DE3104247A1 - "verfahren und anordnung zum vermindern des rauschens in einem abgefragten signal" - Google Patents

Description

RCA 74- 900 Ks/Ri

Beit. Applri. No: 8004196

Filed: February 7, 1980

U.S. Serial No: 149,998
Filed: May 15, 1980

RCA Corporatgon
New York, N.T., V.St.v.A.

Verfahren und Anordnung; zum Vermindern des Rauschens in einem abgefragten Signal

Die Erfindung bezieht sich auf digitale Fernsehtechnik und betrifft insbesondere Maßnahmen zur Verminderung des Quantisierungsrauschens .

Wenn bei digitaler Fernsehverarbeitung zu wenig Bits für die Quantisierung Jedes Abfragewerts des Videosignals verwendet werden, dann ist das Quantisierungsrauschen besonders ausgeprägt und verursacht unangenehme, schichtlinienähnliche Konturen in der Bilddarstellung. Diese Konturenbildung ist am meisten störend in Bereichen allmählicher Intensitätsübergänge, wo die Steigung des Videosignals klein ist im Vergleich zur Größe des Quantisierungssprungs. Bei solchen langsamen, niedrigfrequenten Komponenten entsprechenden Teilen im Bild ist nämlich das Auge besonders empfindlich für Quantisierungsrauschen. Erhöht man die Anzahl der Bits pro Abfrage, dann stehen mehr Pegel für die Quantisierung zur Verfugung, so daß allmähliche Änderungen wirklichkeitsgetreuer dargestellt werden. Mehr Bits pro Abfrage bedeutet jedoch eine entsprechende Erhöhung des Datenflusses für das digitalisierte Videosignal. Aus einem Aufsatz von A.A.Goldberg "PCM Encoded NTSC Color Television Subjective Tests" (veröffentlicht in JSMPTE, August 1973, Seiten 649-654) ist es bekannt, zum Vermindern der Konturbildung dem Videosignal vor der

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Quantisierung entweder eine Rechteckwelle oder ein Zufallssignal hinzuzuaddieren und dann das reproduzierte analoge Videosignal einer Tiefpassfilterung zu unterwerfen, um die Sichtbarkeit des hinzuaddierten Signals und das Quantisierungsrauschen herabzusetzen. Bei dieser Methode vermindert das Tiefpaßfilter jedoch auch die hochfrequenten liutzbestandteile der Videoinformation.

Es ist daher wünschenswert, die Sichtbarkeit der Kontur "bildung und das Quantisierungsrauschen zu vermindern, ohne den Datenfluß zu erhöhen und die hochfrequenten Bestandteile der Videoinformation zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch angegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 "bis 13 gekennzeichnet. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die wesentlichen Merkmale .lieser Anordnung sind im Patentanspruch 14 und vorteilhafte Ausgestaltungen in den Ansprüchen 15 "bis 26 gekennzeichnet.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß festgestellt wird, ob und wann das digitale Signal nur niedrigfrequente Information enthält und daß in diesem lall nahe beieinanderliegende Abfragewerte des Signals gefiltert werden, um den Rauschgehalt des Signals zu vermindern.

Die Erfincuing wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein sich allmählich änderndes Videosignal, das unter Verwendung nur weniger Pegel quantisiert ist;

Pig. 2 zeigt das gleiche Signal bei Verwendung einer größeren Anzahl von Quantisierungspegeln;

Pig. 3 zeigt ein gleichförmiges Signal bei grober Quantisierung;

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Figuren 4A bis 4D zeigen verschiedene Wellenformen zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Amplitudenmittelung für den Fall eines gleichförmigen Signals;

Fig. 5 zeigt in Blockform eine Anordnung zur Amplitudenmittelung;

Figuren 6 und 7 zeigen Wellenformen, die für die Anordnung nach Fig. 5 charakteristisch sind;

Fig. 8 ist ein Schaubild zur Erläuterung der Anordnung nach !"ig. 5;

Fig. 9 zeigt Einzelheiten eines in der Anordnung nach Fig. 5 verwendeten Verzögerungspuffers;

Fig. 10 zeigt Einzelheiten einer in der Anordnung nach Fig. 5 verwendeten Logikschaltung zur Zweipunkt-Hittelung;

Fig. 11 zeigt Einzelheiten einer in der Anordnung nach Fig. 5 verwendeten Logikschaltung zur Vierpunkt-Mittelung;

Fig. 12 zeigt ausführlicher die bei der Realisierung der Erfindung auftretenden Wellenformen.

Die Fig. 1 zeigt den zeitlichen Verlauf eines analogen Videosignals 12, das mit einer festen Abfragefrequenz jeweils zu Abfragezeitpunkten 14 abgefragt wird und auf jeweils den nächstniedrigen von mehreren Quantisxerungspegeln 16 quantisiert wird. Das Resultat ist eine quantisierte ("digitale") Signalform 18. Der Unterschied zwischen dem analogen Signal 12 und dem digitalen Signal 18 ist der Quantisierungsfehler, der die Größe eines Quantisierungssprungs haben kann. Weil sich das Signal 12 mit geringer Steigung langsam im Vergleich zu den Sprüngen zwischen den Quantisxerungspegeln 16 ändert, erscheinen im digitalen Signal steile Treppenflanken 20, zwischen denen das Signal über ein beträchtliches Stück längs der horizontalen Achse jeweils

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konstante Amplitude hat. Die Folge ist, daß ein mit dem Signal 18 dargestelltes Bild deutlich sichtbare Abstufungskonturen bekommt .

Die Pig. 2 zeigt in graphischer Darstellung, unter Verwendung der gleichen Bezugszahlen, die Verhältnisse bei Verwendung einer höheren Anzahl von Quantisierungspegeln. Man erkennt, daß die Stufen 20 eine viel geringere Höhe haben und häufiger auftreten als im Falle der Fig. 1, so daß der Quantisierungsfehler kleiner ist. Die höhere Anzahl an Quantisierungspegeln erfordert jedoch einen erhöhten Datenfluß. Die Fig. 3 zeigt, unter Verwendung wiederum der gleichen Bezugszahlen, die Verhältnisse bei einem gleichförmigen analogen Videosignal 12 im Falle der Verwendung einer geringen Anzahl von Quantisierungspegeln 16. Man erkennt, daß in diesem Fall ein fester Quantisierungsfehler 22 vorhanden ist, wenn das gleichförmige Analogsignal 12 wie gezeigt eine zwischen zwei Quantisierungspegeln liegende Amplitude hat.

Die Fig. 4A zeigt ein Signal, das bei der Überwindung der vorstehend angesprochenen Probleme helfen kann. Dieses mit 24- bezeichnete "Offsetsignal" hat eine Rechteckwellenform mit einer Wiederholfrequenz gleich der Hälfte der Abfragefrequenz und mit einer Spitzenamplitude, die gleich der Hälfte der Amplitudendifferenz zwischen benachbarten Quantisierungspegeln ist. Man erkennt, daß die Mitte 24a des nach oben gehenden Teils der Rechte-ikwelle mit jedem zweiten Abfragepunkt 14 zeitlich zusammenfällt. Die Fig. 4B zeigt das Ergebnis, wenn man dieses Offsetsignal 24 vor der Quantisierung einem analogen Videosignal 12 hinzuaddiert, das eine konstante Amplitude von 5/4- eines Quantisierungspegels hat. Man erkennt in Fig. 4B, daß die Amplitude aufeinanderfolgender Abfragewerte um die Hälfte eines Quantisierungspegels abwechselnd nach oben und unten springt. Die Fig. 4G zeigt das Signal derFig. 4B nach der Quantisierung. Dieses Signal 25 existiert für den dargestellten Fall nur auf diskreten Quantisierungspegeln 0 und 1, und benachbarte Signalwerte unterscheiden sich voneinander nicht um mehr als einen Quantisierungspegel. Dieses Signal 25 wird nun gemäß der Er-

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findung integriert oder gemittelt, und zwar entweder durch das Auge oder auf elektronische Veise. Die Fig. 4D zeigt das Ergebnis für den Fall, daß die Hittelung elektronisch geschieht. Man bekommt einen Signalpegel, der auf halbem Wege zwischen zwei Quantisierungspegeln liegt. Dies gilt für geden Wert des analogen Videosignals 12, der in der oberen Hälfte irgendeines beliebigen Quantisierungsbereichs liegt, z.B. zwischen der Hälfte und einem ganzen Quantisierungspegel, zwischen eineinhalb und zwei Quantisierungspegeln, zwischen zweieinhalb und drei Quantisierungspegeln, usw.. Für einen Signalwert in der unteren Hälfte eines Quantisierungsbereichs, z.B. zwischen 0 und einem halben Quantisierungspegel oder zwischen einem und eineinhalb Quantisierungspegeln oder zwischen zwei und zweieinhalb Quantisierungspegeln, usw., wird das kombinierte Video- und Offsetsignal stets auf das niedrigere Ende des Bereichs quantisiert, z.B. auf Null, auf einen Quantisierungspegel, auf zwei Quantisierungspegel usw.. In allen Fällen ist nach der Integrierung oder Mittelwertbildung der maximale Quantisierungsfehler nur gleich der Hälfte eines Quantisierungssprungs und nicht gleich einem ganzen Quantisierungssprung, wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde. Dies entspricht im Effekt einer Verdoppelung der Anzahl der Quantisierungspegel ohne Hinzunahme eines zusätzlichen Bits pro Abfragewert, was zur Darstellung eines sich langsam ändernden Signals angewandt werden kann. Für hochfrequente Information ist der maximale Fehler auf eineinhalb Pegel erhöht (1 Originalpegel plus 1/2 Pegel aus dem Offsetsignal), da solche Signale nicht gemittelt werden können. Wie erwähnt ist jedoch das Häuschen in hochfrequenten Teilen des Signals weniger störend als in niedrigfrequenten Teilen.

Das vorstehend beschriebene Konzept kann erweitert werden auf die Mittelung von mehr als zwei Abfragen, um eine bessere Amplitudenauflösung bei niedrigen Frequenzen zu bekommen. So können dem analogen Videosignal vor der Quantisierung beispielsweise zwei von Zeile zu Zeile abwechselnde synchrone Offsetsignale hinzuaddiert werden, deren jedes zwei Pegel hat, die

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sich von den Pegeln des Jeweils anderen Signals um insgesamt vier Pegel einleiten unterscheiden (wobei Q'ede Pegel einheit einem Viertel eines QuantisierungsSprungs entspricht). In fällen, wo sich vier benachbarte Abfragewerte alle um nicht mehr als einen Quantisierungspegel unterscheiden, wird dann eine Mittelung der vier Abfragewerte zu einem von vier möglichen Amplitudenwerten führen, d.h. drei Zwisehenwerte (z.B. 1/4-Quantisierungssprung, 1/2 Quantisierungssprung, 3/4- Quantisierungssprung) und 1 Quantisierungspegel. Dies ist äquivalent mit einer Hinzufügung von zwei Bits pro Abfragewert. Unterscheiden sich die vier benachbarten Abfragewerte nicht um weniger als einen Quantisierungspegel, dann können zwei benachbarte Abfragewerte (Bildelemente) untersucht werden. Wenn sich die beiden Bildelemente nicht um mehr als einen Quantisierungspegel unterscheiden, dann können sie gemittelt werden, um die gleiche Verbesserung der Amplitudenauflösung zu bekommen, wie man sie bei Verwendung eines zusätzlichen Bits pro Abfrage erhält. Ist die Bedingung, daß sich die beiden benachbarten Abfragewerte um nicht mehr als einen Pegel unterscheiden, nicht erfüllt, dann ist der Bildinhalt ein hochfrequentes Signal, d.h. ein scharfer Übergang, wo der Quantisierungsfehler keine wesentliche EoIle spielt.

Obwohl die vorstehende Beschreibung der Verwendung eines Zusatzsignals zur Erläuterung der Erfindung hilfreich ist, kann man, wenn di. Quantisierungssprünge im Vergleich zum Kauschen im eingangs seitit'en Videosignal klein sind, auch ohne Offsetsignal auskommen. Die Erfindung ist im Grunde genommen auf adaptive Filterung oder Mittelwertbildung einander benachbarter Signalabfragen gerichtet.

Ein Beispiel einer Anordnung zur Realisierung der oben beschriebenen Vorgänge ist in Fig. 5 dargestellt. Ein analoges Videosignal wird auf einen Eingang eines Addierers 26 gegeben, dessen anderem Eingang Offsetsignale in einer von Zeile zu Zeile abwechselnden Weise zugeführt werden. Diese Offsetsignale sind in

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den Figuren 6 und 7 dargestellt. Während jeder zweiten Zeile wird ein Offsetsignal 28, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, auf den Addierer 26 gegeben. Die Amplitude dieses Signals wechselt zwischen O und 3/4 des Differenzwerts zwischen benachbarten Quantisierungspegeln. Während der dazwischenliegenden Zeilen wird das in Fig. 7 dargestellte Signal 30 an den Addierer 26 gelegt. Die Amplitude dieses Signals wechselt zwischen 1/4 und 1/2 des Differenzwerts zwischen benachbarten Quantisierungspegeln. Die Signale 28 und 30 erscheinen mit der halben Abfragefrequenz und sind zueinander um 90° phasenverschoben. Wie in den Figuren 6 und 7 angezeigt, verschiebt sich der Abfragetakt von Zeile zu Zeile um 180°, so daß sich die Abfragepunkte 14 von Zeile zu Zeile verschieben. Außerdem wird die Phase eines jeden der Offsetsignale 28 und 30 mit abwechselnden Zeilen um 180° verschoben. Diese Phasenverschiebungen treten immer dann auf, wenn die betreffenden Signale an einer neuen Horizontalzeile beginnen. Der auf die Signale 28 und 30 zurückgehende Teil des Ausgangssignals des Addierers 26 ist in Form eines Diagramms in derFig. 8 veranschaulicht, wo ein Teil des Bildrasters dargestellt ist. Die Quantisierungswerte, die dem analogen Videosignal durch den Addierer 26 hinzuaddiert wurden, sind in der Fig. 8 als Zahlen eingetragen, die jeweils die Anzahl von Vierteln eines Quantisierungspegels angeben. Es ist festzuhalten, daß diese Zahlen die Zusatzwerte und nicht den Absolutwert der vom Addierer 26 kommenden Digitalsignale darstellen. In der nachfolgenden Beschreibung sei der Abfragepunkt 32 der laufend betrachtete Punkt, ferner werden der Punkt 34 in derselben Zeile, ein Punkt 36 in der darüberliegenden Zeile und ein Punkt 38 in der darunterliegenden Zeile in die Beschreibung einbezogen.

Das analoge Videosignal plus die zusätzlichen Quantisierungswerte werden einem Analog-Digital-Wandler 40 zugeführt, der die Summe des analogen Videosignals und der Zusatzwerte in einem 8-Bit-Digitalcode darstellt und in dieser Form über einen Übertragungsweg 41 auf einen Verzögerungspuffer 42 gibt. Dieser 8-Bit-Puffer 42 liefert an jedem seiner Ausgänge 32a, 34a, 36a und 38a jeweils ein 8-Bit-Signal, deren jedes die Amplitude jeweils

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eines der an den verschiedenen Abfragepunkten 32, 34, 36 und 38 erscheinenden Signale darstellt. Die Ausgangssignale des Puffers sind mit der gleichen Zahl wie der jeweils zugeordnete Abfragepunkt und dem nachgestellten Buchstaben "a" bezeichnet. Die vier Ausgangssignale des Puffers 42 werden alle einer logischen Schaltung 44 zugeführt, die eine Yierpunkt-Mittelung durchführt. Diese Schaltung liefert an einem Ausgang 46 ein Markierungssignal, wenn sich alle vier Punkte 32, 34, 36 und 38 in ihrer Amplitude um nicht mehr als einen Quantisierungssprung voneinander unterscheiden. Das Markierungssignal vom Ausgang 46 wird als Steuersignal an einen Multiplexer 48 gelegt, der einen einpoligen Umschalter darstellt. Der Schalter ist in der gezeigten Stellung, wenn die vorstehend genannte Bedingung erfüllt ist, so daß am Ausgang 50 der Logigschaltung 44 ein Mittel- oder Durchschnittswert der Amplituden der vier Punkte 32, 34, 36, 38 erscheint und über den Multiplexer 48 auf den Datenausgang 52 gegeben wird. Das Signal an den Ausgängen 50 und 52 hat die Auflösung eines 10-Bit-Signals, so daß die weiter oben erwähnten Abstufungskonturen im Bild weniger ausgeprägt erscheinen, ohne daß dazu der durch den Übertragungsweg 41 gehende Datenfluß erhöht worden wäre. Palis der Unterschied zwischen allen vier betrachteten Abfragepunkten nicht innerhalb der Grenzen eines Quantisierungssprungs liegt, erscheint am Ausgang 46 kein die Vierpunkt-Mittelung befehlendes Markierungssignal, so daß der Multiplexer 48 in seine untere Stellung umgeschaltet wird und damit das Aus_angssignal eines Multiplexers 56 empfängt, der ebenfalls einen einp !igen Umschalter bildet. Diesem Multiplexer ist eine logische Schaltung 54 zur Zweipunkt-Mittelung vorgeschaltet, die von den Ausgängen 32a und 34a des Puffers 42 Signale empfängt, welche den Punkten 32 und 34 entsprechen. Wenn die von diesen Punkten herrührenden Signale einen Amplitudenunterschied innerhalb der Grenzen eines QuantisierungsSprungs haben, wird vom Ausgang 58 der Schaltung 54 ein eine Zweipunkt-Mittelung befehlendes Markierungssignal an den Multiplexer 56 gelegt, wodurch dieser Multiplexer in die gezeigte obere Stellung versetzt wird. In diesem Pail gelangt vom Ausgang 60 der Schaltung 54 ein Signal,

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das den Durchschnittswert der "beiden Punkte 32 und 34 darstellt, über den Multiplexer 56 an den Multiplexer 48 und damit zum Datenausgang 52. Dies bringt eine Auflösung entsprechend einem 9-Bit-Signal. Falls der Unterschied zwischen den Punkten 32 und 34 nicht innerhalb der Grenzen eines QuantisierungsSprungs liegt, erscheint am Ausgang 58 kein die Zweipunkt-Mittelung befehlendes Markierungssignal, so daß der Multiplexer 56 in der unteren Stellung (nicht dargestellt) ist und nur das den Punkt 32 darstellende Signal, welches ein 8-Bit-Signal ist, über die Multiplexer 56 und 48 zum Datenausgang 52 gelangt»

Die bei abwechselnden Zeilen zugesetzten Offsetsignale 28 und 30 gemäß den Figuren 6 und 7 sind in den Figuren 12a und 12b noch einmal dargestellt. Im Falle eines Analogsignals 1212, das wie in Fig. 12c dargestellt, eine relativ konstante Amplitude in Höhe eines Quantisierungspegels 1216 hat, erzeugt die Anordnung nach Fig. 5 während einer ersten Horizontalzeile das in der Fig. I2d gezeigte Summensignal 1214, welches die Summe der Signale 28 und 1212 darstellt. Während der nächsten Horizontalζeile wird das in Fig. 2e gezeigte Summensignal 1220 erzeugt, welches die Summe der Signale 30 und 1212 darstellt. Nach erfolgter Quantisierung nimmt das Signal 1214 an jedem Abfragepunkt einen Digitalwert an, der gleich dem Digitalwert des Pegels 1216 ist, wie es der Signalverlauf 1222 in Fig. I2f zeigt, denn das Analogsignal 1214 erreicht an keiner Stelle den Quantisierungspegel 1218. In ähnlicher Weise stellt das in Fig. 12g gezeigte Signal 1224 den Digitalwert dar, der aus der Digitalisierung des Signals 1220 resultiert. Das Signal 1224 bleibt ebenfalls auf dem Quantisierungspegel 1216, denn das Signal 1220 erreicht den nächsten Quantisierungspegel 1218 nicht. Das zeitliche Mittel der Signale 1222 und 1224 ist gleich dem Quantisierungspegel 1216, und somit ist der Digitalwert eine gute Annäherung an die Analogwerte.

Die Figuren 12h bis 12σ zeigen die Verhältnisse für den Fall, daß das eingangsseitige Analogsignal einen Wert hat, der etwas oberhalb des Quantisierungspegels 1216 liegt, wie es in Fig. 12h

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mit dem Signal 1226 dargestellt ist. Das Signal 1226 ist um 1/4 eines Quantisierungssprungs höher als der Quantisierungspegel 1216. Würde man das Signal 1226 einfach in der bisher bekannten Weise quantisieren, dann bekäme man einen Quantisierungsfehler von 1/4 eines Quantisierungssprungs. Das Signal 1228 in "Fig. 12g zeigt die Summe des Offsetsignals 28 und des Analogsignals 1226, wie sie van der in Fig. 5 dargestellten Anordnung erzeugt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß das Signal 1228 bei Jedem zweiten Abfragepunkt den nächsthöheren Quantisierungspegel 1218 erreicht. Das Signal 1230 nach Pig. 12k stellt die Summe des Signals 30 und des Signals 1226 dar. Da das Signal 1226 nur um 1/4 eines QuantisierungsSprungs oberhalb des Pegels 1216 liegt und die maximale Amplitude des Signals 30, mit dem es summiert wird, 1/4 eines Quantisierungssprungs beträgt, erreicht das Signal 1230 den nächsthöheren Quantisierungspegel 1218 nicht. Das Resultat der Quantisierung des Signals 1228 ist als Signal 1232 in Fig. 12m dargestellt, und das Eesultat der Quantisierung des Signals 1230 i«»t als Signal 1234 in Fig. 12n gezeigt. Das zeitliche Mittel der von der Anordnung nach Fig. 5 erzeugten digitalen Summe der Digitalsignale 1232 und 1234 liegt um 1/4 eines Quantisierungssprungs oberhalb des Pegels 1216, und dies ist genau der Wert des Analogsignals 1226. Somit ist in diesem Fall der Quantisierungsfehler von 1/4 eines Quantisierungssprungs auf 0 reduziert.

Wenn das auf die Anordnung nach Fig. 5 gegebene Analogsignal in der Mit·-* zwischen den Quantisierungspegeln 1216 und 1218 liegt, sehen die b.immensignale so aus, wie sie mit den Wellenformen 1236 und 1238 gemeinsam in Fig. 12o dargestellt sind. Jüan erkennt, daß das Summensignal 1236 bei Digitalisierung gleich dem Signal 1232 ist, es verweilt mit der einen Hälfte seiner Zeit auf dem Pegel 1216 und mit der anderen Hälfte auf dem Pegel 1218. Das Signal 1238 nimmt in ähnlicher Weise bei Digitalisierung einen Digitalwert an, der gleich dem Signal 1228 ist, jedoch mit einer Phasenverschiebung. Bei Summierung in der Anordnung nach Fig. 5 nimmt das Ausgangssignal einen zeitlichen Mittelwert an, der in der Mitte zwischen den Pegeln 1216 und 1218 liegt. Dies entspricht

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genau dem Wert des eingangsseitigen .Analogsignals, so daß auch hier der Quantisierungsfehler gleich O ist.

Falls die Amplitude des Eingangssignals um 1/4 eines Quantisierungssprungs unterhalt des Pegels 1218 liegt, wäre ein Quantisierungsfehler zu erwartender 3/4 eines Quant is ierungs Sprungs beträgt. Bei Summierung mit dem Signal 28 verweilt das Summensignal über die Hälfte der Zeit oberhalb des Pegels 1218 und über die andere Hälfte der Zeit unterhalb dieses Pegels. Der Summenwert mit dem Signal 30 bleibt zu allen Zeiten oberhalb des Pegels 1218. Nach Digitalisierung und zeitlicher Mittelung liegt das Ausgangssignal um 1/4 eines Quantisierungssprungs unterhalb des Pegels 1218. so daß auch hier der Digitalisierungsfehler auf 0 reduziert ist.

Die Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform des Verzögerungspuffers 42. Das 8-Bit-Eingangssignal vom Quantisierer 40 wird dem Ausgang 38a direkt zugeführt und außerdem auf eine Verzögerungsleitung 62 gegeben, deren Verzögerungszeit 63»5 Mikrosekunden (eine Horizontalzeilenperiode) minus 70 Hanosekunden beträgt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 62 wird einmal auf den Ausgang 32a und außerdem auf eine weitere Verzögerungsleitung 64 gegeben, deren Verzögerungszeit 140 KanoSekunden beträgt. Das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung 64 wird auf den Ausgang 34a und außerdem auf eine dritte Verzögerungsleitung 66 gegeben, deren Verzögerungszeit 63,5 Mikrosekunden minus Nanosekunden beträgt. Der Ausgang der Verzögerungsleitung 66 bildet den Ausgang 36a. Es sei erwähnt, daß die oben angegebenen Verzögerungswerte für ein Fernsehsystem gelten, das mit 525 Zeilen je Vollbild und mit 30 Vollbildern je Sekunde arbeitet, und für eine Abfragefrequenz von 7*16 MHz. Die Verzögerungszeiten von 70 Nanosekunden sind erforderlich, um eine Phasenverschiebung von einer halben Abfrageperiode bei der erwähnten Abfragefrequenz zu bekommen, denn diese Verschiebung wird für die Phasenverschiebung zwischen den Signalen 28 und 30 benötigt. Im Falle anderer Fernsehsysteme sind entsprechend geänderte Ver-

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zögerungswerte für die Verzögerungsleitungen 62, 64 und 66 zu verwenden.

Die Fig. 10 zeigt ein Detailschaltbild der für die Zweipunkt-Mittelung verwendeten Logikschaltung 54. Das Signal vom Ausgang 32a des Verzögerungspuffers 42 wird auf einen Eingang einer Subtrahierschaltung 68 gegeben, deren anderer Eingang das vom Ausgang 34a kommende Signal empfängt. Am Ausgang der Subtrahierschaltung 68 erscheint ein Differenzsignal, das dem einen Eingang eines digitalen Vergleichers 70 angelegt wird, dessen zweiter Eingang ein auf einer Leitung 71 anstehendes Signal mit dem Binärwert. (Logikwert) "1" empfängt. Der Vergleicher 70 liefert an seinem Ausgang 58 ein Signal mit dem Binärwert "1", falls die Differenz zwischen seinen beiden Eingangssignalen kleiner als oder gleich 1 ist; andernfalls hat das Ausgangssignal den Binärwert "0". Dieses Signal ist das weiter oben erwähnte Markierungssignal für die Zweipunkt-Mittelung. Die von den Ausgängen 32a und 34a des Puffers 42 kommenden Signale werden außerdem auf einen Addierer 72 gegeben, der ihre Summe bildet, die dann als der Zweipunkt-Durchschnittswert auf den Ausgang 60 gegeben wird.

Die Fig. 11 zeigt die Einzelheiten der die Vierpunkt-Mittelung durchführenden Logikschaltung 44. Diese Schaltung empfängt die von den Ausgängen 32a, 34a, 36a und 38a des Puffers kommenden Signax . Das Signal vom Ausgang 32a wird gleichzeitig drei Subtrahier schaltungen 74-j 76 und 78 zugeführt. Das Signal vom Ausgang 36a wird auf die.Subtrahierschaltung 74 gegeben, welche die Differenz zwischen diesem Signal und dem vom Ausgang 32a kommenden Signal an einen digitalen Vergleicher 80 legt. Dieser Vergleicher liefert ein Signal mit dem Binärwert "1" an ein UND-Glied 86, wenn die Differenz zwischen seinen beiden Eingangssignalen kleiner als oder gleich 1 ist. Das vom Ausgang 38a kommende Signal wird auf die Subtrahierschaltung 76 gegeben, welche den Differenzwert zwischen diesem Signal und dem vom Ausgang 32a kommenden Signal auf den Vergleicher 82 gibt. Der

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Vergleicher 82 liefert ein Ausgangssignal an das UND-Glied 86, wenn die Differenz zwischen seinen beiden Eingangssignalen kleiner als oder gleich 1 ist. Das Signal vom Ausgang 34-a wird auf die Subtrahierschaltung 78 gegeben, welche den Differenzwert zwischen diesem Signal und dem vom Ausgang 32a kommenden Signal auf einen digitalen Vergleicher 84 gibt. Falls dieser Differenzwert kleiner als oder gleich 1 ist, liefert der Vergleicher 84 ein Signal des Binärwerts "1" an das UND-Glied 86. Es sei erwähnt, daß den digitalen Vergleichern 80, 82 und 84 über eine Leitung 85 ein Signal des Binärwerts "1" angelegt wird, so daß die Vergleicher jeweils den richtigen Vergleich durchführen können. Falls an allen Vergleichern 80, 82 und 84 die untersuchte Differenz kleiner als oder gleich 1 ist, schaltet das UND-Glied 86 durch und liefert am Ausgang 46 ein "hohes" Signal, welches das Markierungssignal für die Vierpunkt-Mittelung ist. Die von den Ausgängen 32a und 36a des Puffers kommenden Signale werden außerdem auf einen Addierer 88 gegeben, der seinerseits die Summe dieser beiden Signale auf den einen Eingang eines weiteren Addierers 92 gibt. In ähnlicher Weise werden die von den Ausgängen 38a und 34a des Puffers kommenden Signale auf einen Addierer 90 gegeben, der die Summe dieser beiden Signale an den anderen Eingang des Addierers 92 legt. Der Ausgang des Addierers 92 liefert also das eine Auflösung von 10 Bits aufweisende Vierpunkt-Mittelwertsignal, welches am Ausgang 50 erscheint.

Vorstehend wurden spezielle Ausführungsformen der Erfindung lediglich als Beispiel beschrieben, d.h. es sind verschiedene Abwandlungen innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich. So kann z.B. der rechts vom Abfragepunkt 32 liegende Punkt zur Gewinnung des Zweipunkt-Mittelwerts herangezogen werden, und zur Ableitung des Vierpunkt-Mittelwerts können Punkte verwendet werden, die rechts oben und rechts unten vom Abfragepunkt 32 liegen. Auch andere Kombinationen von umgebenden Abfragepunkten sind möglich. Außerdem kann das Verfahren auf eine Mittelung von acht oder noch mehr Punkten ausgedehnt werden. Wenn das eingangsseitige

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Videosignal "bereits ein Digitalsignal ist, dann wird der Wandler 40 zu einem Quantisierer für eine Heuquantisierung nach der im Addierer 26 erfolgten Hinzufügung der Offsetsignale. Ferner sei erwähnt, daß die Verwendung einer 180 -Phasenverschiebung der Abfragefrequenz von Zeile zu Zeile nicht notwendig ist. Diese Phasenverschiebung stellt lediglich eine bevorzugte Ausführungsform dar, die sich gemeinsam mit dem Gegenstand der US-Patentanmeldung Br. 132,137 verwenden läßt, welche am 20. März 1980 unter dem Namen Eeitmeier und Dischert eingereicht wurde. Das Offsetsignal braucht, falls es verwendet wird, nicht unbedingt synchron mit dem Abfragesignal zu sein, allerdings können dann Störsignale entstehen.

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, 20.

Leerseite

Claims (26)

1. DR. DIETER V. BEZOLD

   DIPL. ING. PETER SCHÜTZ

   DIPL. ING. WOLFGANG HEUSLER

   MARIA-THERESIA-STRASSE 22 POSTFACH 86 06 68

   D-8OOO MUENCHEN 86

   TELEFON 089/47 69 06

   ECA 74 900 Ks/Ei «*· i»

   AB SEPT, !98Oi 4 70 60

   Br it Appln. No: 800 4196 TELEx₅₂₂₆₃₈

   Filed: February 7, 1980 Telegramm sombez

   U.S. Serial No: 149,998
   Filed: May 15, 1980

   EGA Corporation New York, N.T., V.St.v.A.

   Verfahren und Anordnung zum Vermindern des Bauschens in einem abgefragten Signal

   Pat ent ansprüche

   Verfahren zum Vermindern des Eauschens in einem durch Abfragen abgetasteten Signal, dadurch gekennzeichnet, daß festgestellt wird, ob und wann das Signal nur niedrigfrequente Information (74-86 oder 68, 70) enthält, und daß ein ./oder benachbarte Abfragewerte des Signals gefiltert werden, Wfc.nnnur niedrigfrequente Information vorhanden ist, um de:a Bauschgehalt des Signals (88-92 oder 72) zu vermindern .
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung des Vorhandenseins nur niedrigfrequenter Information mindestens zwei benachbarte Abfragewerte miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob der Unterschied zwischen ihren Ablituden innerhalb eines gewählten Maßes liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

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   ZUCELASSEN BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT · PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

   POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 6 91 48 - 8OO · BANKKONTO HYPOBANK MÖNCHEN (BLZ 700 200 40) KTO. 60 60 25 73 78 SWIFT HYPO DE MM

   Vergleichsvorgang den Vergleich von vier benachbarten Abfragewerten (32-38) umfaßt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung darin besteht, daß der Durchschnittswert von mindestens vier einander benachbarten Abfragewerten (32-38) gebildet wird, wenn der Unterschied zwischen diesen vier Abfragewerten innerhalb des gewählten Maßes liegen, und daß, falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, ein Durchschnittswert zweier benachbarter Abfragewerte (32, 34-) gebildet wird, falls der Unterschied zwischen diesen beiden Abfragewerten innerhalb des gewählten Maßes liegt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das abgefragte Signal quantisiert wird und daß das gewählte Maß gleich einem Quantisierungssprung ist.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die !Filterung darin besteht, daß ein Durchschnittswert von mindestens zwei benachbarten Abfragewerten (32, 34-) gebildet wird.
7. 7- Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung darin besteht, daß ein Durchschnittswert von vier benachbarten Abfragewerten (32-38) gebildet wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterung aus einer Durchschnittswertbildung besteht.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem abgefragten Signal ein Offsetsignal (28 oder 30) hinzuaddiert wird, bevor die Feststellung des ausschließlichen Vorhandenseins niedrigfrequenter Information erfolgt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Offsetsignal (28 oder 30) synchron mit der Abfragefrequenz

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11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Offsetsignal (28 oder JO) eine Kechteckwelle ist, deren Frequenz gleich der Hälfte der Abfragefrequenz ist.
12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das abgefragte Signal ein sich aus Abtastzeilen zusammensetzendes Fernsehsignal ist und daß das Offsetsignal (28 oder 30) von Zeile zu Zeile einen Phasensprung von 180° macht.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das abgefragte Signal quantisiert wird und daß das Offsetsignal (28 oder 30) bei abwechselnden Zeilen eine Spitze-Spitze-Amplitude von einer Hälfte und einem Viertel des Quantisierungssprungs hat.
14. 14. Anordnung zum Vermindern des Häuschens in einem durch Abfragen abgetasteten Signal gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Erüfeinrichtung (78-80 oder 68, 70), die feststellt, ob und wann das Signal nur niedrigfrequente Information enthält, und eine FiItereinrichtung (88-92 oder 72), die einander'benachbarte Abfragewerte des Signals filtert, wenn nur niedrigfrequente Information vorhanden ist, um den Kauschgehalt des Signals zu reduzieren.
15. 15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Prü.. inrichtung eine Vergleichs einrichtung (70 oder 80-84) enthält, die mindestens zwei benachbarte Abfragewerte (32, 34) miteinander vergleicht, um festzustellen, ob der Unterschied zwischen ihren Amplituden innerhalb eines gewählten Haßes liegt.
16. 16. Anordnung nach Anspruch 15 > dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (80-84) vier einander benachbarte Abfragewerte (32-38) miteinander vergleicht.
17. 17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die

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    Filtereinrichtung eine Einrichtung (88-92) aufweist, die den Durchschnittswert von mindestens vier einander benachbarten Abfragewerten (32-38) bildet, wenn der Unterschied zwischen diesen vier Abfragewerten innerhalb des gewählten Maßes liegt.
18. 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 15» 16 oder 17j dadurch gekennzeichnet, daß das abgefragte Signal quantisiert wird und daß das gewählte Maß gleich einem Quantisierungssprung ist.
19. 19. Anordnung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine Einrichtung (72) zur Bildung des Durchschnittswerts mindestens zweier benachbarter Abfragewerte (32, 3^-) aufweist.
20. 20. Anordnung nach Anspruch 19? dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine Einrichtung (88-92) zur Bildung des Durchschnittswerts vier einander benachbarter Abfragewerte aufweist.
21. 21. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtereinrichtung eine durchschnittswertbildende Einrichtung (72 oder 88-92) ist.
22. 22. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfeinrichtung eine Einrichtung vorgeschaltet ist, die dem abgefragten Signal ein Offsetsignal hinzuaddiert.
23. 23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Offsetsignal (28 oder 30) synchron mit der Abfragefrequenz ist.
24. 24. Anordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Offsetsignal (28 oder 30) eine Rechteckwelle ist, deren Frequenz gleich der halben Abfragefrequenz ist.

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25. 25. Anordnung nach Anspruch 24-, dadurch gekennzeichnet, daß das abgefragte Signal ein sich aus Abtastzeilen zusammensetzendes Fernsehsignal ist und daß das Offsetsignal (28 oder 30) von Zeile zu Zeile einen Phasensprung von 180° macht.
26. 26. Anordnung nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß das abgefragte Signal quantisiert ist und daß das Offsetsignal
    (28 oder 30) bei abwechselnden Zeilen eine Spitze-Spitze-Amplitude von einer Hälfte und einem Viertel des Quantisierungssprungs hat.

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