DE19637138C1

DE19637138C1 - Erkennung von Filmbildwechseln in normgewandelten Videosignalen

Info

Publication number: DE19637138C1
Application number: DE1996137138
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Wischermann
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2016-09-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät mit einer Anordnung zur Erkennung von Filmbild wechseln. Die Erfindung betrifft auch die Anordnung als solche und auch ein Ver fahren zur Erkennung von Filmbildwechseln.

Bei der elektronischen Filmwiedergabe wird ein Filmbild auf zwei oder mehrere Teilbilder eines Videosignals abgebildet. In Ländern mit 50 Hz Bildwechselfrequenz wird ein Film mit 25 Bildern pro Sekunde abgespielt und aus jedem Filmbild zwei Halbbilder gebildet. In Ländern mit 60 Hz Bildwechselfrequenz hingegen wird der Film mit 24 Bildern pro Sekunde abgespielt und abwechselnd aus jeweils zwei bzw. drei aufeinanderfolgenden Halbbildern jeweils ein sogenanntes Phantombild abgelei tet und so in die Frequenz der Halbbilder eingefügt, daß das Videosignal insgesamt 60 Halbbilder pro Sekunde enthält. Bei der Verarbeitung von solchen normbild gewandelten Videosignalen kann sich das zusätzlich eingeschobene Phantombild als Störfaktor erweisen. Beispielsweise bei einer anschließenden Rauschreduktion würde jedes Phantombild die Wirkung der Rauschreduktion erheblich vermindern. Für die elektronische Nachbearbeitung von Videosignalen, die durch Abtastung von Film material hervorgegangen sind, ist es daher vielfach erforderlich, den Beginn eines neuen Filmbildes zu kennen.

Aus EP 0 473 322 A2 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Film-Videosignal umsetzung bekannt, bei der jedes erzeugte Phantombild im Videosignal gekenn zeichnet wird und so bei Abspielen des Videosignals diese Kennzeichen ausgewertet werden können. Eine Nachbearbeitung, welche die Phantombilder berücksichtigt, setzt jedoch solchermaßen gekennzeichnete Phantombilder voraus.

Aus GB 2,258,580 ist eine Vorrichtung zur Bewegungsdetektion bekannt, welche sich insbesondere für die Bewegungsdetektion in solchen Fernsehsignalen eignet, die durch Film-/Fernsehsignalkonvertierung mittels herkömmlicher 2-3-Pull-Down-Methode erhalten werden. Zur Bewegungsdetektion wird das Videosignal in drei aufeinanderfolgenden Verzögerungseinrichtungen jeweils um einen Bildrahmen verzögert. Ein erster Bewegungsdetektor vergleicht das unverzögerte mit dem um einen Bildrahmen verzögerten Bildsignal, ein zweiter Bewegungsdetektor das um einen Bildrahmen und das um zwei Bildrahmen verzögerte Videosignal und ein dritter Bewegungsdetektor das um zwei Bildrahmen und um drei Bildrahmen verzö gerte Videosignal. Das Ausgangssignal des ersten und des dritten Bewegungsdetek tors wird in einem UND-Gatter miteinander verknüpft und das Ausgangssignal des UND-Gatters ist mit dem Ausgangssignal des zweiten Bewegungsdetektors in einem ODER-Gatter verknüpft. Die bekannte Schaltungsanordnung dient aber nur zur Erzeugung eines verlässlichen Bewegungssignals in 2-3-Pull-Down-konvertiertem Filmmaterial. Eine Detektion, welche Bilder durch die 2-3-Pull-Down-Konvertierung eingefügt wurden, ist mit dieser Schaltungsanordnung nicht vorgesehen.

Des weiteren ist aus EP 0,637,027 A2 ein Verfahren zur Erkennung von Szenen wechseln in bewegten Bildern, die aus einer geordneten Sequenz aufeinanderfolgen der Einzelbilder zusammengesetzt sind, bekannt, bei der die Korrelationswerte eines jeden Einzelbildes mit einem korrespondierenden, vorhergehenden Einzelbild be stimmt werden. Unterschreitet der Korrelationswert einen bestimmten Schwellwert, so wird dies als Anzeichen für einen abrupten Szenenwechsel gewertet. Ein Hinweis auf eine 2-3-Pull-Down-Detektion ist dieser Schrift jedoch auch nicht zu entnehmen.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, Filmbildwechsel bzw. Phantombilder in einem Videosignal zu erkennen, ohne daß eine entsprechende Kennzeichnung der Filmbildwechsel bzw. Phantombilder im Videosignal enthalten sein muß.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß vorgesehen ist, das Videosignal hintereinander drei Verzögerungseinrichtungen zuzuführen, die Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtungen in einer logisch-arithmetischen Einheit zu vergleichen und ein Filbbildwechselsignal zu generieren, welches durch weitere Auswertung das Signal zur Kennzeichnung eines Phantombildes ergibt.

Die verzögerten Videosignale entsprechen dabei den Teilbildern eines aktuellen Teilbildes, eines dem aktuellen Teilbild vorangegangenem Teilbild und eines dem aktuellen Teilbild nachfolgenden Teilbildes. Auf diese Weise kann geprüft werden, ob das aktuelle Teilbild dem vorangegangenen oder dem nachfolgenden Teilbild ähnlicher ist. Bei Videosignalen mit Zeilensprungverfahren wird hierzu das aktuelle Teilbild mittels vertikaler Interpolation zunächst in das Abtastraster der beiden benachbarten Teilbilder überführt. Bei der Suche nach dem passenden Teilbild wird für alle Bildpunkte der Teilbilder geprüft, ob der Betrag der Vorwärts- oder der Rückwärtsteilbilddifferenz geringer ist. Dementsprechend wird ein Aufwärts/ Abwärts-Zähler, der zu Beginn eines Teilbildes auf Null gesetzt wurde, entweder inkrementiert oder dekrementiert. Aus der Polarität des Zählerstandes am Ende des Teilbildes ist zu erkennen, ob das vorangehende oder nachfolgende Teilbild die bessere Übereinstimmung liefert. Ein Filmbildwechsel kann nun daran erkannt werden, daß zunächst das vorangehende und ein Teilbild später das nachfolgende Teilbild die bessere Übereinstimmung liefert. Durch Auswertung der zeitlichen Abfolge der Filmbildwechsel können schließlich die Phantombilder detektiert werden.

Überraschenderweise funktioniert die Filmbildwechselerkennung auch dann einwand frei, wenn die Filmbilder unbewegt sind, also identischen Bildinhalt aufweisen, da jedes Filmbild ein unterschiedliches Filmkörnungsrauschmuster aufweist. Ein weite rer Vorteil dieser Filmbilderkennung ist die Unempfindlichkeit gegen überlagerte videofrequente Störungen, da diese sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rück wärtsdifferenz auftreten und sich somit kompensieren.

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbei spiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Blockschaltbild eines Videoeditierplatzes

Fig. 2 Blockschaltbild einer Anordnung zur Erkennung von Filmbildwechseln

Fig. 3 Alternative Auswerteschaltung

Fig. 1 zeigt einen Videoeditierplatz, bei dem ein aus einem Videorekorder 1 abge spieltes Videosignal einer Anordnung zur Erkennung von Filmbildwechseln 2 sowie einer Anordnung zur Rauschreduzierung 3 zugeführt ist. Im Anschluß an die Rauschreduzierung und Editierung, wobei die Anordnungen zum Editieren des Videosignals nicht dargestellt sind, wird das rauschreduzierte Signal in einem zwei ten Speichermedium 4, beispielsweise einem magnetischen Plattenspeicher, zwischengespeichert. Die Anordnung zur Erkennung von Filmbildwechseln 2 generiert bei jedem erkannten Filmbildwechsel ein Filmbildwechselsignal FC, welches dem Rauschreduzierer 3 zugeführt ist und die Einbeziehung der Phantombilder in die Rauschreduzierung unterdrückt.

Die Anordnung zur Erkennung von Filmbildwechseln 2 ist jedoch nicht nur auf Videoeditierplätze beschränkt, sondern kann beispielsweise auch in Normwandlern, Anordnungen zur Datenkompression usw. verwendet werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Anordnung zur Erkennung von Filmbild wechseln, bei dem ein in Halbbildern vorliegendes Videosignal x an einem Eingang 5 der Anordnung zur Erkennung von Filmbildwechseln zugeführt ist. Das Videoeingangssignal x wird in einer ersten Halbbildverzögerungseinrichtung 6 um ein Halbbild verzögert und ergibt ein erstes verzögertes Videosignal y_A. In einer Vollbildverzögerungseinrichtung 7 wird das erste verzögerte Videosignal y_A um ein Vollbild verzögert und ergibt ein zweites verzögerte Videosignal y_B. In einer zweiten Teilbildverzögerungseinrichtung 8 wird das zweite verzögerte Videosignal y_B um ein weiteres Halbbild verzögert und ergibt schließlich ein drittes verzögertes Videosignal z. In einem Interpolierer 9 wird aus dem ersten verzögerten Videosignal y_B und dem zweiten verzögerten Videosignal y_B ein interpoliertes Videosignal y erzeugt. Das interpolierte Teilbild y wird im folgenden als zentrales Teilbild y bezeichnet, weil es zum Videoeingangssignal x um die Dauer genau eines Vollbildes verzögert ist und dem dritten verzögerten Videosignal z um genau die Dauer eines Vollbildes voraneilt. Da das Videoeingangssignal x dem zentralen Videosignal y um genau ein Vollbild voreilt, wird es im folgenden als voreilendes Videosignal x und das dritte verzögerte Videosignal z, weil es dem zentralen Videosignal genau um ein Vollbild nacheilt als nacheilendes Videosignal z bezeichnet.

In einem ersten Differenzbildner 10 wird die Differenz zwischen voreilendem Videosignal x und dem zentralen Videosignal y und in einem zweiten Differenz bildner 11 die Differenz zwischen zentralem Videosignal y und dem nacheilendem Videosignal z gebildet. Die Differenz zwischen voreilendem Videosignal x und zentralem Videosignal y wird im folgenden als Vorwärtsdifferenz Δx und die Differenz zwischen zentralen Videosignal y und nacheilendem Videosignal z als Rückwärtsdifferenz Δz als bezeichnet.

Von beiden Differenzsignalen werden in Absolutwertbildnern 12 und 13 die Absolutwerte der Differenzsignale gebildet und in einem dritten Differenzbildner 14 die Signaldifferenz Δ zwischen den beiden absoluten Differenzsignalen gebildet. Der Ausgang des dritten Differenzbildners 14 ist einem Komparator 15 zugeführt. Das Ausgangssignal Δ des dritten Differenzbildners 14 ist positiv, wenn die Amplitude des Videosignals des zentralen Teilbildes y dem Videosignal des nacheilenden Videosignals z näher liegt als dem vorauseilenden Videosignal x. Der nachfolgende Komparator 15 erzeugt für Δ < 0 einen Aufwärtszählimpuls und für Δ < 0 einen Abwärtszählimpuls, welcher einem Zähler 16 zugeführt ist. Für den Fall, daß Vorwärtsdifferenzsignal Δx und Rückwärtsdifferenzsignal Δy gleich groß sind, wird der Zähler weder inkrementiert noch dekrementiert.

Eine nicht dargestellte Steuerschaltung erzeugt bei jedem Teilbild einen Vertikal impuls V, der das Vorzeichen sig des Zählers 16 in einen Vorzeichenspeicher 17 übernimmt und dann anschließend den Zählerstand des Zählers 16 auf 0 zurücksetzt. Der Inhalt des Vorzeichenspeichers 17 gibt bei positiver Polarität an, daß das voreilende Teilbild x besser mit dem zentralen Teilbild y zusammengepaßt hat als das nacheilende Teilbild z.

Wenn während eines Teilbildes an den Eingängen des zweiten Differenzbildners 11 das gleiche Filmbild ansteht, wird der Zähler 16 überwiegend aufwärts zählen. Da das Videosignal bei einem Film, der von 24 Filmbildern pro Sekunde auf ein 60 Hz Videosignal umgesetzt ist, eine 2/3-Sequenz aufweist, tritt bei jedem fünften Teilbild der Fall auf, daß den Ausgängen der ersten Halbbildverzögerungseinrichtung 11, dem Ausgang des Interpolators 9 und dem Ausgang der zweiten Halbbildver zögerungseinrichtung 13 gleiche Filmbilder bzw. präziser ausgedrückt gleiche Videosignale anliegen. Hier bleibt der Zähler am Ende der Vertikalperiode nahe bei 0 stehen. Das Vorzeichen kann dann sowohl positiv oder negativ sein. Ein Filmbild wechsel liegt jedoch immer dann vor, wenn das Ausgangssignal des Vorzeichen speichers 17 von 0 auf 1 wechselt. Aus dieser ansteigenden Flanke kann durch Differenzieren in einem Differenziator 18 ein Taktsignal geformt werden, welches einem Teiler 19 zugeführt ist. Das Ausgangssignal F₁ des Teilers 19 ist ein Rechteckimpuls, dessen Flanken den Beginn eines neuen Filmbildes signalisieren. Durch Verzögerung des Ausgangssignals F_N des Teilers 19 um zwei Teilbilder mittels eines zweiten und dritten D-Flipflops 20, 21 steht am Ausgang des dritten D-Flip-Flop 21 der um eine Vollbildperiode zurückliegende Wert F_N-1 des Ausgangs signal F_N des Teilers 19 an. Durch Verknüpfung des Ausgangssignals F_N des Teilers 19 und des Ausgangssignal F_N-1 des dritten D-Flip-Flops 21 in einem EXOR-Gatter 22 wird schließlich überprüft, ob das Ausgangssignal F_N des Teilers 19 gegenüber dem um eine Vollbildperiode zurückliegenden Wert F_N-1 des Ausgangssignal des Teilers 19 seinen Wert geändert hat. Ist dies der Fall, so wird ein Pull-Down-Impuls p erzeugt, welcher bei einer 2/3-Sequenz die Wiederholung eines Filmbildes innerhalb der 3-Sequenz signalisiert.

Eine alternative Auswerteschaltung zeigt die Fig. 3, bei der mit größerem Schal tungsaufwand die Relationen der Videosignale x, y und z zueinander ausgewertet werden. Zunächst werden in mit gleichen Bezugszeichen versehenen Verzögerungs einrichtungen 6, 7 und 8 Videosignale, die gegenüber dem Videoeingangssignal x um ein Teilbild, drei Teilbilder und vier Teilbilder verzögert sind, erzeugt. Diese Videosignale sind einer arithmetischen Einheit 23 zugeführt, in welcher die Auf wärts- und Abwärtszählimpulse für einen gleichermaßen nach Fig. 2 ausgestalteten Zähler 16 nach folgender Vorschrift erzeugt werden.

Ein Aufwärtszählimpuls UP wird dann erzeugt, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:

(z < x) ∧ (y_A+ y_B < x + z) ∨ (z < x) ∧ (y_A+ y_B < x + z)

Ein Abwärtszählimpuls DOWN wird erzeugt, wenn folgende Bedingung erfüllt ist:

( z < x) ∧ (y_A+ y_B < x + z) ∨ (z < x) ∧ (y_A+ y_B < x + z)

Die Summation der beiden verzögerten Teilbildsignale y_A und y_B entspricht hierbei der Interpolation.

Da maximal eine dieser beiden Bedingungen zur gleichen Zeit erfüllt ist, wird ent weder ein UP- oder ein DOWN-Impuls erzeugt. Trifft keine dieser beiden Bedin gungen zu, wird kein Zählimpuls erzeugt. Die Ausnutzung des Zählerstandes kann mit der gleichen wie in Fig. 2 beschriebenen Schaltungsanordnung (17-22) erfolgen.

Claims

1. Gerät zur Verarbeitung von Videosignalen mit einer Anordnung zur Signalisierung von Phantombildern in normgewandelten Videosignalen dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, das Videosignal (x) hintereinander drei Verzögerungseinrichtungen (6, 7, 8) zuzuführen, die Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtungen in einer logisch-arithmetischen Einheit (10, 11, 12, 13,14) zu vergleichen und ein Filbbildwechselsignal (sig) zu generieren, welches durch weitere Auswertung (18, 19, 20, 21) das Signal zur Kennzeichnung eines Phantombildes (p) ergibt.

2. Gerät zur Verarbeitung von Videosignalen mit einer Anordnung zur Signalisierung von Phantombildern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der logisch-arithmetischen Einheit vorgesehen ist, aus dem ersten Ausgangssignal (y_A) der ersten Verzögerungseinrichtung (6) und dem zweiten Ausgangssignal (y_B) der zweiten Verzögerungseinrichtung (7) ein interpoliertes Videosignal (y) zu bilden, und die Signaldifferenzen zwischen ersten Videosignal (x) und interpolierten Videosignal (y) und zwischen dem interpolierten Videosignal (y) und dem Ausgangssignal der dritten Verzögerungseinrichtung (8) miteinander zu vergleichen.

3. Gerät zur Verarbeitung von Videosignalen mit einer Anordnung zur Signalisierung von Phantombildern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, die Vergleichsergebnisse (UP, DOWN) mittels eines Zählers (16) auszuwerten.

4. Anordnung zur Signalisierung von Phantombildern in normgewandelten Videosignalen dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, das Videosignal(x) hintereinander drei Verzögerungseinrichtungen (6, 7, 8) zuzuführen, die Ausgangssignale der Verzögerungseinrichtungen in einer logisch-arithmetischen Einheit (10, 11, 12, 13,14) zu vergleichen und ein Filbbildwechselsignal (sig) zu generieren, welches durch weitere Auswertung (18, 19, 20, 21) das Signal zur Kennzeichnung eines Phantombildes (p) ergibt.

5. Anordnung zur Signalisierung von Phantombildern in normgewandelten Videosignalen nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß in der logisch-arithmetischen Einheit vorgesehen ist, aus dem ersten Ausgangssignal (y_A) der ersten Verzögerungseinrichtung (6) und dem zweiten Ausgangssignal (y_B) der zweiten Verzögerungseinrichtung (7) ein interpoliertes Videosignal (y) zu bilden, und die Signaldifferenzen zwischen ersten Videosignal (x) und interpolierten Videosignal (y) und zwischen dem interpolierten Videosignal (y) und dem Ausgangssignal der dritten Verzögerungseinrichtung (8) miteinander zu vergleichen.

6. Gerät zur Verarbeitung von Videosignalen mit einer Anordnung zur Signalisierung von Phantombildern nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, die Vergleichsergebnisse (UP, DOWN) mittels eines Zählers (16) auszuwerten.

7. Verfahren zur Signalisierung von Phantombildern in normgewandelten Videosignalen dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, zu einem Videosignal(x) verzögerte Videosignale zu vergleichen um einen Filbbildwechselsignal (sig) zu erkennen und durch Auswertung der Abfolge von erkannten Filmbildwechseln ein Signal zur Kennzeichnung eines Phantombildes (p) zu erzeugen.

8. Verfahren zur Signalisierung von Phantombildern in normgewandelten Videosignalen nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, aus den verzögerten Videosignalen ein interpoliertes Videosignal (y) zu bilden, und die Signaldifferenzen zwischen ersten Videosignal (x) und interpolierten Videosignal (y) und zwischen dem interpolierten Videosignal (y) und einem weiteren verzögerten Videosignal (z) miteinander zu vergleichen.

9. Verfahren zur Signalisierung von Phantombildern nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, die Vergleichsergebnisse (UP, DOWN) über jeweils die Dauer eines Filmbildes aufzusummieren und aus der zeitlciehn Abfolge der Vorzeichen der Summation das Signal zur Kennzeichnung von Phantombildern zu bestimmen.