eintritt.
• Eine Schaltung zur Durchführung dieser Gleichungsrechnung ist in 3 dargestellt. Einer Koordinaten-Transformationsschaltung 1 werden die Vordergrund-Chromasignale C_b und C_r zugeführt und einer Koordinatendrehung nach R/S unterworfen, so daß die Stanzfarbe KC danach auf der R-Koordinate angeordnet ist. Die in der Schaltung 1 erzeugten Koordinaten R bzw. S werden dann einerseits direkt bzw. über einen Multiplizierer 2 an Eingänge eines Addierers 3 geführt, wobei im Multiplizierer 2 das S-Signal mit einem negativen Tangenswert des Winkels W_L multipliziert wird. Am Ausgang des Addierers 3 ist dann das Distanzsignal D_p des Punktes P abnehmbar; dieses wird anschließend in einem weiteren Multiplizierer 4 mit dem Reziprokwert des Stanzfarbenbetrags D_KC multipliziert, so daß am Ausgang 5 des Multiplizierers 4 ein Steuersignal k gemäß obiger Gleichung (2) abnehmbar ist.
• Die in 4 dargestellte Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gleicht prinzipiell in der Hauptsignalverarbeitung der Schaltung nach 3, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der wesentliche Unterschied liegt in der Verarbeitung der Tangenswinkel-Signale von W_L und W_R mit Hilfe des Maskensignals SEL-MASK, d.h. der Maskierbarkeit der Selektivität und der Schaltbarkeit zwischen der linken und der rechten Selektivitäts- oder Ursprungsgeraden. Das Selektivitäts-Maskensignal wird generiert und ausgewählt wie bei bisherigen Stanz-Maskierungen üblich. Hier genügt jedoch ein 1-Bitsignal, dessen 0-Status beispielsweise dem Selektivitätssatz 0 entspricht (SEL_L und SEL_R0) und dessen 1-Status dem Selektivitässatz 1 entspricht (SEL_L1 und SEL_R1). Beide Sätze werden zunächst manuell oder durch automatischen Abgleich eingestellt und z.B. durch einen digitalen Signal-Prozessor 6 in Tangenswinkel umgerechnet und an seinen Ausgängen bereitgestellt. Aus den Speicher-Blöcken 7, 7' und 8, 8' sind dann diese Signale abrufbar, wobei schließlich der Statusdes Masken-Signals SEL-MASK darüber entscheidet, welcher von beiden Sätzen zur Zeit gültig ist. Dazu wird dieses Maskensignal dem Steuereingang eines Umschalters 9 zugeführt, der jeweils die Ausgänge der Blöcke 7, 8 bzw. 7', 8' mit den Ausgängen des Umschalters 9 verbindet. Diese Ausgänge sind an einen weiteren Umschalter 10 angeschlossen, welcher vom Vorzeichensignal der S-Koordinate geschaltet wird. Dabei wird vom Vorzeichen des S-Wertes des Punktes P (S_P) entschieden, ob die linksdrehende Selektivitätsgerade SEL_L oder die rechtsdrehende Selektivitätsgerade SEL_R des vorausgewählten Selektivitätssatzes angewendet wird, d.h. hierbei entscheidet die Tatsache, ob ein Bildpunkt sich in der positiven oder negativen Halbebene befindet.

Claims (8)

1. Verfahren zur Einblendung eines Hintergrund-Bildsignals in durch eine vorgegebene Stanzfarbe festgelegte Teile eines Vordergrund-Bildsignals, wobei Überblendungen zwischen den Bildsignalen in Übergangsbereichen in Abhängigkeit eines Steuersignals (k) und der Transformation von in den Übergangsbereichen im Vordergrund-Bildsignal auftretenden Zwischenfarben in neue Zwischenfarben, die einen Übergang von der Farbe des Vordergrund-Bildsignals zu der des Hintergrund-Bildsignals bilden, durchgeführt werden, wobei das Steuersignal (k) im Bereich der Stanzfarbe einen ersten Wert aufweist und an Übergangsgrenzen einen zweiten Wert erreicht, wobei die Übergangsgrenzen in der C_b/C_r-Farbebene durch zwei die Selektivität darstellenden Ursprungsgeraden gebildet werden, welche mit dem Vektor der Stanzfarbe (KC) je einen Winkel (α_L bzw. α_R) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die die Selektivität darstellenden Ursprungsgeraden (SEL_L bzw. SEL_R) durch Veränderung der Winkel (α_L bzw. α_R) innerhalb einer Bilddauer umschaltbar sind, und dass das Umschalten der Selektivität mittels eines Maskensignals erfolgt, das innerhalb einer Bildzeile schaltbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maskensignal ein 1-Bit-Signal ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle der Winkel (α_L und α_R) die zu diesen komplementären Winkel (W_L, W_R) zwischen Ursprungsgeraden und transformierten Koordinaten-Achsen (R, S) gemäß der Gleichung W_L = 90° – α_L und W_R = –90° – α_R für die Umschaltung benutzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Selektivitäts-Ursprungsgerade (SEL_L) mit dem Winkel (W_L) benutzt wird, wenn sich der zu verarbeitende Bildpunkt in der positiven Halbebene des R/S-Koordinatensystems befindet und dass die Selektivitäts-Ursprungsgerade (SEL_R) mit dem Winkel (W_R) benutzt wird, wenn sich der zu verarbeitende Bildpunkt in der negativen Halbebene des R/S-Koordinatensystems befindet.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal (k) nach der allgemeinen Gleichung k = DP/DKC = (RP – SP·tan(W))/DKC generiert wird, wobei W = W_L oder W_R ist.
6. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koordinaten-Transformationsschaltung (1) vorgesehen ist, welcher die Farbsignale (C_b, C_r) zugeführt werden und die am Ausgang die transformierten Koordinatensignale (R, S) abgibt, wobei sich der Farbort der Stanzfarbe (KC) auf der R-Achse befindet, dass ein Addierer (3) vorgesehen ist, dem einerseits das Koordinatensignal (R) und andererseits das mit dem negativen Tangenswert eines Winkels (W_R/L) multiplizierte Koordinatensignal (S) zugeführt werden, dass dessen Ausgang mit einem Eingang eines Multiplizierers (4) verbunden ist, an dessen anderem Eingang der Reziprokwert des Betrages des Stanzfarbenvektors (D_KC) anliegt, und dass am Ausgang (5) des Multiplizierers (4) das Steuersignal (k) abnehmbar ist.
7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die negativen Tangenswerte der Winkel (W_L bzw. W_R) mit Hilfe eines Signalprozessors (6) generiert und mittels des Maskensignals innerhalb einer Bilddauer durch einen Umschalter (9) umschaltbar sind.
8. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Umschalter (10) vorgesehen ist, welcher mit Hilfe des Vorzeichens des Koordinatens-Signals (S) steuerbar ist und entsprechend der Anordnung des zu verarbeitenden Bildpunktes in der C_b/C_r-Farbebene die Verbindung entweder zwischen dem jeweiligen Tangens des Winkels W_L oder dem des Winkels W_R und dem anderen Eingang des Multiplizierers (2) herstellt.