DE2261260A1 - Verfahren und anordnung zur gueteverbesserung von videobildern - Google Patents

Verfahren und anordnung zur gueteverbesserung von videobildern

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    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/64—Circuits for processing colour signals
    • H04N9/646—Circuits for processing colour signals for image enhancement, e.g. vertical detail restoration, cross-colour elimination, contour correction, chrominance trapping filters

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,
Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A-Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN
POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22
IAKV/
102-WG
EILANIN INVESTMENTS LTD., Toronto„ Ontario, Canada
Verfahren und Anordnung zur Güteverbesserung von . ' Videobildern
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Güteverbesserung von Videobildern sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens bei der Verringerung des Rauschens in Videobildern.
Obwohl Rauschen ein Problem jedes Videosystems istj, ist die normale Bildqualität der handelsüblichen Fernsehgeräte so gering, daß der Zuschauer im allgemeinen beträchtliches Rauschen und ansehnliche Signalstörungen toleriert» Beim Großbildfernsehen, bei der Videoband-Filmumsetzung bzw« der elektronischen Filin-F.ilmumsetzung und bei astronautischer Nachrichtenübertragung nimmt das Problem des Rauschens eine Vorrangstellung ein, insbesondere dann, wenn Farbsignale betroffen sind. Unter "Rauschen" sollen nachfolgend alle Arten zufälli-
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ger Signalverschlechterung verstanden v/erden. Bei FiIm-PiImumsetzungen kann es durch die Kornstruktur des Originalfilms hervorgerufen sein; in beliebigen anderen Systemen kann es dur^h elektronische Fehlsignale entstehen; und in Farbvideosystemen kann es.durch unvollständige Trennung der Helligkeits- und Farbsättigungssignale entstehen.
Früher wurde versucht, das Rauschen in Videosystemen durch Vergleichen der Information benachbarter Bereiche eines Videobilds zu verringern, wie z.B. durch Vergleichen aufeinanderfolgender Zeilen des gleichen Bilds. Da sich die Bildinformation jedoch von Zeile zu Zeile ändert, ist die Anwendbarkeit dieses Verfahrens, abgesehen davon, daß es die Bildschärfe beeinträchtigt, stark eingeschränkt.
Beim Farbfernsehen enthält das normale Videosignal die Information der Helligkeitskomponente in Form breitbandiger Amplitudenmodulation des Videoträgers und die Information der Farbsättigungskomponente in Form von Modulation eines Farbhilfsträgers, dessen Phase zwischen aufeinanderfolgenden Zeilen eines Teilbilds und zwischen entsprechenden Zeilen der entsprechenden Teilbilder von aufeinanderfolgenden Einzelbildern der Bilddarstellung zwischen 0° und 180° wechseln. Beim Farbdekodieren müssen diese beiden Komponenten getrennt und unabhängig voneinander durch geeignete Schaltkreise verarbeitet werden.
Der einfachste Weg, die Helligkeits- und Farbsättigungskompo- ..... nenten zu trennen, besteht im Ausfiltern des Farbhilfsträgers und seiner Seitenbänder. Diese Methode entzieht jedoch der Helligkeitskomponente wertvolle Hochfrequenzinformation und verfälscht aufgrund der llochfrequenzhelligkeitsmodulation die Farbsättigungsinformation. Es wurde versucht, diese Nachteile durch Verwendung eines sogenannten Kammtrennfilters (comb filter) zu vermeiden, das zwei aufeinanderfolgende Zeilen des Bilds (die v/ie oben erwähnt, Farbkomponenten ent-
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gegengesetzter Phase aufweisen) zu vergleichen und eine saubere Helligkeitskomponente durch Addition und eine sauböre Farbsättigungskomponente durch Subtraktion zu erzeugen. Das Kammtrennfilter hat jedoch den Nachteil, daß, immer wenn sich das Bild von einer Zeile zur nächsten wesentlich in der Farbe oder in der Intensität ändert, die Kantenschärfe verlorengeht und Färb- oder Intensitätsstörungen aufgrund unvollständiger Trennung auftreten.
Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe, die den stationären Bereichen einer Folge von Videoeinzelbildern innewohnende Redundanz der Information auszunutzen und .die Betrachtungsgüte der Bilddarstellung zu verbessern.
Es soll ein System zur Verringerung des Videorauschens geschaffen werden, bei dem sich abwechselnde Teilbilder verglichen werden. Es sollen jedoch nur im wesentlichen bewegungsfreie Bereiche der Einzelbilder verglichen werden? die sich bewegenden Bereiche des Bilds sollen herkömmlich verarbeitet werden. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, das Rauschen bei Farbvideobildern zu verringern, wobei die Helligkeits-Farbsättigungstrennung durch algebraische Verarbeitung entsprechender gegenphasiger Informationen aus zwei verschiedenen Teilbildern der im wesentlichen bewegungsfreien Bereiche des Bilds erfolgt und die sieh bewegenden Bereiche des Bilds durch andere Einrichtungen verarbeitet werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Videosignale einander entsprechender Bereiche von wenigstens zwei separaten Einzelbildern elektronisch miteinander verglichen werden, und daß hieraus ein die Güte der Videobilder verbesserndes Kombinationssignal abgeleitet wird, das einen Mittelwert der ' entsprechenden Videosignale jedes der verglichenen Einzelbilder darstellt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und der Apparat zu seiner Durchführung beruhen auf der den stationären Bereichen einer Folge von Einzelbildern innewohnenden Redundanz. Grundlage ist der Vergleich und die Mittelwertbildung der entsprechenden Elemente einer Gruppe zeitlich eng verwandter Teilbilder. Da jedoch der Vergleich zeitlich weit auseinanderliegender Information jede Bewegung in der Bilddarstellung schwerwiegend verzerrt, wird diese Bewegung erfaßt und es werden nur die nicht bewegten Teile des Bildes verglichen. In den sich bewegenden Teilen des Bilds wird nicht versucht, das Rauschen zu vermindern oder die Helligkeits-Farbsättigungstrennung zu verbessern; die natürliche Darstellungsunschärfe eines sich bewegenden Objekts macht die Verringerung des Rauschens oder hochqualitative Trennung in den Bewegungsbereichen des Bilds überflüssig.
Helligkeit und Farbsättigung werden nach der Erfindung ohne Bildverschlechterung der stationären Bereiche des Bilds (d.h. der einzigen Bereiche, für die die Bildgüte wichtig ist) nicht durch Vergleichen benachbarter Zeilen des gleichen Teilbilds, sondern durch Vergleichen einander entsprechender Zeilen der entsprechenden Teilbilder benachbarter oder dicht benachbarter Einzelbilder zu 100 fo getrennt. In den bewegten Bereichen der Bilddarstellung, in denen benachbarte Einzelbilder nicht miteinander vergleichbar sind, in denen jedoch auch andererseits die Bildgüte weniger wichtig ist, greift das erfindungsgemäße System auf eine herkömmliche Trenneinrichtung, wie zum Beispiel ein für diese Bereiche ausreichendes Kammfilter (comb filter), zurück.
Die Trennung der stationären Bildinformation von der sich bewegenden Bildinformation und deren getrennte Verarbeitung ermöglichen wirtschaftlich durchführbar sogar den gleichzeitigen Vergleich von acht Teilbildern, was zu einer Verringerung des Rauschens um fast 90 $>t d.h. um beinahe 10 dB führt. Selbst ein vier Teilbilder vergleichendes System verringert das
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Rauschen noch um 75 $» was normalerweise sogar den äußerst hohen Güteanforderungen der meisten Großbild-Pernsehsysteme oder der Videoband-auf-Pilm-ümsetzsysteme genügt.
Die Erfindung soll nun an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt
Pig. 1 ein schematisch.es Blockschaltbild einer Grundschaltung, in der der erfindungsgemäße, die Bildgüte verbessernde Apparat verwendet wird;
Pig. 2 eine schematische Darstellung eines zweistufigen'Kombinationsschaltschemas zur Verbesserung von Parbvideobildern; ,
Pig. 3 eine der Pig. 2 entsprechende Darstellung eines dreistufigen Kombinationsschaltschemas;
Pig. 4 ein Blockschaltbild einer möglichen einfachen Ausführungsform einer zusammen mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwendbaren Zeitsteuerschaltung;
Pig. 5 ein teilweise in Blockform dargestelltes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung, und
Pig. 6 ein Teilblockschaltbild einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich in jedem beliebigen bewegten Bild, das in eine große Zahl von Teilflächen oder Elemente aufgeteilt wird, sich schon statistisch eine Wahrscheinlichkeit dafür ergibt, daß die Mehrheit dieser Teilflächen "stationär" sein wird, d.h. sich von einem Einzelbild zum nächsten in der Helligkeit (und beim Parbbild im Parbton) nur unwesentlich ändern wird. Die Wiederholung sta-
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tionärer Flächen in aufeinanderfolgenden Einzelbildern eines bewegten Bildes ist redundant, d.h., sie beinhaltet keine nicht schon vorhandene Information.
Diese Redundanz wurde bisher bei audiovisuellen Telefonen zur Bandbreitenverringerung der Videosignale beim Übertragen über herkömmliche Telefonkabel verwendet. In der vorliegenden Erfindung wird sie jedoch im Gegensatz hierzu zur Verbesserung der visuellen Güte eines Videobilds verwendet, indem sie Rauschen und Helligkeits-Farbsättigungsinterferenzen in den stationären Teilchen des Bilds weitgehend verhindert.
Fig. 5 zeigt Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform eines Apparats auf der Grundlage der Erfindung. Dieser Apparat wird in den Fig. 1 und 5 allgemein durch die Bezugsziffer 20 bezeichnet. Nach dem Zwei-Pegel-Kombinationsschema der Fig. weist der Apparat 20 vier mit 22, 24, 26 und 28 bezeichnete Eingänge auf. Diese Eingänge 22, 24, 26, 28 nehmen wechselweise Teilbilder 1, 5, 3 und 7 bzw. 2, 6, 4 und 8 der in Fig. 2 dargestellten Vergleichsteilbildgruppe auf. Das Ausgangssignal des Apparats 20 erscheint an den Klemmen 30, 32 und stellt abwechselnd die Helligkeitskomponente bzv/. die Farbsättigungskomponente der Kombination ungerader Teilbilder und die Helligkeitskomponente bzw. Farbsättigungskomponente der Kombination gerader Teilbilder dar. Ein Einzelbild des bewegten Bildes setzt sich hierbei aus einem ungeraden Teilbild und einem geraden Teilbild zusammen.
In Fig. 5 sind· die Eingänge 22, 24 an einen Bewegungsdetektor 34 angeschlossen. Der Bewegungsdetektor 34 ist ein herkömmlich ausgebildeter Komparatorschaltkreis, der zu jedem betrachteten Zeitpunkt ein Signal abgibt, das dem Absolutbetrag der an den Eingängen 22 und 24 zu diesem Zeitpunkt auftretenden Signaldifferenz proportional ist. Das Ausgangssignal des Bewegungsdetektors 34 dient als Steuersignal zur Steuerung eines Gatters
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36. Das Gatter 36 kann ein herkömmlich ausgeführter Transistorgatterschaltkreis sein, dessen Widerstand "allmählich aus einem Kurzschlußverhalten in ein Leerlaufverhalten übergeht;, wenn sein Steuersignal von einem Pegel, der einer Signaldifferenz- von 2 /o an den Eingängen 22, 24 entspricht, auf einen Pegel übergeht, der etwa eine Signaldifferenz von 20 $ zwischen den Eingängen 22, 24 wiedergibt.
Die Signale an den Eingängen 22, 24 werden über Verzögerungsleitungen 38 bzw, 40 jeweils Gleichstromklemmverstärkern 42, 44 zugeführt. Die Klemmverstärker 42, 44 legen an jede Seitedes Gatters 36 einen gleichen, konstanten Gleichstromreferenzpegel an, womit der Signalpegel am hochohmigen Eingang eines Verstärkers 46 unabhängig vom Schaltzustand des Gatters 36 konstant bleibt. Wenn die Lastwiderstände 48, 50 gleich sind, so besteht das Wechselstromeingangssignal des Verstärkers 46 zur Hälfte aus dem Signal des Eingangs 24 und zur Hälfte aus dem Signal des Eingangs 26, wenn das Gatter 36 im Kurzschlußbetrieb ist; es besteht aus dem gesamten Signal des Eingangs 26 allein, wenn das Gatter 36 im Leerlaufzustand ist, wobei zwischen diesen Extrema graduelle Übergänge vorgesehen sind. ·
Die jeweils um etwa 80 Nanosekunden verzögernden Verzögerungsleitungen 38, 40 ermöglichen, daß das Steuersignal das Gatter 36 synchron zu den anliegenden Signalen, die es hervorriefen, betätigt.
Die an den Eingängen 26 und 28 anliegenden Signale werden in der gleichen, schon oben beschriebenen Weise, einem Bewegungsdetektor 52 zugeführt, wobei das Signal aus dem Eingang 28 durch ein Gatter 54 gesteuert und die Kombination der Signale aus den Eingängen 26 und 28 einem Verstärker 56 zugeführt wird. Die Ausgangssignale der Verstärker 46 und 56, die in ihren stationären Teilen die Kombination zweier Teilbilder enthalten, sind im Rauschen der stationären Teile der Bilder um etwa 50 fo reduziert«
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In der zweiten Verfahrensstufe wird das Ausgangssignal des Verstärkers 46 über ein herkömmliches Kammfilter 58 (comb filter) geführt, das benachbarte Abtastzeilen (in denen die Phase der Farbsättigungskomponente des Signals umgekehrt wird) vergleicht und dos die Parbsättigungskomponente von der Helligkeitskomponente trennt. Der Nachteil des Kammfilters 58 ist, daß es beim Vergleichen aufeinanderfolgender Abtastzeilen fehlerhaft arbeitet, sobald die Information der beiden benachbarten Abtastzeilen sich wesentlich unterscheidet. Da jedoch zwischen unterschiedlichen Zeilen des gleichen Bildes verglichen wird, wird das Kammfilter 58 durch Bewegung nicht beeinflußt.
Das Helligkeitsausgangssignal des Kammfilters 58 wird über einen G-leichstromklemmverstärker 60 und einen Widerstand 62 einem hochohmigen Eingang eines Helligkeitsausgangsverstärkers 64 zugeführt. Das Ausgangssignal des Helligkeitsausgangsverstärkers 64 ist dann das an der Klemme 30 abnehmbare Helligkeitsausgangssignal des Apparats 20. Auf gleiche V/eise wird das Farbsättigungsausgangssignal des Kammfilters 58 über einen Klemmverstärker 66, einen Widerstand 68 und einen Farbsättigungsausgangsverstärker 70 verarbeitet, wobei das Farbsättigungsausgangs signal an der Klemme 32 des Apparats 20 abgegeben wird.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 46 wird über eine 500 Nanosekunden-Verzögerungsleitung 72, eine 63,5 μ-Sekunden-Verzögerungsleitung 74 und einen Widerstand 76 einem Verbindungspunkt 78 zugeführt. Die 63,5 μ-Sekunden-Verzögerungsleitung verzögert um eine horizontale Abtastzeile und kompensiert damit -die Tatsache, daß das Ausgangssignal des Kammfilters 58, das jede Abtastzeile mit der darauf folgenden Abtastzeile des Teilbilds vergleicht, notv/endigerweise um das Intervall einer horizontalen Abtastzeile nacheilt. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal des Verstärkers 56 über eine 500 Hanosekunden-
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Verzögerungsleitung 80, eine 63,5 μ-Sekunden-Verzögerungsleitung 82 und einen Widerstand 84 dem Verbindungspunkt 78 zugeführt. Die Verzögerungsleitungen 74 und 82 werden damit nicht benötigt, wenn anstelle des Kammfilters 58 eine nicht vergleichende Helligkeits-Parbsättigungstrenneinrichtung verwendet wird.
Da die Widerstände 76 und 84 gleich sind, besteht das am Verbindungspunkt 78 auftretende Signal zur Hälfte aus dem Ausgangssignal des Verstärkers 46 zuzüglich der Hälfte des Ausgangssignals des Verstärkers 56. Wie aus Pig. 2 zu ersehen ist, hat das Ausgangssignal des Verstärkers 46 als Vergleich der
Teilbilder 1 und 5 eine Farbsättigungsphase von 0°. Im Gegensatz hierzu hat das Ausgangssignal des Verstärkers 56 bei .
Vergleich der Teilbilder 3 und 7 eine Farbsättigungsphase von 180°. Damit löschen sich in den stationären Teilen des Bilds
die Parbsättigungskomponenten des dem Verbindungspunkt 78 zugeführten Signals gegenseitig aus und das zusammengesetzte
am Verbindungspunkt 78 auftretende Signal ist ein reines Helligkeitssignal. Da bereits die Eingangssignalkombinationen an den Verstärkern 46 und 56 jeweils das Rauschen um die Hälfte verringern, und die Signalkombination am Verbindungspunkt 78 das Rauschen wiederum um die Hälfte verringert, reduziert sich das gesamte Rauschen des Helligkeitssignals am Verbindungspunkt um 75 #. ■ . -
Das am Verbindungspunkt 78 auftretende zusammengesetzte Signal wird über eine weitere 160 Nanosekunden-Verzögerungsleitung und über einen Gleichstromklemmverstärker 88 der einen Klemme eines Gatters 90 zugeführt, dessen andere Klemme mit dem Eingang des Helligkeitsausgangsverstärkers 64 verbunden ist. Die · Kombination aus der 500 Nanosekunden-Verzögerungsleitung 72
und der 160 Uanosekunden-Verzögerungsleitung 86 kompensiert
die Eigenverzögerung der im Helligkeitskanal des Kammfilters 58 verwendeten elektronischen Bauteile.
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Die Ausgangssignale der Verstärker 46 und 56 werden, nachdem sie jweils durch die Verzögerungsleitungen 72, 74 und 80, 82 verzögert wurden, jeweils über weitere 150 Nanosekunden-Verzögerungsleitungen 92, 94 den Eingängen eines Operationsverstärkers 96 zugeführt, der das vom Verstärker 56 abgegebene Signal algebraisch von dem aus dem Verstärker 46 zugeführten Signal subtrahiert und dem sich ergebenden Differenzsignal ein Gleichstromklemmpotential überlagert. Da die Parbsättigungskomponenten der beiden verzögerten Signale um 180° phasenverschoben sind, die Helligkeitskomponenten jedoch nicht* ist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 96 in den stationären Teilen des Bilds ein reines um 75 $ im Rauschen reduziertes Parbsättigungssignal. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit der einen Klemme eines Gatters 98 verbunden, dessen andere Klemme an den Eingang des Farbsättigungsausgangsverstärkers 70 angeschlossen ist.
Das am Ausgang der Verzögerungsleitung 74 abgegebene Signal wird außerdem einem Parbphaseninverter 100 zugeführt. Im Gegensatz hierzu wird das am Ausgang der Verzögerungsleitung 82 abgegebene Signal lediglich in einer Verzögerungsleitung 102 zusätzlich um 100 Nanosekunden verzögert. Die Verzögerungsleitung soll die Eigenverzögerung der im Parbphaseninverter 100 enthaltenen Schaltkreise ausgleichen. Der Parbphaseninverter ist so ausgebildet, daß er die Phase jeder im Farbhilfsträgerfrequenzband liegenden Signalkomponente invertiert und die restlichen Signale unverändert läßt. Der Parbphaseninverter ist herkömmlich ausgebildet.
Da die Parbsättigungskomponenten der Signale der Verstärker und 56 um 180° phasenverschoben sind, sind die Eingangssignale ■■ , eines Bewegungsdetektors 104 in den stationären Teilen des Bilds im wesentlichen gleich. Bei jeder Differenz (d.h. in den bewegten Teilen des Bilds) zwischen dem vom Parbphaseninverter 100 abgegebenen Signal und dem aus der Verzögerungsleitung
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zugeführten Signal gibt der Bewegungsdetektor 104 ein Steuersignal ab, das die Gatter 90 und 98 aus ihrem normalen Kurzschlußbetrieb in ihren Leerlaufbetrieb schaltet. Im Gegensatz zu den mischenden Gattern 36 und 54, die so angeschaltet sind, ■ daß sie einen graduellen Übergang zwischen einer 0-100 %-Mischung auf eine 50-50 ^-Mischung der Eingangssignale hervorrufen, sind die Gatter 90 und 98 Wählgatter, die entweder das verglichene Signal oder das Ausgangssignal des Kammfilters zu den Ausgangsverstärkern hin übertragen, wobei ein gradueller Übergang von einem zum anderen erfolgt.
In der Praxis ist es unmöglich, den Farbphaseninverter 100 so zu bauen, daß er die Phase bei der Farbsättigungsträgerfrequenz vollkommen invertiert und bei allen anderen Frequenzen keine Phasenschiebereffekte hat. Helligkeitseinschwingvorgänge neigen deshalb umso mehr zu Störungen durch den Farbphaseninverter 100 als sie sich dem Farbhilfsträgerfrequenzbereich nähern. Helligkeitseinschwingvorgänge bei oder in der Nähe dieses Frequenzbereichs neigen deshalb dazu, im Bewegungsdetektor 104 falsche Bewegungsanzeigesignale hervorzurufen.
Um zu verhindern, daß die Gatter 90, 98 falsch betätigt werden und damit unnötigerweise gültige Bildgüteinformation verlorengeht, können die durch die Bewegungsdetektoren 34 und 52 erzeugten Steuersignale über Isolierdioden 106, 108 eine 63,5 μ-Sekunden-Verzögerungsleitung 110 (nur notwendig, falls ein vergleichender Trennschaltkreis, wie z.B. das Kammfilter 58 verwendet wird), eine 420 Nanosekunden-Verzögerungsleitung und einen Gleichstromklemmverstärker 114 der Steuerelektrode eines Gatters 116 zugeführt. Das Gatter 116 ist ein Invertergatter, d.h. es schließt die Eingänge des Bewegungsdetektors 104 immer dann kurz, wenn das Steuersignal des Klemmverstärkers 114 fehlt. Jedesmal wenn der Bewegungsdetektor 34 keine Bewe- · gung zwischen den Teilbildern 1 und 5 feststellt und der Be-'egungsdete2<tor 52 keine Bewegung zwischen den Teilbildern 3 und 7 feststellt, ist deshalb eine Bewegung zwischen den Teil-
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bildern 3 und 5 unwahrscheinlich und der Bewegungsdetektor 104 kann somit sicher abgeschaltet werden.
Der Zweck aller obenstehend beschriebenen Verzögerungsleitungen ist,das richtige zeitliche Zusammentreffen entsprechender Signale an den Verbindungs- und Vergleichspunkten zu ermöglichen und die Gatter beim Eintreffen der zu schaltenden Signale an den Gattern zeitlich genau übereinstimmend zu betätigen. Die Verzögerungsdauer der Verzögerungsleitungen kann deshalb, abhängig vom speziell verwendeten Schaltkreis, innerhalb verschiedener Ausführungsformen der Erfindung unterschiedlich sein.
Die an den Klemmen 30, 32 des Apparats 20 abgegebenen Ausgangssignale werden einem geeigneten Farbdekoder 118 (Fig. 1) zugeführt und stellen die Helligkeits- bzw. Farbsättigungskomponenten des Teilbilds 5 (während des Abtastens des ungeraden Teilbilds) oder des Teilbilds 6 (während des Abtastens des geraden Teilbilds) dar, wobei 75 i° des gesamten Rauschens aus den gänzlich stationären Bereichen des Bilds unterdrückt wurde, d.h. aus denjenigen Teilen des Bilds, in denen während des Zeitintervalls zwischen den Teilbildern 1 und 7 (oder 2 und 8, was auch der Fall sein kann) die Helligkeit oder die Farbsättigung sich nicht wesentlich geändert hat. Der Apparat 20 verringert außerdem das Rauschen um 50 $, wenn die Bev/egung nur zwischen den Teilbildern 5 und 7 (6 und 8 beim Abtasten des geraden Teilbilds) auftritt, da in diesem Fall, obwohl die Gatter 90 und 98 betätigt sind, das Gatter 36 nicht geschaltet hat und dem Kammfilter 58 eine Kombination der Teilbilder 1 und 5 zugeführt wird.
Da die Information der Teilbilder 5 und 6, unabhängig von einer Bewegung, stets an den Ausgängen auftritt, werden die Teilbilder 5 und 6 auch als Hauptteilbilder bezeichnet und bilden zusammen das Hauptbild. Me aufeinanderfolgenden Teilbilder eines bewegten Videobilds müssen beim Betrieb des Apparats .20 seinem
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C?
Eingang sich wiederholend zugeführt werden, d.h. ein vorgegebenes Teilbild des bewegten Videobilds muß zu einem ersten Zeitpunkt als Teilbild 1 abgetastet werden, dann als Teilbild erneut abgetastet, als Teilbild 5 wiederum abgetastet und schließlich als Teilbild 7 ein viertes Mal abgetastet werden. Bei jedem Abtastvorgang v/erden andere Teilbilder des bewegten Yideobilds den anderen Eingängen des Apparats 20 angeboten. Nur wenn das vorgegebene Teilbild als Teilbild 5 abgetastet wird, erscheinen alle seine Einzelheiten an den Ausgängen des Apparats 20; bei jedem anderen Abtastvorgang werden nur seine stationären Bestandteile verwendet.
Die Art und Weise, in der dieser sich wiederholende Abtastvorgang durchgeführt wird, kann sich je nach dem Verwendungszweck der Erfindung ändern. In ihrer einfachsten, in Pig. 4 dargestellten Ausführung kann die Zeitsteuerschaltung 120 aus Fig. Λ} durch die sich wiederholende Abtastvorgänge bewirkt werden, einfach aus drei Verzögerungsleitungen 122, 124» 126 bestehen, von denen jede das nicht aufbereitete Videosignal um ein Einzelbild (d.h. zv/ei Teilbüder) verzögert. I1Ur verschiedene andere ZweGke können kompliziertere Zeitsteuerschaltungen verwendet werden; eine Zeitsteuerschaltung ist in der schwebenden Patentanmeldung "videotape-to-film conversion system" Serial Fo. , eingereicht am beschrieben.
Die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf den oben beschriebenen Vergleich von vier Einzelbildern. Das Rauschen wird wesentlich besser vermindert (87 bis 1/2 fo), wenn ein acht Einzelbilder verwendendes Drei-Pegel-Vergleichssystem.verwendet wird. Das Vergleichsschema eines derartigen Systems ist in Pig. 3 schematisch dargestellt. Die Teilbilder 9 und 10 -sind hierbei in diesem System die ungeraden bzw. geraden Hauptteilbilder. Mehr als acht Einzelbilder zu vergleichen, wird jedoch aus verschiedenen Gründen mehr und mehr undurchführbar.· Einer dieser Gründe ist die zunehmende Kompliziertheit der Geräte
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und die Verringerung der während der gesamten Vergleichszeit stationär bleibenden Bildfläche. Diese Faktoren heben den Gewinn durch Reduzierung des Rauschens, bis auf einige stark rauschende, langsam bewegte Anwendungen etwa in astronautischen Kommunikationssystemen, wieder auf. Ein weiterer, allen Systemen gemeinsamer Grund ist der, daß unmittelbar bevor und unmittelbar nachdem sich ein Objekt des Bilds bewegt, das Bild verrauscht ist, da der das Rauschen verringernde Vergleich mehrere Einzelbilder vor dem Beginn der Bewegung aufhört und erst mehrere Einzelbilder nach dem Ende der Bewegung wieder fortgesetzt wird. Wenn sich diese verrauschte Periode, insbesondere vor der Bewegung, in ihrer Länge über einige wenige Einzelbilder erstreckt, fällt sie beträchtlich auf und stört den Zuschauer/
Die eigentlichen Vergleichsschemata können für einfarbige Bilder verändert werden, müssen jedoch, wenn Farbe übertragen wird, den Phasenwechsel der Farbsättigung zwischen den Einzelbildern berücksichtigen.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, durch die entlang der horizontalen Grenzstellen (interfaces) des Bilds bessere Helligkeits-Farbsättigungstrennung erzielt wird. Die Schaltung nach Fig. 6 ersetzt in Fig. 5 die Schaltung zwischen den Punkten A, B und C.
Das Kammfilter 130 in Fig. 6 entspricht dem Kammfilter 58 aus Fig. 5, weist jedoch zusätzlich einen Grenzstellendetektor (ähnlich dem Schaltkreis 34 in Fig. 5) auf, der auf Ungleichartigkeiten zwischen zwei Zeilen anspricht, die das Kammfilter beim Erzeugen seiner Helligkeits- und Farbsättigungsausgangasignale addiert und subtrahiert.
Der Grenzstellendetektor des Kammfilters 130 gibt ein Steuersignal ab, das Wählgattern 132, 134- zugeführt wird. Wenn die verglichenen Zeilen übereinstimmen, v/erden die Wählgatter 132,
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134 gesperrt und die Ausgangssignale des Kammfilters 130 v/erden über Verzögerungsleitungen 156,' 138 bzw. 140, 142, über Gleichstromklemmverstärker 144 bzw. 146 und über Widerstände 148 bzw. 150 unmittelbar an die Ausgänge B und C abgegeben.
Stellt jedoch der Grenzstellendetektor zwischen den verglichenen Zeilen Jngleichartigkeit fest (wie es entlang einer horizontalen Grenzstelle der Fall wäre), so erzeugt er Steuersignale, die die Wählgatter 132, 134 entriegeln. Im Hellig- . keitskanal gelangt das Signal des Kammfilters 130 nun über eine Verzögerungsleitung 136, eine Falle 152 und einen Gleichstromklemmverstärker 154 zum Ausgang B..Die Falle 152 ist ein herkömmliches Bandpaßfilter, das alle im Farbhilfsträgerfrequenzband liegenden Signalkomponenten ausfiltert.
Im Farbsättigungskanal gelangt das Signal des Kammfilters 130 nach Betätigung des Gatters 134 über eine Verzögerungsleitung 140, eine Inversfalle 156 und einen Gleichstromklemmverstärker 1'58 zum Ausgang C. Die Inversfalle 156 ist ähnlich der Falle 152 ein herkömmliches Bandpaßfilter, das jedoch so ausgebildet ist, daß nur die im Farbhilfsträgerfrequenzband liegenden Signalkomponenten durchgelassen werden.
Damit die Gatter ordnungsgemäß betrieben v/erden können, verzögern die Verzögerungsleitungen 136, 140 bei einer Verzögerungszeit von etwa 100 NanoSekunden um ein Ein-Bild-Element, während die Verzögerungsleitungen 138 und 142 die Eigenverzögerungen der Fallen 152 bzw. 156 kompensieren.
Aufgrund der Güteeigenschaften des Farbsättigungssignals kann der Farbsättigungskanal der Schaltung nach Fig. 6 wahlweise weggelassen werden und das Farbsättigungssignal vom Kammfilter 130 unmittelbar an den Punkt C geleitet werden.
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Verfahren zur Güteverbesserung von Videobildern, dadurch gekennzeichnet, daß die Videosignale einander entsprechender Bereiche von wenigstens zwei separaten Einzelbildern elektronisch miteinander verglichen werden, und daß hieraus ein die Güte der Videobilder verbesserndes Kombinationssignal abgeleitet wird, das einen Mittelwert der entsprechenden Videosignale jedes der verglichenen Einzelbilder darstellt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Vergleich diejenigen Bereiche der Einzelbilder bestimmt werden, deren Bildinhalt sich zwischen den Einzelbildern bewegt, daß für die eine Bewegung zwischen den Einzelbildern zeigenden Bereiche des Videobilds ein Videosignal eines bestimmten Einzelbilds der miteinander verglichenen Einzelbilder tibertragen wird, und daß für die keine Bewegung zwischen den Einzelbildern zeigenden Bereiche des Videobilds das Kombinationssignal übertragen wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2t dadurch gekennzeichnet, daß zur Güteverbesserung von Farbvideobildern die Videosignale von wenigstens zwei Einzelbildern mit gegenphasigen Farbsättigungskomponenten algebraisch miteinander kombiniert werden, wodurch getrennte Helligkeits- und Farbsättigungssignale erhalten werden, die jedes für sich eine Kombination der Helligkeits- und Farbsättigungskomponenten aus den wenigstens zwei Einzelbildern darstellen.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Videosignale der sich nicht bewegenden Bereiche der Einzelbilder algebraisch miteinander kombiniert werden»
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  5. 5. Anordnung zur Verringerung des Rauschens in Videobildern entsprechend dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eingangsschaltung (22,24, 26,28), die als Eingangssignale die verrauschten Videosignale einander entsprechender Bereiche einer Vielzahl von Einzelbildern gleichzeitig aufnimmt, durch eine Kombinierschaltung (36,54), die wenigstens zwei der Eingangssignale miteinander kombiniert, und ein Kombinationssignal erzeugt, durch eine Bewegungsdetektoranordnung (34,52), die wenigstens zwei der Eingangs- und Kombinationssignale aufnimmt und bei einer Differenz zwischen wenigstens zwei aufgenommenen Signalen wenigstens ein Steuersignal abgibt, durch eine Ausgangsschaltung (30,32, 64,70), und durch eine Gatterschaltungsanordnung (36,54»90,98), die, durch die Steuersignale entsprechend gesteuert, entweder ein bestimmtes der Eingangssignale der von der Eingangsschaltung (22,24,26,28) oder ein Kombinationssignal zur Ausgangsschaltung (30,32,64,70) hin überträgt.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Gatter (36;54) der Gatterschaltungsanordnung (36,54,90^8) ein kontinuierliches Mischgatter ist.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des Helligkeits-Farbsättigungs-Interferenzrauschens in Farbvideobildern eine algebraische Verknüpfungsstufe (78,88,96) vorgesehen ist, die zwei der Eingangs- und Kombinationssignale mit gegenphasigen Farbsättigungskomponenten aufnimmt und durch Addition und Subtraktion der beiden aufgenommenen Signale getrennte Helligkeits- und Farbsättigungssignale erzeugt, daß eine wechselweise trennende Helligkeits-Farbsättigungstrennstufe (58; Fig.6) vorgesehen ist, die auf Grundlage der in einem einzigen Einzelbild des Videosignals verfügbaren Information getrennte. Helligkeits-' und Farbsättigungssignale erzeugt, und daS die Gatterschaltungsanordnung (36, 54,90,98) eine Wählerschaltung (90,98) auf-
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    _ 18 - ,
    weist, die, von den Steuersignalen gesteuert, der Ausgangsschaltung (30,32,64*70) selektiv die Helligkeits- und Färb-Sättigungssignale der algebraischen Verknüpfungsstufe (78,88, 96) und die Helligkeits- und Farbsättigungssignale der wechselweise trennenden Helligkeits-Farbsättigungstrennstufe (58; Fig.6) zuführt.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farbphaseninverter (100) eines der beiden von der algebraischen Verknüpfungsstufe (78,88,96) aufgenommenen Signale aufnimmt und die Phase der im Frequenzband des Farbhilfsträgers liegenden Signalkomponenten invertiert, daß ein Komparator (104) das in seiner Farbphase invertierte Signal, sowie das andere der beiden von der algebraischen Verknüpfungsstufe (78,88,96) aufgenommene Signal aufnimmt und jedesmal bei Ar." treten einer Differenz zwischen den von ihm aufgenommenen Signalen ein Steuersignal abgibt, und daß dieses Steuersignal die Gatterschaltungsanordnung (36,54,90,98) wenigstens teilweise steuert.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschalteinrichtung (116) vorgesehen ist, die den Komparator (104) abschaltet, wenn die Bewegungsdetektoranordnung (34,52) kein Steuersignal abgibt.
  10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise trennende Helligkeits-Farbsättigungstrennstufe (58) ein Kammtrennfilter (comb filter) ist. ·
  11. 11. Anordnung zum Trennen des Helligkeitssignals vom Farbsättigungssignal in Farbvideosignalen, insbesondere nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die wechselweise trennende Helligkeits-Farbsättigungstrennstufe (Fig.6) weitere Gatter (132;13A) und ein Kammtrennfilter (130)mit Schaltkreisen aufweist, die die weiteren Gatter (132;134) betätigen, wenn zwischen den vom Karamtrennfilter(130)
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    beim Filtern verarbeiteten Bildzeilen. Unterschiede auftreten, daß die Helliglceits-Farbsättigungsstufe (Fig.6) Bandpaßfilter (152j 156) aufweist, die die Helligkeitssignalfrequenzkomponenten von den Farbhilfsträgerfrequenzkomponenten -trennen, und .daß die weiteren Gatter (132j 134) so angeschlossen sind, daß die Ausgangssignale des Kammtrennfilters (130) nur dann durch die Bandpaßfilter (152;156) treten, wenn die weiteren Gatter (132;134) betätigt sind.
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