DE2760325C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen digitalen Video-Normwandler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Digitale Video-Normwandler sind bekannt. Sie umfassen eine Interpolationseinrichtung, die aus in einer ersten Norm ankommenden Videosignalen in eine zweite Norm umgewandelte Videosignale erzeugt. Die Normwandlung führt zu brauchbaren Ergebnissen, solange im Bildinhalt keine Bewegung vorhanden ist.

Um durch Bewegungen des Bildinhalts hervorgerufene Bildstörungen zu vermeiden, wird in dem vorveröffentlichten, jedoch älteren deutschen Patent 26 17 884 vorgeschlagen, die zur Normwandlung benutzten Interpolationszeitabschnitte abhängig davon zu steuern, ob der Bildinhalt bewegungslos ist bzw. eine Bewegung beinhaltet. Der Normwandler gemäß dem älteren Patent umfaßt einen Bewegungsdetektor, welcher die Bildpunktsignale eines ankommenden Halbbilds mit Bildpunktsignalen eines in einem digitalen Video-Speicher gespeicherten Halbbilds vergleicht, und abhängig von dem Vergleich die Interpolation steuert. Bei ruhendem Bildinhalt werden die normgewandelten Bildpunktsignale durch Interpolation der Bildpunktsignale zweier örtlich benachbarten Bildzeilen gewonnen. Die örtlich benachbarten Bildzeilen gehören jedoch zu verschiedenen Halbbildern. Bei bewegtem Bildinhalt erfolgt jedoch die Interpolation zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Zeilen des gleichen Halbbildes. Wenngleich obiges Verfahren, bereits eine gewisse Verbesserung der Normwandlung bei bewegtem Bildinhalt ermöglicht, so ergibt sich doch eine für manche Anwendungsfälle unerwünschte Sprunghaftigkeit des Bewegungsablaufs.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Einfluß von Bewegung in dem Bildinhalt auf die Bildqualität eines auf digitalem Weg normgewandelten Bild zu mindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Rahmen der Erfindung enthalten die normgewandelten Bildpunktsignale jeweils Anteile früherer Halbbilder. Bei bewegtem Bildinhalt führt dies zu "Geisterbildern" des sich bewegenden Objekts in dessen früheren Stellungen, wobei die jeweils letzte Stellung das stärkste Bild liefert. Dies zieht zwar einen gewissen Unschärfeeffekt nach sich, reduziert aber die durch die Normwandlung bewirkte Unstetigkeit der Bewegung. Es hat sich gezeigt, daß der Unschärfeeffekt subjektiv weniger stört, als die Sprunghaftigkeit der Bewegung im Bildinhalt.

Merkmale vorteilhafter Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

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 eine Darstellung zur Erläuterung der Notwendigkeit, einen Bewegungsinterpolator mit einer Halbbildfrequenz von 60 bis 50 Hz zwecks Normumwandlung vorzusehen;

Fig. 25 eine Anordnung zur Vornahme digitalen Nachleuchtens in einem Normumwandler;

Fig. 26 eine zyklische Nachleuchtsteuerung zum Wählen von Koeffizienten in Abhängigkeit von Vertikalimpulsen;

Fig. 27 ein volles Schirmbild mit vertikalen Abtastzeilen zur Erfassung einer Kameraschwenkung zwecks Koeffizientenänderung;

Fig. 28 ein Eingabesystem mit einem Farbkodegenerator, um festzustellen, ob Daten Luminanz- oder Chrominanzkomponenten enthalten;

Fig. 29 die Variation des Koeffizienten k 11 bei erzeugtem Farbkode;

Fig. 30 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. 32 die fundamentale Verarbeitungsfunktion unter Verwendung des in Fig. 31 gezeigten Systems;

Fig. 33 das Minimalsystem zur Verarbeitung mit nur einem Prozessor und Speicher;

Fig. 34 eine Anordnung zur Durchführung des verteilten Speichers und Prozessors von Fig. 31;

Fig. 35 den Prozessor und die Speicherungsanlage von Fig. 34 im einzelnen und

Fig. 36 die Verarbeitungsfunktion der Prozessorelemente von Fig. 35.

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 Kompressions/ 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 bereitszustellen. 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 Normwandlung, d. h. von 625 auf 525 Zeilen (Kompression) oder 525 auf 625 Zeilen (Expansion), wird der Koeffzientengenerator 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 Bildaustastsynchronsignal, 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 eine 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 Kompressionanordnung 2 zugeführt, die den Digitaldatenstrom in der vorgelegten Reihenfolge annimmt, speichert und so darstellt, daß ein Eingabeflächenprozessor 16 des 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 ergebene 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 Koeffizientenmodifizierer 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 uns K 13 werden von einem Koeffizienteneinsteller 25 eingestellt, der die Daten aus dem Eingabeprozessor- Pufferspeicher 17 und dem Ausgangskanal 2 des Datenspeichers 22 in einem Flächenvergleichssystem prüft. Der Ergebnis der Flächenvergleichsinformationen 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 Digitaldatenspeicher 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-Analog-Umsetzer (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 filtriert, 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. Der 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.

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 Multiplizierer (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 16 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 steuert 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, K 12 und K 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 Randomzugriffsspeicherchip 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 zur 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.

Außer der grundsätzlichen Expansionsfunktion kann eine Bildverstärkung vorgenommen werden. Eine Bildverstärkung bezieht sich im allgemeinen auf Verbesserungen der Randeffekte. Im Fernsehsystem wird dies als horizontale und vertikale Aperturkorrektion bezeichnet. Der Ausgabeflächenprozessor ermöglicht sowohl eine horizontale als auch eine vertikale Aperturkorrektur durch Wahl entsprechender Koeffiziente für K 1 bis K 9. Die Verstärkungssteuerung 49 ist an den Speicher 45 über den ADU 48 angeschlossen und arbeitet in ähnlicher Weise wie die Expansionssteuerung.

Die flächenbearbeiteten Digitaldaten werden zum Ausgabeprozessor- Pufferspeicher 32 geleitete, wobei der Puffer diese Digitaldaten an den Digital-Analogumsetzer 36 anlegt, der die Digitalzahl in eine analoge Darstellung umwandelt. Der DAU kann von der Art sein, wie sie in dem britischen Patent 14 55 261 (US-Patent 4 72 059) beschrieben ist.

Die drei Abtast-Halte-Einheiten 37, 38 und 39 werden zum Speichern der Werte von Y, I uns Q in analoger Form verwendet. Die grundsätzliche Abtast-Halte-Einheit umfaßt einen Diodenschalter und einen Speicherkondensator.

Der Kodierer 40 ist ein Standardfernsehausrüstungsteil, der Synchronimpulseingänge, Hilfsträgereingänge und Y-, I- und Q-Werte annimmt. Die Eingänge werden kombiniert, um ein Standard-NTSC- BAS-Signal am Systemausgang 55 zu erzeugen.

In dem vorstehend beschriebenen System werden 3 horizontale Zeilen und 3 benachbarte vertikale Punkte als eine Fläche verarbeitet. Es gibt keinen Grund, weshalb es nicht möglich sein sollte, eine größere Anzahl von Punkten für sehr große Vergrößerungen und sehr große Verstärkungen zu verwenden.

In ähnlicher Weise können, wenn nur in einem kleinen Bereich Kompression, Vergrößerung und Verstärkung erforderlich ist, weniger als 9 Punkte als eine Fläche verarbeitet werden.

Es ist klar, daß eine Reihe von Gesichtspunkten in Betracht gezogen werden wird, um die Wert der in diesem System verwendeten Koeffizienten zu optimieren. Ein nennenswerter Punkt ist die Fähigkeit des Systems, einen gewünschten Frequenzgang am Hilfsträger zu erhalten.

Das Entschlüsseln von Fernsehinformationen in Y, I und Q führt nicht immer zur vollständigen Entfernung von Hilfsträgerinformationen. In diesem System können Resthilfsträgerinformationen durch die Verwendung bestimmter Werte der Koeffizienten entfernt werden.

Schwierigkeiten bei der Herstellung eines Zeile-um-Zeile-Dekoders, der keinem Qualitätsabbau ausgesetzt ist, sind ein einschränkender Faktor in der Gesamtleistung der Ausrüstung. In dieser Ausrüstung steht ein kompletter Bildspeicher zur Verfügung, der zum Dekodiervorgang herangezogen werden kann. Das Format von NTSC- Fernsehsignalen ist von der Art, daß der Hilfsträger genau 180° außer Phase ist; auf einer Bild-um-Bild-Basis unter Verwendung desselben Bezugsbildpunktes können die Hilfsträgerinformationen durch das Zusammenaddieren von zwei aufeinanderfolgenden Bildern auf Null herabgesetzt werden. Die Anwendung dieses Prinzips im Dekoder unterstützt die Beibehaltung einer vollen Luminanzauflösung horizontal und vertikal.

Durch die Eingliederung in das System eines Datenspeichers 22, der total asynchrone Lese- und Schreibkanäle aufweist, kann die gesamte Ausrüstung selbstverständlich in Bereichen mit asynchronen Fernseheingängen betrieben werden. Zum Beispiel kann sich die Ausrüstung im Studio befinden und zum Betrieb an einer fernen Quelle, die in keiner Weise mit dem Studio synchronisiert ist, eingesetzt werden. Das System wird dann ein voll synchronisierendes Fernsehbildverarbeitungssystem (siehe auch die nicht vorveröffentlichte DE-OS 27 03 579).

Die Erörterung von Datenkompression und -Expansion hat sich bisher nicht mit der Frage befaßt, welcher Teil des Bildes zur Darstellung verwendet werden soll. Die Zuordnung von Adressen im Datenspeicher für Lese- oder Schreibvorgänge kann durch die Positionssteuerungseinheit 7 versetzt werden. Informationen von horizontalen und vertikalen Positionssteuerungen 51, 53 ermöglichen es, Informationen aus einem Positionsspeicher 50 über Analog-Digital-Umsetzer 52, 54 auszulesen und an die Adressen anzulegen, die im Hauptdatenspeicher 22 verwendet werden. So können die Speicheradressenzähler innerhalb der Gesamtspeicheranlage 3 erhöht bzw. erniedrigt werden, so daß die Bilddaten effektiv gegenüber der normalen Bildlage herauf- bzw. heruntergeschoben und/oder nach rechts bzw. links geschoben werden. Das komprimierte Bild kann in irgendeinen Teil des Rasters unter Verwendung der horizontalen und vertikalen Positionssteuerungen eingesetzt werden. In ähnlicher Weise kann irgendein Teil des expandierten Bildes beim Arbeiten in der Betriebsart des expandierten Bildes unter Verwendung derselben Steuerung geprüft werden.

Bisher ist die Ausrüstung hinsichtlich der Bildmanipulierung ausschließlich für Kompression und Expansion um einen zentralen Punkt beschrieben worden. Es ist jedoch klar, daß durch Änderung der Koeffizienten im Eingabeflächenprozessor und Ausgabeflächenprozessor eine Kompression um jeden Punkt oder jede Achse in dem System erfolgen kann. Wenn die Koeffizienten zum Beispiel in normaler Weise über das Bild berechnet werden, das heißt, daß die Koeffizienten für den ersten Bildpunkt anders als für den zweiten Bildpunkt, den dritten Bildpunkt, usw. sind, daß jedoch vertikal alle Koeffizienten dieselben bleiben, dann erfolgt die Kompression um die Mittellinie des Bildes und nicht den Mittelpunkt. Dieser Effekt wird als "horizontale Zusammenschnürung" bezeichnet.

Was die Gesamtbildverarbeitungsanordnungen anbetrifft, so wohnt dem System die Fähigkeit inne, mit Videomagnetbandeingabesignalen zu arbeiten. Die in den vorstehend genannten Patentschriften beschriebenen internen Speichertaktgebungsanordnungen sind so ausgebildet, daß an dem ankommenden Signal eine digitale Zeitbasiskorrektur erfolgt. Die digitale Zeitbasiskorrektur soll hier nicht näher beschrieben werden. An diese spezielle Ausrüstung wird in erster Linie die Anforderung gestellt, Signale schlechter Qualität, bei denen im allgemeinen zur Aufzeichnung ein als "heterodin" bekanntes Farbverarbeitungssystem verwendet wird, benutzen zu können. Der Ausgang eines solchen Systems liefert ein stabiles Chrominanzsignal mit einem zeitunterschiedlichen Luminanzsignal. Der Eingang dieser Ausrüstung kann, wie erläutert, ein derartiges Signal annehmen.

Wie bereits erwähnt, kann das vorstehend beschriebene System als digitaler Normumsetzer verwendet werden. Zur Normumsetzung gehört allgemein die Neuanordnung des Fernsehbildes, da die ausscheidende Fernsehnorm eine andere Halbbild- und Zeilenfrequenz als die neue Norm hat. Zum Beispiel ist es für eine Umstellung von der PAL-Norm auf die NTSC-Norm erforderlich, die hereinkommende Zeilennorm von 625 Zeilen pro Bildfeld in eine herausgehende Norm von 525 Zeilen pro Bildfeld umzuwandeln.

Somit wird die Zahl der Zeilen verringert und ist mit einem festen Betrag an Kompression vergleichbar.

Neben der herabgesetzten Anzahl von Zeilen ändert sich die Anzahl der Halbbilder pro Sekunde. Für die europäische PAL-Norm ist die Halbbildfrequenz 50 Halbbilder/Sek., und bei der in den USA verwendete NTSC-Norm beträgt sie 60 Halbbilder/Sek. Die Herabsetzung der Zeilenzahl erfolgt durch den Eingabeflächenprozessor (Flächeninterpolation), und die Erhöhung der Halbbildfrequenz kann aufgrund der asynchronen Beschaffenheit des Bildspeichers akzeptiert werden, der unterschiedliche Einschreib- und Auslesefrequenzen erlaubt. Ein Teil der Daten von dem alten Bildfeld wird mit einem Teil des neuen Bildfeldes unter Einsatz des "ausfließenden" Integriersystems, d. h. der Koeffizienten K 11, K 12 und K 13, wie vorstehend beschrieben, kombiniert, um eine reibungslose Bewegung (Bewegungsinterpolation) mit unterschiedlichen Halbbildfrequenzen zu erzeugen.

Außerdem kann auch eine normale Bildkompression, -Vergrößerung und -Verstärkung erfolgen.

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 dementsprechen 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 Steuerungen 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 grundsätzlich 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 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 einem 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 daß 3- bis 10fache der wirklichen Größe zu expandieren. Dasselbe Ausrüstungsteil kann die Bildgröße von normaler Rastergröße auf effektiv Nullgröße herabsetzen.

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 Volumenprozessorsystem 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 Echtzeitmultipliziern 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 Multiplizierausgänge 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 Informationen 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 erhält Q die Zahl 12 Bits. In einem praktischen System werden 8-Bits breite Videodaten an dem Eingang verwendet, was die Reproduktion von Fernsehvideosignalen ohne wahrnehmbaren Qualitätsverlust 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 erläutert, empfängt der Bewegungsdetektor das ankommende Videosignal, und dieses wird mit dem vorher gespeicherten Videosignal verglichen, und bei Überschreitung eines Schwellwertes 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 gespeicherte Videoinformation 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 einer 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.

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.

Bei den beiden obigen Beispielen wäre es möglich, eine Gesamtbildbewegungsmessung vorzunehmen 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 zwischen 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 ein 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 Integriererausgang wird von einem Vergleicher 209 empfangen, der dieses Signal mit einem Schwellwert vergleicht, und der Vergleicherausgang wird an einen 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.

Bisher hat sich die Beschreibung hauptsächlich mit dem Einsatz der Koeffizienten zur Rauschverminderung befaßt. Gewisse Fernsehsysteme benötigen besondere Videoeffekte, und das beschriebene System ist in der Lage, dadurch Videoeffekte zu erzeugen, daß die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 so geändert werden, daß eine "Verzerrung" absichtlich in das Signal eingeführt wird. Ein Effekt extremer Kameraverzögerung kann dadurch synthetisiert werden, daß k 11 ungeachtet der Bewegung ein niedriger Wert zugeteilt wird. Der subjektive Effekt ist eine Verschwommenheit, wenn sich ein Gegenstand in die Szene bewegt.

Ein weiterer spezieller Effekt kann dadurch erzeugt werden, daß negative Zeichen an den Koeffizienten angebracht werden. Zum Beispiel wird es möglich, Gegenstände aus der Sicht verschwinden zu lassen, wenn sie stationär sind, um wiederaufzutauchen, wenn eine Bewegung stattfindet. Der subjektive Effekt ähnelt einer Umrißzeichnung sich bewegender Gegenstände.

Die digitale Umwandlung von Normen wurde weiter oben erläutert. An einen Digitalnormumsetzer wird die Anforderung gestellt, die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 auf zyklischer Basis zu modifizieren. Die Auswirkung der Anwendung einer zyklischen Variation kann zur "Bewegungsinterpolation" ausgenutzt werden. Die an den Digitalumsetzer gestellte Anforderung ändert sich je nach der Art von Szene, die der Prüfung unterzogen wird. Durch die Bewegungsinterpolation wird Verzerrung aufgrund von Bewegung herabgesetzt, da die Normumsetzung eine Umwandlung von beispielsweise 525 Zeilen - 60 Halbbilder pro Sekunde (NTSC) in 625 Zeilen - 50 Halbbilder pro Sekunde (PAL) erforderlich macht.

Wenn ein ankommendes Bild mit einer ankommenden Halbbildfrequenz von 60 Halbbildern pro Sekunde ein sich bewegendes Bild führt, dann liefern darauffolgende Bilder ein allgemeines Inkrement des Bildes mit einer Bewegung von links nach rechts auf dem Schirm. Die den abgehenden Halbbildern zugeordneten Bilder haben eine Rate von 50 Bilder pro Sekunde. In einem idealen Bewegungsinterpolator müßte eine bildliche Darstellung des sich bewegenden Objektes, das auf dem abgehenden Bild vorgesehen ist, in einer Stellung vorgesehen werden, die nicht auf den ankommenden Halbbildern abgebildet ist.

Ein solches sich bewegendes Objekt ist in Fig. 24 gezeigt. Mit einer Halbbildfrequenz von 60 Hz aufeinanderfolgende Bilder sind bei (a), (b), (c) und (d) gezeigt und mit einer Halbbildfrequenz von 50 Hz aufeinanderfolgende Bilder bei (e), (f) und (g).

Zur Realisierung eines Bewegungsinterpolators, der in der Lage ist, die in dem obigen Abschnitt beschriebene Funktion zu erfüllen, ist es erforderlich, daß das System ausreichend intelligent ist, um den Umriß in einem Halbbild zu erkennen und die Bewegung, die in einem anderen Halbbild stattgefunden hat, zu messen.

Es könnten dann Informationen herausgezogen werden, die es ermöglichen würden, ein künstliches Bild in der richtigen Lage auf einem abgehenden Halbbild zu zeichnen. Ein derartiger Prozeß entspräche einem wahren Bewegungsinterpolator. Die derzeitige Technologie ist jedoch noch nicht in ausreichendem Maße fortgeschritten, um es Ingenieuren zu ermöglichen, eine derartige Ausbildung unter Anwendung bekannter Verfahren zu realisieren.

Es sind subjektive Experimente durchgeführt worden, die darauf hinweisen, daß eine zweckmäßige Simulierung von Bewegungsinterpolation durch die Verwendung von Komponenten aus mehreren Halbbildern in unterschiedlichen Anteilen realisiert werden kann, so daß der Betrachter künstlich dazu gebracht wird, zu glauben, daß er eine echte Bewegungsinterpolation sieht.

Das nachfolgend beschriebene Bewegungsinterpolationssystem macht von drei verschiedenen Methoden Gebrauch, um die Bewegung in der annehmbarsten subjektiven Weise darzustellen. Das System ist variabel und adaptiv. Es sind Verfahren entwickelt worden, die es erlauben, das Adpativsystem halbautomatisch zu gestalten.

Die drei verwendeten Methoden sind nachstehend aufgeführt:

• a) Halbbildfolgeaustausch.
• b) Digitales Nachleuchten.
• c) Digitale zyklische Nachleuchtvariierung.

Die drei Methoden werden nachfolgend erläutert.

Es kann vorausgesetzt werden, daß die ankommende Bildfolge zu einem hinsichtlich der herausgehenden Bildfolge bekannten Zeitpunkt beginnt. Da die Bilder sequentiell ankommen, erhöht sich der Fehler, der in der abgehenden Bildfolge auftritt, über einen Zeitraum von zwölf ankommenden Halbbildern und zehn abgehenden Halbbildern in einem Umsetzer von 60 Halbbildern auf 50 Halbbilder.

In dem obigen Abschnitt ist von der Annahme ausgegangen worden, daß die beiden unterschiedlichen Bildarten (ungerades Halbbild und gerades Halbbild) nicht in der Reihenfolge ausgetauscht werden können. Die sich ergebende diskontinuierliche Bewegung ist für die Beobachter klar sichtbar.

Wenn die Bildfolge so geändert wird, daß ein ungerades Bild als gerades Bild dargestellt wird, kann die Amplitude der Diskontinuität um einen Faktor zwei verringert werden.

Der vorstehend beschriebene adaptive Volumenmanipulierungsprozessor ist in der Lage, ein ungerades Halbbild in ein gerades Halbbild bzw. ein gerades Halbbild in ein ungerades Halbbild mit Genauigkeit umzuändern, ohne eine Verzerrung der festen und sich bewegenden bildlichen Darstellung herbeizuführen. Bei diesem Normumsetzer wird von der adaptiven Volumenmanipulierung Gebrauch gemacht, um eine Bildfolgevariation vorzunehmen und so die Amplitude der sichtbaren Bewegungsdiskontinuitäten zu verringern.

Eine Verbesserung des subjektiven Effekts der Bewegungsdiskontinuität wird durch die Anwendung von digitalem Nachleuchten ermöglicht. Ein normales Fernsehsystem besitzt aufgrund der Auswirkung von Phosphorzerfall einen geringen Betrag von Restspeicher. Durch die Verwendung des Bildspeichers zusammen mit Koeffizienten, die das Nachleuchten steuern, wird in dem Normumsetzer ein gesteuertes Nachleuchten eingeführt. In Fig. 25 ist das grundsätzliche Blockbild der die digitale Nachleuchtanordnung bildenden Elemente gezeigt. Diese weist Ähnlichkeiten mit der Rauschunterdrückungsanordnung auf, jedoch sind die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 in diesem System anders.

Die Videodaten werden wie vorher im Koeffizientenmodifizierer 210 durch k 11 modifiziert und zusammen mit den vom Koeffizienten k 12 im Modifizierer 212 modifizierten Daten aus Speicher 22 zum Addierer 211 geleitet. Der Addiererausgang wird vom Koeffizienten k 13 im Modifizierer 213 modifiziert und an den Speichereingang angelegt. Somit diktieren die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13, welcher Anteil des vorher gespeicherten Bildes zu dem aus dem ankommenden Datenstrom verfügbaren neuen Bild vor der Neuspeicherung im Speicher hinzuaddiert wird. Es ist möglich, das System mit nur zwei Kanälen anzuordnen, aber es ist typischer, drei Kanäle zu verwenden. Kanal 1 ist ein Eingabekanal, der es ermöglicht, Daten in den Bildspeicher einzugeben. Kanal 2 ist ein Ausgabekanal, der als mit Kanal 1 synchron angesehen werden kann und es erlaubt, Informationen aus dem Speicher auszulesen. Kanal 3 ist ein asynchroner Ausgabekanal, durch den das Eingabe- und Ausgabesystem mit unterschiedlicher Geschwindigkeit betrieben werden kann.

Beim Grundsystem für digitales Nachleuchten sind die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 festgelegt. Nachstehend werden typische Werte aufgeführt:

k 11 = 0,625,
k 12 = 0,375,
k 13 = 1,0.

Durch die Bewegungsdarstellung, bei der digitales Nachleuchten eingesetzt wird, wird der subjektive Effekt dem Idealfall näher gebracht. Verschiedene Betrachter könnten jedoch unterschiedliche Werte für die Koeffizienten wählen, die für sie am geeignetsten sind. Die Variierung von k 11, k 12 und k 13 mittels einer Regelfunktion, die dem Betrachter zugänglich ist, schafft ein Mittel, derartige Werte zu wählen.

Der Effekt von Bewegungen führt in einem Normumsetzer zu zyklischer Diskontinuität. Größere Verbesserungen des subjektiven Effekts lassen sich erreichen, wenn das digitale Nachleuchten in einem ähnlichen zyklischen Ablauf variiert wird. Nachfolgend ist ein typischer Zyklus für k 11 gezeigt:

Halbbildk 11 10,5 20,625 30,75 40,875 51,0

Der Zyklus wiederholt alle 5 Halbbilder am Ausgang. Wieder können subjektive Betrachter unterschiedliche k-Werte, die ihren eigenen Betrachtungsanforderungen entsprechen, wählen, und es ist vorgesehen, daß der k-Wert durch eine Einrichtung, die dem Betrachter zugänglich ist, geändert werden kann.

Die Art und Weise, wie der Zyklus durchgeführt werden kann, ist in Fig. 26 gezeigt. Eine Steuerung für zyklisches Nachleuchten 220, die Adressenzähler aufweist, empfängt ankommende Halbbildimpulse und abgehende Halbbildimpulse und erstellt als Ergebnis des Vergleichs eine Adresse. Die erstellte Adresse wird zum Nachschlagen von k 11, k 12 und k 13 in einem Festspeicher (ROM) 221 verwendet. Im ROM ist eine Anzahl von Koeffizienten gespeichert, zu denen durch die Adresse Zugriff erlangt wird. Zusätzlich hat der ROM einen Eingang zum Variieren der Nachleuchtsteuerung. Der Nachleuchtsteuerungsvariierungseingang wählt eine Gruppe von im ROM gespeicherten Koeffizienten. Wenn ein ROM nicht groß genug ist, um alle erforderlichen Koeffizienten unterzubringen, kann eine Anzahl von ROM-Speichern gleichzeitig vom Nachleuchtsteuerungsvariierungseingang adressiert und angesteuert werden.

Obgleich die Betrachter den für ihre eigenen Anforderungen besten Wert digitalen Nachleuchtens und digitalen zyklischen Nachleuchtens wählen, hat man eine allgemeine Tendenz festgestellt und dazu benutzt ein adaptives Steuerungssystem bereitzustellen. Bei Aufnahmen, bei denen ein "Schwenken" der Kamera erfolgt, wird im allgemeinen ein höherer Nachleuchtwert gewählt als bei der Darstellung feststehender Kameraaufnahmen. Bei typischen Sportveranstaltungen, bei denen die Kamera sich schnell bewegenden Spielern folgt, finden Schwenkaufnahmen statt; während bei Schauspielen oft festehende Kamerastellungen verwendet werden. Es ist ein System zum Erfassen von Schwenkungen entwickelt worden.

In Fig. 27 ist gezeigt, wird der Schwenkdetektor zum Erfassen horizo 20479 00070 552 001000280000000200012000285912036800040 0002002760325 00004 20360ntaler und diagonaler Schwenkungen arbeitet. Auf dem gesamten Fernsehraster sind eine Reihe von Abtastpunkten angeordnet. In dem gezeigten Diagramm sind vertikale Zeilen gewählt. Die vertikalen Zeilen sind gegenüber dem Fernsehraster feststehend, und das Bild bewegt sich hinter den vertikalen Zeilen. Jedesmal wenn eine Kameraschwenkung erfolgt, erkennen sämtliche vertikalen Abtastpunkte, daß eine Bewegung stattfindet. Die Bewegungserfassung an sämtlichen vertikalen Abtastpunkten zeigt gleichzeitig an, daß eine Kameraschwenkung erfolgt. Bei der Feststellung eines Kameraschwenks können die verschiedenen Koeffizienten automatisch gewählt werden, um den besten subjektiven Effekt zu erzielen, wenn eine große Zahl der vertikalen Zeilen diese Bewegung erkennt. (Dies kann auch bei dem vorstehend beschriebenen Rauschunterdrückungssystem von Nutzen sein.)

In der Anordnung von Fig. 12 und der entsprechenden Beschreibung ist die Erzeugung eines Bewegungskodierbits erläutert, das als Bit 12 im Format von 12-Bit Breite verwendet wird und das als leicht erkennbarer Kode für alle Ausgangsschaltungen in den Speicher eingeschrieben wird. Die höchstwertigen 10 Bits werden für die Videodaten verwendet, und ein Bit (Bit 11) ist ein Reservebit.

In einem 10-Bit-Format mit 8 Videodatenbits und dem Bewegungskodebit als Bit 10 würde Bit 9 das Reservebit darstellen. Nachfolgend soll eine Farbkodieranordnung beschrieben werden, die von diesem Reservebit 9 Gebrauch macht (oder auch Bit 11).

Fig. 28 zeigt das Eingabesystem 1, das eine andere Dekodier- und A-D-Umsetzanordnung aufweist als in Fig. 2, aber das in Fig. 2 gezeigte System sein könnte. Der Dekoder 250 erzeugte separate Signale für Luminanz- und Farbdifferenzen (Y, I und Q). Diese werden in den Umsetzern 251, 252 und 253 in digitale Form umgesetzt und dann im Digitalmultiplexer 254 multiplext.

Der Ausgang des Eingabesystems 1 gelangt zum Farbkodeschaltkreis 255. Obgleich der Koder 255 an dieser Stelle im System gezeigt ist, könnte er auch an einer anderen Stelle eingefügt sein.

Nachdem das Signal in digitale Form umgesetzt ist, verliert es seine Identität, und es kann schwierig sein, zu bestimmen, welcher spezielle Abfragewert sich auf Y oder I oder Q bezieht. Dadurch, daß ein zusätzliches Informationsteil (Bit) mit jedem digitalen Abfragewert mitgenommen wird, erkennt dieses, daß der Abfragewert entweder aus Luminanz- oder Farbdifferenzinformationen stammt. Wenn daher ein Abfragewert von I oder Q (den Farbdifferenzsignalen) entnommen wird, bezeichnet das Farbkodebit dieses Geschehen. Spätere Schaltkreise können durch Bezugnahme auf das Farbkodebit den Ursprung des Datenabfragewertes erkennen.

Durch die Bereitstellung dieses Erkennungsbits können die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 je nach dem Ursprung des Digitaldatenabfragewertes geändert werden. Es ist möglich, eine größere Rauschunterdrückung vorzunehmen für Farbdifferenzsignale, ohne daß eine Bewegungsabbildungsverzerrung erfolgt, als bei Luminanzsignalen.

Im Prinzip werden zwei Sätze von Koeffizienten in der Koeffizienteneinstellanlage 25 unter Anwendung von Festwertspeicher(ROM)-verfahren gespeichert. Für die jeweils erfaßten Luminanzsignale werden die für Luminanz zuständigen Koeffizienten durch eine Prüfung des Farbkodebits im Datenwort ausgewählt.

Fig. 29 zeigt die schematische Darstellung des Koeffizienten k 11, wenn das Farbkodebit geprüft wird. Es sind lediglich zwei typische Werte von k 11 gezeigt. Bei der Luminanzverarbeitung wird k 11 auf 0,5 eingestellt und bei der Chrominanzverarbeitung auf 0,25. In diesem Teil der Beschreibung wird davon ausgegangen, daß k 11 feststehend bleibt, ungeachtet der im Bild erfaßten Bewegung. In der Praxis wird der Wert von k 11 in Abhängigkeit von der vorstehend beschriebenen Bewegungserfassungsanlage variieren. Bei Erkennung von Farbdifferenzsignalen wird k 11 geändert, um eine stärkere Rauschunterdrückung vorzusehen.

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 Multiplizierern 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 wird, 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.

Voraussichtlich 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. 30 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. 31 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 expliziter 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. 32 zeigt das Grundverfahren, das innerhalb des verteilten Systems 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 einem 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 C 2 + K 6.

Die Koeffizienten K 4, K 5 und K 6 werden von einem Koeffizientenwählsystem 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 vorstehenden Funktionen, einschließlich Rauschverringerung, Bildexpansion, Bildkompression, Bildverstärkung, Bildverschiebung. Der Computer wird zum Adressieren des Speichers und zum Einstellen der zur verwendenden Koeffizienten eingesetzt. Diese Operation kann mit einem entsprechend ausgelegten Computerprogramm vorgenommen werden. Das System macht keine Einschränkung der Taktgeschwindigkeit am Eingang gegenüber dem Ausgang erforderlich.

Es versteht sich, daß bei dem in Fig. 32 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. 33 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. 34 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. 33 zeigt die Speicher- und Prozessoranordnung im einzelnen. Die jetzt beschriebene Anordnung wäre einer von 16 identischen Schaltkreisen, die erforderlich sind, um die notwendige Kapazität bereitzustellen (d. h. Fig. 35 kann auf 1 Platte vorgesehen werden, wobei eine Gesamtzahl von 16 derartigen Platten erforderlich ist).

Der Eingabepuffer 330 kann 3 integrierte Schaltkreischips 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. Type 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. 35 gezeigte Anordnung erzeugt wird, ist in Fig. 36 gezeigt. Zunächst erfolgt die Addierfunktion durch 340, 345, danach Multiplizieren mit den Koeffizienten K durch 341, 342 und schließlich die Addierfunktion durch 343.

Claims (11)

1. Digitaler Video-Normwandler mit einem digitalen Videospeicher für die Speicherung von Video-Bildpunktsignalen wenigstens eines Halbbildes, mit einer Interpolationseinrichtung (2, 4, 6), die aus in einer ersten Norm ankommenden Bildpunktsignalen räumlich benachbarter Bildpunkte aus mehreren aufeinanderfolgenden Halbbildern in eine zweite Norm umgewandelte Bildpunktsignale erzeugt und mit einer die Normwandlung abhängig von Bewegungen des Bildinhalts beeinflussenden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zur bewegungsabhängigen Beeinflussung der Normwandlung eine Einrichtung (210-213, 220) zur digitalen Erzeugung eine Nachleuchteffektes vorgesehen ist, die einen Anteil des ankommenden Bildpunktsignals zu einem Anteil des für den Bildpunkt in dem Videospeicher gespeicherten Bildpunktsignals addiert und das so synthetisierte Bildpunktsignal in dem Videospeicher (3, 22) für die Addition des nächsten ankommenden Bildpunktsignals speichert.

2. Normwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Nachleuchteffekt erzeugende Einrichtung (210-213, 220) zyklisch den Grad des digital erzeugten Nachleuchtens steuert.

3. Normwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Interpolationseinrichtung (2, 4, 6) einen Datenraster-Prozessor (126) umfaßt, der die Bildpunktsignale jeweils abhängig von einer Vielzahl Bildpunktsignale aus mehreren Halbbildern synthetisiert.

4. Normwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenraster-Prozessor (116) eine Auswählschaltung (200) umfaßt, der die Anzahl der zusammen mit dem ankommenden Bildpunktsignal für die Synthese benutzten, aus früheren Halbbildern stammenden Bildpunktsignale abhängig von der zwischen den Halbbildern erfaßten Bildbewegung variiert.

5. Normwandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenraster-Prozessor (116) eine Multiplizieranordnung (60-68; 210), die jeden empfangenen Bildpunkt mit einem durch die Auswählschaltung (200) ausgewählten Koeffizienten modifiziert und eine Addiereranordnung (69; 211) aufweist, die die aus mehreren Halbbildern stammenden Produkte summiert und das synthetisierte Bildpunktsignal liefert.

6. Normwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der Koeffizienten durch einen Bewegungsdetektor (200) steuerbar ist.

7. Normwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (200) eine die Differenz zwischen ankommenden und gespeicherten Bildpunktsignalen ermittelnde Subtraktionsschaltung (201; 205) aufweist und daß eine vorbestimmte Anzahl Koeffizienten für die Multiplizieranordnung in einem Koeffizientenspeicher (125; 126; 221) gespeichert ist und die Koeffizienten abhängig von der erfaßten Bewegung auswählbar sind.

8. Normwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Nachleuchteffekt erzeugende Einrichtung (210-213, 220) zur Festlegung des Grads des digitalen Nachleuchtens wenigstens eine Koeffizienten- Abwandlungsschaltung (220, 221) aufweist.

9. Normwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bewegungsdetektor (200) vorgesehen ist, der den Nachleuchtgrad abhängig von einer in dem Bildinhalt erfaßten Bewegung steuert.

10. Normwandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektor (200) so ausgebildet ist, daß er die Bewegung aus einer Anzahl Bildpunktsignale aus verschiedenen Halbbildern erfaßt.

11. Normwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Videospeicher als asynchroner Speicher (22) ausgebildet und an voneinander verschiedene Halbbildraten anpaßbar ist.