DE19631034C2 - Verfahren zum automatischen Vergrößern eines Fernsehbildes und eine Schaltungsanordnung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Vergrößern eines Fernsehbildes, das im Letter Box-Verfahren im Format 4 : 3 empfangen und auf dem Bildschirm eines Fernsehgerätes mit einer Bildröhre mit 16 : 9-For­ mat dargestellt wird, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Fernsehbilder werden bekanntlich sowohl im 4 : 3- als auch 16 : 9-Format vom Sender an den Empfänger übertragen, dort empfangen, demoduliert und mit den bekannten Mitteln, wie Signalverarbeitung und Ablenkschaltung, auf dem Bildschirm einer Bildröhre zur Anzeige gebracht. Im Übertragungsfor­ mat 4 : 3 ist es darüber hinaus bekannt, gescannte Breitwandfilme mit redu­ zierter Zeilenzahl im Quasiformat 16 : 9 darzustellen.

Bei dieser Darstellungsart ist das Problem gegeben, daß beim Empfang eines im Letter Box-Verfahren im 4 : 3-Format empfangenen Bildes praktisch nur ein Teilbereich des 16 : 9-formatigen Bildschirms beschrieben wird und ober- und unterhalb des aktiven Bildes und auch seitlich von diesem schwarze Ränder entstehen. Auf dem Bildschirm, beispielsweise mit 70 cm- Format, wirkt das Bild darüber hinaus außerordentlich klein, so daß es nur in geringem Betrachtungsabstand vom Auge erfaßt werden kann.

Bei der Darstellung von normalen Fernsehbildern erfolgt eine Abtastung mit einer Bildwechselfrequenz von 50 Hz. Die Bilder werden im Interlace- Verfahren als jeweils zwei vorhandene Halbbilder übertragen, wobei ein Halbbild bei Bewegtbildern nie gleich dem nächsten ist. Das zweite Halbbild weist also gegenüber dem ersten in jedem Fall flächenmäßige oder auch partielle Bewegungsphasen auf. Wird hingegen ein Film mittels eines Abtasters abgetastet, der normalerweise mit einer Bildwechselfrequenz von 25 Bildern pro Sekunde wiedergegeben wird, so werden bei doppelter Abtastgeschwindigkeit jeweils zwei Bilder pro Bild abgetastet, die keine Bewegungsphasen aufweisen.

Aus der DE 40 39 307 A1 ist ein Verfahren zum automatischen Vergrößern eines Fernsehbildes, das im Letter Box-Verfahren im Format 4 : 3 empfangen und auf dem Bildschirm eines Fernsehgerätes mit einer Bildröhre mit 16 : 9 Format dargestellt wird, wobei das aktive Bild ein Format aufweist, das wesentlich kleiner als das Format des Bildschirms ist, bekannt.

Ferner ist es aus der Schrift bekannt, daß das Fernsehbild jeweils aus zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern mit übereinstimmenden oder voneinander abweichenden Bewegungsphasen besteht, und mit einem Bewegungs­ detektor zwei aufeinanderfolgende Halbbilder bezüglich vorhandener Bewegungsphasen detektiert und miteinander verglichen werden und im Falle übereinstimmender Bewegungsphasen der Bewegungsdetektor ein Steuersignal abgibt.

Außerdem ist es aus der DE 40 39 307 A1 bekannt, die Schwarzwerte des demodulierten Videosignals vor dem aktiven Bild und nach dem aktiven Bild zu detektieren.

Die Formatumschaltung wird hier nur im Zusammenhang mit der Schwarz­ werterkennung angesprochen. Das Signal des Bewegungsdetektors dient dazu eine Rauschunterdrückungsschaltung zu aktivieren.

Aus der WO 94/19905 ist ein Verfahren zum automatischen Vergrößern eines Fernsehbildes bekannt, wobei auf der Grundlage einer Schwarzwert­ erkennung und einer Gradientendetektion entschieden wird, ob eine Ver­ größerung erfolgen soll.

Aus der US 5 298 995 ist eine Vergrößerungsschaltung bekannt, die sich bei der Bildvergrößerung eines Bewegungsdetektors bedient (Fig. 1, Bezugs­ zeichen 4, "movement detection circuit"). Der Bewegungsdetektor beeinflußt dort die Leuchtdichteextraktionsschaltung und die Zeileninterpolations­ schaltung (Spalte 6, Zeilen 10 bis 17).

Weiterhin ist es aus der US 5 500 683 bekannt, für 4 : 3 Formate den Bildteil mit der höchsten Bewegung formatfüllend auf dem 16 : 9 Bildschirm darzu­ stellen (Fig. 4 sowie Spalte 4, Zeilen 26 bis 30).

Aus IEEE Transactions on Consumer Electronics, Band 42 (1996), Heft 2, Seiten 165 bis 174, ist ein integrierter Schaltkreis zur Erzeugung von 100 Hz- Bildern mit natürlicher Filmmode-Darstellung bekannt.

Es hat sich gezeigt, daß die reine Detektion mittels Bewegungsdetektoren im Falle des Nichtvorhandenseins von Kennsignalen nicht sicher genug ist, um eine Darstellung des Formats in gewünschter Weise zu erreichen. Vielmehr kann es zu Fehldetektionen und Umschaltungen kommen, die unerwünscht sind.

Ausgehend von dem dargestellten Problem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine automatisch arbeitende Schaltung anzu­ geben, die bewirken, daß immer dann, wenn Videosignale eines abgetaste­ ten Breitwandfilmes im 4 : 3-Format übertragen und empfangen werden, der Bildschirm voll ausgenutzt beschrieben wird, ohne daß dafür irgendwelche besonderen Signale zur Kennzeichnung des Darstellungsformats mit über­ tragen werden müssen. Ein weiteres Ziel ist es, die Formatumschaltung gesichert durchzuführen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch das im Anspruch 1 angege­ bene Verfahren sowie durch eine Schaltungsanordnung, wie sie im Anspruch 12 angegeben ist. Eine Verwendung ist im Anspruch 14 angegeben.

Vorteilhafte Verfahrensschritte sowie Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 im einzelnen angegeben, vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltung gemäß Anspruch 12 in dem abhängigen An­ spruch 13.

Nach der Lehre des erfinderischen Verfahrens wird davon ausgegangen, daß das Fernsehbild jeweils aus zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern und übereinstimmenden oder voneinander abweichenden Bewegungsphasen besteht, und das aktive Bild ein Format aufweist, das wesentlich kleiner als das Format des Bildschirms ist. Mit einem Bewegungsdetektor werden zwei aufeinanderfolgende Halbbilder bezüglich vorhandener Bewegungsphasen detektiert und miteinander verglichen. Im Falle übereinstimmender Bewegungsphasen gibt der Bewegungsdetektor ein Steuersignal an eine Vergrößerungsschaltung ab, mit der eine Änderung der Vertikal- und Horizontal-Parameter des Wiedergabesystems gesteuert werden kann, derart, daß der Bildschirm für die Darstellung in voller Größe herangezogen werden kann. Im Falle abweichender Bewegungsphasen wird ein Steuersignal generiert, das die Schaltung zur Änderung der Vertikal- und Horizontal-Parameter des Wiedergabesystems auf die Wiedergabe im Format 4 : 3 steuert. Die Schwarzwerte des demodulierten Videosignals werden detektiert und bei wesentlicher Übereinstimmung von Schwarzwertanteilen vor dem aktiven Bild und nach dem aktiven Bild und keinem Schwarzwert in Bildmitte wird ein Signal generiert. Die Vergrößerungsschaltung wird nur aktiviert, wenn das vom Bewegungsdetektor anliegende Signal und das vom Schwarzwertdetektor anliegende Signal vorhanden sind.

Wenn im aktiven Bildbereich nur ein Schwarzwert gemessen wird, der dem vor dem und dem nach dem aktiven Bildbereich im wesentlichen entspricht und sich über mehrere Meßproben nicht ändert, so ist das ein Indiz dafür, daß der gesamte Bildinhalt dunkel ist und damit keine Notwendigkeit besteht, das Bild in gewünschter Weise aufzuzoomen bzw. kein Kriterium gegeben ist, daß ein im Quasi-16 : 9-Format dargestelltes Bild auf dem vollen Bildschirm dargestellt werden soll. Diese Methode kann darüber hin­ aus durch weitere Prüfkriterien verfeinert werden, um eine höchstmögliche Entscheidungssicherheit beim Umschalten von der einen Formatdarstellung auf die andere und umgekehrt zu erreichen, wie dies in den Verfahrens­ schritten im Anspruch 2 ff. im einzelnen angegeben ist.

In der Annahme der Verarbeitung von digitalen Videosignalen eignet sich für die Umsetzung der Verfahren besonders eine Schaltungsanordnung, wie sie im Anspruch 12 angegeben ist. Selbstverständlich läßt sich ein Verfahren, wie es im Anspruch 9 angegeben ist, also unter Verwendung von analogen Halbbildern, in gleicher Weise schaltungstechnisch umsetzen. Es empfiehlt sich aber, in diesen Fällen das analoge Signal zunächst in ein digitales um­ zuwandeln, da die Signalverarbeitung wesentlich einfacher ist, als wenn für die Detektion der Schwarzwerte und der Speicherung Bildspeicher für ana­ loge Signale verwendet werden.

Im Anspruch 14 ist darüber hinaus eine besondere Verwendung des Verfah­ rens und der Schaltungsanordnung in Verbindung mit einer 100 Hz-Darstel­ lung angegeben. Es hat sich gezeigt, daß durch die Erfindung in Verbindung mit einem 100 Hz Bildwechselfrequenz aufweisenden Gerät, also einem sol­ chen, das flimmerfrei ist, die Vorteile der Flimmerfreiheit auf das gesamte Bild bezogen gewahrt sind und die Auflösung durch die vorgenommene Interpolation weniger zeilenstrukturiert wirkt bzw. beim Aufzoomen nicht gröber ist als bei der normalen 50 Hz-Darstellung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Schaltungsauszuges eines Fernsehempfangsgerätes ergänzend erläutert.

Die Schaltungsanordnung weist einen Eingang A auf, an dem ein Videosig­ nal mit 50 Hz Bildwechselfrequenz in digitalisierter Form anliegt. Der Ein­ gang A ist mit einem ersten Halbbildspeicher 1 gekoppelt, zu dem in Reihe ein zweiter Halbbildspeicher 2 geschaltet ist, und zwar über einen in dem integrierten Schaltkreis 3 enthaltenen Schalter. Wechselweise wird das erste oder zweite Halbbild jeweils in den ersten Halbbildspeicher 1 oder zweiten Halbbildspeicher 2 eingeschrieben. Die entsprechende Steuerung erfolgt über den integrierten Schaltkreis 3, der darüber hinaus auch einen Bewe­ gungsdetektor mit beinhaltet. Ein solcher integrierter Schaltkreis wird von der Firma Philips unter der Bezeichnung SAA 4991 für 100 Hz-Konvertierungen bei der Bilddarstellung angeboten. Je nach Darstellung bzw. Ausnutzung der Bandbreite im Chroma/Luma-Bereich weist der Verbindungsbus 8 bis 16 Verbindungsleitungen zwischen den entsprechenden Aus- und Eingängen bzw. zu den Eingängen hin auf.

Die Reihenschaltung ist durch die untere Verbindungsleitung und mit einem Pfeil gekennzeichnet, während die Verbindungsleitungen zwischen den bei­ den Halbbildspeichern und der integrierten Schaltung 3 durch zwei gegen­ sätzliche Pfeile markiert sind, um zu verdeutlichen, daß diese zum einen beschrieben und zum anderen auch ausgelesen werden und darüber die entsprechende Steuerfunktion ergeht. Ferner ist am Ausgang des ersten Speichers 1 ein Schwarzwertdetektor 4 angeschaltet, in dem ein digitaler Dezimalwert des Schwarzwertes festgelegt ist, also der Schwellenwert vor­ gegeben ist, ab dem das System erkennt, ob schwarz oder nicht schwarz gegeben ist. Im vorliegenden Fall sei angenommen, daß der real auszuwer­ tende Schwarzwert bei 12% grau liegt. Dies würde beispielsweise einer der Stufen ≦ 24 entsprechen. Durch die Auswerteschaltung 4 wird der Schwarz­ wert der Bildinformationen, die den Speicher 1 durchlaufen, erfaßt und von dem µProzessor 6 ausgewertet, und zwar in der Weise, daß die Schwarz­ werte oberhalb und unterhalb des aktiven Bildes erfaßt bzw. partiell einzelne Zeilen daraus ausgewertet werden sowie festgestellt wird, ob im aktiven Bildbereich keine Schwarzwerte vorhanden sind. Diese Auswertung erfolgt in Abhängigkeit von den durch den in dem Schaltkreis 3 integrierten Bewegungsdetektor erfaßten Bewegungsphasen. Die entsprechende Steue­ rung ist durch die beiden gegenläufigen Pfeile gekennzeichnet. Das System wird darüber hinaus von einer Synchronisationseinheit 5 gesteuert, die das gesamte Raster vorgibt, um den Zeilenanfang der jeweiligen Zeile eines Bil­ des und das Ende des Bildes sowie den gesamten Bildinhalt detektieren zu können.

Entsprechend der Entscheidung des µProzessors 6 werden nacheinander­ folgend die Halbbilder aus den Halbbildspeichern 1 und 2 für die Darstel­ lungsform, die ausgewählt wurde, ausgelesen und bei der Aktivierung des Zoom-Befehls durch die integrierte Schaltung 3 interpoliert in der Weise, daß aus den beiden Halbbildern eine neue Bildinformation entsteht, die auf dem gesamten Bildschirm dargestellt wird. Die Ablenkschaltungen sind hier nicht eingezeichnet. Es handelt sich dabei um übliche Ablenkschaltungen, wie sie in Fernsehempfängern mit 50 Hz- oder 100 Hz-Bildwechselfrequenz eingesetzt werden. Die Schaltung soll lediglich verdeutlichen, daß mit relativ einfachen Mitteln es möglich ist, Breitwandfilme, die abgetastet im 4 : 3-For­ mat übertragen werden, auf dem 16 : 9-Bildschirm unter Ausnutzung der Gesamtfläche des Bildschirms darstellen zu können.

Claims (14)

1. Verfahren zum automatischen Vergrößern eines Fernsehbildes, das im Letter Box-Verfahren im Format 4 : 3 empfangen und auf dem Bildschirm eines Fernsehgerätes mit einer Bildröhre mit 16 : 9 Format dargestellt wird, wobei

• 1. das Fernsehbild jeweils aus zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern mit übereinstimmenden oder voneinander abweichenden Bewegungsphasen besteht, und
• 2. das aktive Bild ein Format aufweist, das wesentlich kleiner als das Format des Bildschirms ist,
• 3. mit einem Bewegungsdetektor zwei aufeinanderfolgende Halbbilder bezüglich vorhandener Bewegungsphasen detektiert und miteinander verglichen werden,
• 4. im Falle übereinstimmender Bewegungsphasen der Bewegungsdetektor ein Steuersignal an eine Vergrößerungsschaltung abgibt, mit der eine Änderung der Vertikal- und Horizontal-Parameter des Wiedergabesystems gesteuert werden kann, derart, daß der Bildschirm für die Darstellung in voller Größe herangezogen werden kann,
• 5. im Falle abweichender Bewegungsphasen ein Steuersignal generiert wird, das die Schaltung zur Änderung der Vertikal- und Horizontal-Parameter des Wiedergabesystems auf die Wiedergabe im Format 4 : 3 steuert,
• 6. die Schwarzwerte des demodulierten Videosignals detektiert werden, und bei wesentlicher Übereinstimmung von Schwarzwertanteilen vor dem aktiven Bild und nach dem aktiven Bild und keinem Schwarzwert in Bildmitte ein Signal generiert wird, und
• 7. die Vergrößerungsschaltung nur aktiviert wird, wenn das vom Bewegungsdetektor anliegende Signal und das vom Schwarzwertdetektor anliegende Signal vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzli­ ches Schaltkriterium vor und nach dem aktiven Bild die als Schwarzflächen in Frage kommenden Flächen vom Bewegungsdetektor nach Bewegungs­ phasen detektiert werden und im Falle, daß keine Bewegungsphasen- Abweichung detektiert wird, ein Signal von dem Bewegungsdetektor abgegeben wird, das als zusätzliches Prüfkriterium zusätzlich mit den genannten weiteren Kriterien ausgewertet und erst bei Vorhandensein aller Signale die Vergrößerungsschaltung zur Änderung der Vertikal- und Horizontal-Parameter aktiviert wird.

3. Verfahren nach einem der Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwarzwertdetektion in einem solchen Bereich vorgenommen wird, in welchem keine weiteren Informationen des Senders enthalten sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus minde­ stens einer bestimmten Zeile vor und nach dem aktiven Bild nur jeweils ein Schwarzwert detektiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor beim Feststellen von Bewegungsphasen diese mit einem definierten Schwellenwert vergleicht und bei Überschreitung und durch Vergleich mit weiteren Bildpaaren das bewegungsabhängige Signal generiert.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle, daß mindestens eines der Auswertekriterien für die Umschal­ tung nicht vorhanden ist, eine Darstellung des Bildes im Format 4 : 3 erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Mes­ sungen auf Übereinstimmung aller Kriterien durchgeführt werden und in Ab­ hängigkeit von der Übereinstimmung mindestens zweier Meßproben je Kriterium die Steuerung der Schaltung erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Video­ signal ein Analogsignal ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Videosignal ein empfangenes digitales oder ein im Empfänger digitalisiertes Signal ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerungsschaltung einen Vertikalgenerator aufweist, der den Vertikalablenkstrom der Bildröhre in Abhängigkeit von dem generierten Steuersignal bzw. Steuersignalen verändert und gleichzeitig der Horizontalstrom ebenfalls derart erhöht wird, daß das aktive Bild auf der gesamten Höhe des Bildschirms angezeigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die darzustellenden Halbbilder in Halbbildspeichern gespeichert werden und daß im Falle der Generierung des Steuersignals bzw. der Steuersignale die Zeilenzahl eines jeden Halbbildes durch Interpolation auf die Zeilenzahl erhöht wird, die in vertikaler Richtung auf dem Bildschirm darstellbar ist, und daß in horizontaler Richtung die Zeilen und die interpolierten Zeilen in der Horizontalen derart interpoliert werden, daß die Horizontalbreite des Bildschirms für die Darstellung ausgenutzt wird.

12. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf­ einanderfolgenden Halbbilder eines digitalisierten Videosignals jeweils in einem ersten Halbbildspeicher (1) und in einem zweiten Halbbildspeicher (2) abgespeichert sind, daß mit den Speichern ein Bewegungsdetektor (3) verbunden ist, der die beiden Bilder (von Halbbild zu Halbbild) miteinander vergleicht und im Falle der Feststellung von Bewegungsphasen ein Schaltsignal an eine Auswertschaltung (4) abgibt, daß der Bewegungsdetektor ein zweites Signal in Abhängigkeit des Vergleichs der Bewegungsphasen oberhalb und unterhalb des aktiven Bildinhalts in den Speichern (1, 2) an die Auswerteschaltung abgibt, und daß die Auswertschaltung aus mindestens einem der Halbbildspeicher (1, 2) die Schwarzwerte der Zeilen oberhalb oder unterhalb des aktiven Bildes detektiert und in Abhängigkeit von den ermittelten Signalen eine Synchronisationseinheit (5) steuert, die die Darstellungskoordinaten definiert und das zeilenmäßige Auslesen der Zeilen aus den Halbbildspeichern und die Interpolation steuert.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor ein integrierter Schaltkreis mit den Eigenschaften eines integrierten Schaltkreises mit der Bezeichnung SAA 4991 von der Firma Philips ist.

14. Verfahren und Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren und die Schal­ tungsanordnung in einem Fernsehempfangsgerät mit einer Bildwechselfre­ quenz von 100 Hz angewendet werden.