DE19546956A1

DE19546956A1 - Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge

Info

Publication number: DE19546956A1
Application number: DE19546956A
Authority: DE
Inventors: Bruce J Penney
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 1996-06-20
Also published as: JPH08256354A; US5515112A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Farbkorrektur, und ins besondere eine Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge, um Chrominanzübergänge wiederherzustellen, nachdem sie durch einen Kanal von begrenzter Bandbreite verschlechtert wurden.

Bei typischen Fernseh-Videobildern sind Chrominanzübergänge von einer Farbe zur anderen auf Luminanzübergänge abgestimmt. Nachdem die Chrominanzübergänge einen Kanal von begrenzter Bandbreite, bei dem die Chrominanzbandbreite geringer als die Luminanzbandbreite ist, passiert haben, kann es sein, daß sie nicht länger auf die Luminanzübergänge abgestimmt sind. Durch den resultierenden Verlust von Chrominanzauflösung vermindert sich die Bildqualität und es entstehen Probleme beim sogenann ten Chroma-Keying, bei dem es auf Chrominanz-Detail zur Erzeu gung von Steuer- oder Schlüsselsignalen ankommt.

Bei einigen früheren Ansätzen zur Verbesserung der Chrominanz-Schärfe wurden Versteilerschaltungen verwendet, die die Über gänge schneller machen. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist je doch, daß selbst Übergänge, die langsam sein sollen, schneller gemacht werden. Daraus ergeben sich ungenaue Wiedergaben von Bild-Details.

Es wird daher eine Korrekturvorrichtung für Chrominanz-Über gänge gewünscht, bei der Chrominanz-Übergänge nach ihrer Ver schlechterung durch einen Kanal von begrenzter Bandbreite der art wiederhergestellt werden, daß sie auf Luminanz-Übergänge abgestimmt sind.

Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Korrek turvorrichtung für Chrominanzübergänge zur Verfügung, bei der die Chrominanz- und Luminanz-Komponentensignale, die ein Vi deobild darstellen, vom Zeitbereich in den Frequenzbereich um gewandelt werden und bei der die hoch- und niederfrequenten Anteile eines jeden Komponentensignals getrennt werden. Die entsprechenden niederfrequenten Chrominanzanteile werden je weils mit dem niederfrequenten Luminanzanteil kombiniert, um einen Korrekturkoeffizienten für jede Chrominanzkomponente zu erzeugen. Die Korrekturkoeffizienten werden mit dem hochfre quenten Luminanzanteil multipliziert, um korrigierte hochfre quente Chrominanzanteile zu erzeugen. Die korrigierten hoch frequenten Chrominanzanteile werden mit den entsprechenden niederfrequenten Chrominanzanteilen kombiniert, um korrigierte Chrominanzkomponenten zu erzeugen. Die Luminanzkomponente und die korrigierten Chrominanzkomponenten werden dann zur Anzeige oder Kodierung in ein zusammengesetztes Videobild in den Zeit bereich zurückkonvertiert.

Die Aufgaben, Vorteile und andere neuartigen Merkmale der vor liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detail lierten Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen zu lesen ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Blockschaltbilddarstellung einer Korrekturvor richtung für Chrominanzübergänge gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines beispielhaften Wellenformsignals mit Luminanzkomponente im Zeitbereich;

Fig. 3 eine graphische Darstellung eines entsprechenden Wellenformsignals mit Chrominanzkomponente im Zeit bereich;

Fig. 4 eine vergrößerte graphische Darstellung eines An teils aus Fig. 2;

Fig. 5 eine vergrößerte graphische Darstellung eines An teils aus Fig. 3;

Fig. 6 eine graphische Darstellung des Luminanzkomponenten signals aus Fig. 2 im Frequenzbereich;

Fig. 7 eine graphische Darstellung des Chrominanzkomponen tensignals aus Fig. 3 im Frequenzbereich;

Fig. 8 eine graphische Darstellung einer Tiefpaßfilter-Kenn linie;

Fig. 9 eine graphische Darstellung einer Hochpaßfilter-Kenn linie;

Fig. 10 eine graphische Darstellung des tiefpaßgefilterten Luminanzkomponentensignals im Frequenzbereich;

Fig. 11 eine graphische Darstellung des hochpaßgefilterten Luminanzkomponentensignals im Frequenzbereich;

Fig. 12 eine graphische Darstellung eines rekonstruierten Chrominanzkomponenten-Wellenformsignals im Zeitbe reich gemäß vorliegender Erfindung;

Fig. 13 eine graphische Darstellung eines Anteiles des re konstruierten Chrominanz-Wellenformsignals aus Fig. 12.

Wie in Fig. 1 gezeigt, liegen als Eingangssignale an einer Korrekturvorrichtung 10 für Chrominanzübergänge eine Luminanz komponente Y und zwei Chrominanzkomponenten P_b, P_r an, die ein Videobild darstellen. Die Luminanzkomponente ist ein Breit bandsignal, während die Chrominanzkomponenten bezüglich der Luminanzkomponente bandbreitenbegrenzt sind. Die Komponenten werden entsprechenden Zeit-Frequenzbereich-Umsetzern 12, 14, 16 eingegeben. Das Ausgangssignal des Zeit-Frequenzbereich-Um setzers 12 für Luminanz wird einem Paar von Filtern eingege ben, einem Tiefpaßfilter 12a und einem Hochpaßfilter 12b, die jeweils einen niederfrequenten Anteil Y_LF und einen hochfre quenten Anteil Y_HF der Luminanzkomponente bereitstellen. Eine ähnliche Filterung kann an den Ausgängen der Zeit-Frequenzbe reich-Umsetzer 14, 16 für Chrominanz vorgenommen werden, je doch werden nur die niederfrequenten Chrominanzkomponenten-Aus gangssignale verwendet. Wie wohlbekannt ist, kann eine Um setzung vom Zeit- in den Frequenzbereich mit einer diskreten Fourier-Transformation (DFT), einer diskreten Cosinus-Trans formation (DCT) oder einer anderen passenden Transformation durchgeführt werden. In einer typischen Anwendung kann die Luminanz Y eine Bandbreite von 4 MHz haben, während die Chro minanz P_b, P_r eine Bandbreite von 800 kHz haben kann. In diesem Fall bedeutet niedrige Frequenz LF unter 800 kHz und hohe Fre quenz HF 800 kHz bis 4 MHz. Der niederfrequente Luminanzanteil Y_LF wird einem Paar Korrekturkoeffizientenschaltungen 18, 20 eingegeben. Ein niederfrequenter Chrominanzanteil P_bLF wird einer der Korrekturkoeffizientenschaltungen 18 eingegeben, und der andere niederfrequente Chrominanzanteil P_rLF wird der ande ren Korrekturkoeffizientenschaltung 20 eingegeben, um ein Paar Korrekturkoeffizienten K_b, K_r gemäß den folgenden Gleichungen zu erzeugen:

K_b = P_bLF/Y_LF; K_r = P_rLF/Y_LF.

In diesem Beispiel können die Korrekturkoeffizientenschaltun gen 18, 20 Teilerschaltungen sein.

Das Paar Korrekturkoeffizienten wird zusammen mit dem hochfre quenten Luminanzanteil einem Paar Multiplizierern 22, 24 ein gegeben, um korrigierte hochfrequente Chrominanzanteile P_bHF, P_rHF zu erzeugen. Die hoch- und niederfrequenten Luminanzantei le und die niederfrequenten und korrigierten hochfrequenten Chrominanzanteile werden von Summierschaltungen 26a, 28a, 30a kombiniert und entsprechenden Frequenz-Zeitbereich-Umsetzern 26, 28, 30 eingegeben, um Luminanz- und Chrominanz-Ausgangs komponenten Y_out, P_bout′, P_rout zu erzeugen. Alternativ kann die Eingangs-Luminanzkomponente Y direkt als Ausgangs-Luminanzkom ponente verwendet werden, wie durch die gestrichelte Linie 32 gezeigt, wobei der Bedarf nach einem Frequenz-Zeitbereichs-Um setzer 26 für die Luminanz entfällt. Diese Ausgangs-Kompo nenten können angezeigt oder zur Bildung eines zusammengesetz ten Videosignals kodiert werden.

Zur Veranschaulichung des Betriebs der Korrekturvorrichtung 10 für Chrominanzübergänge werden Fast-Fourier-Transformations-Schal tungen (FFT) als Zeit-Frequenzbereich-Umsetzer 12, 14, 16 verwendet. Normalerweise ergibt eine FFT-Funktion ein komple xes Spektrum, in dem zwei Quadraturkomponenten, eine reelle und eine imaginäre, verarbeitet werden. Um jedoch dieses ver anschaulichende Beispiel zu vereinfachen, hat das zu verarbei tende Signal zeitsymmetrische Luminanz- und Chrominanzwellen formen, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, was bewirkt, daß die imaginären Komponenten Null sind, d. h. nicht verarbeitet wer den. Fig. 2 zeigt ein repräsentatives Luminanzsignal mit einem Übergang von 0 auf 1 Volt und einer Anstiegszeit von ca. 2 Taktzyklen. Das zugehörige Chrominanzsignal hat einen Übergang von -0,25 auf 0,25 Volt und eine Anstiegszeit, wie in Fig. 3 gezeigt, von ca. 8 Taktzyklen. Beide Wellenformen sind ver größert in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

Die Spektren dieser Luminanz- und Chrominanzsignale, die in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind, zeigen, daß die Luminanz- und Chrominanzsignale ähnliche spektrale Formen haben, aber daß dem Chrominanzspektrum die hochfrequenten Komponenten feh len. Insbesondere ist beim Luminanzspektrum zu beachten, daß spektrale Spitzen bis hin zu höheren Frequenzen existieren als für das entsprechende Chrominanzspektrum. In den Fig. 8 und 9 ist gezeigt, daß die Kennlinien der Filter 12a, 12b niederfre quente und hochfrequente Luminanzkomponenten ergeben, wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt, aus denen ein neues Chromi nanzsignal rekonstruiert werden soll. Das Niederfrequenzfilter 12a wählt den niederfrequenten Anteil des Luminanzsignals aus. Das Hochfrequenzfilter 12b wählt die hochfrequente Komponente des Luminanzsignals aus. Durch wahlweise vorhandene Niederfre quenzfilter 14a, 16a wird sichergestellt, daß die Chrominanz komponente in ihrer Bandbreite begrenzt ist, damit sie mit der Luminanz-Tiefpaßfilterung kompatibel ist. Da in diesem Bei spiel das Verhältnis von Chrominanzamplitude zu Luminanzampli tude 0,5 ist, d. h. die Ausgangssignale der Koeffizientenschal tungen 18, 20 jeweils 0,5 betragen, wird die hochfrequente Luminanzkomponente auf 0,5 skaliert, bevor sie durch die Sum mierschaltungen 28a, 30a an den Eingängen der Frequenz-Zeitbe reich-Umsetzer 28, 30 für Chrominanz zu den niederfrequenten Chrominanzkomponenten hinzuaddiert wird.

Die wahren niederfrequenten Chrominanzkomponenten von den Zeit-Frequenzbereichs-Umsetzern 14, 16 werden den neu synthe tisierten hochfrequenten Chrominanzkomponenten hinzuaddiert, um ein korrigiertes Chrominanzspektrum zu ergeben. Wenn man die inverse FFT des korrigierten Chrominanzspektrums nimmt, ergibt sich die korrigierte Chrominanzwellenform, wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt, zum Vergleich mit den Fig. 3 und 5.

Obwohl in diesem Beispiel eine zeitsymmetrische Wellenform verwendet wurde, um die Erläuterung einfacher zu machen, wer den in der wirklichen Anwendung beide Ausgangssignale der FFT verwendet. Alternativ könnte eine Transformation mit nur reel len Ausgangskomponenten, beispielsweise eine DCT, verwendet werden. Bei diesem veranschaulichenden Beispiel wurde auch eine Transformation von 256 Punkten verwendet, während bei wirklichen Anwendungen eine erheblich kleinere Transformation mit entsprechenden Fenstern verwendet wird. Des weiteren ist die Übergangs-Korrekturvorrichtung nicht aufhorizontale Über gänge beschränkt. Bei einigen Fernsehsystemen, beispielsweise PAL, kann die vertikale Chrominanz-Bandbreite verringert sein, was durch Anwenden der Übergangs-Korrekturvorrichtung auf ein vertikales Feld von Abtastpunkten korrigiert werden kann. Auch bei komprimierten Videosignalen, beispielsweise 4 : 2:0 MPEG, kann sowohl die horizontale als auch die vertikale Auflösung verringert sein, so daß die Korrekturvorrichtung für Übergänge sowohl auf ein vertikales als auch auf ein horizontales Feld von Abtastpunkten angewandt wird.

Somit stellt die vorliegende Erfindung eine Korrekturvorrich tung für Chrominanzübergänge zur Verfügung, bei der Chromi nanzübergänge wiederhergestellt werden, nachdem sie durch ei nen Kanal von begrenzter Bandbreite verschlechtert wurden, indem Korrekturkoeffizienten für die Chrominanzkomponente im Frequenzbereich aus den niederfrequenten Anteilen der Lumi nanz- und Chrominanzkomponenten bestimmt werden, wobei die Korrekturkoeffizienten und der hochfrequente Luminanzanteil dazu verwendet werden, korrigierte hochfrequente Chrominanz anteile zu erzeugen, und dann diese Komponenten in den Zeit bereich zurück konvertiert werden.

Claims

1. Korrekturvorrichtung (10) für Chrominanzübergänge, mit:
einer ersten Vorrichtung (12-16) zur Umwandlung einer Luminanzkomponente und zwei in ihrer Bandbreite begrenzte Chrominanzkomponenten, die ein Videobild darstellen, vom Zeit- in den Frequenzbereich, wobei die umgewandelte Lu minanzkomponente in einen hochfrequenten und einen nie derfrequenten Anteil aufgeteilt wird;
einer Vorrichtung (18, 20) zum Bestimmen eines Paares von Chrominanzkorrekturkoffizienten aus dem niederfrequenten Luminanzanteil und den umgewandelten Chrominanzkomponen ten;
einer Vorrichtung (22, 24) zum Erzeugen korrigierter hochfrequenter Chrominanzkomponenten aus den Korrekturko effizienten und dem hochfrequenten Luminanzanteil; und
einer zweiten Vorrichtung (26-30) zur Umsetzung der kon vertierten und korrigierten hochfrequenten Chrominanzkom ponenten in den Zeitbereich, um entsprechende Chrominanz-Aus gangskomponenten zu erzeugen, wobei die Chrominanz-Aus gangskomponenten bezüglich der Übergänge korrigiert sind.

2. Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Umset zungsvorrichtung folgendes umfaßt:
einen Zeit-Frequenzbereich-Umsetzer (12-16), ausgewählt aus der Gruppe, die aus einem Umsetzer auf der Basis ei ner Fast-Fourier-Transformation, einem Umsetzer auf der Basis einer diskreten Cosinus-Transformation und einem Umsetzer auf der Basis einer diskreten Fourier-Transfor mation besteht, ums die Luminanzkomponente in die umge setzte Luminanzkomponente umzusetzen; und
eine Vorrichtung (12a, 12b) zum Aufteilen der umgesetzten Luminanzkomponente in den hochfrequenten und den nieder frequenten Anteil.

3. Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungsvorrichtung eine Vorrichtung (18, 20) zum Teilen einer jeden umge setzten Chrominanzkomponente durch den niederfrequenten Anteil der umgesetzten Luminanzkomponente aufweist, um die Korrekturkoeffizienten zu erzeugen.

4. Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugungsvorrichtung eine Vorrichtung (22, 24) zum Multiplizieren des hochfre quenten Anteils der umgesetzten Luminanzkomponente mit den Korrekturkoeffizienten umfaßt, um die korrigierten hochfrequenten Chrominanzkomponenten zu erzeugen.

5. Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Umsetzungsvorrich tung folgendes umfaßt:
eine Vorrichtung (26a-30a) zum Kombinieren der korrigier ten hochfrequenten Chrominanzkomponenten mit den entspre chenden konvertierten Chrominanzkomponenten, um korri gierte Chrominanzkomponenten zu erzeugen; und
einen Frequenz-Zeitbereich-Umsetzer (26-30), ausgewählt aus der Gruppe, die aus einem Umsetzer auf der Basis ei ner inversen Fast-Fourier-Transformation, einem Umsetzer auf der Basis einer inversen diskreten Cosinus-Transfor mation und einem Umsetzer auf der Basis einer inversen diskreten Fourier-Transformation besteht, der mit der ersten Umsetzervorrichtung korrespondiert, um aus den korrigierten Chrominanzkomponenten die Chrominanz-Aus gangskomponenten zu erzeugen.

6. Korrekturvorrichtung für Chrominanzübergänge nach An spruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (14a, 16a) zur Tiefpaßfilterung der umgesetzten Chrominanzkom ponenten, damit sie mit dem niederfrequenten Anteil der konvertierten Luminanzkomponente korrespondieren, ehe sie der Bestimmungs- und der zweiten Umsetzervorrichtung ein gegeben werden.