DE2250796C3

DE2250796C3 - Einrichtung zum Erfassen von sich bewegenden Bildbereichen in mittels codierter Videosignale erzeugten Bildern

Info

Publication number: DE2250796C3
Application number: DE2250796A
Authority: DE
Inventors: John Ormond New Shrewsbury N.J. Limb; William George Jackson N.J. Scholes
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1971-10-26
Filing date: 1972-10-17
Publication date: 1982-02-25
Also published as: FR2157927B1; US3716667A; JPS4852127A; DE2250796B2; FR2157927A1; SE376348B; IT975337B; DE2250796A1; GB1383066A

Description

- eine zweite Integrirrschalt .ng (103, 107) zum Erzeugen eines zweiten Integriersignals (118), dessen Betrag einem erwari Jen Rauschpegel des den Bildelementen des betrachteten Bildbereiches überlagerten Rauschens entspricht,

— eine mit den Integrierschaltungen (113,114; 103, 107) gekoppelte Differenzschaltung (116) zur Bildung eines Ausgangs-Differenzsignals (119) zwischen dem ersten (115) und zweiten (118) Integriersignal,

wobei zur Feststellung, ob ein ganz bestimmtes Bildelement zu einem sich bewegenden Bildbereich gehört, die Schwellwertschaltung (120) mit der Differenzschaltung(116) gekoppelt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die erste Integrierschaltung (113, 114) eine Einrichtung (114) zur Ermittlung des Absolutwertes der gewichteten Summe aller von Vollbild zu Vollbild auftretenden Änderungen der Bildelemente tines betrachteten Bildbereiches aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennleichnet, daß die zweite Integrierschaltung (103, 107) eine Einrichtung (103) zur Erzeugung des erwarteten Rauschpegels in Abhängigkeit von ledern Bildelement des betrachteten Bildbereichs lowie eine Einrichtung (107) zur Ermittlung der gewichteten Summe aller erwarteten, den Bildelementen des betrachteten Bildbereiches überlagerten Rauschpegel aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert der Schwellwertschaltung (120) von dem Ausgangs-Differenzsigtta! (119) der Differenzschaltung (116) steuerbar ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertschaltung (120) bei Einstellung eines höheren Schwellwertes durch die

Differenzschaltung (116) eine Anzeige dafür erzeugt, daß sich ein ganz bestimmtes Bildelement in einem sich bewegenden Bildbereich befindet und bei Einstellung eines niedrigeren Schwellwertes durch die Differenzschaltung (116) diese Anzeige löscht

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie aus der DE-OS 20 62 922 bekannt ist.

Bei bestimmten Femsehübertragungssystemen, wie beispielsweise Bildtelefor.anlagen oder Alarmanlagen mit Bewegungsmeldern, treten Änderungen des Bildinhaltes nur in begrenzten Bildbereichen auf, so daß die fortlaufende Übertragung der übrigen Bildbereiche überflüssig, d. h. redundant, ist

Eine Redundanzverringerung und damit eine kostengünstige Reduzierung der Bandbreite des Videoübertragungskanals wird bei einer bekannten Alarmanlage mit Bewegungsmeldern (DE-OS 19 63 117) dadurch erreicht, daß die Anzahl der je Vollbild übertragenen Bildinformationen auf ein solches Minimum verringert wird, bei dem relative Bewegungen gerade noch festgestellt werden können. Das bandbe^renzte. übertragene Videosignal v-ird empfängerseitig im Takt der Vollbildfrequenz auf jeweils einen von zwei Vollbildspeichern geschaltet und dort zwischengespeichert. Die momentan zwischengespeicherten beiden aufeinanderfolgenden Vollbilder werden miteinander verglichen, wobei ein etwaiger Unterschied der beiden Bildinhalte eine Alarmmeldung auslöst. Eine derartige Bandbegrenzung des übertragenen Videosignals führt jedoch zu einer entsprechenden Verschlechterung der Bildqualität, was zwar bei Alarmanlagen, nicht aber bei Bildtelefonanlagen hingenommen werden kann.

Eine andere bekannte Möglichkeit zur Redundanzverringerung bei der Videosignalüber'-ragung ohne den Nachteil einer Verschlechterung der Bildqualität (USPS 35 71505) besteht darip. zu Beginn der Übertragung sowohl sender- als auch empfängerseitig ein Vollbild in analoger Form zu speichern. Dieser gespeicherte Bildinhalt wird senderseitig mit dem Bildinhalt des darauffolgenden Vollbildes elementweise verglichen, wobei die Amplituden der abweichenden Bildelemente sowohl sender- als auch empfängerseitig an Stelle der bisher gespeicherten Amplituden gespeichert werden. Da dieses Anpassen des Speicherinhaltes von einer Bedingung, nämlich einer festgestellten Abweichung des Bildinhaltes, abhängig ist. werden derartige Einrichtungen gelegentlich als »Videosysteme mit bedingungsabhängiger Bestandsanpassung« bezeichnet. Der Nachteil solcher Videosysteme besieht darin, daß analoge Vollbildspeicher relativ leuer sind und daher für verbraucherorientierte Anwendungen, wie beispielsweise Bildtelefonanlagen, nur beding! in Betracht kommen.

Eine andere, gegenüber Videosystemen mit bedin gungsabhängiger Bestandsanpassung wesentlich billige re Möglichkeit zur Redundanzverringerung bei der Übertragung Von Videosignalen besteht in der sogenannten »Vorhersagecodierung« (DE-OS 20 62 922), bei der die in einem begrenzten Bereich einer Szene auftretende Bewegung eines Objektes in jeweils zwei aufeinanderfolgenden Vollbildern zur genauen Vorhersage des jeweils nachfolgenden Vollbildes benutzt wird. Hierzu wird von Vollbild zu Vollbild ein Schätzwert für

die Geschwindigkeit des Bewegungsbereiches gebildet und mit Hilfe dieser übertragenen Geschwindigkeitsinformation das jeweils nächste Vollbild vorhergesagt. Dieses vorhergesagte Vollbild stellt Element für Element eine Duplizierung des vorhergehenden Bildes dar, mit Ausnahme der Bildelemente in dem Bewegungsbereich, die durch eine Verlagerung von Elementen des vorhergehenden Rasters entsprechend der festgestellten Geschwindigkeit gewonnen werden. Zur Übertragung der Geschwindigkeitsinformation bedient man sich einer üblichen differentiellen Codierung, bei welcher die Helligkeitsdifferenzen zwischen benachbarten Bildelementen eines betrachteten Bildbereiches quantisiert und differenziert werden. Das bei der Quantisierung bzw. Analog/Digitalumsetzung der Amplitudenabweichung unvermsidlich entstehende Rauschen ist um so größer, je größer die Amplitudendifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Quantisierungsstufen ist. Da diese Rauschsignale unter Umständen eine in Wirklichkeit nicht vorhandene Objektbewegung vortäuschen können, muß bei der bekannten Vorhersagecodierung der Rauschpegel unter einem maxima'· zulässigen Wert gehalten werden. Eine Rauschverringerung, wie sie beispielsweise bei einer bekannten videogesteuerten Zielverfolgungseinrichtung (DE-OS 20 53 465) in der Weise vorgesehen ist, daß nach erfolgter Analog/ Digitalumsetzung Impulse kurzer Dauer unterdrückt werden, kommt bei der bekannten Vorhersagecodierung wegen der damit verbundenen Bildqualitätsverschlechterung nicht in Betracht. jo

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, bei einer Einrichtung der eingangs erwähnten Art eine gegenüber Rauschsignalen verfälschungssichere Bildübertragung mit hoher Bildqualität und geringer Redundanz zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Einrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüc' en.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden die unterschiedlichen Eigenschaften der durch die Objektbewegung einerseits und durch die Quantisierung der Helligkeitsdifferenzen zwischen benachbarten Bildelementen eines betrachteten Bildbereiches andererseits verursachter, Signaldifferenzen in aufeinanderfolgenden Vollbildern (nachstehend »Vollbild-zu-Vollbild-Differenzen« genannt) ausgenutzt. Die durch eine Objektbewegung verursachten Vollbild-zu-VoIlbild-Differenzen haben zwei wichtige Eigenschaften: (I) Sie sind räumlich m der Weise miteinander korreliert. daß eine Objektbewe_eung. die eine VolIbild-zu-Vollbild-Differenz bezüglich eines Raumpunktes hervorruft, mit großer Wahrscheinlichkeit auch eine Vollbild-zu-Vollbild-Differenz bezüglich der umliegenden Raumpunkte hervorruft, und (2) sie sind zeitlich miteinander korreliert. da eine Objektbewegung, die eine Vollbildzu-Vollbild-Differenz bezüglich eines Raumpunktes in einem Vollbild hervorruft, mit großer Wahrscheinlichkeit eine derartige Differenz bezüglich des gleichen Raumpunktes auch während nachfolgender Vollbilder hervorruft.

Die durch die Quantisierung der Helligkeitsdifferenien zwischen benachbarten Bildelementen verursachten Vollbild-zu-Vollbild-Differenzen haben drei wichtige Eigenschaften: (1) Sie sind räumlich unkorreliert, (2) sie sind vom Betrag der quatfiisierten Helligkeitsdifferenzen unabhängig, und (3) ihr Betrag ist proportional der Differenz der zugeordneten Quantisierungspegel bzw. -stufen.

Zur Ausnutzung dieser unterschiedlichen Eigenschaften werden bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Vollbild-zu-Vollbild-Differenzen bezüglich eines das gerade betrachtete Bildelement umfassenden Bildbereiches summiert, um ein erstes Integrationssignal zu erhalten. Die Amplitude dieses ersten Integrationssignals ist sowohl abhängig von den durch Objetkbewegungen verursachten VoIlbild-zu-Vollbild-Differenzen als auch von den durch den Quantisierungsvorgang verursachten VolIbild-zu-Vollbild-Differenzen. Des weiteren werden in A.bhängigkeit von den am Codiereingang anliegenden Helligkeitsdifferenzwerten sämtlicher Bildelemente des betrachteten Bildbereiches modifizierte Helligkeitsdifferenzsignale erzeugt, deren Beträge proportional der Differenz zwischen den jeweils zugeordneten Quantisierungspegeln ist. Die modifizierten Helligkeitsdifferenzsignale aller Raumpunkte des betrachteten Bildbereiches werden summiert. Das hieraus resultierende Integriersignal i« dem erwarteten, durch den Quantisierungsvorgang hei vorgerufenen Rauschpegel proportional. Durch Subtraktion aes zweiten Integriersignals von dem ersten Integrierügnal erhält man ein Signal, das ein gemitteltes Vo!Ibild-zu-Vollbild-üifferenzsignal ohne Quantisierungsrauschen darstellt. Auf diese Weise läßt sich eine verfälschungssichere Videosignalüber ragung mit hoher Bildqualität bei geringer Redundanz erzielen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 und 3 jeweils eine Hälfte eines detaillierten Blockschaltbildes der Einrichtung nach F i g. 1 und

Fig.4 ein Schema zur richtigen Zusammenfügung der Schaltbildhälf'.en gemäß F i g. 2 und 3.

Der folgenden Beschreibung soll als Videosignal ein genormtes Videosignal zugrunde gelegt werden, dessen Zeilen durch eine Horizontalaustastlücke und dessen Halbbilder durch eine Vertikalaustastlücke voneinander getrennt sind. Jedes Bildelement besitzt eine Wiederholungsfrequenz, die gleich der Vollbildfrequenz ist. Ein Vollbild setzt sich aus zwei Halbbildern nach dem Zeilensprungverfahren zusammen. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, daß die Erfindung auch auf ein Videosignal anwendbar ist. das sich aus der einfachen zeilensequentiellen Abtastung ergibt.

Digitale 4-Bit-Wörter stehen an der Sammelleitung 101 (Fig. I) an. von denen jedes einer Element-zu-EIement-Differenz zwischen angrenzenden Bildelementen in einem Videosignal entspricht. Diese Art von Meßsienalen ergibt sich aus dem Differentialkodierer mit Impulskodemodulation, der in dem obengenannten Artikel in The Bei! System Technical Journal. Band 50, Nr. 2. Februar 1971. beschrieben ist. Das einer Element-zu-Element-Differenz entsprechende Wort auf der Sammelleitung 101 wird an den Eingang eines vollbiidinternen Decoders 102 gekoppelt. Der vollbildinterne Dekoder 102 tastet das Elementzu-EIement-Differenzsignal ab und liefert ein 8-Bit-Videosignal auf der Sammelleitung 104. Dieser Dekoder kann so aufgebaut sein, wie in dem genannten Artikel in The Bell System Technical Journal angegeben ist.

Jedes digitale 8-Bil*Wort auf der Sammelleitung 104 wird an den Eingang eines Vollbildverzögerungsspeichers 105 und an einen Eingang einer Vergleicherschallung 106 angekoppelt. Nach einer Zeitverzögerung

gleich einem Videovollbild erscheint ein digitales 8-Bil-Worf an dem Ausgang des Vollbildverzögerungsspeichers 105 an der Sammelleitung 107. Jedes digitale Wort auf der Sammelleitung 107 wird an einen zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 106 gekoppelt (Fig. 1). Folglich werden der Vergleichsschaltung 106 zwei digitale 8-Bit-Wörter an ihren Eingängen zugeführt, von denen jedes die Videoamplitude für denselben Raumpunkt in dem räumlichen Punktformat des Videovollbildes darstellt. Die zwei digitalen 8-Bit-Wörter können in der Amplitude jedoch unterschiedlich sein, weil eine Bewegung in dem Bild von einem Videovollbild zu dem nächsten aufgetreten ist oder weil die Quantisierung bzw. Aufteilung in der Element-zu-Element-Differenzeinrichtung zu der Erzeugung von Quantisierungsrauschen geführt hat.

Die Einrichtung, wie sie bisher in der Figurenbeschreibung beschrieben wurde, ist an sich bekannt als

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uicf«. U₁IiIiIbIKUfIg, \si\. L/^jtafivjt^fi biifuo Hei fMrif ifinmrcir Videodekoders mit Bestandsergänzung ist, der mit einem Element-zu-Element-Differenzsignal an seinem Eingang arbeitet. Die Vollbild-zu-VolIbild-Differenzsignale auf der Sammelleitung 108 an dem Ausgang der Vergleichsschaltung 106 stellt bei Fehlen von Vollbildzu-Vollbild-Rauschsignalen lediglich Änderungen in den Bildelementamplituden dar. die sich aus einer Bewegung in der gerade betrachteter! Szene ergeben haben. Bei bekannten Einrichtungen werden diese Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsignale einfach gegen ein Schwellenwertniveau überprüft, und, wenn das Schwellenwertniveau überschritten wird, wird der neue Amplitudenwert auf der Sammelleitung 104 zu der Empfängerstation übertragen.

Jedes digitale Wort auf der Sammelleitung 108 wird an den Eingang eines Flankendetektors 109 gekoppelt, in dem es mit wenigstens einem Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsignal von einem Raumpunkt oberhalb des gerade betrachteten Punktes kombiniert wird. Wie noch beschrieben wird, wird sodann die Summe der Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsignale für diese Raumpunkte mit einem hohen Schwellenwert verglichen. Dieses Niveau ist in der Tat hoch genug, so daß ein Vollbild-zuVollbild-Differenzsignal, das sich aus einem Quantisierungsrauschen ergibt, sehr wahrscheinlich dieses Niveau nicht übersteigt Andererseits übersteigen viele Vollbild-zu-Vollbild-Differenzen. die durch eine Bewegung von Niederkontrastbereichen verursacht werden, ebenso unwahrscheinlich das hohe Schwellenwertniveau in dem Flankendetektor 109. Um sicherzustellen, daß eine unregelmäßige Rauschspitze auf einem individuellen BilcHement keinen Ausgang an dem Flankendetektor 109 gibt, weist dieser Detektor auch eine Einrichtung auf, um die Anzeige einer Bewegung bei einem Bildelement zu sperren, wenn die Bildelemente sowohl vor. als auch nach diesem Bildelement keine Anzeige einer Bewegung ergeben haben. Für die sich langsam bewegenden, einen hohen Kontrast aufweisenden Flanken erzeugt der Flankendetektor 109 jedoch einen logischen »1«-Ausgang auf der Leitung 110. der dann durch ein ODER-Gatter 111 an eine Ausgangsleitung 112 gekoppelt wird.

Jedes digitale Vollbild-zu-Vollbild-Wort auf der Sammelleitung 108 wird auch an den Eingang eines Raumintegraiors 113 gekoppelt Das Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsigna] für das gerade betrachtete Bildelement wird in dem Raumintegrator 113 mit den VoIlbild-zu-VoIlbild-Differenzsignalen für die Bildelemente sowohl vor als auch nach dem gerade betrachteten Bildelement und zusätzlich mit den Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsignalen für die Bildelemente in der vorangehenden Videozeile kombiniert. Diese Kombination ist einfach eine Summation der Vollbilddifferenzsignale für die Bildelemente in einem Bereich, der in grober Näherung um das gerade betrachtete Bildelement zentriert ist. Das in dem Raumintegrator 113 abgeleitete Resultat wird an den Eingang eines Absolutwertdetektors 114 gekoppelt, in

ίο dem das Vorzeichen des Resultates auf einen positiven Wert gebracht wird. Das Resultat wird dann über eine Leitung 115 an einen Eingang einer Subtraktionsschaltung 116 gekoppelt. Die Größe des auf der Leitung 115 erzeugten Signals ist selbstverständlich davon abhängig,

ob eine Bewegung in dem Bereich der Bildelemente aufgetreten ist oder nicht, die in dem Raumintegrator 113 verarbeitet werden. Da die durch eine Bewegung verursachten VolIbild-zu-Vollbild-Differenzsignale ge-

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2ö von Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsignal über dem Bereich der Raumelemente der Wert auf der Leitung 115 verbessert. Dennoch tragen Vollbild-zu-Vollbild-Differenzsignale, die als Ergebnis der Quantisierung in der Element-zu-Element-Differenzeinrichtung erzeugt wur-

den. ebenfalls dazu bei, den Wert des Signals auf der Leitung 115 zu modifizieren. Da diese Arten von Vollbild-zu-VolIbild-Differenzsignalen räumlich nicht korrelic/i sind, besteht in der Tat die Neigung, daß sie sich bei der Summation in dem Raumintegrator 113 gegenseitig aufheben.

Jedes Elementvu-Element-Differenzwort auf der Sammelleitung 101 wird auch an den Eingang eines eine Gewichtsbilligung durchführenden Generators 103 gekoppelt Für jedes Element-zu-Element-Differenzwort auf der Sammelleitung 101 gibt der Generator 103 einen positiven Wert an seinem Ausgang auf eine Sammelleitung 129 ab. der von dem Abstand zwischen dem Quantisierungsniveau, das durch das digitale Wort auf der Sammelleitung 101 dargestellt wird, und den angrenzenden Quantisierungsniveaus abhängt In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wo die Element-zuElement-Differenzeinrichtung mit Quantisierungsniveaus arbeitet, die gleich ± 2. 6. 14. 30.46. 62. 78 und 94 (von 256 möglichen Signalniveaus) ist. erzeugt der Generator 103 an seinem Ausgang Werte gleich 0.0,4.8. 8, 8. 8 bzw. 8. Für jedes der inneren Quantisierungsniveaus ist der Ausgang des Generators 103 folglich gleich null, und für jedes der äußeren Quantisierungsniveaus ist der Ausgang des Generators 103 näherungsweise gleich

so dem halben Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Quantisierungsniveaus. In einem gewissen Sinn liefert der Generator 103 ein Signal an seinem Ausgang auf der Sammelleitung 129, das das Rauschen nachahmt, welches für die VoIIbild-zu-VoIIbild-Differenzsignale auf der Leitung 108 erwartet wird.

Die Ausgangsniveaus auf der Sammelleitung 129 für jeden der gerade betrachteten Raumpunkte in dem Integrator 113 werden durch einen Summationsprozeß in dem Raumintegrator 117 verarbeitet, um ein Signal auf der Leitung 119 zu liefern, dessen Wert proportional zu dem erwarteten VolIbild-zu-VoIIbild-Differenzrauschen in dem gerade betrachteten Bereich ist Das Signal auf der Leitung 118 wird dann in der Subtraktionsschaltung 116 von dem Signal auf der Leitung 115 subtrahiert, um einen Wert auf der Leitung 119 zu erzeugen, der durch seine Amplitude ein

. mittleres VoIIbild-zu-VolIbild-Differenzsignal für den gerade betrachteten Bereich darstellt, wobei eine

Kompensation für das Vollbild-zu-Vollbild-Rauschen aufgrund der von den Details abhängenden Schwankungen durchgeführt wird.

Das Niveau dei, Signals auf der Leitung 119 ist eine sehr empfindliche Anzeige von räumlich korrelierten VolIbild-zu-Vollbild-Differenzen. Es ist verhältnismäßig unempfindlich gegen Quantisierüngsraüschen. Folglich könntj? ein nützlicher Bewegungsdetektor dadurch verwirklicht werden* daß lediglich das Niveau des Signals auf der Leitung 119 mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird. Wenn das Signal diesen Schwellenwert übersteigt, kann angenommen werden, daß eine Bewegung bei dem gerade betrachteten Bildelement auftritt. Diese Bewegungsanzeige könnte dann mit dem Ausgang des Flankendetektors 109 is kombiniert werden, um einen gut arbeitenden Bewegungsdelektor zu schaffen. Zur Verbesserung der Betriebsqualität wird trotzdem das Signal auf der

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tung mit einer Hysterese gekoppelt, die in den Zeichnungen als 120 dargestellt ist. Die letztere Schwellenwertschaltung 120 nimmt jedes Ampliludenmeßsignal auf der Leitung 119 auf und vergleicht es mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Für jede Amplitude auf der Leitung 119, die den Schwellenwert übersteigt, wird ein Votum für Bewegung in dem Bereich abgegeben. Diese Voten für eine Bewegung werden in der Schwellenwertschaltung 120 für die Bildelemente sowohl vor als auch nach dem Bildelement in der gerade betrachteten Zeile zusammengefaßt. Diese Gesamtwert wird zu den Voten für eine Bewegung addiert, die für Bildelemente in den Zeilen des vorhergehenden Halbbildes sowohl oberhalb als auch unterhalb der gerade betrachteten Zeile erzeugt wurden. Nur wenn dieser zusammengesetzte Gesamtwert von Voten von einem Bereich von Bildelementen einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, erzeugt die Schwellenwertschaltung 120 einen Ausgang über die Leitung 121 an den Eingang des ODER-Gatters 111.

Entweder der Ausgang von dem Flankendetektor 109 oder der Ausgang von der Schwellenwertschaltung 120 kann daher einen Ausgang auf der Leitung 112 erzeugen um anzuzeigen, daß das Auftreten einer Bewegung an dem gerade betrachteten Raumpunkt angenommen worden ist. Diese Bewegungsanzeige wird dann über die Leitung 122 in die Schwellenwertschaltung 120 zurückgekoppelt, um die Empfindlichkeit auf der Schwellenwertschaltung 120 gegenüber der Möglichkeit einer Bewegung in diesem Bereich während des nächsten Bildintervalls zu vergrößern. Der genaue Betrieb der Schwellenwertschaltung 120 wird aus der Beschreibung von F i g. 3 noch genauer ersichtlich.

Wie noch aus der Beschreibung der Fig.2 und 3 ersichtlich wird, ist eine Verzögerung in der Betriebsweise des Raumintegrators 113 und der eine Hysterese aufweisenden Schwellenwertschaltung 120 inhärent Daher ist das sogenannte »gerade betrachtete Bildelement« nicht tatsächlich auf der Sammelleitung 104 vorhanden, wenn eine Bestimmung, ob eine Bewegung aufgetreten ist oder nicht, auf der Leitung 112 durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird durch den Betrieb des Raumintegrators und der eine Hysterese aufweisenden Schwellenwertschaltung eine Verzögerung von einer Dauer von etwa zehn Büdelemenien eingeführt. Um die Biideiementampiitude zu liefern, der die Bewegungsanzeige auf der Leitung 112 entspricht, werden die digitalen Worte auf der Sammelleitung 104 an den Eingang der Verzögerungsschaltung 130 gekoppelt, die eine Verzögerung gleich der Zeitdauer zwischen zehn Bildelementen hat. Folglich hat jede Bildelementamplitude, die durch das digitale Wort auf der Sammelleitung 131 an dem Ausgang der Verzögerung 130 dargestellt wird, eine entsprechende Anzeige auf der Leitung 112 dahingehend, ob diese Bildelementamplitude zu einem Bewegungsbereich gehört oder nicht. In einem bedingungsabhängigen Kodierer mit Bestandsergänzung kann dieses logische Signal auf der Leitung 112 dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob die Bildelementamplitude auf der Sammelleitung 131 zu einem Übertragungskanal durchgelassen (torgesteuert) werden soll oder nicht.

In Fig. 2 wird jedes digitale Wort auf der Sammelleitung 108 (das eine Vollbild-zu-Vollbild-Differenz in den Bildelementamplituden darstellt, die denselben Raumpunkt in dem Video-Vollbild haben) an dsn Ei"**«"" vinsr Vsrzö"srui.*^T5!siitjn'* 202 und «" a**w% Eingang der Schieberegister 202 gekoppelt. Jeder Block, der als Schieberegister in F i g. 2 dargestellt ist, besteht tatsächlich aus einer Vielzahl von Schieberegistern, deren Zahl gleich der Zahl der Bits der an ihre Eingänge angekoppelten, digitalen Worte ist Jedes Schieberegister der Vielzahl von Schieberegistern ist so angekoppelt, daß es ein anderes Bit in dem digitalen Wort empfängt. Das Schieberegister 202 hat eine Kapazität, um acht nebeneinanderliegende Bildelementamplituden zu speichern. Jedes neue digitale Wort, das auf der Sammelleitung 108 dargeboten wird, wird in die Zelle des Schieberegisters 202 eingekoppelt. Die digitalen Worte, die in den Zellen vorhanden sind, werden jeweils zu eine." Zelle verschoben, die einen nur um eine Ziffer höheren Wert hat

Die Verzögerungsleitung 201 bewirkt eine Verzögerung an den digitalen Worten auf der Leitung 108, die gleich der Dauer eines Zeitintervalls von einer Video-Zeile ist Wenn daher eine Bildelementamplitude auf der Sammelleitung 108 ansteht, steht die Bildelementamplitude für das Bildelement, das in der vorhergehenden Video-Zeile direkt darüber liegt, auf der Sammelleitung 203 an dem Ausgang der Verzögerungsleitung 201 an. Dieses digitale Wort auf der Sammelleitung 203 wird in die Zelle 1 des Schieberegisters 204 eingekoppelt. Daher speichern die Schieberegister 202 und 204 die Bildelementamplituden für acht Bildelemente in je zwei angrenzenden Video-Zeilen in jedem Video-Halbbild.

Das digitale Wort, das in jeder der Zellen der Schieberegister 202 und 204 vorhanden ist, wird an einen Eingang einer Mittelwertschaltung 205 mit secuzehn Eingängen angekoppelt Die Mittelwertschaltung ist wie die folgenden Mittelwertschaltungen 207 und 224 tatsächlich aus einer Additionsschaltung, gefolgt von einer Divisionsschaltung, aufgebaut die die Summe aus der Additionsschaltung durch eine Konstante teilt die gleich der Zahl der Eingänge zu der Additionsschaltung ist Das resultierende Signal auf der Leitung 206 aus der Mittelwertschaltung 205 wird an den Eingang eines Absolutwertdetektors 114 angekoppelt der seinerseits den Absolutwert des Signals auf der Leitung 115 bildet Dieser Wert der auf der Leitung 115 ansteht ist daher gleich der absoluten Größe des Mittelwertes von allen Vollbild-zu-Vollbild-Differenzwerten für die Bildelemente in einem Bereich, der acht Biideieroente in jeder von zwei Video-Zeilen in dem Video-Halbbild umfaßt Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf eine spezielle Zahl von Bildelemen-

ίο

ten und Video-Zeilen beschränkt, wie es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt ist.

Die digitalen Worte, die in der Zelle 5 von jedem der Schieberegister 202 und 204 vorhanden sind, werden an die Eingänge einer Miltelwertschaltung 207 angekoppelt. Das resultierende Signal aus der Schaltung 207 wird über die Leitung 208 an einen Absolutwertdetektor 209 angekoppelt. Der auf der Leitung 210 resultierende Wert ist gleich düvh Absolutwert des Mittelwertes der Vollbild-zu-Vollbild-Differenzwerte für zwei Bildelemente, die in vertikaler Richtung in dem räumlichen Punktformat des Video-Halbbildes nebeneinander liegen. Die Bildelementamplitude in der Zelle 5 des Schieberegisters 202 entspricht dem gerade betrachteten Bildelement. Die Bildelementamplituden, die in den Zellen 6, 7 und 8 des Schieberegisters 202 gespeichert sind, entsprechen den Bildelementen. die dem gerade betrachteten Bildelement vorhergehen, während die Bildelementamplituden, die in den Zellen 1, 2, 3 und 4 gespeichert sind, den Bildelementen entsprechen, die dem gerade betrachteten Bildelement folgen.

Der auf der Leitung 210 anstehende Absolutwert wird an den Eingang einer Schwellenwertschaltung 301 (F i g. 3) gekoppelt. Wenn der Wert auf der Leitung 210 den Schwellenwert in der Schaltung 301 übersteigt, wird ein Erregungssignal gleich einer logischen »1« über die Leitung 302 in die Zelle 1 eines Schieberegisters 303 gekoppelt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wo die Video-Signalamplituden in einem Bereich von 256 Niveaus liegen können, ist der Schwellenwert für die Schaltung 301 auf einer Wert gleich 10 eingestellt. Dieses Niveau ist hoch genug, so daß es unwahrscheinlich ist, daß es durch Quantisierungsrauschen aberschritten wird, das möglicherweise während der Bildelemente erzeugt worden ist, die der Zelle 5 in jedem der Schieberegister 202 und 204 entsprechen. Daher ist der Schwellenwert der Schaltung 301 hoch genug, so daß er im allgemeinen nur bei einer sich langsam bewegenden, einen hohen Kontrast aufweisenden Flanke in dem Bild oder als Resultat einer Rauschspitze in einem der Bildelemente überschritten wird, die der Zelle 5 in jedem der Schieberegister 202 und 204 entspricht. Um solche logischen »1«-Signale zu eliminieren, die auf der Leitung 302 als Resultat einer isolierten Rauschspitze vorhanden sind, werden die auf der Leitung 302 anstehenden Niveaus in eine isolierte Punkte zurückweisende Schaltung eingekoppelt, die aus einem Schieberegister 303. einem UND-Gatter 304 und einem UND-Gatter 305 besteht. Das Schieberegister 303 wird mit einem Taktimpuls mit einer Frequenz betätigt, die gleich der Frequenz ist, bei der die Element-Differenz-Kodes auf der Sammelleitung 101 erzeugt werden. Da das Schieberegister 303 eine Kapazität von sieben Zellen hat, speichert es die logischen Zustände, die auf der Leitung 302 erzeugt werden, während sieben angrenzenden Bildelementen. Wenn eine logische »1« an der Zelle 5 des Schieberegisters 303 ansteht, wird sie durch das UND-Gatter 305 gegeben, um ein Erregungssignal auf der Leitung 101 unter der Bedingung zu erzeugen, daß kein Erregungssignal gleichzeitig auf dem Sperreingang des UND-Gatters 305 ansteht Jede der Zellen 3, 4, 6 und 7 des Schieberegisters 303 ist mit einem Sperreingang des UND-Gatters 304 gekoppelt, dessen Ausgang wiederum mit dem Sperreingang des UND-Gatters 305 verbunden ist Wenn daher jede dtr Zeiien 3, 4, 6 und 7 eine logische »0« enthält, wird die logische »I« an der Zelle 5 durch die Torschaltung 305 gesperrt, so daß kein Erregungssignal auf der Leitung 110 erzeugt wird. Die Situation, wenn das Erregungssignal in der Ze[Ie 5 daran gehindert wird, ein Erregungssignal auf der Leitung 110 zu erzeugen, entspricht dem Fall, wo eine isolierte Rauschspitze eine Vollbild-zu-Vollbild-Differenz in dem Bildelement erzeugt haben kann, dem die Zelle 5 entspricht. In dieser Situation haben, da die V*llbild-zu-Vollbild-Differenz nicht durch eine Bewegung erzeugt wurde, die den Zellen 3, 4, 6 und 7 entsprechenden Bildelemente keine

ίο Vollbild-zu-VoIlbild-Differenzwerte mit genügender Größe erzeugt, um den Schwellenwert in der Schaltung 301 zu überschreiten. Hier wird wiederum wie in den Schieberegistern 202 und 204 eine Verzögerung von etwa fünf Bildelementen zwischen dem gerade interessierenden logischen Signal auf der Leitung 302 und seinem entsprechenden Ausgangssignal auf der Leitung UO eingeführt. Wie noch deutlich wird, führt der Rest der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung ebenfalls eine Verzögerung von etwa gleich fünf Bildelementen zwischen dem Absolutwertdetektor 114 und dem entsprechenden Ausgangssignal auf der Leitung 121 ein.

Wie im Zusammenhang mit F i g. 1 erläutert wurde,

wird jeder auf der Sammelleitung 101 anstehende Elementdifferenzkode an den Eingang eines eine Gewichtsbilligung durchführenden Generators 103 angekoppelt. In Abhängigkeit von jedem dieser Elementdifferenzkodes erzeugt der Generator 103 einen Wert von entweder 0,4 oder 8 an seinem Ausgang auf der Sammelleitung 129. Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, hängt der spezielle Wert, der abgegeben wird, von dem Elementdifferenzkode auf der Sammelleitung 101 ab. Jeder auf der Sammelleitung 129 anstehende Wert wird an den Eingang einer Verzögerungsleitung 220 und von dort in die Zelle 1 des Schieberegisters 221 gegeben. Nach einer Verzögerung gleich der Dauer von einer Videozeile wird der in die Zeilenverzögerung 220 eingegebene Wert über die Sammelleitung 222 in die Zelle 1 des Schieberegisters 223 gegeben. Jedes der Schieberegister 221 und 223 besteht tatsächlich aus zwei Schieberegistern, von denen jedes ein Bit eines an seinem Eingang anstehenden, digitalen 2-Bit-Wortes speichert. Durch die Speicherung von acht digitalen Worten in jedem der Schieberegister 221 und 223 werden die Werte, die von dem Generator 103 während der Bildelemente erzeugt werden, die den in den Schieberegistern 202 und 204 gespeicherten Vollbilddifferenzen entsprechen, in den Schieberegistern 221 und 223 gespeichert. Die in jeder der Zellen der Schieberegister 221 und 223 gespeicherten Werte werden an einen Eingang einer Mitteiwertschaltung 224 gekoppelt. Das resultierende Signal auf der Leitung 118 von dem Ausgang der Mittelwertschaltung 224 stellt einen Mittelwert für das Quantisierungsrauschen dar, welches Vollbild-zu- VoIIbild-Differenzsig- nale in dem gerade betrachteten Bereich von Bildelementen hätte zur Folge haben können. Durch Subtraktion dieses Wertes auf der Leitung 118 von dem Wert auf der Leitung 115 erzeugt die Subtraktionsschaltung 116 einen Wert auf der Leitung 119. der verhältnismäßig unempfindlich gegen Quantisierungsrauschen ist Wie bereits erwähnt wurde, könnte dieser Wert auf der Leitung 119 einfach gegen ein Schwellenwertniveau geprüft werden, das niedriger als das der Schaltung 301 ist und jegliche sich daraus ergebenden Er-egungssignale könnten als Anzeige dafür genommen werden, daß eine Bewegung in dem gerade betrachteten Bereich stattgefunden hat Um den Wirkungsgrad im Betrieb zu erhöhen, arbeitet jedoch die in Fig.3

gezeigte durch die Bezugszahlen 3-10 bis 329 bezeichnete Einrichtung wie oben im Zusammenhang mit der eine Hysterese aufweisenden Schwellenwertschaltung 120 beschrieben wurde.

Das Signal auf der Leitung 119 wird duroh die Schwellenwertschaltungen 310 und 311 in zwei binäre Funktionen umgesetzt. Wenn das Signal auf der Leitung 119 das vorbestimmte Schwellenwertniveau der Schaltung 311 übersteigt, wird ein Erregungssignal gleich einem logischen »1«-Signal auf der Leitung 312 an dem Eingang eines Schieberegisters 313 erzeugt. Wenn das Signal auf der Leitung 119 das Schwellenwertniveau der Schaltung 310 übersteigt, wird auf ähnliche Weise ein Erregungssignal auf der Leitung 314 an dem Eingang eines Schieberegisters 315 erzeugt. Die Schwellenwertniveaus der Schaltungen 311 und 310, die in den Zeichnungen als S3 und B2 respektive bezeichnet sind, werden in dem vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel so eingestellt, daß fli größer als 52 ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wo das Videosignal eines von 256 Niveaus annehmen kann, wird B3 auf ein Schwellenwertniveau von 4 und 52 auf ein Schwellenwerlniveau von 2 eingestellt. Die Schieberegister 313 und 315 werden wie das Schieberegister 303 mit einem Taktsignal der Bildelementfrequenz angesteuert.

Die logischen Zustände, die auf der Leitung 312 während acht Bildelementen erzeugt werden, werden in dem Schieberegister 313 gespeichert. Jede in dem Schieberegister 313 gespeicherte, logische »1« stellt ein Votum zugunsten einer Anzeige dar, daß in dem Bereich eine Bewegung stattgefunden hat, der die acht Bildelemente entsprechend den Zellen in dem Schieberegister 313 einschließt. Alle acht Zellen in dem Schieberegister 313 werden an die Eingänge einer Summationsschaltung 316 gekoppelt. In einer ähnlichen Weise werden Voten für eine Bewegung gefällt, während die Bildelemente in den Zeilen des vorhergehenden Halbbildes (oberhalb und unterhalb der gerade in dem Schieberegister 313 betrachteten Zeile) in Schieberegistern 317 bzw. 318 gespeichert werden, wie noch beschrieben wird. Die in den Zellen der Schieberegister 317 und 318 gespeicherten Erregungssignale werden in Summationsschaltungen 319 bzw. 320 summiert Die an dem Ausgang jeder der Summationsschaltungen 316,319 und 320 erzeugten Summensignale werden in einer letzten Summationsschaltung 321 addiert, um eine Gesamtsummation der Voten auf der Leitung 322 für einen Bereich von Bildelementen zu erzeugen, der in grober Näherung um das Bildelement zentriert ist, welches der Zelle 5 in dem Schieberegister 313 entspricht.

Wenn das Signal auf der Leitung 322 anzeigt, daß neun oder mehr der vierundzwanzig Zellen in den Schieberegistern 313, 3l7 und 318 logische »1«-Signaie speichern, betätigt die Schwellenwertschaltung 323 den Setzeingang eines Flip-Flops 324. Wenn das Flip-Flop 324 gesetzt ist, wird ein Erregungssignal über die Leitung 121 an das ODER-Gatter 111 gegeben. Dieses Erregungssignal bleibt auf der Leitung 121, solange das Flip-Flop 324 in seinem gesetzten Zustand bleibt. Das Flip-Flop 324 wird zurückgesetzt, wenn die invertierende Schaltung 325 ein logisches »1 «-Signal an ihrem Ausgang erzeugt. Dies tritt wiederum nur dann auf, wenn das Niveau auf der Leitung 322 auf einen Punkt abfallt der kleiner oder gleich vier Voten von der Gesamtzahl von vierundzwanzig Voten ist die durch logische »1 «-Signale in den Schieberegistern 313, 317 und 318 dargestellt sind. Diese Hysteresebetriebsweise wird dadurch erreicht, daß das Signal auf der Leitung 322 an den Eingang einer Schwellenwertschaltung 326 gekoppelt wird, deren Ausgang an den Eingang einer invertierenden Schaltung 325 für alle Signalniveaus auf der Leitung 322 erregt, die vier oder mehr Voten von der Gesamtzahl von vierundzwanzig Voten entsprechen. Bei der Betriebsart, die bisher in Zusammenhang mit den Schaltungen 310 bis 326 beschrieben wurde, wird die räumliche Korrelation der VoIlbild-zu-Vollbild-Differenzsignale ausgenutzt, die sich aus einer Bewegung ergeben haben, um eine Anzeige der Bewegung auf der Leitung 112 zu erzeugen.

Der logische Zustand, der auf der Leitung 314 erzeugt vird, wird einfach durch ein Intervall verzögert, das gleich fünf Bildelementen in dem Schieberegister 315 ist. Dieser verzögerte, logische Zustand wird von dem Ausgang der fünften Zelle in dem Schieberegister 315 an einen Eingang eines UND-Gatters 327 gekoppelt. Der andere Eingang des UND Gatters 327 wird durch die Leitung 122 an den Ausgang der Leitung 112 gekoppelt. Wenn ein Erregungs-Ausgangssignal an der Leitung 112 auftritt, und wenn zusätzlich das Signal auf der Leitung 119 für das entsprechende Bildelement das Schwellenwertniveau auf der Schaltung 310 überschritten hat, gibt das UND-Gatter 327 ein Erregungssignal an den Eingang eines Verzögerungsspeichers 328 ab Dieser Speicher bewirkt eine Verzögerung von etwa gleich einem Videohalbbild minus der Hälfte einer Videozeilendauer. Dadurch wird ein an seinem Eingang anstehendes Erregungssignal von dem Ausgang des Speichers 328 in die erste Zelle des Schieberegisters 318 gegeben, wenn das Bildelement von dem anderen Halbbild unmittelbar über diesem in dem räumlichen Format der Bildelemente in die erste Zelle des Schieberegisters 313 eingegeben wird. Das Erregungs-Ausgangssignal von dem Verzögerungsspeicher 328 wird auch an eine Zeilenverzögerung 329 gekoppelt. Dadurch sieht das Erregungssignal für ein vorgegebenes Bildelement an dem Ausgang der Zeilenverzögerung 329 an dem Eingang des Schieberegisters 317 an, wenn der logische Zustand, der dem Bildelement entspricht, das in dem räumlichen Format der Bildelemente unmittelbar darunter liegt, auf der ί dtung 312 vorhanden ist. Auf diese Weise erhöhen jegliche Anzeigen einer Bewegung, die auf der Leitung 112 während eines Videohalbbildes in einem Bereich von Bildelementen auftreten, der acht Bildelemente von zwei angrenzenden Videozeilen umfaßt die Empfindlichkeit der Schwellenwertschaltung auf jegliche für eine Bewegung sprechenden Voten, während des nächsten Videohalbbildes in der Zeile, die zwischen den beiden genannten angrenzenden Videozeilen liegt

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wo das Schwellenwertniveau der Schwellenwertschaltung 323 gleich neun ist und die Voten für nur acht Bildelemente in dem Schieberegister 313 registriert sind, werden von der Schwellenwertschaltung 120 (Schaltungen 310 bis 329) Anzeigen für eine Bewegung nicht erzeugt wenn die Schaltung 120 vorher nicht durch die Bewegungsanzeigen in einem vorhergehenden Halbbild, die durch den Flankendetektor 109 (Schaltungen 301 bis 305) erzeugt worden sind, sensibilisiert worden ist In einem ersten Halbbild, das eine Bewegung enthält ist es der Flankendetektor 109, der als erstes die Erregungssignale auf der Ausgangsleitung 112 erzeugt Diese Signale während des ersten Halbbildes erhöhen ihrerseits die Empfindlichkeit der Schwellenwertschaltung 120 auf Bewegungsanzeigen m einem Bereich, der die von dem

Detektor 109 erfaßte, sich bewegend? Kante oder Grenzlinie umgibt Während nachfolgender Halbbilder tastet dann die Schwellenwertschaltung 120 einen Bereich von Bildelementen ab, der die Kante umgibt, die die ursprüngliche Bewegungsanzeige verursacht hat Wenn erst einmal eine Bewegung in einem Bereich erfaßt worden ist, tastet jedoch die Schwellenwertschal-

tung 120 weiterhin diesen Bereich ab, obwohl die Kante sich aus dem Bereich herausbewegt hat, da der Schwellenwert der zum Abschalten der Schaltung 120 erforderlich ist durch die Schwellenwertschaltung 326 auf ein Niveau eingestellt ist, das kleiner als die Gesamtzahl von Bildelementen in jeder gerade betrachteten Zeile ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Erfassen von sich bewegenden Bildbereichen in mittels codierter Videosignale erzeugten Bildern, mit

— einem Speicher (105) zum Speichern einer vollständigen Vollbildperiode von Videosignalen, weiche jeweils einem Bildelement eines Vollbildes zugeordnet sind (Videobildelementsignale);

— einer Vergleichsschaltung zum Erzeugen eines auf zwei aufeinanderfolgende Vollbilder bezogenen Differenzsignals zwischen jedem neu ankommenden Videobildelementsignal und dem jeweils zugeordneten, während des vorangegangenen Vollbildes in dem Speicher (105) gespeicherten Videobildelementsignals,

— einer mit der Vergleichsschaltung (106) gekoppelten Schwellwertschaltung (120) zum Erzeugen eines Ausgangs-Erkennungssignals, wenn sich ein betrachtetes Bäldelement in einem sich bewegenden Bildbereich befindet, und

— einer ersten, mit der Vergleichsschaltung (106) gekoppelten Integrierschaltung (113, 114) zum Erzeugen eines ersten Integriersignals (115) in Abhängigkeit der von Vollbild zu Vollbild auftretenden Änderungen der Bildelemente eines aus einer Vielzahl von Bildelementen bestehenden Bildbereiches.

gekennzeichnet
Merkmale:

durch folgende weitere