DE19743206A1

DE19743206A1 - Bild-in-Bild-Prozessor

Info

Publication number: DE19743206A1
Application number: DE19743206A
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-08
Also published as: WO1999017546A1

Description

Es sind Bild-in-Bild-Prozessoren für Fernsehgeräte bekannt, die es gestatten, in ein bildschirmfüllend angezeigtes Bild ein zweites, kleineres Bild einzufügen. Dies gestattet es dem Zuschauer, neben dem bildschirmfüllend wiedergegebenen ersten Fernseh- oder Videoprogramm das Geschehen in einem zweiten Programm mitzuverfolgen, beispielsweise um rechtzeitig zu Be ginn einer erwarteten Sendung oder nach Ablauf eines Werbe blocks im zweiten Programm den Kanal wechseln zu können. Da bei läßt sich nicht vermeiden, daß der Zuschauer das Fehlen eines Teils des Bildes des ersten Programms als störend emp findet, und zwar um so mehr, je höher sein Interesse am er sten Programm ist.

Dem ließe sich zwar dadurch begegnen, daß man ein kleines Format für das eingeblendete Bild wählt, doch darf es wieder um nicht so klein werden, daß wichtige Details nicht mehr er kennbar sind oder das Bild der Aufmerksamkeit des Zuschauers ganz entgeht, weil er sich unwillkürlich auf das erste Pro gramm konzentriert.

Man erkennt, daß das optimale Format des eingeblendeten Bil des nicht eindeutig angegeben werden kann, sondern daß es von Faktoren wie etwa der Bildschirmgröße oder dem Verhältnis von Bildschirmgröße zum Abstand Zuschauer - Gerät oder sogar rein subjektiven Faktoren wie dem Grad des Interesses des Zuschau ers am einen oder anderen Programm abhängt.

Herkömmliche Bild-in-Bild-Prozessoren sind nicht in der Lage, diesem Problem Rechnung zu tragen. Um das einzublendende ver kleinerte Bild zu erzeugen, muß das entsprechende empfangene Bildsignal dezimiert werden, wobei das Dezimationsverhältnis durch das Größenverhältnis des eingeblendeten Bilds zum voll formatigen Bild bestimmt ist. Um Aliasstörungen im verklei nerten Bild zu vermeiden, ist es notwendig, das Bildsignal in Verbindung mit der Dezimation geeignet zu filtern, um Fre quenzen oberhalb der halben Abtastfrequenz des dezimierten Bilds hinreichend zu unterdrücken. Die für eine optimale Fil terung erforderlichen Filtercharakteristiken hängen ab vom Dezimationsfaktor bzw. von der Bildgröße. Da die Realisierung variierbarer Filtercharakteristiken in einem digitalen Dezi mationsfilter bislang technisch aufwendig war, hat man sich damit begnügt, sehr einfache Filter mit z. B. gleicher Gewich tung oder Filter mit einer festen und damit nicht veränderba ren Filtercharakteristik zu verwenden, die zwar für ein be stimmtes Dezimationsverhältnis des eingeblendeten Bildes gute Ergebnisse lieferten, bei denen jedoch bei abweichenden Dezi mationsverhältnissen entweder die Bildschärfe reduziert war oder Aliasstörungen nicht hinreichend unterdrückt wurden. Diese Filter liefern nur für eine einzige Größe des einge blendeten Bildes optimale Ergebnisse verwendbar.

Durch Hogenauer, "An Economical Class of Digital Filters for Decimation and Interpolation", IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing Bd. ASSP-29, 1981, S. 155 sind sogenannte CIC-Filter (Cascaded integrator-comb filter) bekannt gewor den. Diese werden empfohlen zur Datendezimation bei hohen De zimationsverhältnissen, bei denen das Antwortverhalten der Filter sich gut approximieren und theoretisch berechnen läßt.

Die Anwendung dieser Filter für Bild-im-Bild-Zwecke ist nicht erwähnt.

Aufgabe der Erfindung ist, einen Bild-in-Bild-Prozessor anzu geben, der für eine Mehrzahl von Größen des eingeblendeten Bildes bei unverändert guter Bildqualität verwendbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird gelöst durch einen Bild- in- Bild-Prozessor nach Anspruch 1.

Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen des er findungsgemäßen Bild-in-Bild-Prozessors.

Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf ein Ausführungs beispiel und zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Bild-im-Bild-Prozessors mit einem ein CIC-Filter enthaltenden Dezimations filter, und

Fig. 2 das Dezimationsfilter von Fig. 1 mit vorgeschaltetem Tiefpaß und nachgeschalteter Frequenzgangkorrek tureinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Bild-in-Bild-Prozessors. Dieser umfaßt zwei Eingänge 1, 2 für ein erstes und ein zweites Bildsignal, ein Dezimationsfilter 3, das an den ersten Eingang angeschlossen ist und hintereinander geschaltet zwei Integratorstufen 5, einen ersten Schalter 7 und zwei Subtrahierstufen 9 enthält, einen Bildspeicher 11, einen zweiten Schalter 13 sowie eine Steuerschaltung 15, die den Betrieb der Schalter 7, 13 und des Bildspeichers 11 in Abhängigkeit von Synchronisations signalen des ersten und zweiten Bildsignals und externen Si gnalen steuert.

Eine erste Integratorstufe 5 empfängt Bilddaten eines ersten Programms über den ersten Eingang mit einer Taktrate T. Sie umfaßt ein Register 4 und einen Addierer 6, der zu jedem emp fangenen Datenwert den Inhalt des Registers 4 hinzuaddiert. Das an den Ausgang des Addierers 6 angeschlossene Register 4 ist ein Schieberegister mit einem Speicherplatz, das mit dem Takt T des eintreffenden Signals getaktet ist und somit des sen Ausgabewert jeweils mit einer Taktperiode T Verzögerung an den Eingang des Addierers 6 ausgibt. Der Addierer 6 hat eine Wrap-Around-Arithmetik, die bei Überlauf von den größten zu den kleinsten darstellbaren Zahlen oder umgekehrt über springt. Die Übertragungsfunktion der Integratorstufe 5 ist

H_i(z) = 1/(1-z^-1).

Eine zweite, identisch aufgebaute Integratorstufe 5 ist mit der ersten in Reihe geschaltet. Andere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bild-in-Bild-Prozessors können hinsichtlich der Zahl der Integratorstufen 5 abweichen.

Die Integratoren 5 erzeugen aus einer Folge von Eingangsdaten a1, a2, . . . nacheinander die Folgen a1, a1 + a2, . . ., Σan, . . . und a1, 2a1 + a2, . . ., Σ(n+1-i)ai (i = 1, . . ., n), . . ., die als einfaches bzw. zweifaches Integral des Eingangssignals über die Zeit aufgefaßt werden können.

Der Schalter 7 wird von der Steuerschaltung 15 während eines von je M Takten geschlossen, die restliche Zeit ist er offen. So wird nur einer von je M Folgenwerten durchgelassen, die Daten also um den Faktor M dezimiert. Auf dem hinter dem Schalter 7 liegenden Bereich des Dezimationsfilters 3 ist die Taktperiode somit TM.

An den Schalter 7 schließen sich zwei Subrahierstufen 9 an. Diese enthalten wie die Integratorstufen 5 je einen Addierer 6 und ein Register 4, dessen Ausgang an einen ersten Eingang des Addierers 6 angeschlossen ist. Allerdings berücksichtigt der Addierer 6 der Subtrahierstufe 9 den an seinem ersten Eingang anliegenden Datenwert mit umgekehrtem Vorzeichen, und der Eingang des Registers 4 ist mit dem zweiten Eingang des Addierers 6 verbunden.

Das Register 4 der Subtrahierstufe 9 hat wie das der Integra torstufe 5 einen Speicherplatz. Da aber die Datenrate hinter dem Schalter 7 um den Faktor M verringert ist, genügt dieser eine Speicherplatz, um eine Verzögerung um M Taktperioden zu bewirken. Somit hat die einzelne Subtrahierstufe 9 die Über tragungsfunktion

H_k(z) = 1-z^-M.

Wie man leicht erkennt, führt eine Veränderung des Dezimati onsfaktors M automatisch zu einer Veränderung der Gesamtüber tragungsfunktion

H(z) = (H_k(z) H_i(z))² = (1-z^-M/1-z^-1)².

Anders als bei den herkömmlichen Dezimationsfiltern für Bild in-Bild-Prozessoren paßt sich die Übertragungsfunktion des Filters 3 automatisch veränderten Dezimationsfaktoren an und gestattet so eine bessere Unterdrückung von Aliasstörungen.

An den Ausgang der zweiten Kammstufe 9 ist ein Bildspeicher 11 angeschlossen. Dieser wird ebenfalls von der Zeitsteuer schaltung 15 kontrolliert und dient zum Puffern der dezimier ten Bilddaten sowie Synchronisieren mit dem Bild des über den Eingang 2 empfangenen zweiten Programms. Die Bilddaten des zweiten Programms und die vom Bildspeicher ausgegebenen dezi mierten Daten werden mit Hilfe eines ebenfalls von der Steu erschaltung 15 kontrollierten Schalters 13 zu einem Bild-in- Bild-Signal kombiniert. Zu diesem Zweck bestimmt die Steuer schaltung 15 die Phasenbeziehung zwischen den auf den Eingän gen 1 und 2 empfangenen Bildern. Wenn das Bild des ersten Programms z. B in die rechte untere Ecke des Bildschirms ein geblendet werden soll und der Dezimationsfaktor M = 2 beträgt, verbindet der Schalter 13 während der ersten Hälfte der Zei len des zweiten Bildes den Eingang 2 mit dem Ausgang. Während der zweiten Hälfte der Bildschirmzeilen ist der Schalter 13 jeweils in der ersten Hälfte der Zeilenperiode mit dem Ein gang 2 und in der zweiten mit dem Bildspeicher 11 verbunden. Gleichzeitig veranlaßt die Steuerschaltung 15 den Bildspei cher, während der Verbindungszeit die gepufferten Bildzeilen der Reihe nach mit der Taktrate T an den Schalter 11 auszuge ben.

Die Steuerschaltung kann so ausgelegt sein, daß sie die Schalter 7 und den Bildspeicher 11 entsprechend einem festen, vom Hersteller des Fernsehgeräts vorgegebenen Dezimationsver hältnis M betreibt. In diesem Fall läßt sich ein einheitli cher erfindungsgemäßer Bild-in-Bild-Prozessor vorteilhaft für Fernsehgeräte mit beliebigen Bildschirmgrößen und dementspre chend unterschiedlichen bevorzugten Größen des eingeblendeten Bildes einsetzen, ohne daß über die Auswahl des Dezimations verhältnisses hinaus irgendwelche Anpassungen am Dezimations filter erforderlich wären. Es ist aber auch ohne weiteres möglich, die Steuerschaltung so auszulegen, daß sie ein durch den Benutzer z. B in einem Bereich von 2 bis 5 frei wählbares Dezimationsverhältnis empfängt und Schalter und Bildspeicher entsprechend steuert.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf die im obigen Beispiel verwendete Zahl von je zwei Integrator- und Kammstufen 5, 9 beschränkt. Je nach Anforderungen an Aliasunterdrückung und andere dem Filterkonstrukteur geläufige Parameter kann eine abweichende Zahl von Stufen gewählt werden.

In Fig. 2 ist das Dezimationsfilter 3 von Fig. 1 eingangssei tig und ausgangsseitig erweitert. Am Eingang ist ein Tiefpaß 20 bzw. allgemein gesagt ein Prefilter angeordnet, welches ausgangsseitig an den Eingang des ersten Integrators 5 des CIC-Filters geschaltet ist. Am Ausgang der letzten Subtra hierstufe 9 des CIC-Filters ist eine Frequenzgangkorrek tureinrichtung 30 angekoppelt. Das CIC-Filter ist notwendig, um den für die Anpassung an die verschiedenen Bildgrößen des einzublendenden Bildes zu sorgen.

Das Dezimationsfilter bezieht sich erfindungsgemäß vorrangig auf die horizontale Dezimation; die vertikale Dezimation kann durch gewichtete Akkumulation der Zeilen erfolgen. Die gesam te Realisierung des Dezimationsfilters kann blockschaltmäßig so gestaltet sein wie in Fig. 2. Der Tiefpaß 20 dient zum Ausfiltern von Störungen und die ausgangsseitige Frequenz gangkorrektureinrichtung 30 zur Frequenzgangkorrektur.

Bezugszeichenliste

1

,

2

Eingänge

3

Dezimationsfilter

4

Register

5

Integratorstufen

6

Addierer

7

,

13

Schalter

9

Subtrahierstufen

11

Bildspeicher

15

Steuerschaltung

20

Tiefpaß

30

Frequenzgangkorrektureinrichtung

Claims

1. Bild-in-Bild-Prozessor mit zwei Eingängen (1, 2) für je ein Fernseh- oder Videobildsignal, einem Dezimationsfilter (3) zum Dezimieren der Daten eines ersten der zwei Bildsigna le und einem Schalter (13), der das zweite Bildsignal und das Ausgangssignal des Dezimationsfilters (3) empfängt und zu ei nem kombinierten Bildsignal zusammenfügt, in dem eine Teilfläche des zweiten Bilds durch ein verkleinertes erstes Bild ersetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dezimationsfilter (3) ein CIC-Filter aufweist.

2. Bild-in-Bild-Prozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das CIC-Filter (3) einen Dezimationsfaktor von größer gleich 2, ins besondere von 6 oder 8 hat.

3. Bild-in-Bild-Prozessor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dezi mationsfaktor umschaltbar ist.

4. Bild-in-Bild-Prozessor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ein richtung zum Auswählen des Dezimationsfaktors vorgesehen ist.

5. Bild-in-Bild-Prozessor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor das CIC-Filter ein Tiefpaß (20) und hinter das CIC-Filter eine Fre quenzgangkorrektureinrichtung (30) geschaltet ist.