DE2924713C2 - Verfahren und Anordnung zur Vermeidung von bei digitalen Rekursivfiltern auftretenden Totbandeffekten - Google Patents

Description

a) daß der Absolutwert des das Produkt repräsentierenden Wortes durch Unterdrückung von η niedrigstwertigen Stellen synchron mit der Umlauffrequenz auf die nächstniedrige Stelle abgebrochen wird, wobei R-" der Wert des Bruchiaktors mit der Basis R ist,

b) daß zu dem Absolutwert des abgebrochenen Digitalwortes unter Beibehaltung seines Vorzeichens an der niedrigsten Stelle eine EINS hinzuaddiert wird, wenn eine der unterdrückten niedrigstwertigen η Stellen von Null verschieden ist,

c) und daß die Schritte a und b mit der Umlauffrequenz des Filters wiederholt werden, bis der Wert der Differenz zwischen Eingangsund Ausjiangssignal des Filters Null wird.

2. Verfahren nach Anspntn 1. dadurch gekennzeichnet, daß das dai Produkt repräsentierende Wort ein mehrstelliges Binän ort ist und R den Wert 2 hat. π

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rekursivfilter einen Speicher zur Speicherung eines einzelnen Vollbildes eines digital codierten Fernseheingangssignales und einen Addierer (40) zur Addition eines durch die Verzögerung im Speicher aus dem Signal χ entstandenen verzögerten Signalsy mit einem Amplitudenbruchteil (Faktor MM)der Differenz (x-^zwischen Eingangssignal χ und verzögertem Signal y zu einem rauschvermin- ^ denen Ausgangssignal χ' enthält, und daß das Rekursivfilter mi: der Umlauffrequenz gemäß der Gleichung x'=y+(\ — a) (x-y) arbeitet, in der (I —a) der Bruch MM und M eine ganze Zahl vom

Wen —— ist, der sich auf Grund eines Unterschiedes

R"

zwischen dem Eingangssignal χ und dem verzögerten Signal y ändert und dementsprechend den Amplitudenbruchteil des zur Bildung des rauschverminderten Signals a' zum verzögerten Signal y y, hinzuaddierten Differenzsignals (x-y) verändert (F ig. 4).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs I sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.

Das Problem von Rundungsfehiern in bestimmten digitalen Signalverarbeitungssystemen, insbesondere in digitalen Filtersystemen, ist seit einiger Zeit bekannt. Einfach ausgedrückt ergeben sich Rundungsfehler dann.

wenn das System nicht in der Lage ist, eine Differenz zwischen zwei Größen (z. B. einen Spannungswert) zu erfassen, der kleiner als ein endlicher Betrag ist. Dies führt dazu, daß ein eingeschwungener Zustand nicht richtig erreicht wird; man bekommt eine Art bleibende Abweichung, die in der Fachsprache als »Totband« (Deadband) bezeichnet wird. Die Eigenart dieses Problems ist beschrieben auf den Seiten 173- 174 des Buchs »Introduction to Digital Filtering« von R. E. Bogner und A. C. Constantinides (John Wiley & Sons 1975) und auf den Seiten 112-116 des Buchs »Digital Processing of Signals« von D. Gold and C. M. Rader (McGraw-Hill Book Company, 1969). Das Problem der Abrundungsfehler ist besonders brennend bei rekursiven Filtern und läßt sich gut veranschaulichen anhand eines nachfolgend beschriebenen speziellen Beispiels, nämlich eines mit rekursivem Filter arbeitenden rauschmindernden Systems für Farbfernsehzwecke.

In der US-Patentschrift 40 64 530 ist ein System beschrieben, welches das Rauschen in einem Farbfernsehsignal vermindern kann, selbst wenn zwischen aufeinanderfolgenden Einzelbildern (Vollbildern) eine beträchtliche Bewegung ist. Dieses System enthält eine Verzögerur.gs- oder Speichereinrichtung, die ein einzelnes Fernsehvollbild zu speichern vermag, und eine Summierungseinrichtung, um einen Bruchteil der Amplitude des gespeicherten Signals mit einem Bruchteil der Amplitude des gegenwärtigen bzw. ankommenden Videosignals zu addieren. Es wirkt als ein rekursives Filter und ändert automatisch den Amplitudenbruchteil des auf die Summierungseinrichtung rückgekoppelten gespeicherten Signals als Funktion der Differenz zwischen dem gespeicherten und dem gegenwärtigen Signal, um auf diese Weise die Integrationszeitkonstante des Filters so zu ändern, daß ein gewisses Maß an Bewegung zwischen dem ankommenden Signal und den gespeicherten Vollbildern berücksichtigt wird. Das System enthält einen Bewegungsauswerter. um Bewegungen zwischen gespeicherten Bildern und dem ankommenden Signal /u fühlen, wenn das Bild Punkt für Punkt durch das System läuft, und abhängig vom Ergebnis der Bewegungsauswertung wird der Beitrag der gespeicherten vergangenen Signale zum rauschverminderten Videoausgangssignal geändert. Wenn ein Bildpunkt desselben Szenenobjekts in den gespeicherten vergangenen Signalen eine wesentlich andere Amplitude hat als der selbe Bildpunkt des ankommenden Videosignals, dann wird die Vergangenheit dieses Bildes ignoriert, und nur das gegenwärtige Signal wird zum Ausgangsanschluß übertragen. In diesem Fall gibt es für den speziell betroffenen Bildpunkt natürlich keine Verbesserung des Rauschabstandes.

Daß das beschriebene System im Falle seiner Auslegung in Digitaltechnik »totbandbehaftet« ist. läßt sich erkennen, wenn n.an seinen Betrieb anhand der Fig. I. die ähnlich der Fig. 1 der oben erwähnten US-Patentschrift ist, näher analysiert. Es sei angenommen, daß das System für NTSC-Farbfernsehen ausgelegt ist und an der Eingangsleiiung 10 ein in Pulscodemodulation (PCM) verschlüsseltes Videoeingangssignal zugeführt wird. Dieses Videocingangssignal gelangt über ein veränderbares Dämpfungsglied 12 zu einer Eingangsklemme einer Addier· oder Summierschaltung 14. Das Ausgangssignnl der Summierschaltung 14 wird auf eine Verzögerungseinrichtung 16 gegeben, deren Verzögerungszeit gleich (525 H-r) ist. wobei H einer Fernsehzeilcnperiodc entspricht. Das

heißt, die Verzögerungseinrichtung plus das Gesamtmaß r der diversen Laufzeiten in der die Verzögerungseinrichtung enthaltenden Umlaufschleife bewirken insgesamt eine Verzögerung um eine Vollbildperiode, da beim NTSC-Fernsehen 525 Zeilen je Vollbild durchlaufen werden. Das Ausgangssignal der Verzögerungseinrichtung wird über ein zweites veränderbares Dämpfungsglied 18 einer zweiten Eingangsklemme der Summierschaltung 14 zugeführt. Die in F i g. 1 nur sehr schematisch dargestellten Dämpfungsglieder 12 und 18 sind miteinander zwangsgekuppelt und haben Übertragungsfaktoren (i—a) bzw. a. Das heißt, ein Bruchteil (1 -a) der Amplitude des ankommenden Videosignals wird dem einen Eingang der Summierschaltung 14 zugeführt, und der andere Eingang der Summierschaltung empfängt einen Bruchteil J der Amplitude des gespeicherten Videosignals von der Verzögerungseinrichtung 16. Wenn der Wert von a größer wird, dann erhöht sich der auf die Summierschaltung gegebene Anteil des gespeicherten Signals, und der auf die Summierschaitung gegebene Anteil des ankommenden Videosignals wird geringer. Umgekehrt gelang, wenn a vermindert wird, ein größerer Anteil des ankommenden Signals und ein kleinerer Anteil des gespeicherten Signals zur Summierschaitung.

Gemäß der Darstellung in F i g. 1 sind die Anteile, in denen die ankommenden und gespeicherten Videosignale summiert werden, Komplemente bezüglich der Zahl eins, um die Normierung der Signalamplitude beizubehalten. Das System muß jedoch nicht unbedingt in dieser Weise ausgelegt sein. Wenn man z. B. das ankommende Signal mit x, das von der Verzögerungseinrichtung 16 gelieferte Signal mit y und das rauschverminderte Videoausgangssignal am Ausgang der Summierschaitung 14 mit x' bezeichnet, dann läßt sich die Grundgleichung des Systems so formulieren:

x'=ay+(\ -a)x.

(1)

x'=y+i\-a)(x-y)

(2)

Gleichung

χ = je' + ay,
> daraus wird dann

was sich durch eine einfache Umformung auch schreiben "läßt:

y +

Mx-

-y\
M J

oder

in welchem Fall

»gezwungen« wird, den Wert Null anzunehmen.

2!i Das Zustandekommen des Totb?ndes bei einem rekursiven Filter, das gemäß der obigen Gleichung (2) arbeitet, wird aus der nachstehenden Tabelle I deutlich, die der besseren Klarheit wegen auf Dezimalzahlen statt auf Binärzahlen bezogen ist. In der Tabelle I \u für die Größe a ein Wert von 0,9 angegeben, woraus folgt, daß(l —abgleich 0,1 ist. Ferner ist angenommen,daß der Wert der Größe * zum Zeitpunkt T= 1 abrupt auf Null geht, nachdem er vorher über eine längere Zeitspanne bis und einschließlich T=O auf Af=IO gewesen ist.

j" Anders ausgedrückt, zum Zeitpunkt T=O sind die Größen at und y beide auf einem Wert von 10 stabilisiert, und zum Zeitpunkt T= 1 folgt dann der Wert von χ einer Sprungfunktion, indem er von 10 auf Null abnimmt.

Tabelle I

0,9;

(x-y)

0,1 (x-y)

0,1

(x-y)

gerundet

Die Gleichung (2) drückt das rauschverminderte Videoausgangssignal mit Hilfe des eingangsseitigen und des gespeicherten Videosignals aus, wobei einer der Terme die Größe (x-y) ist, also die Differenz zwischen dem ankommenden und dem gespeicherten Videosignal. Man erkennt, daß die rechte Seite der Gleichung eine Multiplikation zweier Ausdrücke erfordert, und diese Operation wird zur Erleichterung der Digitalrechentechnik durchgeführt werden als Division der Größe (x-y)durch den Reziprokwert der Größe (1 -a). Immer aber wenn in digitalen Systemen eine Division stattfindet, sind Rupdungsfehler unumgänglich.

Die aus der Gleichung (1) abgeleitete Gleichung (.?) repräsentiert die amplitudennormierte Form des in F i g. 1 dargestellten rekursiven Filters erster Ordnung. Bei einer anderen Form rekursiver Filter, z. B. bei Filtern der in den obengenannten Büchern beschriebenen Art. wird das Eingangssignal nicht mil (\-a) «> multipliziert; dies sind Filter einer nicht-normierten Form, in denen für einen Eingangswert χ der Ausgangswert y einen Betrag von Mx oder von χ geteilt durch (1 — a) erreichen kann. Dies ist die gewöhnliche Integratorform, die hei digitaler rekursiver Filterung dort verwendet wird, wo es keine ernstharte Amplitudengrenze wie Fernseiien geben mag. Bei dem eewöhnlicheren rekursiven Filter ist die Form der

0	10	10	0	0	0	10
1	0	10	-10	-i,o	-1	9
2	0	9	- 9	-0,9	-1	8
3	0	8	- 8	-0,8	-1	7
4	0	7	- 7	-0,7	-1	6
5	0	6	- 6	-0,6	-1	5
6	0	5	- 5	-0,5	-1	4
7	0	4	- 4	-0,4	0	4
8	0	4	- 4	-0,4	0	4
9	U	4	- 4	-0,4	0	4
50	0	4	- 4	-0,4	0	4
Π	0	4	- 4	-0,4	0	4
12	0	4	- 4	-0,4	0	4
13	0	4	- 4	-0,4	0	4

In der Tabelle I gibt die erste (am weitesten links liegende) Spalte die Zeit Tan, es folgen in der nächsten Spalte die Werte für χ (die Amplitude des ankommenden Signais), dann die Werte für y (die Amplitude des gespeicherten Signals), dann die Werte für x—y (das Differenzsignal), dann folgen die Werte für 0,1 (x-y) und daneben für 0,1 (x-y) gerundet (wobei es sich gemäß üblicher Delmition um die Rundung auf die nächstliegende ganze Zahl handelt) und schließlich in der letzten Spalte die Werte für x' (d.h. für das Ausgangssignal). Per Definition ist der Wert der Größe

y (die ebenfalls als ein Ausgangssignal bezeichnet werden kann) in jeder Zeile gleich dem Wert von x'der vorhergehenden Zeile. Aus dieser Tabelle und aus der in F i g. 2 der Zeichnungen gezeigten Kurve wird deutlich, daß das Ausgangssignal x' nicht auf Null absinkt, wie es das Signal χ getan hat, sondern daß es sich, als Folge der Rundung des Produkts der Multiplikation 0,1 (x -y). auf einen »Totband«-Wert von 4 einstellt.

Der gleiche Effekt, der in der Tabelle I zur Erläuterung anhand von Dezimalzahlen veranschaulicht ist. ergibt sich auch bei den mehrstelligen Binärzahlen, die als Codewörter bei eimer PCM-Verschlüsselung verwendet werden. Wenn z.B. in einem mit einem 8-Bit-Code arbeitenden System ein 8-Bit-Wort durch 8 geteilt werden soll, läßt man einfach die drei letzten (d.h. niedrigstwertigen) Bits des Wortes fallen, und wenn der Quotient gerundet werden soll, dann wird, falls das drittletzte Bi! eine »Eins« >*», diese Eins dem beizubehaltenden viertletzten Bit hinzuaddiert; falls das drittletzte Bit eine »Null« ist, dann wird sie ignoriert. Im >o Grunde ist dieser Vorgang der gleiche wie beim Dezimalsystem; wenn die Größe halb oder mehr ist. dann wird sie auf die nächsthöhere ganze Zahl aufgerundet, und wenn sie kleiner als halb ist, wird sie ignoriert, womit sich das gleiche Totband-Phänomen r> ergibt, wie es in der Tabelle I vorgeführt ist.

Bei dem rauschvermindernden System nach der US-Patentschrift 40 64 530 bewirkt das auf Rundungsvorgänge zurückzuführende Totband, daß im wiedergegebenen Fernsehbild eine Erscheinung auftritt, die als so »Mattglas«-Effekt bekannt ist. Sie wird verursacht durch schwaches Quantisierungsrauschen, das in dem umlaufenden Signal gleichsam »eingefroren« wird, weil es unterhalb der Erfassungsschwclle der Einrichtung liegt, die zur Messung der Differenz zwischen dem ii ankommenden und dem gespeicherten Videosignal verwendet wird. Anders ausgedrückt, wegen der Eigenart der Arbeitsweise digitaler rekursiver Filter können kleine, auf Quantisierungsriuschen zurückzuführende Störungen buchstäblich nicht mathematisch -to erfaßt werden, wodurch es unmöglich wird, sie auf Null abklingen zu lassen oder in irgendeinen neuen Wert dafür zu ändern. Dieser Effekt hat mit der rauschvermindernden Funktion des Systems nach der genannten US-Patentschrift nichts zu tun. er gehört zur Natur jedes digitalen Filters, das in der rekursiven Betriebsweise arbeitet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht hinsichtlich des Verfahrens darin. Totband-Effekte in digitalen rekursiven Filtern zv eliminieren. Zur Durchführung des Verfahrens soll ein verbessertes digitales rauschverminderndes System für Farbfernsehzwecke geschaffen werden, indem das Totband in einem System eliminiert wird, das ein rekursives Filter zur Rauschverminderung verwendet. . . ^D:>

Die Eliminierung des Totbandes geschieht mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritten.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Verfahrens geht aus Anspruch 2 hervor.

Die Lösung der die Durchführung des Verfahrens betreffenden Teilaufgabe geschieht mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 aufgeführten Merkmale. _ . ,

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sowie aer Aufbau und die Arbeitsweise einei erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung gehen aus nachstehender Beschreibung hervor, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen erläutert wird.

F i g. I ist ein Blockschaltbild eines rekursiven Filters, auf das bereits Bezug genommen wurde;

F i g. 2 ist ein Schaubild, welches anhand von Kurven den in der Tabelle I nachgewiesenen Rundungsfehler veranschaulicht und auf welches ebenfalls bereits Bezug genommen wurde;

F i g. 3 veranschaulicht in einem Schaubild anhand von Kurven die mit der vorliegenden Erfindung erzielbare Eliminierung von Rundungsfehlern;

Fig.4 ist ein funktionelles Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung, die zum Auswerten von Bewegungen zwischen vergangenen und neu ankommenden Fernsehvollbildern dient und in der die Erfindung realisiert ist.

Die Erfindung eliminiert Totband-Effekte in einem rekursiven Filter, das gemäß der Gleichung x'=y+(\ -_a)(_x-y)arbeitet, wobei .1 die Eingangsgröße des Filters und y die Ausgangsgröße darstellt und wobei (I -a; eine Bruchieilzahl ist. die als Multiplikator zur Differenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsgröße steht und einen Bruchteil dieser Differenz angibt. Die besagten Totband-Effekte seien die Folge der Rundung des Produkts, das aus der Multiplikation von (x-y) mit der genannten Bruchteilzahl resultiert und durch ein Digitalwort dargestellt wird, welches entweder fK^sitives oder negatives Vorzeichen haben kann und dessen Wert schließlich auf Null absinken sollte. Die Eliminierung der Totband-Effekte geschieht dadurch, daß mit der Umlauffrequenz der Absolutwert des das Produkt darstellenden Wortes auf die nächstniedrigere Ziffer abgebrochen wird, indem η niedrigstwertige Ziffern fallengelassen werden, wobei R" der Wert des Divisors (mit R a!s die Grundzahl des Zahlensystems) ist und daß man dem Absolutwert des abgebrochenen Digitalwortes, eine Eins hinzuaddiert, wenn eins der unterdrückten Bits eine Eins ist. und das Vorzeichen des abgebrochenen Digitalwortes beibehält, und dieses Verfahren fortsetzt, bis der Wert von (x-y) Null wird. Das heißt, beim hier beschriebenen Binärsystem wird statt einer Rundung des das Produkt darstellenden Binärwortes der Absolutbetrag des Wortes, das entweder positives oder negatives Vorzeichen haben kann (je nachdem, welcher der beiden V.'erte χ und y der größere ist), auf das nächstniedrigere Bit abgebrochen, indem η niedrigstwertige Bits fallengelassen werden, wobei 2" der Wert des Divisors ist. Wenn nun irgendeines der fallengelassenen Bits den Binärwert »1« hat, wird dem abgebrochenen Wort eine binäre Eins hinzuaddiert und das Vorzeichen des abgebr<~henen Digitalwortes wird beibehalten. Wird z. B. ein digitales rekursives Filter des in Fig. 1 dargestellten Typs verwendet, bei dem das Videosignal in 8-Bit-Puiscodemodulation verschlüsselt ist und worin (\-a) einen Wert von 1/8 hat, dann ist es zweckmäßig, die Größe (x-y) einfach durch die Zahl 8 (d. h. durch 2^J) zu teilen, indem die drei letzten (d.h. die niedrigstwertigen) Bits des 8-Bit-Wortes fallengelassen werden. Zur richtigen Rundung des Ergebnisses wäre dem Absolutwert der abgebrochenen Zahl (5 Bits) das höchste der fallengelassenen Bits hinzuzuaddieren, falls es den Wert »1« hat. Im vorliegenden Fall wird aber so vorgegangen, daß, wenn irgendeines der drei letzten Bits eine »1« ist, eine »1« zum Absolutwert des abgebrochenen 5-Bit-Wortes addiert wird, und das Vorzeichen des abgebrochenen Wortes beibehalten, wird und dieses Verfahren fortgesetzt wird, und wenn (x-y)=0 ist dann sind die letzten drei Bits alle Null.

Daß der vorstehend beschriebene Algorithmus zur Eliminierung des Toibandes führt, läßt sich bei Betrachtung der nachstehenden Tabelle Il und der Kurven in Fig.3 erkennen. In der Tabelle H sind in ähnlich wie in der Tabelle I Dezimalzahlen verwendet, um die Erläuterung übersichtlicher zu machen.

Die Tabelle 11 zeigt die gleichen Bedingungen wie die Tabelle 1. d.h. a = 0,9; (1 -a;= 0,1, und der Wert von χ ändert sich zum Zeitpunkt T= I abrupt von 10 auf 0, nur daß anstatt einer Rundung die Größe 0,1 (x-y) abgebrochen wird, indem die niedrigste Stelle (also die rechts neben dem Dezimalkomma stehende) fallengelassen wird und dem Absolutwert der abgebrochenen Zahl eine »1« hinzuaddiert wird, und das Vorzeichen beibehalten wird, das

Tabelle	χ	II	W.- .Λ.	G -	0,1	no. /ι _	β)-0,1	λ'	20
λ' —		(1-ά			(x-y)
			(x-y)		0,1	0.1
τ		y			(ν->·)	(V-V)
	10			0	abgebr.	abgebr.	10
	0			-ι,ο		±1	9	2ί
	0		0	-0,9	0	0	8
0	0	10	-10	-0,8	-1	-1	7
1	0	10	- 9	-0,7	0	-1	6
2	0	9	- 8	-0,6	0	-1	5	JO
3	0	8	- 7	-0,5	0		4
4	0	7	- 6	-0,4	0	-	3
5	0	6	- 5	-0,3	0	-	2
6	0	5	- 4	-0,2	0	-	1
7	0	4	- 3	-ο,ι	0		0	J5
8	ϋ	3	- 2		0	-
9	0	2	- 1		0
10	0	1
Γι
12
13

(x-y) vor dem Abbrechen hatte. Wenn χ größer als y ist, dann ist das Vorzeichen positiv, und wenn χ kleiner als y ist, dann ist das Vorzeichen negativ. Bei dem hier zur Veranschaulichung gewählten Beispiel ist y stets größer als x, so daß das Vorzeichen von (x—y) immer negativ ist Ein Vergleich der Tabellen I und II zeigt, daß zum Zeitpunkt T= 1 der gerundete und der abgebrochene Wert von 0,1 (x —y) der gleiche ist. Zum Zeitpunkt T— 2 ist der nichtabgebrochene Wert von 0,1 (x—y) gleich —03; im Falle einer Rundung (Tabelle 1) geht er auf — 1, im Falle des Abbrechens aber (Tabelle II) geht er auf die nächstniedrigere ganze Zahl, nämlich auf Null. Da das Vorzeichen von (x-y) negativ ist, wird vom abgebrochenen Wert die Zahl 1 abgezogen, so daß sich ein Wert von -1 ergibt, der bei Addition mit dem dann geltenden Wert von y einen Wert von 8 für die Größe x' ergibt Im weiteren Fortgang des rekursiven Prozesses geht der Wert von x' in linearer Weise schließlich auf Null, so daß das Totband vollständig eliminiert ist Wie man an dem Schaubild nach F i g. 3 sieht das den Wert von x' als Funktion der Zeit darstellt nähert sich die resultierende Integrationskennlinie der Exponentialkurve eines ÄC-Integrators. Anders als die exponentielle ν Kennlinie eines echten Integrators, wo die Änderungen mit der Zeit immer kleiner werden, ist der vorliegende Algorithmus linear, da er fortlaufend dem letzten Bit eine 1 hinzuaddiert oder abzieht bis die Differenz zwischen x' (auch y) und χ verschwindet Ist die Differenz einmal auf Null gegangen und die Eliminierung des Toibandes somit erreicht, endet der Additions- und/oder Subtraktionsprozeß.
Das mit der Tabelle II und mit der Fig. 3 veranschaulichte Prinzip ist gleichermaßen auf binäre Digitalsysteme anwendbar. Nachstehend sei eine Realisieriingsform dieses Prinzips in einer Bewegungen auswertenden Einrichtung beschrieben, die in Fig.4 dargestellt ist und im wesentlichen die Funktion der in

ίο Fig. 1 nur sehr schematisch gezeigten Anordnung des Summierers 14 und der Dämpfungsglieder 12 und 18 erfüllt. Das Eingangssignal .v wird auf der Leitung 10 als ein in 8-Uit-PCM verschlüsseltes Signal empfangen, und das gespeicherte Videosignal von der Verzögerungsein-

ii richtung 16 (ebenso in 8-Bit-PCM) wird an der Leitung Il empfangen. Das ankommende Videosignal χ ist schematisch bei 20 dargestellt, seine Elemente (d. h. die Bits des Codeworts) sind durchnumeriert von' »0« für das niedrigstwertige Bit bis »7« für das hücusiwcriige Bit. Das gespeicherte Videosignal y ist schematisch bei 22 dargestellt, seine Elemente sind ebenfalls von »0« (niedrigstwertiges Bit) bis »7« (höchstwertiges Bit) durchnumeriert.

Um eine Bewegung des Bildinhalts festzustellen, wird der über die gesamte Vergangenheit aufgelaufene Wert des gespeicherten Videosignals Element für Element mit dem ankommenden Videosignal verglichen. Das heißt, das die Amplitude des Gesamtvergangenheitssignals darstellende 8-Bit-Wort im Speicher wird Bit für Bit mit dem die Amplitude des ankommenden Videosignals darstellenden 8-Bit-Wort verglichen. Genauer gesagt werden die das gespeicherte und das ankommende Videosignal darstellenden Wörter dem positiven ( —) bzw. dem negativen ( + ) Eingang 24 bzw. 26 eines Differenzverstärkers 28 zugeführt, dessen Ausgangsgröße ein 8-Bit-Wort ist, das charakteristisch ist für die eventuell vorhandene Differenz zwischen dem gespeicherten und dem gegenwärtigen Videosignal. Der Differenzverstärker 28 liefert außerdem ein neuntes Bit, das den Sinn (d. h. das Vorzeichen) des Differenzsignals anzeigt, also positiv, wenn χ der größere Wert ist, und negativ, wenn y der größere Wert ist. Dieses neunte Bit sei als »Vorzeichenbit« bezeichnet, dessen Zweck noch deutlich werden wird.

Nach Abwurf des niedrigstwertigen Bits (d. h. des »O«-Bits) des vom Differenzverstärker 28 gelieferten 8-Bit-Wortes werden die nächsten vier niedrigstwertigen Bits einem Vergleicher 30 zugeführt, der sie mit einer 4-Bit-Bezugszahl vergleicht, die schematisch bei

so 32 dargestellt ist und einen vorbestimmten Wert hat, der vie! größer als Null ist. Die Ausgangsgröße des Vergleichers 30 ist ein 3-Bit-Wort, das einem Koeffizienien-Decodierer 34 zugeführt wird, der den Wert eines Koeffizienten »M« bestimmt Dieser Koeffizient ist im Wesen der Nenner der durch (1 -a) dargestellten Bruchteilzahl MM und bestimmt den mit dem gespeicherten Videosignal zu addierenden Amplitudenbruchteil des Differenzsignals (x-y). Ist das Ergebnis des Vergleichs im Vergleicher 30 gleich Null, dann

bedeutet dies, daß die um eins verminderten vier niedrigstwertigen Bits des vom Differenzverstärker 28 gelieferten 8-Bit-Wortes eine Zahl ergeben, die gleich der Schweilenzahl 32 ist und dies zeigt an, daß auf dieser Vergleichsebene eine vorbestimmte Differenz zwischen

dem gespeicherten und dem ankommenden Videosignal besteht Eine gegebene Differenz am Ausgang des Vergleichers 30 bewirkt daß der Koeffizienten-Decodierer 34 einen Koeffizienten »M« eines vorbestimmten

Werts erzeugt, ζ. B. des Werts 2. ie nach der von Vergleicher angegebenen Differenzzahl liefert der Decodierer 34 einen von weiteren Werten für den Koeffizienten »M«, z. B. 4,8, usw. Der Koeffizient M. der die Form eines 3-Bit-Wortes hat, wird einer schematisch bei 36 gezeigten Einrichtung zugeführt, auf die auch das 8-Bit-Differen/signal (x —y) gegeben wird. Die Einrichtung 36 teilt das den Wert von (x-y) darstellende 8-Bit-Wort durch den Koeffizienten M und bricht den Quotienten auf den Absolutwert der nächstniedrigeren Ziffer ab, indem sie η niedrigstwertige Bits fallen läßt, wobei 2" der Wert des Divisors M ist. Wenn also M= 2 ist. dann wird nur das niedrigstwertige Bit fallengelassen; ist /W=4,dann werden die beiden niedrigstwertigen I3its fallengelassen, und wenn M=8 ist. dann werden die drei niedrigstwertigen Bits fallengelassen. Im letztgenannten Fall (der in Fig.4 dargestellt ist) liefert die Einrichtung 36 ein 5-Bit-Wort, das dein Wert des durch 8 geteilten und abgebrochenen 8-Bit-wortes darsteiit. Dieses mehrstellige Wort wird auf eine Einrichtung 38 gegeben, die je nach dem Vorzeichen von (x-y) eine iainäre »1« hinzuaddiert bzw. davon subtrahiert, falls irgendeines der beim Abbrechen fallengelassenen Bits ■sine binäre »1« ist. Zu diesem Zweck werden die drei niedrigstwertigen Bits des den Wert von (x-y) darstellenden 8-Bit-Wortes einer mit drei Eingängen versehenen ODER-Schaltung 42 angelegt, deren Ausgangssignal auf die Einrichtung 38 gegeben wird. Falls eines der genannten drei niedrigstwertigen Bits eine »1« ist. wird der Einrichtung 38 eine »1« zugeführt, die dort dem von der Einrichtung 36 gelieferten abgebrochenen Wort hinzuaddiert wird, falls das der Einrichtung 38 ebenfalls zugeführte Vorzeichenbit ein positives Vorzeichen anzeigt. Falls das Vorzeichenbit ein negatives Vorzeichen anzeigt, wird die der Einrichtung 38 zugeführte »1« dort vom abgebrochenen Wort subtrahieri. Dieser Vorgang setzt sich mit der Umlaufirequer« des rekursiven Filters fort, bis alle der niedrigstwertigen Bits des die Größe (x-y) darstellenden 8-Bit-Wortes Nullen werden und so bleiben, was bedeutet, daß ein eingeschwungener Zustand erreicht worden ist. bei dem die Differenz zwischen λ und.» Null geworden ist.

Die Ausgangsgröße der Einrichtung 38 ist ein 8-Bit-Wort. das den Wert von (I -a)(\-y)\n der oben angeführten Gleichung darstellt. Dieses Wort wird in einer Summiereinrichtung 40 zu dem von der Verzögerungseinrichtung 16 gelieferten Signal y addiert, um am Ausgang der Summiereinrichtung ein 8-Bit-Wort zu liefern, das den Wert des Signals λ 'angibt. Dieses Wort wird wieder der Verzögerungseinrichtung 16 zugeführt und außerdem auf einen Eingang eines Multiplexers gegeben, der an einem zweiten Eingang das ankommende Videosignal .v empfängt.

Es kann der Fall vorkommen, daß zwischen den Bits 1 —4 des gespeicherten und des ankommenden Signals keine Differenz besteht, in Wirklichkeit aber eine große Differenz zwischen diesen beiden Signalen vorhanden ist. die sich nur in den höherwertigen Bits äußert. Um dieser Möglichkeit Rechnung zu tragen, wird zwischen ausgewählten, einander entsprechenoen Bits des gespeicherten und des ankommenden Videosignals ein weiterer Vergleich durchgeführt. Genauer gesagt werden die drei höchstwertigen Bits des vom Differenzverstärker 28 gelieferten 8-Bit-Wortes einer mit drei Eingängen versehenen ODER-Schaltung 46 zugeführt, und wenn ein Unterschied zwischen dem gespeicherten und dem ankommenden Videosignal in irgendeinem der drei höchstwertigen Bits besteht, was das Vorhandensein einer Bewpgung zwischen den beiden Signalen anzeigt, dann liefert die ODER-Schaltung 46 ein Signal an einen Eingang einer zweiten ODER-Schaltung 48. die dann ein Signal auf den Schalteingang S des ■-, Multiplexers 42 gibt, das im Effekt bewirkt, daß der Koeffizient »a« auf Null geht. Das heißt, wenn die Bewegung größer ist als ein vorbestimmtes Maß. wird nichts vom gespeicherten Videosignal dem ankommenden Signal hinzuaddiert: stattdessen wird nur das ankommende Signal ν zur Ausgangsleitung 50 übertragen.

Obwohl für den Betrieb des Systems nicht unbedingt notwendig, ist dafür gesorgt, daß der Wert des Koeffizienten »a« auch noch unter bestimmten anderen ι--, Bedingungen auf Null geht, um eine gewisse Unabhängigkeit der Arbeitsweise zu erzielen. Genauer gesagt werden die Bits I. 2. 3 und 4 des vom Differenzverstärker 28 gelieferten Signals (\ -y)auch einem Überbrükkungs-Vergieichcr 52 zugeführt, ir. dem sie mit einer aus :ii vier Bits bestehenden Übcrbrückungs-Schwellenzahl verglichen werden, die schematisch bei 54 dargestellt ist und deren Wert etwas größer ist als der Wert der Bezugszahl 32. Wenn die Bits 1—4 Uberbriikkungs-Schwellenzahl übersteigen, liefert der Verglei- y, eher 52 ein Ausgangssignal, das einem zweiten Eingang der ODER-Schaltung 48 zugeführt wird, die daraufhin ein Ausgangssignal zum Schalteingang des Multiplexers 42 liefert, um im Effekt den Wert des Koeffizienten >»a« auf Null gehen zu lassen. Der Koeffi/ient »a« geht also u> auf Null, um nur das ankommende Videosignal au! die Ausgangsleitung 50 zu koppeln, entweder wenn (1) irgendeine Differenz zwischen dem gespeicherten und dem ankommenden Videosignal in den drei höchstwertigen Bits besteht oder (2) wenn die Differenz zwischen i> den vier niedrigstwertigen Bits des gespeicherten und des ankommenden Videosignals eine vorbestimmte Schweüenzah! ubcrschie'tei- Wenn der Koeffi/ient ··.·/« einen anderen Wert als Null hat. dann koppelt der Multiplexer 44 auf die Ausgangsleitung 50 natürlich das ίο 8-Bit-Signal v' vom Summierer 42, das den Wert der Summe des gespeicherten »-Signals darste?¹· plus einem Amplitudenbruchteil des Differenzsignals (\ -y).

Mit den vorstehend beschriebenen Maßnahmen wird in einem rauschvermindernden System, welches in der i". Weise eines rekursiven Filters unter bildpunktv, eisern Vergleich eines ankommenden Videosignal mit einem gespeicherten Videosignal arbeitet, eine Einrichtung zur Eliminierung von Totband-Effekten geschaffen, die in einem digitalen rekursiven Filter als Folge der Rundung -mi des Produkts auftreten können, welches resultiert aus der Multiplikation einer die Differenz zwischen dem Eingangssignal χ und Ausgangssignal .v darstellenden Zahl mit dem Koeffizienten (1 -a). Obwohl das Prinzip der Totband-Eliminierung vorstehend speziell anhand eines digitalen Systems zur Verminderung des Rauschens in farbfernsehsignalen erläutert wurde, ist es gleichermaßen auf andere digitale rekursive Filter anwendbar, worin eine Zahl, welche die Differenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Filters oo darstellt, mit einer Bruchteilzahl multipliziert wird. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich um ein festverdrahtetes Filter oder um ein von einem Computer unter Programmsteuerung simuliertes Filtersystem handelt. Obglekh vorstehend nur eine spezielle ■}> Realisierungsform des erfindungsgemäßen Konzepts beschrieben worden ist. wird ein Fachmann nunmehr in der Lage sein, auch andere Ausführungsformen zu nehmen, um die gewünschte Funktion zu erfülfen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Vermeidung \on bei digitalen Rekursivfiltern auftretenden Tothandeffekten, wie sie durch Rundung des Produktes auftreten, welches durch die Multiplikation einer die Differenz zwischen dem Eingangssignal und dem verzögerten Ausgangssignal des Filters darstellenden Zahl mit einem Bruchfaktor entsteht und welches durch ein mehrstelliges Digitalwort repräsentiert wird, das entweder positives oder negatives Vorzeichen hat und schließlich Null werden sollte, dadurch gekennzeichnet,