DE3044915C2

DE3044915C2 - Vorrichtung zur Veränderung der Größe eines Fernsehbildes

Info

Publication number: DE3044915C2
Application number: DE3044915A
Authority: DE
Inventors: Glenn Arthur Trenton N.Y. Reitmeier
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1982-12-16
Also published as: CA1147450A; NL189990C; FR2471104B1; FR2471104A1; US4282546A; GB2064913A; GB2064913B; JPH0319753B2; NL8006472A; DE3044915A1; NL189990B; JPS5693489A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Veränderung der Größe eines Fernsehbildes und insbesondere auf eine Anordnung zur Komprimierung und/oder Expandierung eines Fernsehbildes, mit Hilfe deren irgendein gewünschtes Ansichtsverhältnis erreichbar ist. Im Stande der Technik hat man verschiedene Digitaltechniken zur Änderung der Größe eines Fernsehbildes angewandt. Eine Bildkompresiion erreicht man mit einer Technik, indem man sowohl Horizontalabtastzeilen als auch Bildelemente (Pixels genannt) innerhalb dieser Zeilen weggelassen hat, wie es in der US-PS 41 34 128 beschrieben ist. Wegen der entfallenen Signalinformation verringert sich bei dieser Technik aber die Bildqualität. Nach einer anderen Technik wird eine Interpolation der Leuchtdichtekomponente des Signals zwischen Horizontalabtastzeilen und zwischen den Bildelementen innerhalb dieser Zeilen durchgeführt, um das Bild entweder zu komprimieren oder zu expandieren. Jedoch verringert sich die Bildqualität auch bei dieser Technik wegen der Einzeisignalkomponenten-Interpolation oder wegen »Aliasing«- oder Umfaltungsproblemen, die hierbei auftreten können. Unter Aliasing-Effekten seien in diesem Zusammenhang spontan auftretende Signale in einem Bild verstanden, das aus Abtastwerten rekonstruiert worden ist, die mit einer Frequenz nahe oder unter der Nyquist-Frequenz abgenommen worden sind.

Die Erfindung schafft eine Einrichtung zur Veränderung der Größe eines Fernsehbildes, entweder zu dessen Komprimierung oder Expandierung. Zu einem Videosignalgemisch gehörende Originalbildelemente, die mit irgendeiner Synchron- oder Realzeitrate abgetastet worden sind, werden in ihre Grundkomponenten R, Gund Coder Y, /und Qaufgetrennt. Einzelne Prozessoren interpolieren Bildelementwerte für jede Komponente aus den ursprünglichen Bildelementwerten mit einer effektiven Rate, die kleiner als die Synchronrate ist, wenn die Bildgröße komprimiert werden soll, und mit einer effektiven Rate, die größer als die Synchronrate ist, wenn die Bildgröße expandiert werden soll. Die interpolierten Bildelemente für jede Signalkomponente werden dann zu neuen Bildelementen kombiniert, welche sich auf ein neues Videosignalgemisch beziehen. Diese neuen Bildelemente werden dann für die Wiedergabe mit der Synchronrate zur Verfügung gestellt, um die Größe des Fernsehbildes zu verändern. Bei einigen bevorzugten Ausführungsformen werden Aliasing- oder Umfalteffekte durch Bandbreitenbegrenzung der Originalbildeiemente vermieden, so daß im Falle einer Kompression der Bildgröße die Frequenz der interpolierten Bildelemente größer als die Nyquist-Frequenz ist

In den Zeichnungen zeigen die
Fig. la bis Ie die Zeit/Frequenz-Maßstabstechnik, die gemäß dem Stande der Technik zur Veränderung der Größe eines Fernsehbildes angewandt wird,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Videosignal in seine Grundkomponenten aufgeteilt wird und die Zeit/Frequenz-Maßstabstechnik auf jede dieser Komponenten angewandt wird,

Fig.3 ein Blockschaltbild eines Bildelement-Prozes-

sors zur Komprimierung oder Expandierung einer einzelnen Komponente des Videosignals gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig.4 eine Polynom-Interpolation erster Ordnung

eines Bildelementes, das in einer einzigen Richtung liegt, Fig.5 eine Polynom-Interpolation erster Ordnung

eines Bildelementes, das in zwei Richtungen liegt und

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines anderen Einzelkomponentenbüdelementprozessors gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß dem Stande der Technik hat man eine Zeit/Frequenz-Maßstabsanpassung benutzt, um die Größe eines Fernsehbildes zu verändern, und diese Technik sei anhand der F i g. 1 a bis 1 e erläutert. F i g. 1 a zeigt, daß nach dieser Technik Originalbildelementwerte des Videosignals f(t) mit irgendeiner Synchronrate A t abgetastet werden, die üblicherweise durch einen Haupttaktgeber bestimmt wird. Zur Komprimierung der Größe des Fernsehbildes auf Mk seiner ursprünglichen Größe werden interpolierte Bildelementwerte des Videosignals f(t) aus den ursprünglichen Bildelementwerten mit einer Rate At ■ kabgeleitet, wie dies F i g. 1 b zeigt, und diese interpolierten Bildelemente v/erden mit der Synchronrate At zur Wiedergabe des Fernsehsignals f(k ■ t)gemäß Fig. Ic interpoliert. Zur Expandierung der Bildgröße um den Faktor k gegenüber seiner ursprünglichen Größe werden interpolierte Bildelementwerte des Videosignals f(t) aus den ursprünglichen Bildelement werten mit einer Rate Δ t/k abgeleitet, wie Fig. Id zeigt, und diese interpolierten Bildelemente werden mit einer Synchronrate At zur Wiedergabe des Videosignals f(t/k)gemäß F i g. Ie interpoliert.

F i g. 2 zeigt als Blockschaltbild eine Vorrichtung 10 zur Änderung der Größe eines Fernsehbildes gemäß der Erfindung, die in einem Videosynchronizer enthalten ist. Eine nicht dargestellte Abtasteinrichtung für das Videosignalgemisch mit irgendeiner Synchron- oder Realzeitfrequenz, wie etwa der vierfachen Hilfsträgerfrequenz, ist als Bestandteil im Videosynchronizer enthalten zur Lieferung einer vorbestimmten Anzahl von Bildelementen pro Zeile und Zeilen pro Halbbild. Im Videosynchronizer ist ferner ein Speicher 11 enthalten, durch welchen der Bildelement-Informationsfluß mit Hilfe einer Einschreibsteuerschaltung 12 und einer Lesesteuerschaltung 14 koordiniert wird. Die Bilihlemente des Videosignalgemisches werden der Einrichtung 10 zur Änderung der Bildgröße über eine Trennschaltung 16 zugeführt, welche diejenigen Bildelemente in Originalbildeiemente trennt, welche zu jeder GrundkomDonente des Videosignals gehören, wie etwa

die bekannten Komponenten R, G, B oder Y, I, Q. Wenn das Fernsehbild komprimiert werden soll, dann werden die Signalgemischbildelemente unmittelbar der Trennschaltung 16 zugeführt, wenn aber das Fernsehbild expandiert werden soll, dann werden diese Bildelemente der Trennschaltung über den Speicher 11 innerhalb des Videosynchronizers zugeführt. Die Originalbildelemente für jede Videokomponente werden einem individuellen Komponentenprozessor 18,20 und 22 zur Ableitung interpolierter Bildelementwerte aus den ursprünglichen Bildelementen mit einer effektiven Rate zugeführt, die kleiner als die Synchronrate ist, wenn es sich um eine Bildgrößenkomprimierung handelt, und die bei einer Bildgrößenexpandierung größer als die Synchronrate ist. Die zu jeder Videokomponente gehörigen interpo- '5 iierten Biideiemente werden einer Kombinationssehältung 24 zur Zusammenfassung der Bildelemente in neue Bildelemente zugeführt, welche ein neues Videosignalgemisch bilden, und diese neuen Bildelemente werden dann für die Wiedergabe mit der Synchronrate zur Veränderung der Größe des Fernsehbildes entsprechend der bereits erläuterten Frequenz/Zeit-Maßstabtechnik geliefert. Bei einer Bildexpandierung werden die Bildelemente für die Wiedergabe unmittelbar von der Kombinationsschaltung 24 zur Verfügung gestellt, bei einer Bildkomprimierung werden jedoch die neuen Bildelemente für die Wiedergabe durch den Speicher 11 innerhalb des Videosynchronizers zur Verfügung gestellt.

Die Kompatibilität der Raten zwischen ursprünglichen, interpolierten und neuen Bildelementen wird durch den Speicher 11 innerhalb des Videosynchronizers sichergestellt. Bei einer Bildkompression werden die ursprünglichen Biideiemente des Videosignalgemisches mit der Synchronrate direkt der Trennschaltung 16 zugeführt, weil die interpolierten Bildelemente mit einer unter der Synchronrate liegenden Rate abgeleitet werden. Jedoch werden die neuen Bildelemente ebenfalls durch die Kombinationsschaltung 24 mit einer kleineren als der Synchronrate abgeleitet und müssen daher über den Speicher 11 für die Wiedergabe mit der Synchronrate geführt werden. Bei einer Bildexpansion muß die Synchronrate der ursprünglichen Bildelemente im Videosignalgemisch verzögert werden, weil die interpolierten Bildelemente mit einer effektiven Rate abgeleitet werden, die größer als die Synchronrate ist. Daher werden die ursprünglichen Bildelemente der Trennschaltung 16 für die Videokomponenten über den Speicher 11 mit einer verzögerten Rate zugeführt, wie es für die Ableitung interpolierter Bildelemente mit der Synchronrate notwendig ist. Wegen der verzögerten Rate der ursprünglichen Biideiemente ist die effektive Rate der bei der Expansion abgeleiteten interpolierten Bildelemente größer als die Synchronrate. Jedoch werden die neuen Bildelemente tatsächlich von der Kombinationsschaltung 24 mit der Synchronrate abgeleitet und daher direkt von dieser für die Wiedergabe zur Verfügung gestellt.

Jedes ursprüngliche Bildelement im Videosignalgemisch hat eine bestimmte horizontale und vertikale Lage im Raster des Fernsehbildes, und die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich so gestalten, daß sie die Größe eines Bildes in Horizontal- und/oder Vertikalrichtung entweder komprimieren oder expandieren kann. Weiterhin kann das Ausmaß der Bildkompression oder -expansion in Horizontal- und/oder Vertikalrichtung innerhalb der Komponentenprozessorschaltung 18, 20, 22 einstellbar gemacht werden. Auch lassen sich übliche Techniken anwenden zur einstellbaren Lokalisierung komprimierter oder expandierter Bilder innerhalb des Rasters über eine Positionssteuerung 30, wie es etwa in der US-PS 42 27 215 (Erfinder Gurley et al.) mit dem Titel »Television Picture Positioning Apparatus« vom 7. Oktober 1980 beschrieben ist.

Zwar haben die Komponentenprozessoren 18,20 und 22 denselben Aufbau und identische Funktionseigenschaften, jedoch sind auch unterschiedliche Ausführungsformen möglich. Die bevorzugte Ausführungsform jedes Komponentenprozessors 18, 20 und 22 ist im Blockschaltbild gemäß Fig.3 veranschaulicht, bei welchem eine Interpolationsschaltung zur Lieferung von Polynomfunktionen für die Ableitung der interpolierten Bildelementwerte aus den ursprünglichen Bildelenientwcrien verwendet wird. Ein Pufferspeicher 34, wie ein Schieberegister, ist so geschaltet, daß er die ursprünglichen Bildelementwerte der Polynom-Interpolationsschaltung 32 zuführt. Wie bereits im Hinblick auf F i g. 2 gesagt worden war, beziehen sich die ursprünglichen Bildelementwerte auf eine einzelne Videokomponente, und sie werden dem Speicher 34 von der Videokomponenten-Trennschaltung 16 zugeführt. Mit der Polynom-Interpolationsschaltung 32 ist eine Einstellschaltung 36 für die Rate, mit welcher die interpolierten Bildelemente abgeleitet werden, verbunden.

In der Technik werden Polynom-Funktionen häufig zur Interpolierung unbekannter Informationen aufgrund abgetasteter Informationen benutzt. Bei einem Polynom /V-ter Ordnung werden für die Interpolation N+ 1 Abtastinformationen benötigt. Daher hängt der Aufbau der Polynom-Interpolationsschaltung 32 und die erforderliche Kapazität des Speichers 34 von der Ordnung des benutzten Polynoms ab. Die ursprünglichen Bildelementwerte werden kontinuierlich durch den Speicher 34 getaktet, und jedesmal, wenn die Takteinstellschaltung 36 die Interpolationsschaltung 32 aktiviert, wird ein einzelnes interpoliertes Bildelement abgeleitet.

Es ist in der Technik der digitalen Signalverarbeitung bekannt, daß die Bandbreite des Frequenzspektrums jeder Komponente im neuen Videosignalgemisch, das von der Kombinationsschaltung 24 gemäß F i g. 2 abgeleitet ist, bei einer Bildkompression anwächst und bei einer Bildexpansion abnimmt im Vergleich zur Bandbreite der einzelnen Komponenten des der Trennschaltung 16 zugeführten Videosignalgemisches. Daher kann die Bildqualität leiden, wenn das Bild in der eingangs mit Bezug auf die Fig. la, Ib und Ic erläuterten Weise komprimiert wird, weil Aliasing- und Umfaiieffekte auftreten, wenn ein Signa! mit einer effektiven Frequenz abgetastet wird, die kleiner als die Nyquist-Frequenz ist. Es sind Ausführungsformen der in F i g. 2 gezeigten Prozessoren 18,20 und 22 möglich, bei denen derartige Effekte vermieden werden. Bei solchen Ausführungen ist ein Filter 38 vorgesehen, wie es F i g. 3 zeigt, für die Begrenzung der Bandbreite der ursprünglichen Bildelemente zur Bestimmung der effektiven Rate oder Frequenz der interpolierten Bildelemente, so daß diese größer als die Nyquist-Frequenz ist, wenn die Bildgröße komprimiert wird. Es ist auch bereits gesagt worden, daß das Ausmaß der Bildkompression in Horizontal- und/oder Vertikalrichtung einstellbar sein kann und daß die durch das Filter 38 bestimmte gewünschte Bandbegrenzung in jeder Richtung mit dem Kompressionsfaktor variiert. Da solche Kompressionsfaktoren durch die Frequenzen der interpolierten

Bildelemente bestimmt werden, ist die Einstellschaltung 36 für die Interpolationsrate ebenfalls so geschaltet, daß sie ein einstellbares Horizontalfilter 40 bzw. ein einstellbares Vertikalfilter 42 innerhalb der Filterschaltung 38 der F i g. 3 einstellt.

Bei in jedem der Komponentenprozessoren 18, 20 und 22 gemäß F i g. 2 enthaltener Polynom-Interpolationsschaltung 32 und Filterschaltung 38 werden die ursprünglichen Abtastwerte von der Komponententrennschaltung 16 über die einstellbaren Horizontal- und/oder Vertikalfilter 40 und 42 zum Pufferspeicher 34 geleitet. Das Horizontalfilter 40 wäre einstellbar, um für alle Frequenzen unterhalb eines vorbestimmten Wertes durchlässig zu sein, während das Vertikalfilter 42 ein Kammfilter wäre, das einstellbar ist, um für Informationen durchlässig zu sein, die zwischen den Harmonischen der Horizontalzeilenfrequenz auftreten. Weil die Polynom-Interpolationsschaltung 32 und die Filterschaltung 38 beide durch die Einstellschaltung 36 für die Interpolationsrate steuerbar sind, ist die Bandbreite der interpolierten Abtastwerte, die bei einer Bildkompression von jedem Prozessor 18, 20, 22 abgeleitet werden, entsprechend der Interpolationsrate begrenzt, so daß Aliasing- und Umfaltprobleme vermieden werden. Wenn das Bild beispielsweise auf ein Viertel seiner Größe sowohl in Horizontal- als auch in Vertikalrichtung komprimiert werden soll, dann würde die Interpolationsraten-Einstellschaltung 36 auf eine Interpolationsrate von 25% der ursprünglichen Bildelementrate eingestellt, und das Filter 38 würde auf eine Begrenzung des Frequenzspektrums auf 25% der Bandbreite der ursprünglichen Bildelemente eingestellt.

Lösungen der Polynome werden mit wachsender Ordnung N zunehmend schwieriger, und daher erfordert eine Interpolation mit einem Polynom erster Ordnung den geringsten apparativen Aufwand. Da dieses Polynom linear ist, stellt es die Gleichung für eine gerade Linie dar, wie F i g. 4 zeigt, und hat die Funktion f(x)=a\x+a2, wobei der Wert χ durch die Lage bestimmt ist, an welcher die Interpolation gewünscht wird, während a\ und a-i aus den um N+1 benachbarten ursprünglichen Bildelementwerten bestimmt werden. Bezeichnet man die angrenzenden ursprünglichen Bildelementwerte als P(n) und P(n-\), dann liegt der interpolierte Bildelementwert P, zwischen P(n) und P(n— 1). Entsprechend der üblichen Lösung für Polynome erster Ordnung ist ai = P(n)- P(n-\) und a₂= P(n-1), während χ=Δη ist, so daß Zugleich

[P(n)~P(n-1)] ■ Δη+Ρ(η-\)

ist Nimmt man an, daß Δη von der Einstcllschaltung 36 für die Interpolationsrate abgeleitet wird, dann muß die innerhalb der Polynom-Interpolationsschaltung 32 erforderliche Schaltung eine Subtraktion, eine Addition und eine Multiplikation für jede Stelle durchführen, an der eine Interpolation zwischen zwei benachbarten ursprünglichen Bildelementwerten durchgeführt werden soll, um den gewünschten interpolierten Bildelementwert abzuleiten.

Obgleich eine solche Apparatur ausreicht, um eine einzelne Dimension des Bildes, also entweder die horizontale oder vertikale Dimension, zu ändern, muß die Apparatur bei einer gewünschten Fähigkeit der Änderung sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Größe eine Interpolation an drei Stellen durchführen können. Wie F i g. 5 zeigt, werden Interpolationen an zwei Stellen zuerst zwischen benachbarten Originalbildelementwerten benachbarter Horizontal-

zeilen durchgeführt, und dann wird die Interpolation an der dritten Stelle von einer Stelle zwischen den beiden ersten Interpolationsstellen entlang der benachbarten Horizontalzeilen durchgeführt. Für die drei Interpolationen sind nur vier ursprüngliche Bildelementwerte erforderlich: nämlich P(n), also der momentane Bildelementwert, und P(n-\), P(n-\H) und P(n-\H-\), wobei IW einen Bildelementabstand von einer Horizontalzeile bedeutet. Benutzt man die oben erwähnte übliche Lösung, um erst die Werte von Pn an einer Stelle zwischen den ursprünglichen Bildelementen P(n) und P(n—\) auf einer Horizontalzeile und Pa an einer Stelle zwischen ursprünglichen Bildelementwerten Ρ(η-ΊΗ) und P(n-\H-\) auf der benachbarten Horizontalzeile abzuleiten, und dann den Wert Pi an einer Stelle zwischen Pn und Pn. abzuleiten, dann erhält man die folgenden Gleichungen:

Pn = [Ρ(η)-Ρ(η-\)]-Δη_Η+Ρ(η-\) Pi₂ [P(n-\H)-P(n-\H-\)]- An_h

+ Pfn-IH-]) P₁ = [Pn-Pn]-Δη_ν+Ρί₂

Wenn man annimmt, daß Δη/, und Δη_ν von der Interpolationsraten-Einstellschaltung 36 abgeleitet werden, dann muß die erforderliche Schaltung in der Polynom-Interpolationsschaltung 32 drei Subtraktionen, drei Additionen und drei Multiplikationen für die Interpolierung an drei Stellen durchführen, um den Wert P; abzuleiten.

In F i g. 6 ist eine Schaltung dargestellt, mit welcher sowohl die horizontale als auch die vertikale Bildgröße mit einer Ausführung der Komponentenprozessoren 18, 20 und 22 gemäß F i g. 2 verändert werden kann. Gemäß den vorstehenden Erläuterungen bestimmt sich die Kapazität des Pufferspeichers 34 aus der Zahl der ursprünglichen Bildelemente in einer Horizontalzeile plus einem solchen Bildelement, das üblicherweise als lW+1 Verzögerung bezeichnet wird. Drei Subtraktionsschaltungen 44, 46 und 48, drei Addierschaltungen 50,52 und 54 und drei Multiplizierschaltungen 56,58 und 60 sind innerhalb der Polynom-Interpolationsschaltung 32 vorgesehen, um die vier ursprünglichen Bildelementwerte vom Speicher 34 zugeführt zu bekommen und die Interpolationen in der bereits erläuterten Weise durchzuführen. Innerhalb der Interpolationsraten-Einstcllschaltung 36 bestimmen die Einsteller 62 und 64 für die horizontale und vertikale Größe die horizontalen und vertikalen Interpolationsraten Ah bzw. Av durch Zuführung digitaler Einstellwerte an ein /VLokalisierungsregister 66 über Addierschaltungen 68 bzw. 70. Die Horizontal- und Vertikalstellen des momentanen Pi im Register 66 werden zu den Addierschaltungen 68 und 70 zurückgeführt, weiche daher Ausgangssignaie erzeugen, die dem nächsten abzuleitenden Pi entsprechen. Das Register 66 liefert Ausgangssignale an die Multiplizierschaltungen 56, 58 und 60, welche die Größen Am, und An_v bei der Ableitung gemäß F i g. 5 des gegenwärtigen Pi darstellen, und ferner liefern sie Ausgangssignale an eine Vergleichsschaltung 72 für die ursprüngliche

Bildelementlage, welche bei der Ableitung die Horizontal- und Vertikallage P(n) darstellen. Ein »w<-Stellungsregister 74 liefert Ausgangssignale an die Vergleichsschaltung 72, welche die Horizontal- und Vertikalstellen des gegenwärtigen P(n) im Speicher 34 darstellen, und

ein Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 72 dient der Steuerung einer Aktivierungsschaltung 76 zur Aktivierung der Polynom-Interpolationsschaltung 32.
Die ursprünglichen Bildelementwerte werden konti-

nuierlich durch den Speicher 34 getaktet, welcher seinerseits kontinuierlich Information hinsichtlich P(n), /γ/?- 1), P(n-1 H) und P(n-1H- 1) an die Polynom-lnterpolationsschaltung 32 liefert. Weiterhin werden die Multiplikationsfaktoren der Multiplizierschaltungen 56, 58 und 60 kontinuierlich durch die Ausgangssignale Δηι, und Δη_ν des Registers 66 eingestellt, so daß die Polynom-Interpolationsschaltung 32 kontinuierlich einige interpolierte Bildelementwerte Pi liefert. Jedoch läßt die Aktivierungsschaltung 76 das Ausgangssignal von der Polynom-Interpolationsschaltung 32 nur unter Steuerung durch die Vergleichsschaltung 72 hindurch, wenn das Register 74 angibt, daß das laufende oder gegenwärtige P(n) richtig für die Interpolation des Wertes des laufenden oder gegenwärtigen Pi im Register 66 ist. Bei einer Bildkomprimierung wird die ursprüngliche Bildelementinformation mit der Synchronrate in den Pufferspeicher 34 getaktet, während die Information über die Lage oder Stellung von P/ in das Register 66 mit einer unter der Synchronrate liegenden Rate getaktet wird, und damit steuert die Vergleichsschaltung 72 die Aktivierungsschaltung 76 so, daß die Werte Pi mit einer kleineren als der Synchronrate erzeugt werden. Bei einer Bildexpansion wird die ursprüngliche Bildelementinformation in den Pufferspeicher 34 mit einer unter der Synchronrate liegenden Rate eingetaktet, während die Information über die Lage oder Stellung von Pi in das Register 66 mit der Synchronrate eingetaktet wird, und damit steuert die Vergleichsschaltung 72 die Aktivierungsschaltung 76 so an, daß Werte Pi mit der Synchronrate erzeugt werden.

Obgleich viele Typen von Digitalfiltern bekannt sind, die innerhalb der Filterschaltung 38 der Fig. 3 verwendet werden können, benutzt man übliche digitale Rekursivfilter für die einstellbaren Horizontal- und Vertikalfilter 40 und 42 in Fig.6. Ursprüngliche Bildelementinformation wird in das einstellbare Horizontalfilter 40 über den ersten Eingang einer drei Eingänge aufweisenden Addierschaltung 78 eingetaktet. deren Ausgangssignal den Eingängen einer Multiplizierschaltung 80 und einer Verzögerungsschaltung 82 für ein Bildelement zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 80 wird einem Eingang einer Addierschaltung 78 mit drei Eingängen zugeführt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 82 wird einem Eingang einer Verzögerungsschaltung 86 für ein Bildelement und den Eingängen von Multiplizierschaltungen 88 und 90 zugeführt, deren Ausgangssignale getrennt den zweiten Eingängen der Addierschaltungen 78 bzw. 84 zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 86 wird den Eingängen von Multiplizierschaltungen 92 und 94 zugeführt, deren Ausgänge wiederum getrennt den dritten Eingängen der Addierschaltungen 78 bzw. 84 zugeführt werden. Die Multiplizierschaltungen 8", 88,90,92 und 94 liefern einstellbare Multiplikationsfaktoren, welche entsprechend der Horizontalinterpolationsrate Ah der Einstellschaltung 63 für die horizontale Größe über einen Speicher 96 zur Speicherung von Horizontalfilterkoeffizienten eingestellt werden. Die Information wird in zwei einstellbare Vertikalfilter 42 über den ersten Eingang einer Addierschaltung 98 mit drei Eingängen eingetaktet, deren Ausgangssignal den Eingängen einer Multiplizierschaltung 100 und einer Verzögerungsschaltung 102 für eine Horizontalzeile zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Multiplizierschaltung 100 wird einem Eingang einer Addierschaltung 104 mit drei Eingängen zugeführt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 102 wird dem Eingang einer Verzögerungsschaltung 106 für eine Horizontalzeile sowie den Eingängen von Multiplizierschaltungen 108 und UO zugeführt, deren Ausgangssignale wiederum getrennt den zweiten Eingängen der Addierschaltungen 98 bzw. 104 zugeführt werden. Das Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 106 wird den Eingängen von Multiplizierschaltungen 112 und 114 zugeführt, deren Ausgangssignale wiederum getrennt den dritten Eingängen der Addierschaltungen 98 bzw. 104 zugeführt werden. Die Multiplizierschaltungen 100, 108, UO, 112 und 114 liefern einstellbare Multiplikationsfaktoren, die entsprechend der Vertikalinterpolationsrate Δ ^ des Einstellers 64 für die Vertikalgröße über einen Speicher 116 zur Speicherung der vertikalen Filterkoeffizienten eingestellt werden.

Die ursprüngliche Bildelementinformation wird über die einstellbaren Horizontal- und Vertikalfilter 40 und 42 getaktet, wobei die Addier- und Verzögerungsschaltungen zusammenarbeiten, um das Frequenzspektrum dieser Information entsprechend den Multiplikationsfaktoren der Multiplizierschaltungen zu begrenzen. Die Betriebsweise dieser Filter 40 und 42 ist im Stande der Technik bekannt und in vielen Handbüchern erläutert: Diesbezüglich sei auf Kapitel 7 des Buches »Digital Signal Processing« von William D. Stanley verwiesen, das bei der Reston Publishing Company, Inc., in Reston. Virginia, erschienen ist. Es wurde bereits gesagt, daß eine Bandbegrenzung durch die Filter 40 und 42 nur bei einer Bildkompression notwendig ist. Daher werden die Multiplikationsfaktoren der Multiplizierschaltungen 80 und 100 auf Eins eingestellt, während die Multiplikationsfaktoren der Multiplizierschaltungen 88, 90, 92, 94, 108, 110, 112 und 114 auf Null geschaltet werden, wenn eine Bildexpansion durchgeführt wird, so daß die ursprüngliche Bildelementinformation die Filter 40 und 42 ohne Bandbreitenbegrenzung durchläuft. Weiterhin können die Filter 40 und 42 in beliebiger Reihenfolge bezüglich des Pufferspeichers 34 angeordnet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnunsen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Änderung der Größe eines Fernsehbildes, bei der zu einem Videosignalgemisch gehörende Bildelemente mit einer synchronen Realzeitrate abgetastet werden und der Bildelementen-Informationsfluß durch einen Speicher koordiniert wird, dessen Einschreib- und Auslesevorgang steuerbar sind, gekennzeichnet durch eine to Trennschaltung (16) zur Trennung der Bildelemente des Signalgemisches in zu jeder Grundkomponenie des Videosignals gehörige Ursprungsbildelemente; ferner durch eine jeweils einer der Grundkomponenten zugeordnete Prozessorschaltung (16, 18, 20, υ 22) zur Ableitung interpolierter Bilde!emente aus den Ursprungsbildelementen mit einer effektiven Rate, die bei einer Komprimierung der Bildgröße kleiner als die Synchronrate und bei einer Expandierung der Bildgröße größer als die Synchronrate ist; und durch eine Kombinationsschaltung (24) für die interpolierten Bildelemente zu neuen, einem neuen Videosignalgemisch zugeordneten Bildelementen, welche zur Änderung der Größe des Fernsehbildes mit der Synchronrate für die Abbildung wiedcrgegeben werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoranordnung ein digitales Filter (38) zur Begrenzung der Bandbreite der Ursprungsbildelemente jeder Komponente des Videosignals enthält zur derartigen Bestimmung der effektiven Rate (Frequenz) der interpolierten Bildelemente, daß diese bei einer Komprimierung der Bildgröße größer als die Nyquist-Frequenz ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Digitalfilter (38) ein bezüglich der horizontalen Lagen der Bildelemente einstellbares Tiefpaßfilter (40) und ein bezüglich der vertikalen Lagen der Bildelemente einstellbares Kammfilter (42) enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einstellbaren Horizontal- und Vertikalfilter jeweils enthalten:

eine erste Addierschaltung (78, 98) mit drei Eingängen, deren erstem Eingang die ursprüngliche Bildelementinformation zugeführt wird,
eine erste Multiplizierschaltung (80, 100), welcher das Ausgangssignal der ersten Addierschaltung zur Bestimmung eines ersten Multiplikationsfaktors zugeführt wird, eine zweite Addierschaitung (84, 104) mit drei Eingängen, deren erstem Eingang das Ausgangssignal der ersten Multiplizierschaltung zugeführt wird, eine erste Verzögerungsschaltung (82, 102) für eine Bildelementlage, welcher das Ausgangssignal der ersten Addierschaltung zugeführt wird,
eine zweite und eine dritte Multiplizierschaltung (88, 90; 108, 110) zur Bestimmung eines zweiten bzw. dritten Multiplikationr.faktors, welchen gemeinsam das Ausgangssignal der dritten Verzögerungsschaltung zugeführt wird, während ihre Ausgangssignale getrennt den zweiten Eingängen der ersten bzw. zweiten Addierschaltung zugeführt werden,
eine zweite Verzögerungsschaltung (86,106) für eine Bildelementlage, welcher das Ausgangssignal der ersten Verzögerungsschaltung zugeführt wird,
eine vierte und eine fünfte Multiplizierschaltung (92, 54; 112, 114) zur Bestimmung eines vierten bzw. fünften Multiplikationsfaktors, denen gemeinsam das Ausgangssignal der zweiten Verzögerungsschaltung zugeführt wird und deren Ausgan.gssignale getrennt den dritten Eingängen der ersten bzw. zweiten Addierschaltung zugeführt werden, und
einen Speicher (96; 116) zur getrennten Einstellung der Multiplikationsfaktoren der ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Multiplizierschaltung entsprechend den Filterkoeffizienten, welche zur Vermeidung des Auftretens von Störsignalen (AHasing-Effekt) mit der effektiven Rate der durch die Prozessoranordnung erfolgenden Ableitung der interpolierten Bildelemente erforderlich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoranordnung (16, 18 oder 22) enthält:

eine Polynomschaltung (32) zur Lieferung einer Polynomfunktion für die Ableitung der interpolierten Bildelemente von den Ursprungsbildelementen, einen Speicher (34) zur Zuführung der Ursprungsbildeiemente zur Poiynom-Interpolationsschaltung und

eine Steuerschaltung (62, 64, 66) zur Steuerung der Ra'e, mit welcher die interpolierten Bildelemente von der Polynom-Interpolationsschaltung abgeleitet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Polynom-Interpolationsschaltung linear ist und enthält:

eine erste Subtraktionsschaltung (46), die ein Ausgangssignal liefert, welches gleich dem an ihrem ersten Eingang liegenden Signal abzüglich des an ihrem zweiten Eingang liegenden Signals ist und deren erstem Eingang die Ursprungsbildelementinformation von einer ersten Lage zugeführt wird,
eine erste Addierschaltung (52), deren Ausgangssignal gleich der Summe der an ihrem ersten und an ihrem zweiten Eingang liegenden Signale ist und deren erstem Eingang die Ursprungsbildelementinformation von einer zweiten, unmittelbar auf die erste Lage folgenden Lage zugeführt wird,
eine zweite Addierschaltung (50), deren Ausgangssignal gleich der Summe der an ihrem ersten und ihrem zweiten Eingang liegenden Signale ist und deren erstem Eingang die Ursprungsbildelementinformation von einer dritten Lage zugeführt wird, welche der ersten Lage um eine Horizontalzeile folgt,

eine zweite Subtrahierschaltung (44), deren Ausgangssignal gleich dem ihrem ersten Eingang zugeführten Eingangssignal abzüglich des ihrem zweiten Eingang zugeführten Signals ist und deren erstem Eingang Ursprungsbildelementinformation von einer vierten, unmittelbar auf die dritte Lage folgenden Lage zugeführt wird,
eine erste Multiplizierschaltung (58) zur Bestimmung eines Multiplikationsfaktors zwischen dem Ausgang der ersten Subtrahierschaltung und dem zweiten Eingang der ersten Addierschaltung,
eine zweite Multiplizierschaltung (56) zur Bestimmung eines Multiplikationsfaktors zwischen dem Ausgang der zweiten Subtrahierschaltung und dem zweiten Eingang der zweiten Addierschaltung,
eine dritte Subtrahierschaltung (48), deren Ausgangssignal gleich dem ihrem ersten Eingang zugeführten Signal abzüglich des ihrem zweiten Eingang zugeführten Signals ist und deren erstem Eingang das Ausgangssignal der ersten Addierschal-

tung zugeführt wird und deren zweitem Eingang das Ausgangssignal der zweiten Addierschaltung zugeführt wird,

eine dritte Addierschaltung (54), deren Ausgangssignal gleich der Summe der ihrem ersten und ihrem zweiten Eingang zugeführten Signale ist und deren erstem Eingang das Ausgangssignal der zweiten Add^:erschaltung zugeführt wird und die an ihrem Ausgang den laufenden Interpolationsbildelementwert erzeugt, eine dritte Multiplizierschaltung (60) zur Bestimmung eines Multiplikationsfaktors zwischen dem Ausgang der dritten Subtrahierschaltung und dem zweiten Eingang der dritten Addierschaltung und daß die Multiplikationsfaktoren der ersten, zweiten und dritten Schaltung durch die Steuerschaltung für die Interpolationsrate getrennt eingestellt werden in Obereinstimmung mit der Lage, an welcher der interpolierte Bildelementwert abgeleitet werden soll.