DE2760324C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Fernsehbild-Verarbeitungsschaltung
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Verminderung von Rauschen in einem Videosignal ist es
aus dem US-Patent 38 75 584 bekannt, zunächst die Luminanzkomponente
von der Chrominanzkomponente zu trennen
und mehrere aufeinanderfolgende Halbbilder der Luminanzkomponente
in einem Plattenspeicher zu speichern. Die Luminanzkomponenten
mehrerer Teilbilder werden dann auf
einer Bildpunkt-zu-Bildpunkt-Basis in einem Summierverstärker
miteinander kombiniert, was aufgrund des Zufallscharakters
des Rauschens zu einer Verbesserung des
Signal-zu-Rausch-Verhältnisses führt. An einer Steuerschaltung
kann die Anzahl der zur Verbesserung des
Signal-zu-Rausch-Verhältnisses ausgenutzten Halbbilder
eingestellt werden, da die Mitteilung über mehrere Halbbilder
hinweg die Bildschärfe verschlechtert. Die Steuerschaltung
wird hierbei manuell eingestellt.
Aus dem US-Patent 37 16 667 ist ein Fernsehübertragungssystem
bekannt, welches zur Minderung der zu übertragenden
Datenmenge Bildpunktdaten nur dann überträgt, wenn
sich der Bildinhalt der aktuellen Bildpunktdaten gegenüber
früheren Daten desselben Bildpunktes ändert. Die Datenänderung
wird von einem Bewegungsdetektor auf einer
Bildpunkt-zu-Bildpunkt-Basis erfaßt. In einer vergleichsweise
aufwendigen Prüfschaltung wird ermittelt, ob Änderungen
der Bildpunktdaten auf eine Änderung des Bildinhalts
oder auf eine durch Rauschen hervorgerufene Änderung
zurückzuführen sind. Die Bildpunktdaten werden jeweils
durch neue Bildpunktdaten ersetzt, wenn es sich
nicht um eine rauschbedingte, sondern durch eine Änderung
des Bildinhalts bedingte Datenänderung handelt. Die ersetzten
Bildpunktdaten sind jedoch nicht hinsichtlich
ihres Rauschens verbessert, sondern für die Auffrischung
des Bilds werden die ursprünglichen, rauschbehafteten
Bildpunktdaten benutzt. Die verrauschten Bildpunktdaten
werden so lange beibehalten, bis sie aufgrund einer erneuten
Änderung des Bildinhalts erneut ersetzt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fernsehbild-Verarbeitungsschaltung
der aus dem US-Patent 38 75 584 bekannten
Art so zu verbessern, daß bei der Verarbeitung durch Bewegungen
im Bildinhalt hervorgerufene Bildunschärfen verringert
werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße
Verarbeitungsschaltung ermöglicht einen
optimalen Zwischenweg zwischen der Rauschunterdrückung
und der Übertragung sich bewegender Bildinhalte bei minimaler
Rauschstörung. Sie ermöglicht insbesondere auch die
Bewegungsinterpolation bei der Normwandlung von Fernsehnormen,
wobei sie in Bildbereichen ohne Bewegung des
Bildinhalts die Konturenschärfe verbessert. Weiterhin
kann vorteilhaft der Hilfsträgerrest in einem Farbfernsehsignal
unterdrückt werden.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockbild des erfindungsgemäßen Verarbeitungssystems;
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des Systems nach Fig. 1,
Fig. 3 die Flächenverarbeitungsfunktion der Eingabe- und
Ausgabeprozessoren von Fig. 2;
Fig. 4 die auf das normale Fernsehbild bezogenen verarbeiteten
Flächen;
Fig. 5 die Konstruktion des Flächenprozessors mit mehreren
Multiplizierern;
Fig. 6 für die Multiplizierer von Fig. 5 verwendete Speicher
mit wahlfreiem Zugriff;
Fig. 7 die für die Eingabe- und Ausgabeprozessoren verwendete
Volumenverarbeitungsfunktion;
Fig. 8 die Konstruktion eines Volumenprozessors;
Fig. 9 den Eingabevolumenprozessor und den in dem Verarbeitungssystem
verwendeten Bewegungsdetektor;
Fig. 10 eine alternative Volumenverarbeitungsfunktion;
Fig. 11 eine Anordnung zur horizontalen Ausdehnung oder Zusammenziehung
unter Verwendung variabler Schreib- und
Lesetaktimpulsfrequenzen;
Fig. 12 ein 12-Bit-Datenformat, wobei ein Bit als Bewegungskode
verwendet wird;
Fig. 13 eine Anordnung zum Einsetzen des erzeugten Bewegungskodes
in die Bilddaten, damit der Kode in dem adaptiven
Ausgabevolumenprozessor verwendet werden kann;
Fig. 14 den zur Rauschunterdrückung verwendeten Teil des Verarbeitungssystems;
Fig. 15 eine Anordnung für Mehrebenen-Koeffizienteneinstellungen
in Abhängigkeit von der erfaßten Bewegung;
Fig. 16 eine grafische Darstellung gespeicherter Koeffizienten
k 11, die in Abhängigkeit gemessener Differenzen gewählt
sind;
Fig. 17 eine grafische Darstellung der Koeffizienten k 12, die
im Festwertspeicher gespeichert sind und durch das Differenzsignal
vom Subtrahierwerk aus Fig. 15 zugreifbar
sind;
Fig. 18 ein Beispiel eines zweckmäßigen Bewegungskodes, der am
Festwertspeicherausgang von Fig. 15 verfügbar ist;
Fig. 19 ein alternatives Koeffizienteneinstellsystem, bei dem
der Bewegungskode nach früheren Daten verwendet wird;
Fig. 20 eine grafische Darstellung des Koeffizienten k 11, der
im Festwertspeicher gespeichert und durch den vorher
gespeicherten Bewegungskode modifiziert ist sowie
das durch die Anordnung von Fig. 19 erzeugte Differenzsignal;
Fig. 21 eine Koeffizienteneinstellung mit Gesamtdifferenzintegration
zur Erfassung der Bildbewegung bei Vorhandensein
von Rauschen;
Fig. 22 das Flächenwahlsystem zur Bewegungserfassung bei Vorhandensein
von Rauschen oder Resthilfsträger;
Fig. 23 eine alternative Anordnung zur Rauschunterdrückung
mit nur einer Multipliziererfunktion;
Fig. 24 ein System mit getrennten Synchronisationseinrichtungen;
Fig. 25 ein alternatives System, bei dem die Ein- und Ausgabeprozessoren,
das Rauschunterdrückungssystem und der
Speicher als integriertes System vorgesehen sind,
das von einem Computer gesteuert werden kann;
Fig. 26 die fundamentale Verarbeitungsfunktion unter Verwendung
des in Fig. 25 gezeigten Systems;
Fig. 27 das Minimalsystem zur Verarbeitung mit nur einem Prozessor
und Speicher;
Fig. 28 eine Anordnung zur Durchführung des verteilten Speichers
und Prozessors von Fig. 25;
Fig. 29 den Prozessor und die Speicherungsanlage von Fig. 28
im einzelnen, und
Fig. 30 die Verarbeitungsfunktion der Prozessorelemente von
Fig. 29.
Das Verarbeitungssystem in Fig. 1 zeigt eine Eingabeanordnung 1,
die ein ankommendes Fernsehsignal z. B. in NTSC 525-
Zeilennorm empfängt. Die Eingabeanordnung 1 ändert das ankommende Signal
nach Erfordernis auf ein Format ab, das von einer Kompression/Expansionsanordnung
2 angenommen werden kann. Wenn es sich daher
um ein normales BAS-Signal handelt, werden die Chrominanz- und
Luminanzkomponenten getrennt und die analogen Informationen zur
Einspeisung in die Kompressions/Expansionsanordnung 2 in digitale
Form umgewandelt. Eine derartige Analog-Digitalumsetzung von
Fernsehsignalen ist bekannt. Zur Kompression übernimmt
die Anordnung 2 die den ankommenden Bildpunktinformationen entsprechenden
digitalen Daten und leitet eine herabgesetzte Zahl von
Bildpunkten für eine gegebene Bildgröße ab, so daß das aus den ankommenden Daten abgeleitete Bild mit
verkleinerter Größe von einer Ausgabeanordnung 5 in Echtzeit
erzeugt wird. Zur Expansion
ändert Anordnung 2 die ankommenden Bildinformationen so ab, daß
eine größere Zahl von Bildpunkten als ursprünglich vorhanden war
für eine gegebene Bildgröße abgeleitet wird, so daß am Systemausgang
ein expandiertes Bild auf der Grundlage der ursprünglichen
Daten in Echtzeit erzeugt wird.
Die abgeänderten Daten aus der Anordnung 2 werden vorübergehend, z.B.
für die Dauer 1 Rasterperiode, in einem
Digitalspeicher 3 gespeichert, bis sie ausgelesen werden.
Am Ausgang des Speichers 3
kann ebenfalls eine Kompressions/Expansionsanordnung 4 vorgesehen
werden. Somit könnte die Anordnung 2 zweckmäßig zur Kompression
und die Anordnung 4 zur Expansion eingesetzt werden. Der Betrag
der Kompression oder Expansion kann, falls erforderlich, variabel
sein, so daß das Herunterzoomen oder Heraufzoomen in Echtzeit
erfolgen kann. Die abgeänderten Bilddaten werden von der Ausgabeanordnung
5 empfangen, die die Daten in analoge Form umsetzt
und bekannte Ausgabeverarbeitungsfunktionen vornimmt, um ein
analoges Bildaustastsynchronsignal am Ausgang 55 bereitzustellen.
Die Daten im Speicher 3 sind zugriffsbereit, um eine Abänderung
durch eine Koeffizientengeneratoranordnung 6 zu ermöglichen.
Der Koeffizientengenerator 6 erzeugt Koeffiziente zum Abändern der gespeicherten
Daten, um ein verstärktes Bild am Systemausgang
bereitzustellen.
Im allgemeinen Fall bei variabler Kompression/Expansion
nimmt der Koeffizientengenerator 6 eine Rauschunterdrückung
an den Daten vor. Wenn der Betrag der Kompression bzw.
Expansion fest ist, wie bei der Normumwandlung, d. h. von 625 auf
525 Zeilen (Kompression) oder 525 auf 625 Zeilen (Expansion),
wird der Koeffizientengenerator 6 zur Erzeugung von Bewegungsinterpolationskoeffizienten
eingesetzt, was weiter unten näher
erläutert wird.
Neben Einrichtungen zur Kompression und Expansion kann eine Positionssteuerungsanordnung
7 vorgesehen werden, um die relative Lage des Bildes
auf dem normalen Fernsehraster zu variieren, so daß zum Beispiel
ein verkleinertes Bild von einer Mittellage in eine Ecke
des Schirms bewegt werden kann.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der gewünschten Funktionen
des Systems von Fig. 1 in Blockbildform dargestellt.
Das System von Fig. 2 wird zur Erzeugung einer variablen
Kompression und Expansion beschrieben, und der an den Speicher
angeschlossene Koeffizientengenerator 6 wird zur Bereitstellung
von Rauschunterdrückungskoeffizienten eingesetzt. Die Kompressions/Expansionsanordnung
2 wird zur Kompression eingesetzt, und die Anordnung
4 wird speziell zur Expansion eingesetzt. Es versteht sich,
daß diese Funktionen untereinander austauschbar sind.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung wird zur Verwendung mit der
NTSC-Zeilennorm beschrieben, könnte jedoch an andere Normen angepaßt
werden.
Das eingegebene Bildaustauschsynchronsignal, das Chrominanz- und
Luminanzinformationen enthält, wird dem Eingang 10 der Eingabeanordnung
1 zugeführt, in der sich ein Dekoder 11 befindet,
der getrennte Signale für die Luminanz und die Farbdifferenzsignale
erzeugt. Das Luminanzsignal ist mit Y und die beiden Farbdifferenzsignale
sind mit I und Q bezeichnet. Das Luminanzsignal Y hat
eine Bandbreite von 4,2 MHz, während die Farbdifferenzsignale I
und Q jeweils eine Bandbreite haben, die geringer als 1 MHz ist.
Die Signale Y, I und Q werden einem analogen Multiplexer 12
zugeführt, der jedes dieser Signale auf Zeitteilungsbasis betrachtet,
so daß die Schaltfrequenz ausreicht, um sämtliche
Informationen weiterzuleiten. Eine typische Schaltfrequenz für
Y ist 10,7 MHz und für I und Q 3,58 MHz. Die Zeitteilung kann
in jeder beliebigen Folge vorgenommen werden, so daß die Schaltfrequenz
oberhalb des nach der Informationstheorie erforderlichen
Minimums beibehalten wird. Die geringste Frequenz, die in diesem
System verwendet werden darf, beträgt das Zweifache der maximalen
Bandbreite, die am Ausgang des Systems für Y, I und Q erforderlich
ist.
Der Analogmultiplexer 12 erzeugt einen zeitlich verschachtelten
seriellen Analogdatenstrom, der an einer Abtast-Halte-Anordnung 13
zugeführt wird, die die vorgelegten Informationen lange genug
speichert, um eine Analog-Digitalumsetzung in einem Analog-Digital-Umsetzer 14 (ADU 14) herbeizuführen.
Die Analog-Digitalumsetzung erzeugt einen digitalen Datenstrom
mit einer Breite von M Bits. In dem hier beschriebenen System
liegt M zwischen 8 und 10 Bits. 8 Bits reichen aus, um sämtliche
analogen Eingabeinformationen ohne eine nennenswerte Signalbeeinträchtigung
zu befördern. Der Ausgang des ADU 14 der Eingabeanlage 1
ist mit der Kompressionsanordnung 2 verbunden.
Die Digitaldaten mit einer Breite von 8 Bits werden einer
Eingabeprozessor-Formatsteuerung 15 innerhalb der Kompressionsanordnung 2
zugeführt, die den Digitaldatenstrom in der vorgelegten Reihenfolge
annimmt, speichert und so darstellt, daß ein Eingabeflächenprozessor
16 das Signal bearbeiten kann.
Der Eingabeprozessor 16 ist eine Flächenverarbeitungseinrichtung,
die eine Anzahl von Bildpunkten aus benachbarten Zeilen horizontal
und benachbarte Punkte vertikal annimmt. Ein (weiter unten
näher beschriebener) Koeffizient wird an jeden der eingegebenen
Punkte angelegt, und der sich daraus ergebende Ausgang ist ein
einzelnes Datenwort für jeden neuen Bildpunkt, welches die Summe
verschiedener Teile der Eingabedatenpunkte auf der Fläche ist,
die verarbeitet wird. Die erforderlichen Kompressionskoeffizienten
werden in einem Koeffizientenspeicher 26 gespeichert, und
der Kompressionsgrad kann von einer Kompressionssteuerung 28
über einen Analog-Digital-Umsetzer 27 geregelt werden.
Ein Eingabeprozessor-Pufferspeicher 17 nimmt Daten aus
dem Eingabeprozessor 16 mit der übermittelten Frequenz an und
legt ein neues Format fest zwecks nachfolgender Speicherung
im Hauptspeicher 3 über den als Rauschunterdrückungsanordnung arbeitenden
Koeffizientengenerator 6. Ein Koeffizientenmodifizierer 18
der Anordnung 6 nimmt den Digitaldatenstrom an und modifiziert ihn
um einen mit K 11 bezeichneten Faktor. Der Ausgang des Koeffizientenmodifizierers
18 wird an einen Eingang eines M-Bitbreiten
Addierers 19 zugeführt. Der Ausgang des Addierers 19 ist Q Bits
breit und wird einem Koeffizientenmodifizierer 20 zugeführt, der
ihn um einen Koeffizienten
K 13 modifiziert und mit einer Breite von Q Bits einem
Eingangskanal 1 eines Datenspeichers
22 des Speichers 3 zuführt.
Kanal 2 des Datenspeichers 22 ist zum Auslesen von Daten aus
dem Datenspeicher und zum Anlegen derselben an einen Koeffizientenmodifizierer
23 vorgesehen. Der Modifizierer 23 übernimmt die Informationen
aus dem Datenspeicher 22, modifiziert sie um einen Koeffizienten
K 12 und führt sie dem anderen Eingang des Q-Bits-breiten
Addierers 19 zu.
Die Koeffizienten K 11, K 12 und K 13 werden von einem Koeffizienteneinsteller
25 eingestellt, der die Daten aus dem Eingabeprozessor-
Pufferspeicher 17 und dem Ausgangssignal 2 des Datenspeichers
22 in einem Flächenvergleichssystem prüft. Das Ergebnis
der Flächenvergleichsinformation ändert die Koeffizienten
auf einer Punkt-zu-Punkt-Basis in Echtzeit ab. Die Rauschunterdrückungsdaten
sind in einem Rauschunterdrückungsdatenspeicher 41 gespeichert.
Die Rauschunterdrückung kann durch eine Steuerung 43
über einen Analog-Digital-Umsetzer 42 gesteuert werden.
Kanal 3 des Digitaldatenspeichers 22 erzeugt R-Bits breite Daten
und führt sie einer puffernden Ausgabeprozessor-Formatsteuerung 30 der Expansionsanordnung
4 zu. Die Formatsteuerung 30 übernimmt den Ausgang vom
Kanal 3 und modifiziert ihn zur Verarbeitung in einer Ausgabeprozessoranordnung
31. Diese Modifizierung ist eine einfache Neuanordnung
der zur Verwendung im Ausgabeprozessor notwendigen
Daten.
Der Ausgabeprozessor 31 arbeitet als Flächenverarbeitungsprozessor
in ähnlicher Weise wie der Eingabeprozessor. Der Ausgabeprozessor
nimmt Daten aus einer Zahl von benachbarten Zeilen
horizontal und eine Zahl von benachbarten Bildpunkten vertikal
an. Jeder der Bildpunkte wird um einen unten beschriebenen
Koeffizienten modifiziert, und die sich ergebenden R-Bit
breiten Ausgabedaten sind zum Anlegen an einen Ausgabeprozessor-
Pufferspeicher 32 verfügbar.
Die Koeffizienten für die Expansion werden in einem Speicher 45 gespeichert,
und der Grad der Expansion kann von einer Steuerung 47
über einen Analog-Digital-Umsetzer 46 gesteuert werden. Es kann auch eine Verstärkung
durch eine Steuerung 49 über einen Analog-Digital-Umsetzer 48 erfolgen, wie dies
weiter unten im einzelnen beschrieben ist.
Der Ausgabeprozessor-Pufferspeicher 32 übernimmt die Informationen
von dem Ausgabeprozessor 31 und modifiziert sie zum Anlegen
an einen Digital-Analog-Umsetzer 36 der Ausgabeanordnung 5.
Die Modifizierung ist eine einfache Neuanordnung und neue
Zeitabstimmung der Ausgabeinformationen, so daß sie in dem zur
Handhabung durch den Digital-Analogumsetzer (DAU) erforderlichen
Zeitmaßstab erscheinen.
Der Digital-Analog-Umsetzer 36 nimmt R-Bit breite Daten an und erzeugt einen analogen
Ausgang, der eine wahre Darstellung der dem Eingang vorgelegten
Digitalzahl ist.
Der analoge Ausgang wird an drei Abtast-Halte-Einheiten 37, 38
und 39 angelegt, von denen jeweils eine Y, I und Q zugeteilt ist.
Die sich ergebenden analogen Ausgänge Y, I und Q werden dann an
einen Kodierer 40 zur Neuerzeugung eines NTSC-BAS-Signalausgangs
angelegt.
Bei dem betrachteten System ist die Auflösung des Datenspeichers 22
Q-Bits breit, wobei Q zwischen 10 und 12 liegt
Die Ausgabedaten vom Kanal 3 des Datenspeichers 22 sind R-Bits
breit, wobei R zwischen 8 und 10 liegt. Das System ist in der Lage,
ohne Signalbeeinträchtigung bei 8-Bit Breite zu arbeiten und
es kann eine Signalverstärkung vorgenommen werden, so daß 10-Bit-
Daten für eine wesentliche Rauschunterdrückung zur Verfügung stehen.
Nachfolgend soll das System von Fig. 2 näher erläutert werden.
Der Eingabedekoder 11 ist ein Standardfernsehgerät, das eine
Signalgemischwellenform annimmt, diese filtert, um die am Hilfsträger
von 3,58 MHz geführten Chrominanzinformationen auszuschließen,
und erfaßt die I- und Q-Komponenten. Der YIQ-Ausgang
wird gefiltert, um an jedem der drei Kanäle Signale voller Bandbreite
bereitzustellen.
Der Analogeingabemultiplexer 12 ist ein einfacher bekannter
Analogschalter, der mit hoher Geschwindigkeit arbeitet. Es hat
sich herausgestellt, daß ein Brückendiodenschalter zur Erzeugung
eines Analogmultiplexers eingesetzt werden kann, der in der Lage
ist, mit den erforderlichen Geschwindigkeiten, die im Bereich
von 15 MHz zwischen den Schaltstellen liegen, zu arbeiten.
Die vor dem ADU befindliche analoge Abtast-Halte-Anordnung 13
enthält einen Hochgeschwindigkeits-Brückendiodenschalter und
einen Speicherkondensator, der die gespeicherte Ladung lange
genug (66 Nanosekunden) festhält, damit eine Analog-Digitalumsetzung
erfolgen kann.
Der Analog-Digitalumsetzer 14 ist von bekannter Bauart und kann
von der Art sein, wie sie in dem
US-Patent 40 05 410 beschrieben ist. Die grundsätzliche
Analog-Digitalumsetzung erzeugt 8-Bits breite parallele Digitaldaten
für die Eingabeprozessor-Formatsteuerung 15.
Die Datenfolge aus dem ADU entspricht dem Zeitverschachtelungsbetrieb
des Analogmultiplexers und kann zum Beispiel in der Form
YYI, YYQ erfolgen. In der beschriebenen Form ist für den Eingabeflächenprozessor
16 ein Format YYY, YYY, III, YYY, YYY, QQQ erforderlich.
Die Eingabeprozessor-Formatsteuerung 15 nimmt die Daten
so an, wie sie vom ADU vorgelegt werden und gibt ihnen zur Anlegung
an den Eingabeprozessor ein neues Format. Es handelt sich
lediglich um einen Pufferspeicher, der mit circa 15 MHz arbeitet
(z. B. 1-Zeilenspeicher mit 1024 Plätzen).
Der Eingabeprozessor 16 arbeitet in der Flächenverarbeitungsbetriebsart.
Fig. 3 zeigt die Funktion des Eingabeflächenprozessors.
An den Eingabeprozessor werden aufeinanderfolgende
Bildpunkte P 1 bis P 9 an benachbarten Zeilen N, N +1 und N +2
angelegt. Jeder der Punkte P 1 bis P 9 wird durch die Koeffizienten
K 1 bis K 9 modifiziert. Die sich ergebende Summe ist ein
mit NP 1 bezeichneter neuer Bildpunkt, wobei
NP 1 = K 1 P 1 + K 2 P 2 + K 3 P 3 ... usw. bis K 9 P 9 ist.
Wenn der Eingabeflächenprozessor 16 zur Verminderung der Bildgröße
für komprimierte Bilder arbeitet, kann es sein, daß die Ausgabedaten
langsamer als die Eingabedaten erscheinen. So wird die Zahl
der erzeugten neuen Bildpunkte bei der Kompression geringer als
die ursprüngliche Zahl von Bildpunkten sein, jedoch wird jeder
neue Bildpunkt aus Daten an den nächstgelegenen 9 Bildpunkten
abgeleitet sein. Nachstehend wird erläutert, wie der Prozessor
diese Funktion vornimmt.
Um die Größe eines Standardfernsehbildes zu verkleinern, ist
eine Interpolation über die Bildfläche erforderlich. In dem beschriebenen
System wird das Gesamtfernsehbild in eine Anzahl von
Bildpunkten aufgeteilt. Das Bild könnte typisch in 512 Bildpunkte
pro Zeile für ein 525-Zeilenbild aufgegliedert werden. Wie bereits
mit Bezug auf Fig. 3 erläutert, wird die Flächenverarbeitungsfunktion
für den neuen Bildpunkt NP 1 durch den Ausdruck
NP 1 = K 1 P 1 + K 2 P 2 + ... K 9 P 9
durchgeführt.
Diese Fläche ist in Fig. 4 mit Fläche A bezeichnet. Bei der Berechnung
des nächsten Bildpunktes werden die Werte der Koeffizienten
K 1 bis K 9 für Fläche B anders sein als diejenigen für
Fläche A. Folglich ist
NP 1 = K 1 A P 1 + K 2 a P 2 + K 3 A P 3 + ... K 9 -A P 9 und
NP 2 = K 1 B P 2 + K 2 B P 3 + K 3 B P 10 + ... K 9 B P 12-.
NP 2 = K 1 B P 2 + K 2 B P 3 + K 3 B P 10 + ... K 9 B P 12-.
Somit bleibt der Eingabeflächenprozeß derselbe, aber die Koeffizienten
K 1 bis K 9 sind variabel.
Der Flächeninterpolationsvorgang erfolgt in Echtzeit und da
die Daten horizontal abgetastete ankommende Informationen darstellen,
müssen sich die Koeffizienten K 1 bis K 9 über die Länge von
1 Fernsehzeile ändern. In dem beschriebenen System erfolgt
die Umschaltung zwischen den Bildpunkten.
In gleicher Weise stellen die Grenzen zwischen den Zeilen vertikal
Koeffizientenwechsel dar. Jeder neue Bildpunkt wird aus Informationen
errechnet, die von den dem neuen Bildpunkt nächstgelegenen
9 Bildpunkten zur Verfügung stehen.
Um Koeffizienten zwischen den Bildpunktgrenzen horizontal umzuschalten,
sind Excess-Nachschlagetabellen innerhalb des Grundsystems
vorgesehen. Da es jedoch möglich ist, Daten erneut in
die Nachschlagetabellen zu laden, wenn diese nicht im Einsatz
sind, kann das System mit nur einem kompletten Satz von Excess-
Nachschlagetabellen betrieben werden.
Die Koeffizienten K 1 bis K 9 werden in dem getrennten Koeffizientenspeicher
26 gespeichert. Der erforderliche Kompressionsgrad
wird von Hand durch die analogartige Steuerung 28
gesteuert. Der Betrag der Kompression wird im Analog-Digitalumsetzer
27 in eine digitale Zahl umgewandelt und dem Koeffizientenspeicher
26 zugeführt, so daß die erforderlichen Werte
von K 1 bis K 9 für jede Einstellung der Kompressionssteuerung
ausgelesen werden.
In Fig. 5 ist der Flächenprozessor 16 im einzelnen dargestellt.
Multiplizierer 60-68 empfangen jeweils Daten eines Bildpunktes
(P 1-P 9) und multiplizieren die Daten mit den Koeffizienten
K 1 bis K 9, die jeweils variabel, jedoch voreingestellt sind.
Die abgeänderten Daten werden im Addierer 69 addiert, der einen
9 Eingänge × 8 Bit Addierer aufweist. Der Ausgang des Addierers 69
ist der neue Bildpunkt NP 1.
Die Koeffizientenmultiplizierfunktion des Flächenprozessors 16
(d. h. der Multiplizierer 60-68) kann durch den Einsatz eines
Speichers 70 mit wahlfreiem Zugriff (RAM) erfolgen. Der in Fig. 6 gezeigte
RAM-Speicher 70 hat eine Kapazität von
8 × 256 Bit. Derartige Speicher und ihre Betriebsweise sind
in der digitalen Verarbeitung bekannt. Die Koeffizienten K 1
bis K 9 werden während eines Schreibzyklus in die Speicherplätze des
RAM geladen. Die Koeffizientendaten vom Koeffizientenspeicher
26 (von Fig. 2) werden einem in Fig. 6 gezeigten RAM-Dateneingang
71 zugeführt. Der Platz, in den Daten eingeschrieben werden,
wird durch einen Speicheradressendateneingang 72 bestimmt. Adreßdaten
werden in normaler Weise an den Adreßeingang 72 angelegt,
um die Koeffizientendaten am Eingang 71 einzugeben. Die Adressierdaten
sind als "Ladekoeffizienten" dargestellt. Beim Betrieb als
Mulitplizierer (d. h. Lesezyklus) werden dem Eingang 72 die ankommenden Videodaten
zugeführt. Der RAM
verfügt über genügend Adressen, so daß jede eingegebene Zahl
einen bestimmten Platz im Speicher kennzeichnet. Da an jedem Platz
einen vorgeladenen Koeffizienten gespeichert ist, werden
bei Zugriff zu einem bestimmten Platz (d. h. in Abhängigkeit von
den ankommenden Daten, die die Adresse effektiv definieren)
die in einem bestimmten Platz gespeicherten Daten von dem RAM
am Ausgang 73 ausgelesen. Je nach dem vorbestimmten Koeffizienten,
werden diese Daten entweder eine 0 oder L sein. Somit werden
die 8-Bit-Eingabedaten für den Bildpunkt P 1 effektiv mit einem
Koeffizienten K 1 multipliziert.
Der Eingabeprozessor-Pufferspeicher 17 übernimmt die von dem Eingabeflächenprozessor erzeugten Daten und speichert sie in Bereitschaft
zur Eingabe in den Datenspeicher 22.
Der Pufferspeicher arbeitet höchstens mit 15 MHz und bei
komprimierten Bildern kann diese Zahl niedriger sein.
Der Koeffizientenmodifizierer 18 beinhaltet einen in Echtzeit
arbeitenden Multiplizierer. In diesem System sind eine Anzahl
von Multiplizierern vorhanden, und eine grundsätzliche Anforderung
ist die Fähigkeit, mit hoher Geschwindigkeit zu multiplizieren.
Die angewendete Methode einer Nachschlagetabelle
ist bei allen Koeffizienten anwendbar (siehe die Erläuterung
weiter oben hinsichtlich der Multiplizierer des Flächenprozessors
16). Die Eingabedaten vom Puffer 17 werden einem
innerhalb des Modifizierers 18 vorhandenen RAM zugeführt, der
eine genügende Anzahl von Adressen besitzt, damit jeder eingegebenen
Zahl ein bestimmter Platz im Speicher zugeordnet ist. Wie
vorstehend bereits erläutert, werden die Videodaten an die
an sich bekannten "Adressen"-Endstationen angelegt.
An dem von den Daten erkannten Platz wird entweder eine 0 oder L
gespeichert und in die Datenausgabe eingelesen. Der Koeffizient
K 11 ist vorbestimmt und vorgespeichert als eine Serie von 0
und L in den Plätzen innerhalb des RAM (z. B. 8 × 256 Bit).
Wie bei dem RAM des Prozessors 16 werden zum Laden der Koeffizienten
die Koeffizientendaten an die mit Koeffizientendateneingabe
bezeichneten Endstationen angelegt und die Adressen
werden zu den Ladekoeffizienten gemultiplext.
Nachdem die Koeffizienten geladen worden sind, werden die Adreßendstellen
mit dem Dateneingang verbunden und der RAM-Speicher
wird in der Lesebetriebsart betrieben.
Der Ausgang des Koeffizientenmodifizierers 18 wird einem Eingang
eines M Bit × Q Bit breiten Addierers 19 zugeführt. Für den Addierer
19 werden Standardrechenelemente verwendet.
Der Koeffizientenmodifizierer 20 hat die Form eines Nachschlagesystems,
wie es vorstehend beschrieben ist, wobei der Ausgang
mit dem Datenspeicher verbunden ist.
Der Koeffizientenmodifizierer 23 hat die Form eines Nachschlagesystems.
Die Koeffizienten K 11, K 12 und K 13 werden in dem Koeffizienteneinsteller
25 eingestellt. Die Funktion dieses Blocks ist
im Grunde genommen die Betrachtung der ausgegebenen Daten auf
einer kleinen Fläche und der Vergleich derselben mit den neuen
Eingabedaten, die derselben Fläche entsprechen. Je nach dem
Umfang der Differenz, die zwischen den Daten besteht, werden
die Koeffizienten abgeändert. Die voreingestellten Koeffizienten
K 11, K 12 und K 13 bestimmen den Betrag verschiedener Rauschverminderungsgrade,
mit denen das System beaufschlagt werden kann.
Der Ausgang der analogen Rauschunterdrückungssteuerung 43
wird dem Analog-Digitalumsetzer 42 zugeführt, der an
den Rauschunterdrückungsdatenspeicher 41 angeschlossen ist.
Das allgemeine Prinzip der Rauschunterdrückung hat die Form
einer umlaufenden Digitalzahl, zu der ein Teil der neuen Eingabeinformationen
hinzuaddiert und ein Teil der Gesamtheit bei jedem
Speicherplatz im Speicher 22 weggenommen wird. Das System läßt
sich mit einem Integrierer mit Ableitung vergleichen. Bildinformationen
in dem Fernsehsystem enthalten eine große Zahl stationärer
Daten, bei denen hohe Rauschunterdrückungskoeffizienten angelegt
werden können. Die Art des Rauschens kann statistisches Rauschen
sein, und je größer die Integrierzeit im Datenspeicher ist,
desto größer ist die Verminderung des Rauschens.
Der Koeffizient K 12 steuert die Menge der zurückgespeisten und neu
gespeicherten Ausgabedaten.
Der Koeffizient K 13 steuerrt die Datenmenge, die während jedes Speicherzyklus
entfernt wird. Der Koeffizient K 11 verhindert,
daß das System überläuft und die Speicherkapazität
übersteigt.
Der Umfang der vorstehend erläuterten Rauschunterdrückung ist von
den Koeffizienten K 11, 12 und 13 abhängig. Die Rauschunterdrückungssteuerung
ändert prinzipiell den Umfang der aufgebrachten Integration.
Bei statischer Bildinformation (z. B. Fernsehtestbild) ist
es ohne weiteres offensichtlich, daß der Umfang der Bildrückführung
(wie sie vom Koeffizienten K 12 bestimmt wird) groß sein
kann, da das nächste Bildfeld mit dem vorherigen Bildfeld übereinstimmt.
So können Werte für die Koeffizienten bei statischen
Informationen K 11 = 0,1; K 12 = 0,9; K 13 = 0,95 betragen.
Wenn das Fernsehbild nicht statisch ist (z. B. wenn eine Szenenbewegung
stattfindet), ist es zur Vermeidung einer Verzerrung
des rauschunterdrückten Bildes erforderlich, eine kürzere
Integrierzeit vorzusehen; je schneller die Bewegung ist, desto
kürzer ist die zulässige Integrierzeit. Somit müssen die Werte
der Koeffizienten K 11, K 12 und K 13 entsprechend verstellt werden.
Als typisch für einen hohen Bewegungsgrad könnten die Koeffizientenwerte
K 11 = 1,0; K 12 = 0; K 13 = 1,0 betragen.
Der Datenspeicher 22 hat drei Datenkanäle 1, 2 und 3. Kanal 1
ermöglicht es, Daten in den Speicher einzuschreiben, Kanal 2
Daten aus dem Speicher an einem Kanal 1 entsprechenden Platz
auszulesen und Kanal 3 Daten aus dem Speicher an einem anderen
Platz auszulesen. Die drei Kanäle laufen im Prinzip asynchron.
Der Datenspeicher kann die Form einer in der nicht vorveröffentlichten
DE-OS 27 03 578 beschriebenen
Anlage haben. Der Speicher ist groß genug, um wenigstens einen
vollständigen Fernsehraster von Y-, I- und Q-Informationen
in voller Bandbreite (5-6 M Bits) zu speichern.
Der Speicher 3 hat eine zugeordnete Speichersteuerung, die
Adressenzähler zum Adressieren der verschiedenen Speicheradressen
innerhalb des Bildspeichers für einen Lese- oder Schreibzyklus
und eine Taktsteuerung zum Erzeugen von Taktsignalen zum Adressieren
der Speicherelemente zum richtigen Zeitpunkt in bekannter
Weise und so, wie es ausführlich in der vorstehend genannten
Patentanmeldung erläutert ist, aufweist. Der Speicher selbst ist
aus bekannten 64 × 64 Bit Speicherchips (d. h. 4096 mal 1 Bit RAM)
aufgebaut, zu dessen Bitplätzen durch Eingabe von Zeilen- und
Spaltenadreßinformationen aus der Speichersteuerung als von
den Bildpunktzählern abgeleitete 18-Bit-Adresse Zugriff möglich
ist. Da der Randomzugriffsspeicher dynamisch ist, muß ein
Erneuerungszyklus zum Festhalten der gespeicherten Daten durchgeführt
werden. Daher sind Erneuerungsadressenzähler mit einbezogen.
Zum Beispiel würde ein Speicher mit 16 Platten, von denen
jede 32 RAM-Chips enthält, einen Bildspeicher von 256 × 512
Wörtern von 8-Bit Breite vorsehen, um die Speicherung von jeweils
512 Videozeilen von 512 Bildpunkten zu erlauben.
Die Speicherkapazität könnte nach Bedarf erweitert werden.
Kanal 3 liefert Digitaldaten zum Ausgangsprozessor-Formatsteuerung
30. Der Ausgabeflächenprozessor 31 ähnelt im Aufbau
dem Eingabeprozessor, arbeitet jedoch anstatt mit M-Bits breiten
Daten mit R-Bits breiten Daten. R ist gleich oder größer als M
zur Bildrauschunterdrückung.
Die Begrenzung der Rauschverminderung, die nicht durch systematische
Fehler begrenzt wird, ist von der Kapazität des Datenspeichers
abhängig. In dem in Rede stehenden System können bei
geeigneter Speicherung 16 komplette Informationsraster gespeichert
und integriert werden, bevor der Speicher überläuft,
unter Verwendung von:
M
= 8,
Q
= 12.
Bei dieser Integrationsstufe ist ein vernünftiger Wert für R:
R
= 10.
Der Ausgabeflächenprozessor 31 ähnelt im Aufbau dem Eingabeflächenprozessor,
der Eingänge von benachbarten Zeilen und
benachbarten Punkten annimmt. Es werden Koeffiziente unter Anwendung
des Nachschlagesystems angelegt, und die sich ergebenden
Ausgabeinformationen werden im Ausgabeprozessor-Pufferspeicher 32
gespeichert.
Das Ausgabeverarbeitungssystem ermöglicht es, das Bild zu vergrößern.
Informationen aus dem Teil des Speichers, zu dem Zugriff
gefunden wird, werden in den Ausgabeprozessorpuffer 30 eingelesen
und unter Verwendung der Koeffizienten für K 1 bis K 9, die in
dem Koeffizientenspeicher der Expansionsanordnung 45 gespeichert
sind, verarbeitet. Der Umfang der erforderlichen Expansion wird
durch die Expansionssteuerung 47 gesteuert. Der Analog-Digital-
Umsetzer 46 ermöglicht es, die Werte für K 1 bis K 9 am Ausgabeflächenprozessor vom Koeffizientenspeicher 45 zurückzuziehen.
Die Realisierung des Ausgabeflächenprozessors ist dem Eingabeflächenprozessor
in jeder Hinsicht ähnlich. Im Prinzip kann
der Ausgabeflächenprozessor für komprimierte Bilder wie auch
vergrößerte Bilder eingesetzt werden. Der einzige Unterschied
liegt in den Werten der erforderlichen Koeffiziente.
Das in Fig. 2 beschriebene System erfordert die Speicherung
einer großen Anzahl von Koeffizienten. Am Eingabeprozessor sind
9 variable Koeffizienten vorhanden, am Ausgabeprozessor 9 variable
Koeffizienten und in der Rauschunterdrückungseinrichtung 3 variable
Koeffizienten. Jeder der verarbeitenden Koeffizienten ist für
die verschiedenen Bildpunkte anders und ferner ist jeder Koeffizient
anders für jede Kompressions- oder Expansionsgröße.
Rauschen und Bewegung im Bild führen zu der Notwendigkeit
variabler Koeffizienten im Rauschunterdrückungssystem.
Wie bereits ausgeführt, müssen die Koeffizienten K 11, K 12 und
K 13 variiert werden, um zur Vermeidung von Verzerrungen die Bildbewegung
zu berücksichtigen. Es ist möglich, diese Bewegung zu
erfassen, um die Koeffizientenwahl dementsprechend zu variieren.
Dies erfolgt durch ein Vergleichen der Datenänderungen der
Bildpunktinformationen. Zum Beispiel, wenn jeder Bildpunkt in
einem ankommenden Bild von den vorher gespeicherten Daten für
den entsprechenden Platz für ein früheres Bild abgezogen wird
und wenn das Differenzsignal eine Schwellstufe (z. B. unter Verwendung
eines Vergleichers) übersteigt, dann wird daraus gefolgert,
daß sich das Bild bewegt hat und die Koeffizienten K 11, K 12 und
K 13 werden auf einen Stand umgeschaltet, der für die Bewegung
zweckmäßig ist. Solange eine erfaßte Änderung innerhalb
der Schwellstufe bleibt, werden für die Rauschunterdrückung
von Standbildern geeignete Koeffizienten beibehalten.
Als Verbesserung der Vielseitigkeit des Systems
könnten ein oder mehrere zweckmäßig programmierte digitale Mikroprozessoren
zum Errechnen der erforderlichen Koeffizienten verwendet
werden.
Sie können außerdem zur Bestimmung der in dem Speicher festgelegten
Adressenplätze eingesetzt werden sowie zur Berechnung der
Zwischenwirkung der Steuerung zur Kompression, Expansion, Bildverstärkung,
Rauschverminderung, horizontalen und vertikalen
Position und der Speicherplätze und der Hardware-Koeffizienten-
Nachschlagetabellen.
In dem mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen System erfolgt
die Erzeugung eines neuen Bildpunktes durch die Berücksichtigung
von Informationen von den umgebenden Bildpunkten (d. h. Flächenmanipulierung).
Die grundsätzliche gestellte Anforderung besteht in der Synthese
eines Bildpunktes, der an den hereinkommenden Videodaten nicht
als Bildpunkt vorhanden war. Es ist das Ziel des Ingenieurs,
die beste Abschätzung des voraussichtlichen Wertes eines Bildpunktes
dadurch zu gewinnen, daß er die Bildpunkte um den synthetisierten
Bildpunkt herum prüft und unterschiedliche Teile
derselben entweder hinzuaddiert oder subtrahiert, um das beste
Ergebnis zu erzielen.
Theoretische Studien ergeben eine gute Anleitung zu den Werten,
die man wählen könnte, aber in der Praxis hat es sich erwiesen,
daß eine subjektive Betrachtung der Ergebnisse die alleinige
zufriedenstellende Art und Weise zur Entwicklung einer Konstruktion
ist. Durch die Verwendung von Volumenmanipulierung ist
eine Verbesserung des Grundsystems von Fig. 2 erzielt worden.
Durch die Volumenmanipulierung kommt zu der Matrix von Bildpunkten,
die verwendet werden können, eine weitere Dimension
hinzu. Bei der Flächenmanipulierung wurden lediglich horizontale
und vertikale Dimensionen verwendet. Bei der Volumenmanipulierung
werden horizontale, vertikale und zeitliche Dimensionen
verwendet. Die Synthese eines neuen Bildpunktes mit Volumenmanipulierung
macht nicht nur von den benachbarten Bildpunkten
in der horizontalen und vertikalen Dimension eines Bildes
Gebrauch, sondern auch von Informationen, die von dem nächsten
Bild oder Bildreihe kommen.
Fig. 7 zeigt eine 3 × 3 × 2 Volumenmanipulierungsmatrix.
In jedem von zwei aufeinanderfolgenden Feldern (aufeinanderfolgende
Bilder P und Q) sind 9 Bildpunkte P 1 bis P 9 und Q 1 bis
Q 9 definiert. Diese 18 Punkte sind dem neuen Bildpunkt NP 1 am
nächsten gelegen, der synthetisiert werden soll, zusammen mit
Bildpunkten, die etwas weiter entfernt sind. Somit sind P 1 bis
P 9 die ursprünglichen Bildpunkte in Bild P und Q bis Q 9 sind
die Bildpunkte in Bild Q.
Der neue Bildpunkt wird aus dem nachfolgenden Ausdruck
errechnet:
NP 1 =K 1 P 1 + K 2 P 2 + K 3 P 3 + K 4 P 4 + K 5 P 5 + K 6 P 6 + K 7 P 7 + K 8 P 8 + K 9 P 9 + k 1 Q 1- + k 2 Q 2 + k 3 Q 3 + k 4 Q 4 + k 5 Q 5 + k 6 Q 6- + k 7 Q 7 + k 8 Q 8 + k 9 Q 9.
Die Art und Weise, wie die Addition und Multiplikation vorgenommen
wird, ist mit Bezug auf Fig. 5 und 6 beschrieben worden.
Die Anordnung von Fig. 5 würde zur Handhabung der zusätzlichen
Koeffizienten und Bildpunkte erweitert.
Ein Schaltkreis, der eingesetzt werden könnte, um
für NP 1 zu errechnen, besteht aus 18 getrennten Echtzeitmultiplizierern,
die einen Addierer mit 18 Eingängen speisen.
Eine derartige Anordnung ist in Fig. 8 gezeigt. Der Volumenprozessor
116 weist Multiplizierer 160 bis 168 für die Bildpunkte
P 1 bis P 9 auf und Multiplizierer 180 bis 188 für
die Bildpunkte Q 1 bis Q 9. Die Multipliziererausgänge sind an
einen Addierer 169 angeschlossen. Es kann von einem seriellen
Betrieb einiger Multiplizierer und Addierer Gebrauch gemacht
werden oder aber von einer Kombination von seriellem und parallelem
Addieren und Multiplizieren. Wie schon beschrieben, wird
die Volumenmanipulierung zur Vergrößerung oder Verkleinerung
der Größe eines Fernsehbildes verwendet. Die Anwendung dieses
Prinzips bringt bei einer sehr großen Bildgrößenänderung eine
verschwindend kleine Bildverschlechterung mit sich. Das Prinzip
ist bei einem digitalen Normumsetzer
benutzt worden, der die Bildgröße von der 525 Zeilennorm auf die 625
Zeilennorm oder von der 625 Zeilennorm auf die 525 Zeilennorm
umändern kann. Das Prinzip ist ferner bei einem
Fernseh-Produktionsgerät angewendet worden, das in
der Lage ist, das Bild von einer normalen Fernsehrastergröße
auf das 3- bis
10-fache der wirklichen Größe zu expandieren. Dasselbe Ausrüstungsteil
kann die Bildgröße von normaler Rastergröße auf effektiv Nullgröße
herabzusetzen.
Das oben beschriebene Volumenmanipulierungsprinzip bringt
eine verschwindend kleine Qualitätsverschlechterung mit sich,
wenn die betrachtete Szene stationär oder fast stationär bleibt.
Bei sich bewegenden Szenen können Fehler in der Auflösung des
synthetisierten Bildpunktes auftreten. Ein Verfahren zur Verhinderung
des Qualitätsverlustes ist die Anwendung einer "adaptiven"
Volumenmanipulierung.
Bei der einfachen Volumenmanipulierung wird ungefähr dieselbe
Menge von Informationen von Bild P und Bild Q verwendet.
Der von jedem Bild verwendete Prozentsatz ist auf dem Schirm
unterschiedlich und hängt von der jeweils stattfindenden Vergrößerung
oder Verkleinerung ab. Je nach der geforderten Vergrößerung
oder Verkleinerung werden K 1 bis K 9 und k 1 bis k 9
variiert. Diese Betriebsweise ist im allgemeinen
der Flächenmanipulierung von Fig. 2 ähnlich mit dem Unterschied,
daß Bildpunkte von Bild Q miteinbezogen sind.
Durch die "adaptive" Volumenmanipulierung wird der zur Erzeugung
des synthetisierten Bildpunktes in P 1 verwendete Anteil von
Bild P verringert. K 1 bis K 9 werden auf einen niedrigen Wert
herabgesetzt und k 1 bis k 9 werden im Wert erhöht, wenn Verhältnisse
vorliegen, bei denen eine Bildverschlechterung verursacht
würde (d. h. ein größerer Anteil von Bild Q wird verwendet).
Durch die Volumenmanipulierung wird die Bildverschlechterung
dadurch auf ein Minimum herabgesetzt, daß der Prozessor zu ankommenden
Bildpunkten, die dem zu erzeugenden Bildpunkt möglichst
nahe gelegen sind, Zugriff erhält. Das Auftreten einer Verschlechterung
ist hauptsächlich dann gegeben, wenn eine Szene zwischen
Bild P und Bild Q wechselt. Solch ein Wechsel kann durch Bewegung
verursacht werden, und im allgemeinen wird jeder Wechsel dieser
Ursache zugeschrieben ungeachtet der tatsächlichen Quelle -
zum Beispiel ergibt Rauschen am Signal einen Signalwechsel, der
fälschlich als Bildbewegung angesehen werden kann.
An früherer Stelle der Beschreibung wurde auf die Erfassung von
Bewegung Bezug genommen. In dem erläuterten System wird das Erfassen
der Bewegung durch Messen der Änderung, die zwischen einem
aufeinanderfolgenden Bildpunkt und dem nächsten Bildpunkt stattgefunden
hat, bestimmt. Der Differenz zwischen den beiden Werten
wird ein Schwellwert zugeordnet, und, wenn die Schwelle in einer
der beiden Richtungen überschritten wird, wird erachtet, daß
eine Bewegung stattgefunden hat.
Das adaptive Volumenprozessorensystem erhält Zugriff zum Bewegungsdetektor
und verwendet die Informationen, um die Koeffizienten
von K 1 bis K 9 und k 1 bis k 9 zu ändern, wie es vorstehend erläutert
wurde. Fig. 9 zeigt diese Anordnung. Neue Daten werden in
einen Eingang des Subtrahierwerks 201 vom Bewegungsdetektor 200
eingegeben und an den anderen Eingang vom Subtrahierwerk 201 werden
Daten aus Speicher 3 angelegt. Das Differenzsignal wird in
den Vergleicher 202 eingegeben, in dem es mit dem Schwellwert
verglichen wird, und wenn eine Bewegung erfaßt wird, geht
das Signal zum Koeffizientenspeicher 126, damit andere Werte für
die Koeffizienten gewählt werden. Die Bildkompression beim Volumenprozessor
116 wird wie vorher durch die Steuerung 128 über
den ADU 127 vorgenommen. Der Prozessorausgang gelangt wie vorher
über die Rauschunterdrückungsanlage 6 zum Speicher. (Zur besseren
Übersicht sind die Eingabe- und Ausgabepuffer weggelassen worden.)
In der vorstehenden Beschreibung der adaptiven Volumenmanipulierung
wurden 9 Bildpunkte in zwei aufeinanderfolgenden Bildern zur Erstellung
einer Synthese des neuen Bildpunktes verwendet. Es sind
Versuche mit verschiedenen Werten für die Zahl der zu verwendenden
Bildpunkte und deren Zuteilung angestellt worden. Es liegt ein
spezieller Fall vor, wenn nur eine einzige Informationszeile in
Bild P verwendet wird und zwei Informationszeilen in Bild Q verwendet
werden. Ein derartiger spezieller Fall von Volumenmanipulierung
ist bei Spezialanwendungen verwendet worden mit einer
sich daraus ergebenden Verringerung des zur Realisierung erforderlichen
Schaltungsaufbaus. In diesem Fall wird die vertikale
Komponente von NP 1 durch die Gleichung
(Vert.) NP 1 = k 1 Q 1 + k 4 Q 4 + K 1 P 1 angegeben.
Die Werte von k 1, k 4 und K 1 werden entsprechend der erforderlichen
Bildgröße und unter der Kontrolle des Bewegungsdetektors variiert.
Fig. 10 zeigt lediglich die Errechnung der vertikalen Komponente
von NP 1.
Eine horizontale Interpolation kann unter Verwendung von Echtzeitmultiplizierern vorgenommen werden. Eine weitere Methode für
horizontale Interpolation besteht darin, die Taktfrequenz des Eingangs
und Ausgangs eines Speichers zu variieren. In einem einfachen
Beispiel kann eine Zeile mit einer gewissen Geschwindigkeit in
einen Zeilenspeicher eingetaktet und mit einer anderen Geschwindigkeit
aus demselben Speicher herausgetaktet werden. Das Ergebnis
ist horizontale Expansion oder Kontraktion je nach den Relativgeschwindigkeiten
der Eingangs- und Ausgangstakte.
Das Prinzip ist in Verbindung mit dem oben beschriebenen Fall von
Volumenmanipulierung zur Anwendung gekommen, um einen speziellen
Bereich von Expansion und Kontraktion bereitzustellen. Fig. 11
zeigt eine Anordnung zur horizontalen Expansion oder Kontraktion
unter Verwendung von variablen Schreib- bzw. Lesetaktfrequenzen.
Bilddaten aus dem Bildspeicher 22 werden mit einer gewissen Eingabetaktfolge
in die Zeilenspeicher 190, 191 und 192 eingegeben
und mit einer anderen Geschwindigkeit in die Multiplizierer 193,
194, 195 für die Koeffizienten k 1, k 4 bzw. K 1 herausgelesen.
Die Mulitpliziererausgänge werden an den Addierer 196 angelegt,
um NP 1 zu erzeugen. Durch die Kombination dieser beiden in Fig.
10 und 11 gezeigten speziellen Fälle wird der erforderliche
Schaltungsaufwand erheblich herabgesetzt.
In dem vorstehend mit Bezug auf Fig. 9 beschriebenen System, bei
dem adaptive Volumenmanipulierung am Eingang des Speichers
zur Anwendung kommt, sind Bewegungsinformationen verfügbar, um
die adaptive Steuerung ohne Schwierigkeiten zu ermöglichen.
Der Bewegungsdetektor arbeitet, indem er neu ankommende Signalinformationen
mit vorher gespeicherten Signalinformationen vergleicht.
Es wird eine Schwelle bestimmt, und Bewegung wird erkannt,
wenn die Schwelle in einer der beiden Richtungen überschritten
wird.
In einem System, in dem Volumenmanipulierung an irgendeinem anderen
Punkt als dem Eingang zum Speicher angewendet wird, stehen
die Bewegungserfassungsinformationen nicht mehr zu der Zeit zur
Verfügung, zu der der Volumenverarbeitungsvorgang erfolgt.
Wenn die Volumenmanipulierung zum Beispiel am Ausgang des Speichers
erfolgt, hat der Prozessor keinen Zugang zu den erforderlichen
Informationen, um die richtige adaptive Entscheidung zu
treffen.
Die jetzt erläuterte Anordnung ermöglicht es, daß Bewegungsinformationen
mit anderen Bildinformationen mitgeführt werden, so daß
die adaptive Volumenmanipulierung an einem anderen Punkt als
dem Eingang zu einem Speicher vorgenommen werden kann. Im Grunde
genommen wird diese Information durch eine zusätzliche Speicherkapazität
im Hauptvideospeicher geführt.
Der in dem Grundsystem beschriebene Speicher bezieht sich auf
einen Speicher, der ein vollständiges Feld von Videoinformationen
mit einer Auflösung von Q-Bits Breite speichern kann. In einem
an früherer Stelle angegebenen Beispiel Q die Zahl 12 Bits.
In einem praktischen System werden 8-Bits breite Videodaten
an dem Eingang verwendet, was die Reproduktion von Fernsehvideosignalen
ohne warnehmbaren Qualtitätsverlust ermöglicht.
Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß der zur Berechnung
verwendete Videospeicher mit einer Breite von 10 Bits einwandfrei
arbeitet. Die zusätzliche Kapazität zwischen 8 Bits am Eingang
und 10 Bits im Speicher wird zur Ausschaltung mathematischer
Fehler und zur Ermöglichung von Rauschunterdrückung verwendet.
Wie vorstehend erläuter, empfängt der Bewegungsdetektor
das ankommende Videosignal und dieses wird mit dem vorher gespeicherten
Videosignal verglichen, und bei Überschreitung eines
Schnellwertes wird entschieden, daß eine Bewegung stattgefunden
hat. Sämtliche Effekte, die zur Überschreitung des Schwellwertes
Anlaß geben, werden einer Bewegung zugeschrieben, obgleich sie
aus anderen Quellen, wie z. B. Rauschen, kommen können.
Bei Überschreitung des Schwellwertes wird ein zusätzliches Informationsbit
im Videospeicher zusammen mit dem Videosignal gespeichert.
Der Speicher führt somit verarbeitete Videoinformationen
sowie ein zusätzliches Kodierbit, das erkennt, daß eine Bewegung
stattgefunden hat.
Das System macht Gebrauch von den kodierten Videoinformationen,
um zu bestimmen, daß die adaptive Steuerfunktion in einem adaptiven
Volumenprozessor angewendet werden soll.
So wird im Zusammenhang mit der Beschreibung des ursprünglichen
Grundsystems ein Bit des 12-Bit breiten Videospeichers der Bewegungskodierung
zugeordnet. Fig. 12 zeigt ein Datenformat, das
zur Anwendung kommen kann. Die höchstwertigen 10 Informationsbits
sind dem Signal zugeordnet, während eines der Reservebits (Bit 12)
der Bewegungskodierung zugeordnet ist.
Hierdurch kann das System Bewegungsinformationen durch
den Hauptvideospeicher führen zwecks Verwendung durch andere
Schaltkreise, die sonst keinen Zugang zu den Bewegungsinformationen
haben würden.
In der vorstehenden Beschreibung wurde einem einzigen Bit
die Aufgabe zugeteilt, eine Bewegung zu erkennen. Es ist jedoch
selbstverständlich möglich, daß verschiedene Bewegungsarten
kodiert werden mittels der Verwendung von mehr als einem Bit.
Zum Beispiel können zwei Bits (d. h. Bits 11 und 12) zugeordnet
werden, die eine Gesamtzahl von 4 Bewegungskategorien ergeben.
Diese Kategorien könnten eingeteilt werden in Keine Bewegung -
Kleine Bewegung - Große Bewegung - Rauschen.
Fig. 13 zeigt ein Blockbild der entsprechenden Teile des Systems,
das den Videospeicher sowie einen Adaptivvolumenprozessor am
Speicherausgang aufweist. (Zur besseren Übersicht ist die Rauschunterdrückungseinrichtung
weggelassen worden.) Von den vorherigen
Verarbeitungsschaltungen ankommende Videodaten werden dem Eingang
des Hauptvideospeichers 22 und dem Bewegungsdetektor 200
zugeführt. Der Bewegungsdetektor 200 besitzt einen weiteren mit dem Hauptvideospeicher verbundenen Eingang,
wodurch der Detektor bestimmen kann,
ob eine Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Bildern stattgefunden
hat. Der Ausgang des Bewegungsdetektors (Bewegungskode)
liefert ein einziges Informationsbit, das unter Verwendung des in
Fig. 12 gezeigten Formats mit den zum Speicher geführten Videoeingabedaten
parallel gespeichert wird.
Der Hauptvideospeicherausgang gibt Digitaldaten an den Adaptivvolumenprozessor
131 ab. Ein zusätzlicher Eingang des Adaptivvolumenprozessor
erhält den Bewegungskode, der aus jedem vom Hauptvideospeicher
kommenden Wort herausgezogen wird. Je nach dem am
Eingang gespeicherten Bewegungskode, erbringt eine Änderung im
Bewegungskode am Ausgang eine adaptive Manipulierung innerhalb
des Volumenprozessors. Wie schon an früherer Stelle ausgeführt,
kann das Hauptvideospeichereingang- und -ausgangssystem völlig
asynchron sein.
Nachfolgend soll die Bewegungserfassungsfunktion mit Bezug auf
das Rauschunterdrückungssystem erläutert werden.
Wie schon vorstehend beschrieben, ist der zur Rauschunterdrückung
verwendete Grundmechanismus die digitale Integration von Videodaten
innerhalb eines Videobildspeichers. Die Videodaten werden
durch die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 abgeändert, so daß
ein variabler Grad von Rauschverminderung erreicht wird.
Es besteht ein Konflikt zwischen der Forderung nach Rauschverminderung,
wobei die höchstmögliche Integrationszeit verwendet
werden soll, und der Forderung, daß das Bild eine Bewegungsdarstellung
ohne Verzerrung aufrechterhalten soll. Die letztgenannte Forderung
benötigt die kleinstmögliche Integrationszeit.
Somit ist es erwünscht, einen adaptiven Mechanismus zu
schaffen, der intelligent genug ist, um die Koeffizienten zur
variablen Integrationszeit je nach dem Bildgehalt zu verstellen.
Fig. 14 zeigt das grundsätzliche Rauschunterdrückungsblockbild,
das auch in bezug auf Fig. 2 beschrieben wurde. Die Signalwege
sind digitale Signalwege. Jeder der Videodaten führenden Signalwege
ist in der Lage, mindestens 8-Bit breite Videodaten mit
einer typischen Taktfrequenz von 15 MHz zu führen.
Neue Videodaten werden an den Koeffizientenmodifizierer 118
für k 11 angelegt. Der Modifizierer 118 nimmt einen Teil der ankommenden
Videoinformationen und führt sie einem Digitaladdierer
119 zu. Durch vorher gespeicherten Videoinformationen wird nach
Modifizierung durch den Koeffizientenmodifizierer 123 für k 12
ein zweiter Eingang zum Digitaladdierer erstellt.
Der Ausgang des Digitaladdierers ist über den Koeffizientenmodifizierer
120 für k 13 mit dem Videospeicher 22
(Kanal 1) verbunden.
Wie schon an früherer Stelle erläutert, ist Kanal 1 ein Eingangskanal
zum digitalen Bildspeicher, der in der Lage ist, ein
Vollbild der Fernsehinformationen zu führen, wobei jeder Speicherplatz
breiter als 8 Bits ist. In einem praktischen System können
an jedem Platz im Videospeicher eine Gesamtzahl von 12 Bits
verwendet werden. Ein derartiger Videospeicher hätte in der Praxis
eine Kapazität von circa 6 Megabit. Der Videospeicher besitzt
mindestens einen Eingangskanal und einen Ausgangskanal. Typischer
für den Videospeicher sind drei Kanäle, von denen ein Kanal
ein Eingangskanal ist, während die anderen beiden Kanäle Ausgangskanäle
sind. Die Anordnung des Speichers macht es möglich, daß
der Eingang und Ausgang in bezug auf die Fernsehhalbbild- und
-Zeilenfrequenzen asynchron laufen. Kanal 2 ist in der Lage,
synchron mit Kanal 1 zu laufen, so daß der Zugriff zu Videodaten,
die in demselben Bildplatz von einem vorherigen Halbbild gespeichert
sind, zur gleichen Zeit möglich ist, zu der neue Informationen
für denselben Bildpunkt im nächsten Halbbild zur Verfügung
stehen.
So ist Zugriff zum oberen linken Bildpunkt von Halbbild 1
vom Kanal 2 zur gleichen Zeit verfügbar, zu der der obere linke
Bildpunkt von Halbbild 3 an dem Eingang der neuen Videodaten
verfügbar ist.
Wenn die ankommenden Videoinformationen stationär sind, -
zum Beispiel bei einer Fernsehtestbildübertragung - können
die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 auf einen Wert für optimale
Rauschunterdrückung eingestellt werden. Typische Beispiele von
Koeffizienten unter diesen Verhältnissen sind:
k 11 = 0.125
k 12 = 0.875
k 13 = 1.0
k 12 = 0.875
k 13 = 1.0
Wenn sich das Gesamtbild bewegt, zum Beispiel beim Schwenken einer
Kamera, so kann es sein, daß die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13
auf die nachfolgend angegebenen Werte eingestellt werden müssen,
wenn die Bewegungsdarstellung nicht durch die Wirkung des Rauschunterdrückungssystems
verzerrt werden soll. Typische Koeffizienten
bei Kameraschwenkungen sind folgende:
k 11 = 0.875
k 12 = 0.125
k 13 = 1.0
k 12 = 0.125
k 13 = 1.0
Bei den beiden obigen Beispielen wäre es möglich, eine Gesamtbildbewegungsmessung und diese bei der Festlegung
der Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 für die gesamte Rasterperiode
anzuwenden. Wenn ein Teil des Bildes stationär ist, während
sich der andere Teil weiter bewegt, wird es, um eine effektive
Rauschunterdrückung auf dem stationären Teil des Bildes zu erzielen
und dabei eine Bewegungsabbildung ohne Verzerrung zu
ermöglichen, erforderlich, k 11, k 12 und k 13 auf der Basis von
Bildpunkt zu Bildpunkt abzuändern.
Der einfachste vorstehend beschriebene Schritt erfordert eine
Einstellung der Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 auf fester Basis.
Der erste Schritt auf dem Wege zu einem effektiveren Koeffizientenmodifizierungssystem,
das sich der Bildbewegung anpaßt, ist
der Vergleich von Änderungen, die inzwischen an demselben Bildplatz
gespeicherten aufeinanderfolgenden Datenwerten in sequentiellen
Bildern stattgefunden haben.
Jeder Bildpunkt in einem neuen Bild wird von den vorher an demselben
Platz gespeicherten Daten abgezogen und das Differenzsignal
wird einem Vergleicher zugeführt. Der Bewegungsdetektor 200
von Fig. 9 könnte in die Anlage 125 zum Einstellen der Koeffizienten
eingegliedert werden, die neue und vorher gespeicherte Bilddaten
empfängt. Wenn das Differenzsignal einen Schwellwert übersteigt,
wird daraus geschlossen, daß sich das Bild bewegt hat
und die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 werden auf Werte umgeschaltet,
die der Bewegung entsprechen. Solange die Änderung innerhalb
des Schwellbereichs verbleibt, werden Koeffizienten, die für
die Rauschverminderung von Standbildern zweckmäßig sind, verwendet.
Während ein derartiges System für den Bewegungsdetektor mit
einem Subtrahierwerk und einem Vergleicher für den Volumenprozessor
ausreicht, ohne daß eine Regulierung des Schwellwertes erforderlich
ist, hat es sich herausgestellt, daß, wenn es für
das Rauschunterdrückungssystem verwendet wird, eine Regulierung
der Schwellwerte und der Koeffizienteneinstellung erforderlich
ist, wenn das System einwandfrei arbeiten soll.
Zur Überwindung dieses Problems ist eine alternative Anordnung
für den in der Koeffizienteneinstellanlage 125 eingegliederten
Bewegungsdetektor in Fig. 15 dargestellt.
Anstelle des Vergleichers ist ein Festwertspeicher (ROM) 206
vorgesehen, und ein Subtrahierwerk 205 wird in ähnlicher Weise
wie bei der früheren Anordnung eingesetzt. Die Betriebsweise
eines ROM-Speichers und dessen Konstruktion sind bekannt.
Das Differenzsignal wird nunmehr zum Adressieren des Festspeichers
verwendet, der verschiedene Koeffizienten von k 11, k 12 und k 13
in festen Speicherplätzen enthält. Es findet eine Unterscheidung
zwischen großen und kleinen Bewegungen statt, und es ist eine
Gleitskala der Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 auf Echtzeitbasis
vorgesehen. Der Bewegungskode steht auch dem
Volumenprozessor in der vorstehend beschriebenen Weise,
zur Verfügung, so daß sich ein separater Bewegungsdetektor für den Volumenprozessor
erübrigt. Nachfolgend wird erläutert, in welcher Weise
dieser Bewegungskode erzeugt wird.
Fig. 16 zeigt ein typisches Beispiel des Koeffizienten k 11, wie
er im ROM-Speicher gespeichert ist. Die grafische Darstellung ist
gegen zwei Achsen gezeigt. Das Differenzsignal ist die horizontale
Achse, während k 11 die vertikale Achse ist. Wenn eine Nulldifferenz
zwischen den alten und neuen Daten besteht, wird k 11 auf 0,125
eingestellt. Wenn eine vollmaßstäbliche Differenz einer der beiden
Polaritäten zwischen den alten und neuen Daten besteht, wird
k 11 auf 0,875 eingestellt.
Jeder Wert der gemessenen Differenz, der zwischen Null und dem
vollen Maßstab liegt, ergibt einen entsprechenden Wert von k 11
aus der grafischen Darstellung.
Das gleiche vom Subtrahierwerk 205 erzeugte Differenzsignal wird
innerhalb des ROM-Speichers zur Berechnung des Wertes von k 12
verwendet, wie es in Fig. 17 dargestellt ist. Wenn eine Nulldifferenz
zwischen den alten und neuen Daten besteht, wird k 12
auf 0,875 eingestellt.
Wenn ein Differenzsignal zwischen den alten und neuen Daten
dem Vollmaßstab nahe kommt, wird k 12 auf 0,125 eingestellt.
Zwischen den beiden Extremen wird eine Gleitskala für die Werte
von k 11 und k 12 gewählt. Die Einstellung für k 13 könnte in ähnlicher
Weise vorgenommen werden.
Wie hinsichtlich des ROM-Speichers 206 von Fig. 15 erwähnt wurde,
liefert das System Bewegungsinformationen an den Adaptivvolumenprozessor.
Diese werden von einem einzigen Datenbit bereitgestellt,
das in Abhängigkeit vom Differenzsignal zur Verfügung steht und
in dem Festspeicher gespeichert ist. Fig. 18 zeigt den an
den Volumenprozessor anzulegenden Bewegungskode. Die Übertragungsfunktion
ähnelt der des einfachen Vergleichers und Schwellenmechanismus.
Vorausgesetzt, daß die Differenz einen gegebenen
Schwellwert nicht übersteigt, bleibt der Bewegungskode bei einer
logischen 0. Wenn das Differenzsignal den Schwellwert übersteigt,
wird der Bewegungskode eine logische L. Zwischen logischer 0 und
L sind keine Zwischenwerte zulässig. In der Praxis hat es sich
herausgestellt, daß die Schwelle für die Bewegungskodierung
auf einen festen Wert zur Erfassung sämtlicher Eingangssignalvariationen
eingestellt werden kann.
Das von dem soeben beschriebenen Mechanismus abgeleitete Bewegungskodebit
wird zusammen mit den Videodaten im Speicher 22
wie vorher gespeichert. Eines der Bits in jedem Platz wird
der Speicherung des später von dem Adaptivvolumenprozessor zu
verwendenden Bewegungskodes zugeordnet.
Außer der Verwendung des Bewegungskodes in dem Volumenprozessor
kann der gespeicherte Bewegungskode zur Ermöglichung einer intelligenteren
Adaptivsteuerung des Rauschunterdrückungssystems verwendet
werden. Zur gleichen Zeit, zu der die Videodaten aus
dem Kanal 2 zurückgeholt werden, wird der alte Bewegungskode ausgelesen
und an dem ROM-Speicher zugeführt.
Zwei verschiedene Koeffizientenkurven für k 11 sind in dem ROM
gespeichert und sind in Abhängigkeit von dem Wert des alten Bewegungskodes
zugreifbar. Hierdurch wird sichergestellt, daß
die Szene zwei Rasterperioden lang stationär gewesen ist, bevor
die stärkeren Rauschunterdrückungskoeffizienten zur Anwendung
gelangen. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 19 gezeigt. Das
ROM 206 empfängt das Differenzsignal und den alten Bewegungskode
und erzeugt die Einstellung für k 11, k 12 und k 13 zusammen mit
dem neuen Bewegungskode.
Fig. 20 zeigt zwei verschiedene Kurven für k 11. Die obere Kurve
erscheint, wenn die alte Bewegungskurve eine logische Eins ist
und die untere Kurve erscheint, wenn die alte Bewegungskurve
eine logische Null ist. In ähnlicher Weise sind Kurven für zwei
verschiedene Koeffizienten von k 12 und k 13 gespeichert.
Die Beschreibung hat sich bisher auf ein Adaptivsystem bezogen,
das sich auf einer Punkt-zu-Punkt-Grundlage ändern kann und im
allgemeinen durch einen Punkt-zu-Punkt-Vergleich gesteuert wird.
Wie an früherer Stelle ausgeführt, kann eine Reihe von Effekten
zu einem Koeffizientenwechsel Anlaß geben wobei nicht alle
Effekte auf eine Bewegung zurückzuführen sind. Zum Beispiel können auch
Impulsstörungen oder Bandaufnahmegerätstörungen zu einem Differenzsignal
Anlaß geben, das als Bewegung gewertet werden könnte.
In der nachfolgenden Beschreibung sind mehrere Einrichtungen
angegeben, die zwischen echter Bewegung und Störungen unterscheiden.
Fig. 21 zeigt ein System, das einen Digitalintegrator beinhaltet.
Das Subtrahierwerk 205 nimmt wie vorher alte und neue Daten an,
und die Differenz wird zum ROM-Speicher 206 geleitet. Der alte
Bewegungskode wird vom ROM empfangen. Ein Integrierer 208
empfängt ebenfalls das Differenzsignal vom Subtrahierwerk 205
und der Integrierausgang wird von einem Vergleicher 209 empfangen,
der dieses Signal mit einem Schwellwert vergleicht, und
der Vergleicherausgang wird an einem Eingang des ROM angelegt.
Der Integrierer nimmt das Differenzsignal auf und erzeugt einen
Durchschnittswert in einem gegebenen Zeitraum, der länger als
ein Bildpunktintervall ist. Vorausgesetzt, daß das Rauschen
statistischer Art ist, wird der Integrierer im allgemeinen
bei einem nahe Null liegenden Wert verharren. Dagegen wird
der Stand des Integrierers durch Bewegung erhöht. Das Vergleichs-
und Schwellensystem wird an den Ausgang des Integrierers angelegt
und zur Erzeugung eines weiteren Signals verwendet, das an den ROM
angelegt werden kann. Außer den zwei gespeicherten Kurven für
k 11, die durch den vorstehend beschriebenen Bewegungskode angesteuert
werden, hat der ROM zwei weitere Kurven für k 11, die
in Abhängigkeit von dem Vergleicherausgang angesteuert werden.
Die Integrationszeit kann als Teil einer Zeile, als eine volle Zeile,
mehrere Zeilen oder als volles Halbbild gewählt werden. In der
Praxis hat es sich herausgestellt, daß die Wahl mehrerer Zeilen
ein geeigneter Wert zur effektiven Differenzierung zwischen echter
Bewegung und Störungen ist. Die Subtraktion zwischen alten Videodaten
und neuen Videodaten wurde auf der Grundlage eines einzigen
Bildpunktes beschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine
effektivere Bestimmung des Unterschieds zwischen Störungen und
echter Bewegung erfolgen kann, wenn eine Bildfläche geprüft wird.
Fig. 22 zeigt das Flächenprüfsystem. In dem gegebenen Beispiel
sind 9 Bildpunkte in Form eines Quadrats mit einem einzigen
Bildpunkt in der Mitte angeordnet. Zur Bestimmung der Gesamtdifferenz
bei Bildpunkt P 5 erfolgt ein Beitrag von allen umgebenden
Bildpunkten. Das System ist besonders vorteilhaft in einem Farbfernsehsystem,
bei dem ein NTSC- oder PAL-Farbhilfsträger zum
Einsatz gelangt. Durch Verwendung der für die Flächenbewegungserfassung
gezeigten Anordnung kann das System gegen einen Resthilfsträger
unempfindlich gemacht werden. Die Ausbildung eines
Dekodierschaltkreises zur Ausschaltung des Resthilfsträgers wird
vereinfacht, wenn ein Schema verwendet wird, das im allgemeinen
gegen das Vorhandensein von Resthilfsträgerkomponenten unempfindlich
ist.
Fig. 23 zeigt eine alternative Methode zur Realisierung
des Rauschunterdrückungssystems, bei dem die Multiplizierfunktionen
auf eine Einheit herabgesetzt sind. Die Realisierung macht
von der allgemein gestellten Anforderung Gebrauch, daß der Koeffizient
k 11 gleich 1 minus Koeffizient k 12 zur Allgemeinzweckstörungsverringerung ist, d. h.
k 11 = 1 - k 12.
In dieser Anordnung empfängt das Subtrahierwerk 230 die neuen
Videodaten an seinem einen Eingang und die vorherigen Videodaten
an seinem zweiten Eingang. Der Ausgang wird durch den Koeffizienten
k 11 im Modifizierer 231 modifiziert. Dieser Ausgang wird zu
einem Eingang des Addierers 232 geleitet, der diesen zu den vorherigen
Daten vom Speicher 22 hinzuaddiert.
Die in Fig. 2 gezeigten Anordnungen (sowie die verschiedenen
Verfeinerungen, die beschrieben wurden) stützen sich in starkem
Maße auf Hardware zur Realisierung des Systems.
Der Speicher muß eine Kapazität von 5 bis 6 Megabit bei hoher
Geschwindigkeit haben. Die Eingabedatenfolge wird von der Fernsehbandbreite
bestimmt und liegt zwischen 10 und 20 MHz.
Die Frequenzen für die Daten aus Kanal 2 und 3 sind ähnlich.
Die Verarbeitung macht den Zugang zu Bildpunkten erforderlich, die den zu synthetisierenden
Punkt umgeben. Eine Art, Zugang zu
den Bildpunkten zu erzielen, besteht darin, eine Anzahl von
Speichern, die genau eine Zeilenlaufzeit oder ein Mehrfaches
davon lang sind, mit aufzunehmen. Die Fernsehsystemstruktur
macht es unzweckmäßig, derartige 1-Zeilen-Speicher bei Verwendung
von genormten integrierten Schaltkreisen zu erzeugen.
Für das beschriebene mit Echtzeitfernsehsignalen zwischen 10-20 MHz
arbeitende System ist eine große Anzahl von digitalen Multiplizieren
erforderlich. Die Realisierung derartiger Multiplizierer
kann eine hohe Verlustleistung erforderlich machen und
kommt den Grenzen praktischer Technologie nach dem heutigen Stand
nahe.
Nachdem das vorstehend beschriebene System realisiert wurde,
haben wir, um seine Komplexität zu verringern, eine Alternativanordnung
entwickelt, die einen computergesteuerten verteilten
Speicher und Prozessor aufweist. Das nachfolgend beschriebene
System ist in höchstem Maße optimiert und kann sämtliche der
vorstehend beschriebenen Funktionen erfüllen, wobei jedoch
die Hardware-Anordnung völlig anders ist. Der beschriebene
Speicher und Prozessor stellen eine Allgemeinzwecklösung für
die Handhabung von Fernsehsignalen unter in Echtzeit arbeitender
Computersteuerung dar. Dieses System ist in der Tat ein peripheres
Gerät für einen Allgemeinzweckdigitalcomputer, der in der Lage
ist, Fernsehsignale zu bearbeiten.
Vorausichtlich werden zukünftige Entwicklungen hinsichtlich
der Videobearbeitung sich auf den Einsatz von Software beziehen,
wodurch der Anwendungsbereich des zu beschreibenden Verarbeitungs-
und Speichersystems ständig vergrößert werden wird.
Im Vergleich zwischen den früheren Anordnungen und dem Computersystem
ist das in Fig. 24 gezeigte Verarbeitungssystem in getrennten
Blöcken konzipiert. Das Eingabesystem 1 bringt das Normanalogfernsehsignal
in digitale Form. Der Eingabeprozessor 2
handhabt die Eingangsdaten. Die Daten werden im Videospeicher 3
gespeichert. Ein Ausgabeprozessor 4, der in der Form der Eingabeeinrichtung
ähnlich ist, nimmt die Manipulierung der Ausgabedaten
vor. Ein Ausgabesystem 5 setzt das Digitalformat in ein Normfernsehanalogformat um. Ein Koeffizientengeneratorsystem 6 (z. B.
Rauschverminderung) wird durch die Benutzung eines zusätzlichen
Kanals vom Videospeicher und Regulierungskoeffizienten gehandhabt,
und bestimmt den Anteil von Eingangsvideodaten, die gespeichert werden sollen.
Der Vollständigkeit halber sind ein Synchronseparator 8 und ein Synchronimpulsgenerator 9 mit vorgesehen,
obgleich die Funktion derselben zur Lieferung von Taktsignalen
in Videosystemen bekannt ist und
daher nicht näher beschrieben wird. Der Synchronseparator 8 sorgt
für die Trennung der Synchronimpulse, die zum Fernsehsignal gehören,
und ist in der Lage, die zum Treiben des Speichers und
der Prozessorschaltkreise erforderlichen Taktimpulse abzuleiten.
Der Synchronimpulsgenerator 9 ist an einen Standardsatz von
Zuführsignalen angeschlossen, die normalerweise Synchronimpulse
enthalten, und ist in der Lage, die zum Betreiben der Speicher-
und Ausgabefunktionen erforderlichen Taktimpulse zu erzeugen.
Fig. 25 zeigt das System bei Verwendung eines computergesteuerten
verteilten Speichers und Prozessors. Das Eingabesystem 1,
das Ausgabesystem 5 sowie der Synchronseparator 8 und der Synchronimpulsgenerator
9 verbleiben. Der Eingabeprozessor 2, der
Ausgabeprozessor 4 und das Rauschunterdrückungssystem 6 sind
nunmehr in das Speicher- und Prozessorsystem 300 eingegliedert
und bestehen nicht mehr in explizierter Form. Nachdem ein Signal in
den Eingangskanal des Speichers eingetreten ist, wird der Weg,
den es nimmt, durch die Art des verteilten Prozessors bestimmt.
Die Steuerung für das System 300 wird vom Computer 301 zur Verfügung
gestellt.
Nachfolgend soll die Anordnung des Videospeichers und des Prozessors
beschrieben werden.
Fig. 26 zeigt das Grundverfahren, das innerhalb des verteilten
System zur Durchführung kommt. Es werden Eingabedaten an einen
Eingabeendpunkt A 1 eines Schreibprozessors 310 angelegt.
Der Ausgang des Schreibprozessors B 1 wird an den Eingang P 1 eines
Speichers 311 angelegt. Der Ausgang P 2 des Speichers wird an
den dritten Eingang C 1 des Schreibprozessors angelegt.
Der Ausgang P 3 des Speichers wird an den Endpunkt C 2 eines Leseprozessors
angelegt. Die Ausgabedaten vom Leseprozessor erscheinen
am Endpunkt B 2.
Während eines Schreibzyklus sind der Schreibprozessor mit
den Endpunkten P 1 und P 2 des Speichers in Tätigkeit. Der Speicher
wird so gesteuert, daß er einen mit "Lesen-Abändern-Schreiben"
bezeichneten Zyklus herbeiführt. Dies ist ein Standardspeicherzyklus,
der durch integrierte 16K MOS-Festspeicherschaltkreise
erstellt wird.
Der Schreibprozessor arbeitet entsprechend dem nachfolgenden mathematischen
Ausdruck:
B 1 = K 1 A 1 + K 2 C 1 + K 3.
Die Konstanten K 1, K 2 und K 3 werden von einem Koeffizientenschreibspeicher- und Wahlsystem eingestellt.
Während des Lesezyklus sind die Speicheranschlüsse P 3 und P 4
in Verbindung mit dem Leseprozessor wirksam. P 3 und P 4 haben
Zugriff zu jedem beliebigen Bildpunkt innerhalb des Speichers.
Ein Adressensystem erkennt den Bildpunkt, der verwendet wird.
Der Leseprozessor arbeitet entsprechend dem nachfolgenden mathematischen Ausdruck:
B 2 = K 4 A 2 + K 5 P 2 + K 6.
Die Koeffizienten K 4, K 5 und K 6 werden von einem Koeffizientenlesewählsystem
eingestellt.
Der Leseprozeß und der Schreibprozeß können asynchron erfolgen.
Der Zugriff von P 1, P 2, P 3 und P 4 kann an einem beliebigen Punkt
innerhalb des Bildes stattfinden.
Bei Verwendung der vorstehend beschriebenen Prozessorfunktion
ist es möglich, die Koeffizienten K 1 bis K 6 zu regulieren zur
Vornahme sämtlicher vorstehender Funktionen,
einschließlich
Rauschverringerung, Bildexpansion, Bildkompression, Bildverstärkung,
Bildverschiebung. Der Computer wird zum Adressieren
des Speichers und zum Einstellen der zu verwendenden Koeffizienten
eingesetzt. Diese Operation kann mit einem entsprechend ausgelegten
Computerprogramm vorgenommen werden. Das System macht
keine Einschränkungen der Taktgeschwindigkeit am Eingang gegenüber
dem Ausgang erforderlich.
Es versteht sich, daß bei dem in Fig. 26 gezeigten Grundprozeß
der Schreibprozeß zu einer anderen Zeit als der Leseprozeß stattfindet.
Es ist daher möglich, den Schreibprozessor und den Leseprozessor
zu einer Funktion zusammenzufassen, ohne die Geschwindigkeit
preiszugeben. Das in Fig. 27 gezeigte System ist
das kleinstmögliche System, das in der Lage ist, die Vorgänge
vorzunehmen, die zur Durchführung sämtlicher beschriebener Funktionen
erforderlich sind. Ein einziger Prozessor 320 wird in
Mehrfachschaltung mit Digitalschaltern betrieben, um zunächst
während des Schreibzyklus - Lesen Abändern Schreiben - und dann
während des Lesezyklus wirksam zu sein. Der Prozessor arbeitet entsprechend
der nachfolgenden mathematischen Funktion:
B = K 1 A + K 2 B.
In der Praxis kann eine große Zahl der Funktionen unter Verwendung
eines speziellen Wertes für K 1, der 1 minus K 2 gleich ist,
durchgeführt werden.
Zur Ansteuerung der Datenwege sind die Digitalschalter 321, 322
und 323 vorgesehen. Während des Schreibzyklus ist der Videoeingang
an den Endpunkt A des Prozessors angelegt. Endpunkt B ist
an Eingang P 1 des MOS-Speichers 311 angeschlossen. Endpunkt P 2
des MOS-Speichers ist an Endpunkt C des Prozessors angeschlossen.
Während eines Schreibzyklus ist Endpunkt P 3 an Prozessorendpunkt A
angeschlossen. Endpunkt P 4 ist an Endpunkt C des Prozessors angeschlossen.
Die Videoausgangsdaten werden von Endpunkt B des Prozessors
aus geführt. Die Koeffizienten K 1 und K 2 werden geändert,
je nachdem, ob ein Lesezyklus oder ein Schreibzyklus gewählt wurde.
Die Digitalschalter 321, 322 und 323 an den Endpunkten A, B bzw.
C können in der Praxis logische Torschaltungen oder Dreipunktschalter
sein. Der MOS-Speicher braucht nur einen Eingang und
Ausgang zu haben in Verbindung mit einer Methode, die Daten zu
den erforderlichen Endpunkten A und C des Prozessors zu leiten.
In Fig. 28 ist eine praktische Anordnung des verteilten Speichers
und Prozessors gezeigt. Eingangsvideodaten werden im Eingabepuffer
330 gespeichert. In einer praktischen Schaltung hat der Eingabepuffer
eine Kapazität von 16 Wörtern, von denen jedes Wort
10 oder 12 Bits lang ist. Der Prozessor 320 ist an die verschiedenen
Quellen angeschlossen und liefert durch Dreipunktschalter
321, 322 und 323 Datensignale. Benutzer logischer Schaltungen
werden sich darüber im klaren sein, daß Dreipunktschalter keine
explizite Schalterfunktion beinhalten.
Der Prozessor hat eine Kapazität zum Multiplizieren von 12-Bit
Digitalwörtern mal 4-Bit Digitalwörtern. Der Ausgang vom Prozessor
wird in einem Zwischenspeicher 324 gespeichert. Der MOS-Speicher
hat die Form von Standard-16K-integrierten Schaltkreisen, die
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) sind. Die Ausgangskanäle P 2,
P 3 und P 4 bestehen nicht explizite, sondern werden verwendet, um
den Einsatz der verschiedenen Teile der Schaltung zu veranschaulichen.
Während eines Schreibzyklus ist der Ausgang vom MOS-Speicher
an Endpunkt C des Prozessors angelegt. Während eines Lesezyklus
wird der Inhalt der Zwischenspeicher 331 und 332 an die Endpunkte
A und C des Prozessors angelegt. Der Ausgang vom Prozessor am
Endpunkt B wird über Dreipunktlogik an den Ausgangspuffer 333
angelegt. Der Ausgangspuffer ist ein Speicher, der typisch
16 Wörter mit einer Länge von 10 oder 12 Bits speichert.
Fig. 27 zeigt die Speicher- und Prozessorenanordnung im einzelnen.
Die jetzt beschriebene Anordnung wäre einer von 16 identischen Schaltkreisen,
die erforderlich sind, um die notwendige Kapazität bereitzustellen
(d. h. Fig. 29 kann auf 1 Platte vorgesehen werden, wobei
eine Gesamtzahl von 16 derartigen Platten erforderlich ist).
Der Eingabepuffer 330 kann 3 integrierte Schaltkreise Typ
74LS670 umfassen, um die erforderliche Bit-Handhabung zu ermöglichen.
Der Pufferausgang gelangt zum Eingang A des Addierers 340
von Prozessor 320. Der Addierer ist aus 3 Chips von jeweils
4 × 4 Bits (z. B. Typ 74LS283) aufgebaut. Eingang A ist ebenfalls
mit dem Ausgang des Zwischenspeichers 331 verbindbar. Eingang C
des Prozessors ist an den anderen Eingang von Addierer 340
über Nicht-Glieder 345 (z. B. Typ 7404) angelegt. Der Ausgang vom
Addierer 340 wird von der "Wallace Tree"-Multiplizieranordnung
mit dem Multiplizierblock 341 und dem Addierer 342 empfangen.
Block 341 weist drei 4 × 4 Multiplizierer (z. B. 74S274) auf,
deren Ausgänge in Wallace-Tree-Form an den Addierer 342 mit drei
4 + 4 Bit Addierern, wie vorstehend, angeschlossen sind. Der Ausgang
vom Block 342 ist an den Addierer 343 angelegt, der wiederum
drei 4 + 4 Bit Addierer aufweist. Der andere Eingang zum Addierer
kommt von C. Der Addiererausgang ist der Prozessorausgang B, der
entweder zum Ausgabepuffer 333 (3 × 74LS670) oder zum Eingabezwischenspeicher
324 (4 × 74LS174) führt. Der Speicher 311 ist aus
22 Chips aufgebaut, die eine gemeinsame Adressierung 347 benutzen.
Der Eingang zu jedem Chip wird von einem bestimmten Platz im
Zwischenspeicher 324 empfangen. Der Ausgang von jedem Chip
des Speichers ist über die Zwischenspeicher 331, 332 zugreifbar.
Jeder der 22 Chips des Speichers ist ein 16K-RAM-Speicher (z. B.
MK4116). Das Adressieren, Einschreiben und Auslesen von Daten
in und aus einem derartigen Integrierschaltungs-RAM ist
bekannt. Der Ausgang vom Zwischenausgabespeicher 331 steht
dem Endpunkt A des Prozessors zur Verfügung, und der Ausgang
des Ausgabespeichers 332 steht dem Endpunkt C des Prozessors
zur Verfügung.
Die Speicherung von Koeffizienten für den Multiplizierer während
eines Schreibzyklus wird von Block 350 (z. B. 825184) und während
eines Lesezyklus von Block 351 (z. B. 74LS670) vorgenommen.
Die Koeffizientenspeicher 350, 351 speichern verschiedene Werte
von K, die durch die Computersteuerung und die Systemsteuerung
ausgewählt werden können. Der Zuordnerblock 346 (z. B. 74LS138)
sorgt für sequentielles Ordnen der verschiedenen Zwischenspeicher
und Puffer während des Operationszyklus unter der Kontrolle von
den außerhalb des Speichers erzeugten Taktimpulsen. Die Art und Weise,
wie der Computer mit den Adressier- und Steuerschaltkreisen des Videospeichers
gekoppelt werden und zu denselben Zugriff erhalten kann,
ist bereits in dem in der nicht vorveröffentlichten DE-OS 27 03 579
beschriebenen Videoverarbeitungssystem dargelegt.
Die Verarbeitungsfunktion, die durch die in Fig. 29 gezeigte Anordnung
erzeugt wird, ist in Fig. 30 gezeigt. Zunächst erfolgt
die Addierfunktion durch 340, 345, danach Mulitplizieren mit den
Koeffizienten K durch 341, 342 und schließlich die Addierfunktion
durch 343.
Claims (10)
1. Fernsehbild-Verarbeitungsschaltung,
mit einer abhängig von einem Steuersignal neue Bildpunktdaten
auf einer Bildpunkt-zu-Bildpunktbasis aus ankommenden Daten
mehrerer Bildpunkte synthetisierenden Datensyntheseschaltung
(2, 3, 6),
dadurch gekennzeichnet, daß ein Bewegungen
des Bildinhalts in ankommenden, verrauschten Bildpunktdaten
eines Teilbilds relativ zu Bildpunktdaten eines
früheren Teilbildes erfassender Bewegungsdetektor (200) das
Steuersignal für jeden Bildpunkt auf einer Bildpunkt-zu-Bildpunktbasis
aus der Differenz zwischen ankommenden Daten einer
ausgewählten Anzahl Bildpunkte des einen Teilbilds und Daten
einer ausgewählten Anzahl Bildpunkte des früheren Teilbilds
jeweils aus der Nachbarschaft des Bildpunkts für den die Bewegung
ermittelt werden soll, erzeugt.
2. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bewegungsdetektor (200) eine die
Differenz bildende Subtraktionsschaltung (201) und
einen Komparator (202) aufweist, der die von der Subtraktionsschaltung
gelieferte Differenz mit einem
Schwellwert vergleicht und bei Überschreitung des
Schwellwerts das Steuersignal erzeugt.
3. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bewegungsdetektor eine die Differenz
bildende Subtraktionsschaltung (205) und einen
abhängig von der Subtraktionsschaltung (205)
gelieferten Differenz adressierten Speicher (206) aufweist,
der das Steuersignal in abhängig von der Differenz
sich ändernder Form liefert.
4. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuersignale in Form von Koeffizienten
eines Rauschverringerungssystems vorliegen.
5. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Integrator (208) einen Mittelwert
der ermittelten Differenz über eine Periode von
mehr als einem Bildpunktintervall erzeugt.
6. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Bewegungsdetektor (200) zusätzlich
zu dem Steuersignal ein die Bewegung anzeigendes
Kodesignal erzeugt.
7. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Speicher (206) zwei abhängig von
dem Kodesignal auswählbare Sätze von Steuersignalen
speichert.
8. Verarbeitungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mittelungsschaltung
zur Mittelwertbildung aus einer ausgewählten Anzahl
Bildpunkte vorgesehen ist.
9. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelungsschaltung so ausgebildet
ist, daß sie Bewegungen in einer vorbestimmten
Anzahl der ausgewählten Bildpunkte erfaßt.
10. Verarbeitungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mittelungsschaltung eine ausgewählte
Anzahl Bildpunkte eines Halbbildes mit einer
entsprechenden Anzahl Bildpunkte eines vorhergehenden
Halbbildes mittelt.
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