DE2907991A1

DE2907991A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung digitaler videosignale

Info

Publication number: DE2907991A1
Application number: DE19792907991
Authority: DE
Inventors: Allen A Harano; Kenneth A Huelsman
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1978-03-07
Filing date: 1979-03-01
Publication date: 1979-09-13
Also published as: AU522344B2; NL7901823A; GB2015847B; AU4468279A; FR2419630B1; US4212072A; AT378879B; GB2015847A; FR2419630A1; JPS54125887A; ATA167379A

Description

Anmelderini Stuttgart, d. 26.2.1979

Hughes Aircraft Company P 3678 S/Bn Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter:

Kohler-Schwindling-Späth
Patentanwälte
Hohentwielstr. ifl
?OOO Stuttgart-1

Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung digitaler Videosignale

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von in digitaler Form vorliegenden Videosignalen, die durch wiederholte Abtastungen gewonnen und in einem Bildspeicher für eine nachfolgende Darstellung gespeichert werden, wobei die Videosignale in der Form von Abtastsignalen vorliegen, die die Lagekoordinaten der Bildelemente und einen

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Intensitätswert (Pixelwert) für jedes Bildelement umfassen.

Bei einem solchen Verfahren hat die Speicherung der Videosignale in einem Bildspeicher den Zweck, eine Bilddarstellung nach einem anderen Raster oder Abtastschema zu ermöglichen als nach dem für die Gewinnung der Videosignale verwendeten Abtastschema. Es ist bekannt, als Speicher für eine solche Abtastschema-Umsetzung elektrostatische Speicherröhren zu verwenden, wie beispielsweise die von der Hughes Aircraft Company gefertigte und in einem ebenfalls von der Hughes Aircraft Company hergestellten Umsetzerspeicher vom Typ 639 verwendete Umsetzerröhre vom Typ H-1269A. Dieser analoge Umsetzspeicher wurde beispielsweise in Verbindung mit Ultraschall-Bilderzeugern für die medizinische Diagnose sowie auch für viele nicht-medizinische Zwecke verwendet.

Der Hauptbestandteil des analogen Abtastschema-Umsetzers wird von der Umsetzerröhre gebildet, bei der es sich im wesentlichen um eine Kathodenstrahlröhre handelt, die in gleicher Weise wie eine übliche Bildröhre betrieben wird, abgesehen davon, daß der Elektronenstrahl auf eine Ladungsspeicherplatte anstatt auf einen phosphoreszierenden Bildschirm gerichtet wird. Während des Schreib-Betriebes wird dem Elektronenstrahl eine vektorielle Abtastbewegung erteilt, die der Abtastbewegung der Signalquelle entspricht, und der Elektronenstrahl mit einem Video-Eingangssignal moduliert, so daß örtliche Ladungen, die der Strahlintensität proportional sind, an diskreten Speicherplätzen der Speicherplatte abgelagert werden. Beim Schreib-fttrieb tastet der unmodulierte Strahl die Speicherplatte in einem üblichen verschachtelten Raster ab. Während der Abtastung mit dem unmodulierten Strahl schwankt der Ausgangsstrom in Abhängigkeit von dem Ladungsmuster.

Bei der Ultraschall-Bilderzeugung sowie auch bei anderen An-

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Wendungen ist es erforderlich, das von einem Wandler gelieferte Videosignal zu verarbeiten, bevor es in den Umsetzerspeicher eingegeben wird. Die Verarbeitung umfaßt die Feststellung des Scheitelwertes für jedes Bildelement (Pixel), was bei der Darstellung zusammen mit anderen ebenfalls durch ihre Scheitelwerte erfaßten Pixel ein ziemlich hartes oder grobes Bild mit einem beträchtlichen Rauschanteil ergibt. Die ITmsetzröhre speichert die durch. Scheitelwert-Abtastung ermittelten Pixel nicht mit ihrem vollen Wert, sondern vielmehr mit einer der Röhre eigenen übertragungscharakteristik, die dazu führt, daß bei der ersten Abtastung etwa 90 % des ermittelten Scheitelwertes und erst bei der zehnten Abtastung über das gleiche Pixel etwa 100 % des ermittelten Scheitelwertes gespeichert werden. Das Ergebnis besteht in einem effektiven Ausfiltern von Rauschen und einem weicheren Charakter des dargestellten Bildes. Diese Eigenschaft war für die Ärzte bei der Ultraschall-Bilderzeugung von Körpergewebe zu Diagnosezwecken sehr hilfreich. Für die Ärzte, die in der Anwendung dieser Diagnosetechnik erfahren sind, ist es von Bedeutung, daß das benutzte System stets die gleiche Darstellungscharakteristik aufweist. Daher sollten Geräte, die mit einem digitalen Abtastschema-Umsetzer versehen sind, die gleiche übertragungsfunktion besitzen wie die analoge Umsetzerröhre, wie sie bisher für die Ultraschall-Diagnose und andere Zwecke angewendet wurde. Trotzdem kann es erwünscht sein, Abtastschema-Umsetzer mit einer davon abweichenden Übertragungsfunktion zur Verfügung zu haben, wie beispielsweise einen Umsetzer, bei dem der Pixelwert nach der ersten Abtastung 70 % des Scheitelwertes beträgt und bei jeder folgenden Abtastung von größerem Wert eine Erhöhung des Pixelwertes um 70 % der Differenz sowie bei jeder Abtastung mit geringerem Wert eine Verminderung um 20 % eintritt. In manchen Fällen kann es auch erwünscht sein, vorübergehend mit einer 100 %-Ubertragungsfunktion zu arbei-

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ten, um ein hartes Bild zu erhalten, beispielsweise um auf diese Weise zu versuchen, gewisse Einzelheiten in dem weicheren oder abgeschwächten Bild hervorzuheben.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verarbeitung von digitalen Videosignalen anzugeben, das die Erzeugung praktisch jeder beliebigen übertragungsfunktion ermöglicht, insbesondere die übertragungsfunktion der bei analoger Signalverarbeitung verwendeten Umsetzerröhre. Das Verfahren soll aber grundsätzlich auch die Möglichkeit bieten, nach Bedarf eine von mehreren verschiedenen Übertragungsfunktionen auszuwählen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Pixelwerte aus Plätzen des Bildspeichers ausgelesen werden, die den Lagekoordinaten entspredsn, daß für jeden im Bildspeicher zu speichernden neuen Pixelwert ein korrigierter Wert geliefert wird, der aus einem in einem Korrekturspeicher enthaltenen Satz von korrigierten Werten als Funktion

1) wenigstens eines aus dem Bildspeicher an dem durch die Lagekoordinaten definierten, auf den neuesten Stand zu bringenden Platz ausgelesenen alten Pixelwertes und

E) eines neuen Pixelwertes für die entsprechenden Lagekoordinäten

ausgewählt wird, welcher Satz einen geeigneten korrigierten Wert für jede Kombination aus einem alten Pixelwert und einem neuen Pixelwert umfaßt, der sich an einem Speicherplatz befindet, der durch die Kombination aus einem alten und einem neuen Pixelwert definiert ist,

daß der alte Pixelwert von dem Bildspeicher und ein neuer Pixelwert empfangen werden, aus den empfangenen Pixelwerten ein Gesamtwort zur Adressierung des Korrekturspeichers ge-

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bildet und dann aus dem mit dem Gesamtwort adressierten Speicherplatz des Korrekturspeichers der korrigierte Wert ausgewiesen wird, und

daß der korrigierte Wert im Bildspeicher an dem Speicherplatz abgelegt wird, der durch die Lagekoordinaten des neuen Pixelwertes bestimmt ist, die zuvor dazu benutzt worden sind, den Bildspeicher zum Auslesen des alten Pixelwertes zu adressieren·

Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Hilfe eines digitalen Abtastschema-Umsetzers durchgeführt werden, der eine Einrichtung zur Quantisierung des Videosignales während der Abtastung und Erzeugung von Bildelementen (Pixels) in einem festen Koordinatensystem, eine Einrichtung zur Speicherung der Pixelwerte in einem Koordinatensystem, das dem festen Abtast-Koordinatensystem entspricht, und eine Einrichtung zum Vergleich jedes Digitalwertes des quantisierten Videosignales mit dem letzten Pixelwert, der für das gleiche Bildelement in dem festen Koordinatensystem gespeichert worden ist, um den Wert zu bestimmen, der in dem Speicher anstelle des letzten Pixelwertes gemäß einer vorbestimmten Punktion zu speichern ist, die in der Vergleichseinrichtung programmiert ist. Dabei kann die Vergleichseinrichtung mit mehreren übertragungsfunktionen programmiert sein und eine Einrichtung zur Auswahl einer Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von der Einstellung eines Wählschalters aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der Pixelspeicher aus einem Lese- und einem Lese-Modifizier-Schreib-Speicher, der von dem Abtast-Umsetzer während des Lese-Modifizier-Schreib-Betriebes mit den Koordinaten der zu berichtigenden Pixelwerte adressiert wird, während die Adressierung beim Lesebetrieb im Zeitmultiplex durch das Video-Darstellungssystem erfolgt. Während des Lese-Modifizier-Schreib-Betriebes liefert das Ausgangssignal des

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chers einen Pixelwert zum Vergleich mit dem eintreffenden Abtastwert für das gleiche Pixel. Die Vergleichseinrichtung wird vorzugsweise durch einen Speicher verwirklicht, der durch eine Kombination des alten und des neuen Pixelwertes adressiert wird. Der richtige Wert für den zu speichernden neuen Pixelwert ist in dem Speicher für jede eindeutige Kombination aus altem und neuem Pixelwert gemäß einer Tabelle gespeichert, welche die gewünschte Übertragungsfunktion definiert. Es können mehrere solcher Tabellen für verschiedene Übertragungsfunktionen in verschiedenen Abschnitten des Speichers untergebracht werden, die selektiv durch zusätzliche Adressen-bits aufgerufen werden können, die dem höchststelligen bit der kombinierten Adresse des Korrekturspeichers, die aus den alten und neuen Pixelwerten besteht, vorangestellt ist und durch einen Wählschalter bestimmt werden können.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles und aus den Unteransprüchen. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, das übertragungsfunktionen wiedergibt, die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verwirklichbare und für Ultraschall-Bilderzeuger besonders geeignet sind,

Fig. 2 das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 bis 5 zwei Diagramme von Signalen zur Erläuterung der Funktion der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

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Bevor eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung programmierter Ubertragungsfunktionen für einen digitalen Abtastschema-Umeetzer beschrieben wird, sollen anhand Fig. 1 Beispiele von Ubertragungsfunktionen mehr im einzelnen behandelt werden. In dem Diagramm nach Fig. 1 sind graphisch drei Ubertragungsfunktionen dargestellt, nämlich eine 100%-übertragungsfunktion, eine der Umsetzerröhre 639 entsprechende Übertragungsfunktion und eine Übertragungsfunktion, die eine Erhöhung des Pixelwertes um 70 % der Differenz und eine Verminderung des Pixelwertes um 20 % der Differenz bewirkt, wenn der neue Pixelwert größer bzw. kleiner ist als der alte. Hierbei handelt es sich nur um drei als Beispiele ausgewählte Übertragungiifunktionen· Die in Fig· 2 dargestellte Vorrichtung erlaubt es, praktisch jede beliebige übertragungsfunktion für die Umsetzung eines Videobildes zu verwirklichen, und zwar für jedes einzelne Pixel eines Reihen und Spalten aufweisenden Pixelrasters, das vorzugsweise verschachtelte geradzahlige und ungeradzahlige Zeilen aufweist. Eine Umsetzung des Abtastschemas ist beispielsweise dann erforderlich, wenn, wie bei der Abtastung des Querschnittes eines Körperorganes im lebenden Menschen, die Sonde eine Vielzahl verschiedener Blickrichtungen einnimmt, die nicht mit den X- und Y-Achsen des Darstellungsrasters zusammenfallen, wenn der Benutzer das Ultraschall-System über den gesamten Querschnitt hinwegführt.

Bei eins· Abtastschema-Umsetzung mit einer 100%-Ubertragungsfunktion wird jedes Pixel an einer eindeutigen XJf-Adresse mit der vollen Intensität (100 %) dargestellt, die bei der ersten Abtastung festgestellt worden ist, so daß der Abtastschema-Umsetzer die Pixelwerte unverändert überträgt· Dabei kann es vorkommen, daß ein Pixelwert höher ist, wenn die dem Pixelwert zugeordnete Stelle aus einem anderen Blickwinkel abgetastet wird. In diesem Fall wird der in dem digi-

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talen Abtastschema-umsetzer an der betreffenden Χ,Υ-Adresse gespeicherte Pixelwert durch den neu empfangenen, höheren Pixelwert ersetzt· Ein Betrieb mit der 100%-übertragungsfunktion gibt dem Abtastschema-Umsetzer die Fähigkeit, für jedes Bildelement den maximalen Pixelwert oder Scheitelwert festzustellen· Eine Darstellung bei dieser Betriebsweise wurde oben als Darstellung eines "harten" Bildes bezeichnet·

Bei der 639-übertragungsfunktion bildet der digitale Abtastschema-Umsetzer die Eigenschaften des analogen Abtastschema-Umsetzers vom Typ H-1269A nach, der von einer Umsetzerröhre vom Typ 639 Gebrauch macht. Bei dieser Betriebsart nimmt der Pixelwert eines zum ersten Mal abgetasteten Punktes 90 % des Abtastwertes an» Bei jeder weiteren Abtastung wird der Pixelwert um 10 % erhöht· Diese übertragungsfunktion der umsetzerröhre 639 ist sehr nützlich, weil bei einem Ultraschall-System die den einzelnen Bildpunkten zugeordneten Echosignale rauschbehaftet sind· Bei der 100%-Darstellung enthält der Pixelwert stets das gesamte Rauschen· Wenn jedoch eine Darstellung mit 90 % zuzüglich 10 % für jede weitere Abtastung erfolgt, wird ein Pixelwert erzeugt, der von Rauschen nahezu völlig fei ist· Dies liegt daran, daß Rauschen unregelmäßig auftritt, so daß es nicht bei jeder Abtastung vorhanden ist·

Eine weitere, möglicherweise nützliche Betriebsart ist die 70 5^20%-Ubertragungsfunktion, wie sie oben bereits erwähnt worden ist. Diese übertragungsfunktion ist durch die dritte Kurve des Diagrammes nach Fig· 1 veranschaulicht· Bei dieser Betriebsart wird bei der ersten Abtastung ein Pixelwert von 70 % des Abtastwertes gespeichert und danach der Pixelwert um 70 % der Differenz erhöht, wenn der neue Pixelwert höher ist als der bei der letzten Abtastung gespeicherte Wert, Dagegen wird der gespeicherte Wert um 20 % der Differenz ver-

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mindert, wenn der neue Pixelwert niedriger ist.

Es kann eine Vielzahl weiterer Übertragungsfunktionen definiert werden, bei denen der nach dem ersten zu speichernden Pixelwert eine Funktion des neuen und des alten Pixelwertes ist· Zu diesem Zweck kann ein Lesespeicher (ROM) benutzt werden, eine., Umwandlungstafel zu speichern, in der für die erste Abtastung eines Pixels der alte Wert gleich Null ist, während für jede folgende Abtastung ein Wert gespeichert ist, der von dem neuen Pixelwert und dem alten Pixelwert abhängt. Stattdessen kann die übertragungsfunktion auch unter Verwendung eines Schreib-Lese-Speiehers mit wahlfreiem Zugriff (BAM) verwirklicht werden, um eine änderung der übertragungsfunktion des Systems für verschiedene Anwendungen zu ermöglichen·

Zur Änderung der Übertragungsfunktionen kann einfach das programmierte BOM gewechselt werden, entweder durch Austausch oder durch Umschalten von Speicherabschnitten· Im letztgenannten Fall wird vorzugsweise ausreichend Speicherkapazität vorgesehen, um zwei oder mehr Umwandlungstabellen speichern zu können· Ein Wählschalter liefert in einer Stellung einen oder mehrere bits am höchststelligen Ende des Adressenwortes zur Auswahl eines Speicherabschnittes, der die Tabelle für eine Betriebsart enthält, während in einer anderen Stellung die bits zur Adressierung eines anderen Speicherabschnittes geliefert werden, der eine Tabelle für eine andere Betriebsart enthält.

Jedes Bildelement, das an einer X,Y-Adresse abgetastet wird, bewirkt das Auslesen eines alten Pixelwertes aus einem digitalen Umsetzerspeicher 10, der in Fig·- 2 als Bildspeicher bezeichnet ist· Dieser alte Pixelwert wird in dem oberen Teil eines Daten-Begisters 12 aufgenommen und als Teil einer

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Adresse für einen Lesespeicher I^ benutzt. Ein neuer Pixelwert, der in den unteren Teil des Registers 12 eingegeben wird, wird als anderer Teil der ROM-Adresse benutzt. Das
Ausgangssignal des ROM stellt den korrigierten Wert dar,
der dann an dem gleichen X,Y-Pixelplatz des Bildspeichers abgelegt wird, aus dem der alte Pixelwert ausgelesen worden ist. Der Bildspeicher wird auf diese Weise immer dann auf den neuesten Stand gebracht, wenn ein Abtastsystem neue
Pixelwerte längs jeder Linie in der X,Y-Linie liefert, die in dem Bildspeicher zum Zweck der Darstellung angesammelt werden.

Mit dem Bildspeicher arbeitet im Teilnehmer-Verfahren ein Darstellungssystem zusammen, das ein Register 16 zur
Parallel/Serien-Umsetzung und einen Digital/Analog-Ümsetzer 18 umfaßt. Zum 2eck der Fernseh-Darsteilung werden aus dem Bildspeicher 10 jeweils die Pixelwerte einer ganzen Zeile gleichzeitig parallel auf das Register 16 übertragen, aus dem sie dann einzeln nacheinander ausgelesen werden. Jeder Pixelwert besteht aus einer N-stelligen binären Zahl, die in ein analoges Videosignal umgesetzt wird« Ein synchronisierter Digital/Analog-Ümsetzer 20 empfängt periodische
Synchronisationssignale in digitaler Form zur Umsetzung
in Video-Synchronisationssignale, die in einem Mischer 22. mit den Videodaten vereinigt und dann in einem Verstärker 2.1\ verstärkt werden, so daß ein für die Darstellung geeignetes ergänztes Videosignal entsteht. Die Darstellungs-Taktimpulse und die Synchronisationssignale, die dem Register 16 und dem Digital/Analog-Ümsetzer 20 zugeführt werden, werden von einer Takt- und Steuereinheit 26 erzeigt, die Taktsignale von einem hochfrequenten Taktgeber 28
empfängt und daraus in bekannter Weise diese und andere
Taktsignale erzeugt, die für den Betrieb taktgesteuerter
Zähler und Verknüpfungsglieder benötigt werden.

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Um die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles zu beschreiben, sei ein Ultraschall-Abtastsystem J>0 angenommen» Es besitzt eine Sonde 32 an einem Gelenkarm 34, und liefert Ablenksignale X und Y sowie ein analoges Intensitätssignal Z. Der Anstieg der Ablenksignale X und Y hängt von der Richtung der Ultraschall-Abtastung bei jedem Abtastvorgang ab. Wenn beispielsweise die Abtastrichtung mit der X-Achse zusammenfällt, hat das Ablenksignal Y den Anstieg Null, während bei einer Abtastrichtung, die mit der X-Achse den Winkele bildet, die Anstiege eine Funktion von sinO und cos & sind. Die Ablenksignale X und Y werden ebenso wie das Intensitätssignal Z in eine digitale Form umgesetzt, um die Adressen X und Y der Pixelwerte zu bilden, bei denen es sich um Abtastwerte des Intensitätssignals Z handelt. Zu diesem Zweck sind Analog/Digital-Umsetzer 36, 38 und IfO vorgesehen, die von der Einheit 26 mittels eines Signals A/D CONV gesteuert werden, um das Intensitätssignal Z und die Ablenksignale X und Y abzutasten, die abgetasteten Werte zu halten und in digitale Signale umzusetzen. Eine vollständige Abtastung wird in einem ersten Schieberegister i|2 (A) mit einer Taktfrequenz (SRW CLK) eingegeben, die eine Funktion des Richtungswinkels ist, um später mit einer festen Taktfrequenz (SRR CLK) verarbeitet zu werden, die im Hinblick auf den Zugriff des Darstellungssystems zum Bildspeicher 10 im Teilnehmer-Verfahren abgestimmt ist. Während die Daten in dem ersten Schieberegister A verarbeitet werden, wird ein zweites Schieberegister 44 (B) zum Speichern neuer Daten benutzt.

Jeder Pixelwert ist in den Schieberegistern A und B als ein N-stelliges Binärwort gespeichert. Demgemäß hat jedes Schieberegister einen Eingang und einen Ausgang für N-parallele bits. Wenn angenommen wird, daß bei einem 16 Intensitätsstufen unterscheidenden Video-Darstellungssystem N = 4 ist,

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besteht jedes Schieberegister tatsächlich aus X + Y + \\ Schieberegistern» die parallel betrieben werden, nämlich X Schieberegister für die X-Adresse, Y Schieberegister für die Y-Adresse und l\ Schieberegister für die Pixelwerte der Abtastung· Alle Daten- und Adressensignale, die von den Analog/Digital-Umsetzern 36 bis hß den Registern und Speichern zugeführt und aus den Registern und Speichern wieder ausgelesen werden, sind parallele binär-codierte Signale.

Zwei Sätze von Verknüpfuiipgliedern werden durch ein Signal A/B SR gesteuert, das zur Auswahl des Schieberegisters A oder B dient, in welche die Daten abwechselns ein- und ausgegeben werden sollen» Während das Verknüpfungsglied G 1 vorbereitet ist, um ein Einschreiben in das Schieberegister A zu ermöglichen, ist das Verknüpfungsglied G 2 vorbereitet, um Daten aus dem Schieberegister B auslesen zu können· Dieser Zustand existiert, während das Signal A/B SR hoch ist« Ist dieses Signal niedrig, werden die Verknüpfungsglieder G 3 und G if vorbereitet, um ein Auslesen des Schieberegisters A und ein Einschreiben in das Schieberegister B zu ermöglichen. Die Verknüpfungsglieder G 5 und G 6 sind ODER-Glieder zur Übertragung von Taktimpulsen von dem jeweiligen Satz freigegebener UND-Glieder. Die Lese-Taktfrequenz ist so gewählt, daß sie mit den Operationen zur Berichtigung des Bildspeichers verträglich ist. Die Schreibtaktfrequenz wird von der Steuereinheit 26 als Funktion des Richtungswinkels -Θ- bestimmt. Wenn das Ultraschall-Abtastsystem so ausgebildet wäre, daß der Richtung winkel -Θ-konstant ist, beispielsweise Null bei einer vertikalen Abtastung, und X nur schrittweise vor jeder Abtastung geändert würde, wärenddas Äblenksignal Y einen konstanten Anstieg hat, dann wäre auch die Sehreib-Taktfrequenz konstant. Dies würde jedoch erfordern, daß die Sonde 32 stets zur Y-Achse parallel ausgerichtet und nur links der X-Achse bewegt wird,

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UBi den Querschnitt eines Objektes abzutasten· Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die Erfindung auf derart begrenzte Ultraschall-Abtastsysteme noch überhaupt auf Ultraschall-Abtastsysteme zu beschränken. Sie kann sehr wohl in Verbindung mit jedem System zur Umsetzung von einer Abtastgeschwindigkeit und/oder Abtastrichtung in eine andere Abtastgeschwindigkeit und/oder Abtastrichtung verwendet werden·

Immer wenn ein neuer Pixelwert aus einem der Schieberegister A oder B über einen Satz Wählglieder i+6 ausgelesen werden soll, empfängt das Register 12 einen Lese-Modlfizier-Schreib-Impuls RMW und einen Halte-Impuls LD zur Eingabe eines vielstelligen Wortes· Unter der Annahme, daß die X-Adresse und die Y-Adresse je 9 Bit umfaßt, besteht das Wort aus 18 Adressen-Bits, if Bits des neuen Pixelwertes und 1+ Bits des alten Pixelwertes, was eine Gesamtzahl von 2.6 Bits ergibt. Der RMW-Impuls bewirkt das Verriegeln der X- und Y-Adressenbits im Register 12, während der LD-Impuls das Halten der aus dem Bildspeicher an der gehaltenen Adresse ausgelesenen alten Daten und der aus dem ge\vählten Schieberegister ausgelesenen neuen Daten bewirkt. Die alten und neuen Daten bilden das Adressenwort, das zum Adressieren des Korrekturspeichers 1if erforderlich ist, dem der korrigierte Wert zu entnehmen ist, mit welchem der Bildspeicher an der verriegelten X- und Y-Adresse auf den reuesten Stand zu bringen ist· Danach wird ein Taktimpuls STROBE dem Korrekturspeicher 1 Zf zugeführt, um ein einziges Datenwort SW in den Bild-Speicher an den Platz zu übertragen, aus dem der alte Pixelwert ausgelesen worden ist«

Das dem speziellen alten und neuen Pixelwert zugeordnete ' Datenwort SW ist durch die Übertragungsfunktion bestimmt und in dem Korrekturspeicher Ik enthalten· Wenn mehr als eine Übertragungsfunktion zur Auswahl zur Verfügung steht, v/ie

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beispielsweise die 100%- und die 693-Übertragungsfunktion, liefert ein Schalter 1*8 das höehststellige Bit der ROM-Adresse. Wenn nur zwei Übertragungsfunktionen zur Verfugung stellen, liefert der Schalter 48 das Bit "1" zur Adressierung der einen Hälfte des ROM in der einen Betriebsart und das Bit ¹¹O" zur Adressierung der anderen Hälfte des Speichers für die andere Betriebsart. Jede Hälfte enthält eine vollständige Fuhktionstabeile, die ein einziges eindeutiges

N Datenwort SW für jede Kombination von 2 Werten der alten

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und 2 Werten der neuen Daten umfaßt. Ist N = if , handelt es sich um eine Tabelle von 16 x 16 Werten.

Der gerade beschriebene Vorgang zur Änderung des Bildspeicher-Inhaltes gemäß einer vorbestimmten übertragungsfunktion wird anhand der folgenden Beschreibung der in Fig. 3 dargestellten Steuersignale noch besser verständlich. In Fig. 3 sind die Ablenksignale X und Y dargestellt, die von dem Ultraschall-Abtastsystem 30 erzeugt werden, solande ein Einschaltsignal SWP ON auf einem hohen Pegel ist. Der Anstieg dieser Ablenksignale kann gemäß dem Winkel θ der Abtastrichtung verschieden sein,, jedoch ist die Dauer jeder Abtastung gleich. Die Takt- und Steuereinheit 26 zählt die Perioden des Signals SWP ON, beispielsweise mit Hilfe eines einfachen Flip-Flop, und ermöglicht es, einem Verknüpfungsglied jeden zweiten der Impulse SWP ON in ein Signal A/B SR zu transformieren, das dazu dient, abwechselnd die Schieberegister A und B auszuwählen. Während das Signal SWP ON hoch ist, leitet die Takt- und Steuereinheit 26 von Taktimpulsen Steuerimpulse für die Analog/Digital-Umsetzer ab, und zwar jeweils einen Steuerimpuls für jedes Pixel als Funktion des Winkels der Abtastrichtung. Die hochfrequenten Taktimpulse CLK werden den Umsetzern zugeführt, um die synchrone Umsetzung jedes Abtastwertes in digitale Form zum Zweck der Speicherung in einem Schieberegister zu

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bewirken, bevor ein anderer Abtastwert genommen wird. Die Steuerimpulse A/D CONV für die Analog/Digital-Umsetzer sind, in Fig. k über einer gedehnten Zeitskala zusammen mit dem Schreib-Taktimpuls SWR CLK für das Schieberegister dargestellt. Der Schieberegister-Lesetakt SSR CLK ist in seiner Frequenz von diesen Signalen unabhängig und daher in Fig. k nicht dargestellt, ·

Anhand Fig. 5 wird nun der Steuerzyklus für den Bildspeicher beschrieben· Ein den Zyklus auslösender Impuls START, der zum Lesetakt der Schieberegister synchron ist, löst das Lesen-Modifizieren-Schreib-Signal RMW aus. Beide Signale werden dem Bildspeicher 10 für eine Operationsfolge zugeführt, während der der alte Pixelwert ausgelesen und dazu benutzt wird, den Korrekturspeicher 1if zu adressieren, wie es oben beschrieben worden ist, und einen korrigierten Pixelwert zu erhalten, der den alten Pixelwert im Bildspeicher ersetzen soll. Sobald der alte Pixelwert aus dem Speicher ausgelesen ist, wird vom Bildspeicher ein Impuls DHV erzeugt, der die Erzeugung des Impulses LD in der Takt- und Steuereinheit 26 auslöst, der seinerseits das Halten der Daten bewirkt. Der Lesezyklus ist am Ende des Impulses DHV beendet, und es beginnt nun der Schreibzyklus, Wenn sich nahe dem Ende des Lesezyklus die ROIi-Adresse stabilisiert hat, erzeugt die Takt- und Steuereinheit 26 den Taktimpuls STROBE, der bewirkt, daß der korrigierte Wert für das Pixel aus dem Korrekturspeicher lif ausgelesen wird. Der Impuls STROBE endet gleichzeitig mit dem Lese-Modifizier-Schreib-Impuls zu welcher Zeit das einzige Datenwort SW aus dem Korrekturspeicher 1 if in den Bildspeicher 10 an die im Register 12 gehaltene Adresse übertragen worden ist, wodurch der Berichtigungszyklus für einen Pixelwert abgeschlossen ist. Die Takt- und Steuereinheit 26 erzeugt dann einen anderen Zyklus-

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Startimpuls sowie ein TV-Lesesignal TVR, der ausreichend lange andauert, um 16 aufeinander folgende Pixels zu adressieren und zum Zweck der Darstellung auszulesen« Danach wird ein weiterer Lese-Modifizier-Halb-Zyklus ausgelöst» Die Adressen für den Bildspeicher während des TV-Lesezyklus bilden als 9 Bit umfassende Horizontal- und Vertikal-Wörter H und V von der Takt- und Steuereinheit 26 erzeugt und im Bildspeicher über einen Multiplexer 50 zugeführt. Das Lese-Modifizier-Halb-Signal RMl? schaltet dann den Multiplexer 50 zurück auf das Register 12 für den nächsten Pixel-Korrektur-Zyklus· Während des nächsten RMW-Zyklus werden die parallel in das Register 16 eingelesenen Pixelwerte nacheinander zum Zweck der Darstellung ausgelesen»

Dieser mit einer programmierbaren Übertragungsfunktion für die Bilddarstellung ausgestattete digitale Abtastschema-Umsetzer ist auch für andere Anwendungen nützlich, die der beschriebenen Anwendung analog sind. Beispielsweise kann er "benutzt werden zur Integration und der Summierung von Pixelwerten bei aufeinanderfolgenden Abtastungen, zur Differenzierung oder Subtraktion von Pixelwerten, zur Bildung des mittels aus Pixelwerten oder für ein gesteuertes Ausblenden von Pixelwerten, beispielsweise durch Summieren aufeinanderfolgender Pixelwerte und darauf folgendem Dividieren dirch eine gewählte Zahl oder Kombinationen solcher Maßnahmen mit unterschiedlichen Programmen, die von der Höhe des Video-Signals abhängen. Beispiele umfassen eine Variation der Wirkung der Scheitelwert-Feststellung als Funktion der Signalamplitude oder eine Summierung von Signalen kleinen Pegels in Verbindung mit einer Scheitelwert-Detektion für Signale hohen Pegels mit unterschiedlicher Wirksamkeit. Weitere Beispiele können nicht nur die Betrachtung des auf den neuesten Stand zu bringenden Pixelwertes umfassen, son-

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dern auch die Betrachtung umgehender Pixelwerte zur Bestimmung des korrigierten Wertes. Daraus ist für den Durchschnittsfachmann ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dieses AusfUhrungsbeispiel in vielfältiger Hinsicht modifiziert werden kann, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen·

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Claims

Patentansprüche \ti: Verfahren zur Verarbeitung von in digitaler Form vorliegenden Videosignalen, die durch wiederholte Abtastungen gewonnen und in einem Bildspeicher für eine nachfolgende Darstellung gespeichert werden, wobei die Videosignale in der Form von Abtastsignalen vorliegen, die die Lagekoordinaten der Bildelemente (Pixel) und einen Intensitätswert (Pixelwert) für jedes Bildelement umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixelwerte aus Plätzen des Bildspeichers ausgelesen werden, die den Lagekoordinaten entsprechen, daß für jeden im Bildspeicher zu speichernden neuen Pixelv/ert ein korrigierter Wert geliefert wird, der aus einem in einem Korrekturspeicher enthaltenen Satz von korrigierten Werten als Funktion

1) wenigstens eines aus dem Bildspeicher an-dem durch die Lagekoordinaten definierten, auf den neuesten Stand zu bringenden Platz ausgelesenen alten Pixelwertes und

2) eines neuen Pixelwertes für die entsprechenden Lagekoordinaten

ausgewählt wird, welcher Satz einen geeigneten korrigierten Wert für jede Kombination aus einem alten Pixelwert und einem neuen Pixelwert umfaßt, der sich an einem Speicherplatz befindet, der durch die Kombination aus einem alten und einem neuen Pixelwert definiert ist, daß der alte Pixelwert von dem Bildspeicher und ein neuer Pixelwert empfangen werden, aus den empfangenen Pixelwerten ein Gesamtwort -/,nr Adressierung des Korrekturspeichers gebildet und dann aus dem mit dem Gesamtwort adressierten Speicherplatz des Korrekturspeichers der korrigierte Wert ausgelesen wird und daß der korrigierte Wert im Bildspeicher an dem Speicherplatz abgelegt wird, der durch die Lagekoordinaten des neuen Pixelwertes bestimmt ist, die zuvor dazu be-

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nutzt worden sind, den Bildspeicher zum Auslesen des alten Pixelwertes zu adressieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtwort zur Adressierung des Korrekturspeichers wenigstens ein zusätzliches, höchststelliges Bit enthält, das auf "1" oder "O" gestellt wird, um entweder den einen oder den anderen von zwei Abschnitten des Korrekturspeichers, die zwei verschiedene Sätze von korrigierten Pixelwerten enthalten, als Funktion des alten und des neuen Pixelwertes zu adressieren, so daß eine Auswahl zwischen verschiedenen Übertragungsfunktion en möglich ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen benachbarter, in dem Bildspeicher enthaltener Pixelwerte zwischen den Verarbeitungszyklen für abgetastete Videodaten zur Darstellung parallel ausgelesen werden, so daß die Videodaten während der Darstellung kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht werden können.

if.. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Bildspeicher, gekennzeichnet durch
einen Korrekturspeicher,

eine Einrichtung zum Auslesen der Pixelwerte aus Plätzen des Bildspeichers, die den Lagekoordinaten des Pixelwertes entsprechen,

eine Einrichtung zum Auslesen eines korrigierten Wertes für jeden neuen Pixelwert, der in dem Bildspeicher zu speichern ist, auc dem Korrekturspeicher, eine Einrichtung zum Erzeugen einer Gesamtadresse aus dem aus dem Bildspeicher aufgelesenen Pixelwert und dem neuen Pixelwert zur Adressierung des Korrekturspeichers

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zum Auslesen des korrigierten Wertes, und eine Einrichtung zum Speichern des korrigierten Wertes im Bildspeicher an einem Platz, dessen Adresse den Lagekoordinaten des neuen Pixelwertes entspricht, die zuvor dazu benutzt worden sind, den Bildspeicher zum Auslesen des alten Pixelwertes zu adressieren.

5· Vorrichtung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtwort zur Adressierung des Korrekturspeichers wenigstens ein zusätzliches, hö'chststelliges Bit enthält und eine Einrichtung vorhanden ist, um dieses zusätzliche Bit v/ahlweise auf "1" oder ¹¹O" zu stellen und dadurch entweder den einen oder den anderen von zwei Abschnitten des Korrekturspeichers, die zwei verschiedene Sätze von korrigierten, unterschiedliche Übertragungsfunktionen verkörpernden Pixelwerten enthalten, als Funktion des alten und des neuen Pixelwertes adressieren zu können»

6· Vorrichtung nach Anspruch 5> gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum parallelen Auslesen von Gruppen benachbarter, in dem Bildspeicher enthaltener Pixelwerte zum Zweck der Darstellung in den Intervallen zwischen den Verarbeitun_ßwyklen für abgetastete Videodaten, so daß die Videodaten während vier Darstellung kontinuierlich auf den neuesten Stand gebracht werden können.

§09837/0846

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