DE2261228A1

DE2261228A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur unterdrueckung des kammeffekts bei videobildern

Info

Publication number: DE2261228A1
Application number: DE2261228A
Authority: DE
Inventors: John D Lowry
Original assignee: ELLANIN INVESTMENTS
Current assignee: ELLANIN INVESTMENTS
Priority date: 1971-12-20
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1973-07-12
Also published as: US3716670A; NL7217375A; CA956724A; SU544396A3; FR2169829A1; DE2261228C2; GB1349443A; FR2169829B1; JPS4871127A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. "Weickmann,

D1P1..-ING. H.¥eickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke D1PL.-ING. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MDHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

IXM-106-WG

ELLMIN INVESTMEIiQSLTD., Toronto, Ontario, Canada

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Unterdrückung des

Kammeffekts bei Videobildern

Me Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung des Kammeffekts bei auf Kinofilm aufgezeichneten, zeilensprungabgetasteten Videobildern, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Beim Aufzeichnen von Videobildern neigen hauptsächlich sich horizontal bewegende Gegenstände mit betonten, im wesentlichen senkrechten Kanten aufgrund der gleichzeitigen Darstellung zweier zeitlieh gegeneinander versetzter Halbbilder zum täogeiiaiu'iten Kammeffekt des Bilds. Dieser Kammeffekt beruht auf-der Tatsache, daß das normale Videobild aus zwei ineinander geschobenen Rasterbildern besteht, bei denen alle Zeilen der einen Parität (d.h. der ungeradzahligen Zeilen) zuerst abgetastet werden und bei denen die Zeilen der entgegen-

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gesetzten Parität (d.h. der geradzeiligen Zeilen) danach abgetastet werden. Jedes Einzelbild der Bilddarstellung setzt sich deshalb aus zwei ineinander geschachtelten zeitlich getrennten Halbbildern entgegengesetzter Parität zusammen.

In einem normalen Videosystem werden die aufeinander folgenden Halbbilder mit einer Zeitverschiebung von 1/60 Sekunde abgetastet. Diese Zeit refcht für einen Gegenstand in, einer einigermaßen bewegten Szene aus, um sich über eine recht beachtliche Entfernung zu bewegen, so daß der Gegenstand in unterschiedlichen Lagen der ungeradzahligen Zeilen und der geradzahligen Zeilen des Bilds erscheint, die aber in der Darstellung des Films gleichzeitig vorhanden sind. Der in einem sehr scharfen Bild hervorgerufene visuelle Effekt ist ein störendes Ausgezacktsein der sich bewegenden Kante, das wie die Zähne eines feinen Kamms aussieht. Dieses Problem existiert nicht in reinen Videoanwendungsfällen, da die Halbbilder in ihrer richtigen zeitlichen Beziehung nacheinander dargestellt werden.

Eine Möglichkeit, mit der der Kammeffekt verhindert werden kann, besteht darin, daß das Abtastsignal des geradzahligen Halbbilds durch kontinuierliche Interpolation zwischen den ungeradzahligen Zeilen zu beiden Seiten der gerade abgetasteten geradzahligen Zeile gewonnen wird. Diese Ausführungsform ist jedoch für hochauflösende Systeme unbrauchbar, da sie die vertikal Auflösung um die Hälfte vermindert. Es wurde deshalb eine etwas verfeinerte Methode benötigt.

Die Erfindung hat nun die Aufgabe, den Kammeffekt unter Vermeidung der oben genannten Nachteile zu verhindern.

Das erfindungsgemäSe Verfahren löst diese Aufgabe dadurch, daß eine der Zeilensprungabtastungen zur Primär-Paritätsabtastung und eine andere zur Sekundär-Parltätsabtastung bestimmt wird, daß Unterschiede zwischen benachbarten Abtastzeilen entgegen-

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gesetzter Parität erfaßt werden, und daß. bei Erfassung eines Unterschieds jedesmal die Sekundär-Paritätszeile durc-h eine aus der Information wenigstens einer benachbarten Primär-Pari~ tätszeile abgeleitete Abtastzeile ersetzt wird. ■ .

Bas den Karameffekt unterdrückende erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß sich die Korrekturverfähren nur auf diejenigen Bereiche des Bilds beschränken, in denen eine.Bewegung erfaßt wurde. Beim erfindungsgemäßen Verfahren in seiner grundlegenden Form wird zuallererst ein Halbbild jedes Einzelbilds der Videobilddarstellung zum Haupt- oder Primär-Paritätshalbbild bestimmt. Das andere Halbbild ist dann das Sekundär-Paritätshalbbild und^: wird immer dann durch Information aus dem Primär-Paritätshalbbild ersetzt, wenn ein Bildelement einer Sekundär-Paritätszeile nicht· mit dem entsprechenden Bildelement einer benachbarten Primär-Paritatszeile übereinstimmt. Wenn das ungeradzahlige Halbbild zum Haupt- oder Primär-Paritätshalbbild bestimmt wird, kann das erfindungsgemäße Grundprinzip bereits durch einfaches Vergleichen jeder geradzahligen Zeile mit einer benachbarten ungeradzahligen Zeile ausgeführt werden. Besteht ein Unterschied zwischen den verglichenen Zeilen, so ersetzt eine Schaltungsanordnung, solange der Unterschied andauert, das Signal der geradzahligen Zeile durch eine Interpolation- 6er Signale -der nächsten und.der folgenden ungeradzähli'gen Zeilen. " . · - - ·

Obwohl dieses Grundverfahren nützlich und in gewissem Maß· zu- * .friedenstellend Ist,.-verringert es doch noch etwas die^: vertlokale Schärfe, da es nicht- zwischen einem-Kamm und einer horizontalen Grenzstelle unterscheiden kann. Die Verringerung erfolgtK^edoGh im wesentlichen nur· in den-bewegten Bereichen des Bilds, in denen .die Schärfe viel ,weniger kritisch ist als in den stationären Bereichen.

Eine bevorzugte -Ausführu:ngs£°rmder;-Erjß-indung sieht, deshalb ,

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einen dreifachen Bildparametervergleich anstelle des einfachen vor. Der erste Vergleich erfolgt zwischen der Sekundär-Paritätshauptzeile (d.h. einer geradzahligen Zeile) und einer benachbarten (geradzahligen) Sekundär-Paritätszeile. Der zweite Vergleich erfolgt zwischen zwei der Sekundär-Paritätshauptzeile benachbarten (ungeradzahligen) Primär-Paritätszeilen. Der dritte Vergleich erfolgt zwischen der (geradzahligen) Sekundär-Paritätshauptzeile und einer benachbarten (ungeradzahligen) Primär-Paritätszeile.

Liegt eine Kamineffektsituation vor, so muß jeweils der erste und der zweite Vergleich Identität zeigen (anderenfalls liegt eine horizontale Grenzstelle vor), während der dritte Vergleich einen Unterschied ergeben muß (da anderenfalls kein Kamm vorliegt). Nur wenn alle drei Bedingungen zutreffen, wird die Hauptzeile durch eine Interpolation benachbarter Zeilen mit entgegengesetzter Parität (d.h. ungeradzahliger Zeilen) ersetzt. Obwohl die Hauptzeile in den Bewegungsbereichen durch eine einzige ungeradzahlige Zeile ersetzt werden kann, ist eine Interpolation vorzuziehen, da sie den entlang einer diagonalen Grenzstelle ansonsten entstehenden Stufeneffekt abschwächt.

Ein geringer Nachteil des bevorzugten Verfahrens ist, daß der Kammeffekt über wenigstens vier Zeilen auftreten muß, bevor er unterdrückt werden kann. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß, solange er nicht über eine beträchtliche Anzahl von Zeilen auftritt, nicht als störend empfunden wird.

Beim Verarbeiten eines Parbvideosignals muß der Kammeffekt im Helligkeitskanal und im Parbsättigungskanal getrennt eliminiert werden, da die Phasenbeziehung des Farbsättigungssignals zwischen benachbarten Zeilen der gleichen Parität eine 180°-Phasenumkehr eines der Signale sowohl beim ersten als auch beim zweiten Vergleichsschritt erforderlich macht. '

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Die Erfindung verfolgt damit den Zweck, die entsprechende Information einer benachbarten Sekundär-Paritätszeile durch die aus wenigstens einer Primär-Paritätszeile einer eingeschachtelten Abtastung zu ersetzen, sobald zwischen den beiden Zeilen eine Relativbewegung erfaßt wird. Sie verfolgt weiterhin den Zweck, eine Zeile einer ineinandergeschachtelten Abtastung immer dann und nur dann durch eine benachbarte Zeile entgegengesetzter Parität zu ersetzen, wenn die gegenseitigen Beziehungen einer Gruppe von vier benachbarten Zeilen das Vorhandensein eines Kamms anzeigen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt:

Fig. 1 ein den Kammeffekt darstellendes Abtastdiagramm;

!Fig. 2 ein' Abtastdiagramm zur Darstellung eines Doppelbildkammeffekts; "' .

Fig. 3 ein Abtastdiagramm zur Darstellung der in einer bevor-, zugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten Vergleiche; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Phänomen des sogenannten Kammeffekts ist in Fig. 1 dargestellt. In dieser Figur soll sich ein schwarzes Objekt des Bilds von links nach rechts gegen einen weißen Hintergrund bewegen. Während der Abtastung des ungeradzahligen. Halbbilds befindet sich das Objekt im wesentlichen in der mit Darstellung bei ungeradzahligem Halbbild bezeichneten Stellung und wird im Bild durch die ungeradzahligen Abtastzeilen 11, 13, 15 usw.· aufgezeichnet. Bis die Abtastung des geradzahligen Halbbilds 1/60 Sekunde später das Objekt erreicht hat, hat sich dieses

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in die rait "Darstellung bei. geradzahligem Halbbild" bezeichnete Stellung weiterbewegt, in der es im Bild durch die geradzahligen Abtastzeilen 12, 14, 16 usw. aufgezeichnet wird. Sind beide Halbbilder als einziges Einzelbild eines Kinofilms gleichzeitig vorhanden, so führt das dazu, daß die Abbildung des schwarzen Objekts an beiden Seiten durch einen Kaminbereich begrenzt wird, in dem sich die schwarzen Zeilen des Objekts mit den weißen Zeilen des Hintergrunds abwechseln.

Wenn das Objekt dünn ist und sich schnell bewegt (wie z.B. ein während einer Szene geschwungener Golfschläger), so kann der Karameffekt, wie in Fig. 2 dargestellt, zu einem Doppelbild entarten.

Durch ein einfaches T- i^+ionsverfahren, durch das jede geradzahlige Zeile au tterpolation der darüber und darunter liegenden ungeradzahligen Zeilen kann der Kammeffekt selbstverständlich vermieden werden. Andererseits läßt der 50^f/ige Verlust der vertikalen Auflösung das Bild weich oder unscharf aussehen; das einfache Interpolationsverfahren ist deshalb in qualitativ hochwertigen Anwendungsfällen, in denen der Kammeffekt zum Problem wird, unbrauchbar.

Das Grundkonzept der Erfindung beruht darauf, daß nur in denjenigen Flächen des Bilds interpoliert (oder sonstwie >zeilensubstituiert) wird, in denen zwischen den Halbbildern tatsächlich sich etwas bewegt. Auf diese Weise wird die Schärfe des Bilds überall bis auf die eigentlich bewegten Grenzstellen beibehalten; der Schärfemangel wird jedoch infolge des verwischten Eindrucks der Bewegung kaum bemerkt.

Das Grundkonzept besteht darin, daß jeder Unterschied zwischen einer abgetasteten Sekundär-Paritätshauptzeile und einer benachbarten Primär-Paritätszeile erfaßt wird, und daß, sobald ein Unterschied erfaßt wird, das Signal der Hauptzeile durch

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ein aus einer oder mehreren Primär-Paritätszeileh abgeleitetes Signal ersetzt wird. Dieses Konzept verhindert -jedoch nicht den "Schärfeverlust stationärer horizontaler Kanten des Bilds, da diese Kanten den gleichen Unterschied zwischen benachbarten Zeilen hervorrufen, wie der Kammeffekt.

Damit das erfindungsgemäße Konzept wirksam durchgeführt werden kann, müssen Vorkehrungen zum Unterscheiden eines Kamms und einer stationären horizontalen Kante getroffen werden. Ein bevorzugtes Verfahren, das diesen Unterschied macht, ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Figur ist die aufzuzeichnende Hatiptzeile mit C bezeichnet. Tritt zwischen den vertikalen strichpunktierten Linien der Fig. 3 ein Kamm auf, so sind in der Kamriifläche folgende Beziehungen möglich: 1. die Zeile C und d.ie Zeile A sind gleich (beide sind schwarz); 2. die Zeile D ist gleich der Zeile B (beide sind weis); und 3. die Zeile C ist ungleich der Zeile D (C ist schwarz und D ist weiß).

In der Hintergrundfläche auf der linken Seite der Kammfläche in Fig. 3 ist die Beziehung 3 falsch: Alle Zeilen sind weiß. In der Objektflache auf der rechten Seite der Kammfläche ist die Beziehung 3 ebenfalls falsch : Alle Zeilen sind schwarz. Verläuft eine horizontale Kante zwischen den Zeilen A und C, so ist die Beziehung ΐ falsch; verläuft eine horizontale Kante zwischen de'ni Zeilen B und D, so ist die Beziehung 2 falsch.

Die Schaltung nach Fig. 4 is£ so konstruiert, daß sie die Zeile C durch eine 5Q:5O-Mi-schung der Zeilen B und D ersetzt, wenn,- uivT nur wenn alle drei oben, genannten Beziehungen richtig sind. Das Videosignal ist ständig am Eingang 20 verfügbar, wo es in einer Verzögerungsleitung 22 um ein Zeilenintervall verzögert, wird und die Zeile A bildet. Eine Verzögerungsleitung 24 verzögert es um ein Halbbildintervall und liefert die Zeile B und eine Verzögerungsleitung .26 verzögert es um ein Halbbildintervall weniger einem. Zeilenintervall .und- liefert die Zeile D. Das unverzögerte Videosignal des Eingangs 20 liefert -

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die Hauptzeile C.

Ob die Beziehung 1 zutrifft, stellt ein Komparator 28 durch Vergleichen der Zeilen A und C fest. Jeder Unterschied (unabhängig vom Vorzeichen) zwischen den Zeilen A und C führt zu einem dieser differenzproportionalen Steuersignal 30« Das Steuersignal 30 wird einem Gatter 32 zu einem noch zu erläuternden Zweck zugeführt. Auf die gleiche Weise prüft ein Komparator 34, ob die Beziehung 2 zutrifft; er erzeugt ein Steuersignal 36, das einem Gatter 38 zugeführt wird.

Ein Komparator 40 prüft durch Vergleich der Zeilen C und D, ob die Beziehung 3 zutrifft. Der Komparator 40 überführt jeden Unterschied (unabhängig vom Vorzeichen) zwischen den Zeilen C und D in ein diesem Unterschied proportionales Steuersignal 42. Das Steuersignal 42 wird einem nachstehend noch näher erläuterten Wählschalter 44 zugeführt.

Die Gatter 32, 38 und der Wählschalter 44 sind so eingerichtet, daß sie nicht betätigt werden, solange ihre Steuersignale nicht einen Unterschied ausreichender Größe anzeigen, der im Bild einen sichtbaren Kammeffekt verursacht.

Der Wählschalter 44 hat zwei Eingänge, zwischen denen er wählen kann. Das obere Eingangyxn Fig. 4 ist die Hauptzeile C. Dem unteren Eingang wird eine 5O:5O-Mischung der Zeilen B und D (der beiden ungeradzahligen Zeilen, die der Hauptzeile C benachbart sind) zugeführt; gemischt wird hierbei durch die aus Klemmverstärkern 49, 51 gespeisten Widerstände 45_f 47.

Damit das Steuersignal 42 den Wählschalter 44 betätigen kann, bevor der Zeilenzuwachs oder das Bildelement, das den Wählvorgang auslöste, den Wählschalter 44 erreicht, sind Verzögerungsleitungen 46, 48 vorgesehen. Eine Verzögerungsleitung 50 kompensiert lediglich unvermeidbare Schaltkreisverzögerungen des

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Wählschalters 44 und der Mischerkomponenten 45, 47, 49, 51 und stellt sicher, daß die beiden Eingangssignale eines Paritätswählschalters 52 gleichzeitig auftreten. .

Wie bereits beschrieben, führt eine Differenz zwischen den Zeilen C und D, d.h. das Zutreffen der Beziehung 3, zum Auftreten des Steuersignals 42. Auf das Steuersignal 42 hin wählt der Wählschalter 44 seinen unteren Eingang, d.h. er überträgt die Kombination der Zeilen B und -D zum Paritätswählschalter 52. Fehlt das Steuersignal 42, so wählt der Wählschalter 44 seinen oberen Eingang, d.h. er überträgt die Zeile C zum Paritätswählschalter 52.

Solange die Beziehungen 1 und 2 zutreffen, fehlen die Steuersignale 30 und 36. Unter dieser Bedingung leiten die Gatter 32 und 38 und lassen das Steuersignal 42 ungehindert durchtreten, wenn es auftritt. Trifft'jedoch eine der Beziehungen 1 oder 2 nicht zu, so wird das Gatter 32 oder 38 durch das Steuersignal 30 oder 36 eingeschaltet, was den Durchtritt des Steuersignals 42 zum Wählschalter 44 verhindert. Auf diese Weise wird die Hauptzeile C dann und nur dann durch die Kombination der Zeilen B und D ersetzt, wenn die Beziehungen 1, 2 und 3 insgesamt zutreffen und damit das Vorhandensein eines Kamms bestimmt ist.

Wenn, wie-im obigen Beispiel angenommen wurde, das ungeradzahlige Halbbild das Haupt- oder Primär-Paritätshalbbild ist, so muß in keinem Pail eine ungeradzahlige Hauptzeile durch eine geradzahlige oder Sekundär-Parltätszeile ersetzt werden. Der Paritätswählschalter 52 wird dementsprechend durch Abtastschaltungen 54 so betätigt, daß er während der Abtastung eines ungeradzahligen Halbbilds seinen oberen Eingang (d.h. stets Zeile C) auswählt, bzw. daß er bei Abtastung des geradzahligen Halbbilds seinen unteren Eingang (d.h. in den Kammflächen die Kombination der Zeilen B und D und ansonsten die Zeile C) wählt.

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Der Nutzeffekt der Schaltung nach Pig. 4 besteht darin, daß das am Ausgang 56 auftretende Videosignal im wesentlichen die Schärfe des Videosignals am Eingang 20 hat, daß jedoch die Kämme unterdrückt sind. Als Störung des Bilds bleibt am Ausgang 56 lediglich eine leichte Unscharfe an jedem Ende einer horizontal sich bewegenden vertikalen Grenzstelle zurück, die jedoch aufgrund der Bewegung der Grenzsteile selbst bei G-roßbilddarstellung nicht sichtbar v/ahr zunehmen ist..

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Unterdrückung des Kamm-Effekts bei auf Kinofilm aufgezeichneten, zeilensprungabgetasteten Videobildern, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zeilensprungabtastungen zur Primar-Paritätsabtastung und eine andere zur Sekundär-Paritätsabtastung bestimmt wird, daß Unterschiede zwischen benachbarten Abtastzeilen entgegengesetzter Parität erfaßt werden, und daß bei Erfassung eines Unterschieds jedesmal die Sekundär-Paritätszeile durch eine aus-der Information wenigstens einer benachbarten Primär-Paritätszeile abgeleitete Abtastzeile ersetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterschied eine Relativbewegung erfaßt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitgehende Übereinstimmung zwischen einer abgetasteten Sekundär-Paritäshauptzeile und einer benachbarten Sekundär-Paritätszeile erfaßt wird, daß weitgehende Übereinstimmung zwischen zwei der Sekundär-Paritätshauptzeile benachbarten Primär-Paritätszeilen erfaßt wird, daß weitgehende Unterschiede zwischen der Sekundär-Paritätshauptzeile und einer der benachbarten Primär-Paritätszeilen erfaßt werden, und daß bei Erfassung dieser Übereinstimmungen und dieses Unterschieds, und nur dann, die entsprechende Bildinformation der Sekundär-Paritätshauptzeile durch eine aus wenigstens einer der Primär-Paritätszeilen abgeleitete Bildinformation . ersetzt wird. ..... .
4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Videosignalquelle (20), durch eine die Videosignale um ein Zeilenintervall verzögernde erste Verzögerungseinrichtung (22),

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eine sie um ein Halbbild Intervall verzögernde zweite Verzögerungseinrichtung (24) und eine sie um ein Halbbild Intervall weniger einem Zeilenintervall verzögernde dritte Verzögerungseinrichtung (26), durch einen das Videosignal und das Ausgangssignal der ersten Verzögerungseinrichtung (22) vergleichenden ersten Komparator (28), der bei einem Unterschied zwischen diesen Signalen ein erstes Steuersignal abgibt, durch einen die Ausgangssignale der zweiten (24) und der dritten Verzögerungseinrichtung (26) vergleichenden zweiten Komparator (34), der bei einem Unterschied zwischen diesen Signalen ein zweites Steuersignal abgibt, durch einen das Videosignal und das Ausgangssignal der dritten Verzögerungseinrichtung (26) vergleichenden dritten Komparator (40), der bei einem Unterschied zwischen diesen Signalen ein drittes Steuersignal abgibt, durch eine Ausgangsschaltung (56), und durch einen Wählschalter (44), der auf das erste, zweite und dritte Steuersignal ansprechend wahlweise das Videosignal oder ein aus den Ausgangssignalen der zweiten (24) und der dritten Verzögerungseinrichtung (26) abgeleitetes Signal an die Ausgangsschaltung (56) weiterleitet.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählschalter (44) auf das Auftreten des dritten Steuersignals und das Fehlen des ersten und des zweiten Steuersignals anspricht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Gatter (32;38) vorgesehen sind, die bei Auftreten des ersten bzw. des /.weiten Steuersignals die Übertragung des dritten Steuersignals an den Wählschalter (44) verhindern.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wählschalter (44) wahlweise das Videosignal odei· eine Kombination der Ausgangssignale der zweiten (24) und der dritten Verzögerungseinrichtung (26) weiterleite 1.

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3. ,Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Wählschaltex* (52) während der Abtastung eines Halbbilds der einen Parität das Videosignal und während der Abtastung eines Halbbilds der entgegengesetzten Parität das Ausgangssignal des erstgenannten Wählschalters (44) an die Ausgangsschaltung (56) weiterleitet.

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