DE3311898C2

DE3311898C2 - Verfahren zur Störsignalreduktion von digitalen datenreduzierten Fernsehsignalen

Info

Publication number: DE3311898C2
Application number: DE3311898A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.-Ing. 8038 Gröbenzell Grallert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-03-31
Filing date: 1983-03-31
Publication date: 1986-11-13
Also published as: DE3311898A1

Abstract

Verfahren zur Störsignalreduktion bei der Übertragung von digitalisierten Fernsehsignalen, bei dem die Bildelemente jeweils für die Dauer eines Fernsehbildes zwischengespeichert und mit den zuletzt empfangenen Bildelementen verglichen werden. Übersteigt die Amplitudendifferenz der Bildelemente einen vorgegebenen Schwellwert, so wird das zuletzt empfangene Bildelement unverändert weitergegeben; liegt die Differenz jedoch unterhalb dieses Schwellwertes, so wird ein neues Bildelement errechnet, dessen Amplitude zwischen den beiden Bildelementen von zwei aufeinanderfolgenden Fernsehbildern liegt.

Description

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An- 60 ten Schwellwertes wird das neu empfangene Bildelesprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewer- ment ausgegeben.

tungsfaktor (Z) für positive und negative Differen- Die Realisierung dieses Verfahrens ist aufwendig, da

zen zwischen zwei relevanten Bildelementen (Ei, entsprechend der analogen Übertragung auch mit gro-

Εί-τ) unterschiedlich ist. Ben Störsignalen gerechnet werden muß.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden An- 65 Bei digitalisierten und quantisierten Bildsignalen muß Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Bild- dagegen nur mit durch das verwendete Übertragungselemente (Ei), die gegenüber benachbarten Bildele- oder Codierverfahren bedingten Störsignalen einer menten (Ej+\. E,-_r) einen zweiten Schwellwert über- kleineren Größenordnung gerechnet werden.

In der britischen Patentanmeldung 21 02 650 A ist ein weiteres Verfahren zur Störsignalreduktion angegeben, bei dem mit einem unverzögerten Bildelement stets weitere benachbarte Bildelemente desselben Fernsehbildes oder des vorangegangenen Fernsehhalbbildes verglichen werden.

Wird ein Schwellelement unterschritten, so wird ein korrigiertes Bildsignal aas verzögerten und neu empfangenen Bildelementen gebildet Wird der Schwellwert dagegen überschritten, so wird das verzögerte Bildelement als korrigiertes Bildelement verwendet, also eine Extrapolation durchgeführt Auch dieses Verfahren kann mit einer rekursiven Anordnung durchgeführt werden. Es ist besonders geeignet, Störungen durch Fremdspannungen zu reduzieren.

In der DE-OS 27 50 173 ist eine Anordnung zur Verminderung des Rauschens bei Videosignalen beschrieben. Oberhalb eines Vergleichswertes der Differenz zwischen einem gespeicherten und einem aktuellen Videosignalwert wird der aktuelle Videosignalwert weitergegeben. Unterhalb dieser Schwelle erfolgt ein Vergleich mit weiteren als Interpretationsbezujpszahlen bezeichneten Vergleichswerten in einer zweiten Vergleichsanordnung. Je nach Größe der Differenz werden der aktuelle und der zwischengespeicherte Videosignalwert mit vier unterschiedlichen Faktoren a bzw. (1 — a);

a = 0, -τ-, γ, -τ- multipliziert und zu einem resultierenden Videosignal wert addiert.

Eine solche Anordnung ergibt Übertragungsfaktoren, die sich stufenförmig in Abhängigkeit von der Differenz ändern. Durch die Vergleichsanordnungen und zwei gesteuerte Dämpfungsglieder ist ein erheblicher Schaltungsaufwand erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfach realisierbares Verfahren zur Störsignalreduktion von datenreduzierten Fernsehsignalen anzugeben.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur ein Vergleich der Differenz mit einem einzigen Schwellwert durchgeführt wird und daß unterhalb dieses Schwellwertes ein resultierendes Bildelement durch Multiplikation der Differenz mit einem konstanten Faktor und Addition zu dem zwischengespeicherten Bildelement ermittelt wird.

Bei kleineren Änderungen der Amplitude eines Bildelemente* wird angenommen, daß die Änderungen von dem Störsignal verursacht wurden. Aus dem zuletzt empfangenen Bildelement, und dem entsprechenden Bildelement des letzten Fernsehbildes bzw. Halbbildes wird in bekannter Web«: ein neues Bildelement errechnet, dessen Amplitude zwischen diesen beiden Bildelementen liegt. Während Störungen durch dieses Verfahren teilweise unterdrückt werden, werden reguläre kontinuierliche Amplitudenänderungen der Bildelemente leicht verzögert korrekt wiedergegeben, da diese in mehreren aufeinanderfolgenden Fernsehbildern vorhanden sind. Das Verfahren hat gewissermaßen Tiefpaßwirkung für die einzelnen Biidelemente. Bei größeren Amplitudenänderungen wird angenommen, daß sie nicht durch Störsignale hervorgerufen werden; die entsprechenden Biidelemente werden deshalb unverändert weiterverarbeitet.

Je nach Bewertungsfaktor Z ergibt sich eine mehr oder weniger große Abweichung von dem zuletzt empfangenen Bildelement. Ist der Bewertungsfaktor klein, so werden Änderungen der Amplitude der Bildelemente und damit auch Störungen maximal unterdrückt. Bei Z = 0,5 ergibt sich das algebraische Mittel aus zwei im Abstand eines Fernsehbildes aufeinanderfolgenden Bildelensenten, bei Z=I wird das zuletzt empfangene Bildelement weiterverwendet. Im allgemeinen wird der Bewertungsfaktor Z < 0,5 sein.

Es ist zweckmäßig, daß die empfangenen Bildelemente unverändert zwischengespeichert werden.

Hier werden jeweils zwei aufeinander folgende unveränderte Bildelemente miteinander verglichen. Die Signalbeeinflussung bleibt hierbei relativ gering,
to Es ist vorteilhaft, daß bei Unterschreiten des Schwellwertes die neu ermittelten resultierenden Bildelemente für die Dauer eines Fernsehbildes zwischengespeichert und mit den neu empfangenen Bildelementen verglichen werden.

Durch den Vergleich eines errechneten Bildelementes mit einem empfangenen Bildelement ergibt sich eine größere Störunterdrückung. Eine entsprechend aufgebaute Schaltungsanordnung stellt einen sehr einfachen Tiefpaß dar.

Es ist \ orteilhaft, daß zusätzliche Bildelemente für die Dauer von zwei Fernsehbildern »-wischengespeichert und für die Ermittlung der resultierenden Bildelemente mitverwendet werden.

Je größer der Speicheraufwand ist, desto besser kann eine Störunterdrückung durchgeführt werden. Werden die e-rechneten Bildelemente über mehrere Bildspeicher zurückgeführt, so können vorteilhaftere Tiefpaß-Realisationen eingesetzt werden.

Es ist zweckmäßig, daß bei zusätzlich zwischengespeicherten Bildelementen ein resultierendes Bildelement durch Interpolation aus den zwischengespeicherten Bildelementen und dem neu empfangenen Bildelement ermittelt wurden, wenn der Schwellwert zwischen dem relevanten zwischengespeicherten Bildelement und dem relevanten zusätzlichen zwischengespeicherten Bildelement nicht überschritten wird und daß als resultierendes Biideieinent das entsprechend zwischengespeicherte Bildelement verwendet wird, wenn der Schwellwert durch die Differenz der jeweils reievanten zwischengespeicherten Bildelemente überschritten wird.

Stehen mehr als zwei jeweils um ein Fersehbild verzögerte Bildelemente zur Verfügung, kann ein Interpolationsverfahren angewandt werden.
Es ist zweckmäßig, daß nur die BiidelementP des Luminanzsignals berücksichtigt werden und die Chrominanzsignale unverändert bleiben.

Da das menschliche Auge auf Farbfehler weniger als auf Helligkeitsfehler reagiert, ist es für manche Anwendungsfälle ausreichend, die Störungen des Luminanzsignals zu unterdrücken.

Es ist vorteilhaft, daS der Bewertungsfaktor für positive und negative Differenzen zwischen zwei relevanten Bilcic-Itmenten unterschiedlich ist.

Da sich Störungen, die dunklere Bildpunkte ergeben, weniger bemerkbar machen, als Störungen, die zu helleren Bildpunkten führen, ist eine unterschiedliche Bewertung der Differenzen angebracht.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung eo sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.

Das Verfahren wird anhand der F i g. 1 bis 6 näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Ausführung des Verfahrens,

F i g. 2 ein abgewandeltes Prinzipschaltbild,

F i g. 3 ein Zeitdiagramm der Bildelemente,

F i g. 4 ein erweitertes Prinzipschaltbild,

5 6

F i g. 5 einen Ausschnitt eines Fernsehbildes und Überschreitet die Differenz zwischen zwei betrachte- F i g. 6 die Übertragungskennlinie einer Rechenschal- ten Bildelementen den vorgegebenen Schwellwert 5, so

tung. wird das zuletzt empfangene Bildelement weiterverar-

Das in Fig. 1 dargestellte Prinzipschaltbild enthält beitet. Aber auch bei einer großen Amplitudendifferenz ι einen Bildspeicher 1 und eine Rechenschaltung 2. Die 5 kann es sich um eine Störung handeln, die entweder auf Rechenschaltung 2 weist zwei Eingänge 2, und 2₂ auf. dem Übertragungsweg oder beispielsweise durch be-Der erste Eingang 2| ist mit dem Eingang l_t der gesam- sonders ungünstige Konstellationen bei der Transforten Schaltungsanordnung und ebenfalls mit dem Ein- mation verursacht wurde. Weicht ein einzelnes Bildele- gang des Bildspeichers 1 verbunden. Der Ausgang des ment durch eine große Amplitudendifferenz von den Bildspeichers ist mit dem zweiten Eingang 2₂ der Re- 10 angrenzenden Bildelementen ab, handelt es sich wahrchenschaltung 2 verbunden. Der Ausgang der Rechen- scheinlich um eine Störung. Um diese erkennen zu kön- _; schaltung ist mit 2₃ bezeichnet. Der Schaltungsanord- nen, werden die benachbarten Bildelemente mitbetrach- |' nung werden die Bildelemente E₁ am Eingang Ii züge- tet. Dies ist im Zeitdiagramm Fig.4 dargestellt. Ein führt Sie gelangen direkt zum ersten Eingang 2| der Bildelement £, wird im Zusammenhang der umgeben-Rechenschaltung. Das Bildelement E₁ wird ebenfalls 15 den Bildelemente betrachtet. In Fig.4 soll einem BiIddem Bildspeicher 1 zugeführt, der es um die Dauer eines element jeweils ein Bildpunkt entsprechen. Bei dem Fernsehbildes Γ verzögert. Am zweiten Eingang 2i der Bildelement £, ist es zweckmäßig, die Bildelemente zu Rechenschaltung liegt somit das entsprechende Bildele- berücksichtigen die in der unmittelbaren Umgebung des ment £,_ τ an. Die Rechenschaltung bildet nun die Diffe- zu bewertenden Bildelementes E₁ auftreten. Dies sind renz des zuletzt empfangenen ßüdeiementes ti zum 20 die Bildeiemente, die eine Zeile Tr vorher empfangen Bildelement fj-r. Diese Differenz wird, wenn die Diffe- wurden, die eine Zeile Tr später empfangen werden renz unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes S oder die unmittelbar vor oder nach dem zu bewertenbleibt mit einem Bewertungsfaktor Z multipliziert und den Bildelement E-, auftreten. Diese Bewertung wird zum Bildelement £,_ τ addiert. Das so ermittelte Bildele- möglich durch den Einsatz einfacher Speicher in den ment £/* wird am Ausgang 23 der Rechenschaltung ab- 25 Rechenschaltungen, die nochmals eine Verzögerung um gegeben. jeweils ein Bildelement £, oder eine Fernsehzeile Tr

Ergibt die Differenzbildung eine Überschreitung des bewirken.

vorgegebenen Schwellwertes 5, so wird das zuletzt In F i g. 5 sind das zu bewertende Bildelement £} und

empfangene Bildelement E₁ direkt an den Ausgang wei- die benachbarten Bildelemente £;__n £,_i. JSJ₊₁, £,_+rdar-

tergegeben. Handelt es sich bei den Bildelementen bei- 30 gestellt Weist keines der benachbarten Bildelemente

spielsweise um die Helligkeit von Bildpunkten, so leuch- eine ähnliche Amplitude wie das zu bewertende Bildele-

tet dies Verfahren unmittelbar ein. ment £,· auf, so wird dieses Bildelement aus benachbar-

Für positive Bildelemente ist die Übertragungskennli- ten Bildelementen durch Interpolation errechnet, nie der Rechenschaltung 2 in F i g. 6 dargestellt. Ange- Die Rechenschaltungen weisen keinerlei Besondergeben sind jeweils die Differenzen zwischen Bildele- 35 heiten auf. Sie werden durch Hardware-Schaltungen menten aus aufeinanderfolgenden Fernsehbildern. realisiert

DPCM-Signale müssen vor Anwendung des Verfah-

rens wieder in PCm-Signa'e zurückverwandeli werden. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Beim Prinzipschaltbild nach Fig.2 werden die er-

rechneten Bildelemente E* über dem Bildspeicher 1 auf 40 den zweiten Eingang 2i der Rechenschaltung 2 zurückgeführt Hierdurch ergibt sich eine größere Störunterdrückung, da die errechneten Bildelemente E* bereits eine Störunterdrückung aufweisen und mit den empfangenen Bildelementen E₁ verglichen werden. 45

In F i g. 3 ist das Prinzipschaltbild von F i g. 1 erweitert worden. Die Schaltungsanordnung weist einen zweiten Bildspeicher 3 auf, der an einen dritten Eingang 2» einer erweiterten Rechenschaltung 21 angeschlossen

ist Hierbei werden zwei Differenzbildungen vorgenom- 50 men, die erste Differenz

Eh= E₁- Ε,-τ

und die zweite Differenz 55

D₂ = Ei-Ei-2T

werden der Rechenschaltung 21 zugeführt Die Differenzen werden jeweils mit einem Bewertur.gsfaktor Z\ μ und Zi multipliziert und z. B. zu dem ältesten gespeicherten Büdelement Ei-rr addiert Hierdurch ergibt sich im allgemeinen ein mehr beruhigtes Signal am Ausgang der erweiterten Rechenschaltung 21.

Eine Ausführung entsprechend Fig.2 mit mehreren 55 Silospeichern im Rückkopplungsweg ist natürlich ebenfalls möglich, sie ergibt eine verbesserte Störunterdrük-

Claims

1 2

schreiten, durch Interpolation aus den benachbarten Patentansprüche: Bildelementen ermittelt werden.

1. Verfahren zur Störsignalreduktion bei der

Übertragung digitalisierter Bildsignale, bei dem für 5 die Dauer eines Fernsehbildes zwischengespeicherte

Büdelemente (Ej-_T) mit neu empfangenen Bildele- Verfahren zur Störsignalreduktion bei der Obertra

menten (Ei) verglichen werden und beim Ober- gung digitalisierter Bildsignale, bei dem für die Dauer schreiten eines Schwellwertes (S) durch deren Diffe- eines Fernsehbildes zwischengespeicherte Bildeiemente renz das neu empfangene Bildelement (Ei) weiter- io mit neu empfangenen Bildelementen verglichen werden verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, und beim Oberschreiten eines Schwellwertes durch dedaß nur ein Vergleich der Differenz mit einem einzi- ren Differenz das neu empfangene Bildelement weitergen Schwellwert ^durchgeführt wird verwendet wird.

und daß unterhalb dieses Schwellwertes ein resultie- Zur Verringerung der Datenrate bei der Übertragung

rendes Biidelement 15 von Fernsehsignalen werden verschiedene Methoden

zur Redundanz- und Irrelevanzreduktion eingesetzt Hierfür eignet sich beispielsweise das Differenz-Pulsco-

(E* = Ei-T + Z(Ei — Ei-τ)) de-Modulationsverfahren oder auch verschiedene

Transfonnationsverfahren, bei denen die Signalamplitu-20 den des Fernsehsignals in den Spektralbereich transfor-

durch Multiplikation der Differenz mit einem kon- niiert werden. Durch die Digitalisierung der Signale und stanten Faktor (Z) und Addition zu dem zwischenge- durch eine eventuelle zusätzliche Quantisierung entstespeicherten Biidelement (Ei- τ) ermittelt wird. hen Störsignale, sogenanntes Rauschen, das in der Regel

Z Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch einen menschlichen Beobachter nicht stört oder von ihm gekennzeichnet, daß die empfangenen Bildeiemente 25 gar nicht wahrgenommen wird. Zur Realisierung der (Ei)unverändert zwischengespeichert werden. Datenreduktion weiden sendeseitig Codierer und emp-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch fangsseitig Decodierer eingesetzt. Werden mehrere solgekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des eher Codierer und Decodierer in Reihe geschaltet, kann Schwellwertes (S) die neu ermittelten resultierenden das Störsignal am Ausgang des ersten Decodieren den Bildelemente (E?) für die Dauer eines Fernsehbildes 30 Reduktionsvorgang des nachfolgenden Codierers empzwischenges· sichert und mit den neu empfangenen findlich stören, insbesondere, wenn im Codierer ein Be-Bildelementen f£y verglichen werden. wegungs- oder Änderungsdetektor verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An- Dieser Detektor interpretiert nämlich das Störsignal Sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche (Rauschen) als Bewegung oder Änderung des Bildinhal-Bildelemente (Ε,-rr) für die Dauer von zwei Fern- 35 tes und beeinflußt mit dieser (falschen) Information den sehbildern zwischengespeichert und für die Ermitt- Reduktionsalgorithmus.

lung der resultierenden Bildelemente mitverwendet Als Bildelemente werden solche digitalisierten Signawerden. Ie verstanden, die den Bildinhalt betreffen, z. B. das Lu-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- minanzsignal, ein Färb- oder FarbdJferenzsignal eines zeichnet, daß bei zusätzlich zwischengespeicherten 40 Bildpunktes, ein Spektralwert, wie er sich beispielsweise Bildelementen (Ei-rr) ein resultierendes Bildelement durch Transformation eines aus mehreren Bildpunkten (E* - τ) durch Interpolation aus den zwischengespe'· bestehenden Teilbildes ergibt usw.

cherten Bildelementen (Ei-rr, Ej-τ) und dem neu In der britischen Patentanmeldung GB 20 20 941 A ist

empfangenen Bildelement (Ei) ermittelt werden, ein System zur Reduktion von Störsignalen bei analoger

wenn der Schwellwert (S) zwischen dem relevanten 45 Bildübertragung beschrieben, das über eine rekursive

zwischengespeicherten Bildelement (Ei-τ) und dem Schaltung eine Korrektur der gestörten Bildeiemente

relevanten zusätzlichen zwischengespeicherten durchführt. Hierzu wird jeweils das korrigierte Bildele-

Bildelement (Ε,-2τ) nicht überschritten wird und daß ment in einem Bildspeicher verzögert und mit dem ent-

als resultierendes Bildelement (E*-τ) das entspre- sprechenden Bildelement des folgenden Fernsehbildes

chende zwischengespeicherte Bildelement (Ei-τ) 50 verglichen. Ist die Differenz kleiner als ein erster

verwendet wird, wenn der Schwellwert (S) durch die Schwellwert wird ein korrigiertes Bildelement aus dem

Differenz der jeweils relevanten zwischengespei- verzögerten und dem neu empfangenen Bildelement er-

cherten Bildeiemente (E₁- r, Ei-xr) überschritten mittelt und ausgegeben,

wird. Ist der erste Schwellwert überschritten, wird mit Hilfe

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden An- 55 eines nichtlinearen Schaltkreises ein korrigiertes Bildsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Bild- element ermittelt, dessen Größe sich um so mehr dem elemente des Luminanzsignals berücksichtigt wer- neu empfangenen Bildelement annähert, je mehr sich den und die Chrominanzsignale unverändert blei- die Differenz zwischen den Bildclementen einem zweiben. ten Schwellwert nähert. Nach Überschreiten des zwei-