DE3538735A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum verdecken von fehlern in einem digitalen videosignal - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ver­ decken von Fehlern in einem digitalen Videosignal nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Solche Verfahren sind in der Vergangenheit verschie­ dentlich bekannt geworden, so beispielsweise aus der Zeitschrift "BBC Research Report", 1976/1, Februar 76, Seite 1 bis 7. Bei diesem bekannten Verfahren werden Fehler in einem geschlossen codierten Farb­ videosignal verdeckt. Dabei unterliegen die zur Ab­ leitung der an die Stelle der gestörten Bildpunkte einzufügenden Bildpunkte gewissen Einschränkungen hinsichtlich ihrer Lage bezüglich der Farbträger­ schwingungen. Als weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß keine symmetrische Approximation der Werte benachbarter Bildpunkte möglich ist. Damit verbunden kommt es zu Fehlern bezüglich des zeitlichen Ablaufs innerhalb eines mit hoher Datenrate zu verarbeitenden digitalen Videosignals.

Es ist daher bereits weiter bekannt, mittels Transver­ salfilterstrukturen das gestörte digitale Wort für einen Bildpunkt durch ein anderes digitales Wort zu ersetzen, das symmetrisch aus den beidseitig zu dem gestörten Wort liegenden Worten nach einem vorgege­ benen Algorithmus berechnet ist, in dem mit zuneh­ mender Entfernung zu dem gestörten Wort veränder­ liche Koeffizienten bei der Mittelwertbildung be­ rücksichtigt werden. Werden beidseitig des gestörten Bildpunkte n ungestörte Bildpunkte zur Bildung des Ersatzwertes herangezogen, so ist eine Filterstruktur erforderlich, die (2n+1) Bildpunkte enthält. Die Realisierung einer solchen Transversalfilterstruktur erfordert einen erheblichen schaltungstechnischen Aufwand, da n im Interesse einer möglichst guten Anpassung des Ersatzwortes an dem Wert des ungestörten Wortes groß zu wählen ist. Bei einer Filterlänge mit beispielsweise 21 Koeffizienten sind ebenso viele digitale Multiplizierer erforderlich, die jedoch nur im Störungsfall zur Bildung des Ersatzwertes heran­ gezogen werden. In der übrigen, im allgemeinen über­ wiegenden, Zeit werden die unter Zuhilfenahme der Multplizierer gebildeten Signalanteile nicht be­ nötigt.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunütze, daß es notwendig, aber auch ausreichend ist, nur im Fehler­ falle zur Bildung eines Ersatzwertes die ungestörten benachbarten Bildpunkte heranzuziehen und zu bewerten. Dies führt zu einer adaptiven Filterstruktur, die mit einem wesentlich geringeren schaltungstechnischen Auf­ wand realisiert werden kann.

Wird bei einem solchen adaptiven Filter die Bedingung der symmetrischen Interpolation eines gestörten Daten­ wortes aus den jeweils benachbarten ungestörten Daten­ worten aufrechterhalten, so verkürzt sich bei höheren Fehlerraten, d.h. dichter Folge von Störungen, die jeweils für die Interpolation nutzbare Filterlänge. Dabei werden jedoch gestörte Bildpunkte zuverlässig vom Interpolationsvorgang ausgeschlossen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verdecken von Fehlern in einem digitalen Farbvideosignal mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber der Feh­ lerverdeckung mit herkömmlichen Transversalfilter­ strukturen den Vorteil, daß sich die Filterlänge an den Fehlerabstand im wiedergegebenen Signal anpaßt. Weiter ist von Vorteil, daß für die Interpolation eines Ersatzwertes für einen gestörten Bildpunkt nur ungestörte Bildpunkte herangezogen werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maß­ nahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ver­ besserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich, sowie vorteilhafte Schaltungsanordnungen zu dessen Durchführung angegeben. Besonders vorteilhaft ist dabei, daß sich die Anzahl der Schaltungselemente zur Koeffizientenbildung entscheidend verringert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Be­ schreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das Prinzip der Fehlerverdeckung mit symmetrischer Approximation,

Fig. 2 als Blockschaltbild eine adaptive Filterstruktur zur Durchführung des Verfahrens zur Fehlerver­ deckung nach Fig. 1,

Fig. 3 das Prinzip der symmetrischen übergreifenden Approximation bei höherer Fehlerrate des wie­ dergegebenen Videosingals,

Fig. 4 ebenfalls als Blockschaltbild eine abgewandelte Filter-Struktur zur Durchführung des Fehlerver­ deckungsverfahrens nach Fig. 3.

Fig. 1 zeigt die aktuelle Fernsehzeile mit einer Reihe von Bildpunkten, von denen der Punkt m als gestört an­ genommen ist und von einer Anzahl ungestörter vorher­ gehender Bildpunkte m-1 bis m-h und einer ebenso großen Anzahl ungestörter folgender Bildpunkte m+1 bis m+h umgeben ist.

Eine bekannte Methode zur Fehlerverdeckung ist der Er­ satz des Wortes m für den gestörten Bildpunkt durch symmetrische Approximation aus den Worten für die un­ gestörten Bildpunkte zu beiden Seiten des aktuellen gestörten Bildpunktes m. Dabei werden eine gleiche Anzahl von ungestörten Bildpunkten aus dem Teil der Zeile der dem gestörten Wort folgt und dem Teil der Zeile der dem gestörten Wort vorausgeht unter Berück­ sichtigung entsprechender Koeffizienten, die sich mit dem Abstand vom aktuellen Bildpunkt ändern, zur Bil­ dung des Ersatzwortes herangezogen. Dabei gelingt im allgemeinen die Überdeckung des Fehlers um so besser, je mehr ungestörte Bildpunkte zu beiden Seiten des gestörten Bildpunktes zur Bildung des Ersatzwortes herangezogen werden können.

Herkömmliche Transversalfilter, die zur Fehlerverdeckung verwendet werden, weisen daher eine erhebliche Länge auf. So sind Transversalfilter mit einer großen Anzahl digitaler Multiplizierer zur Koeffizientenbildung ver­ sehen, die nur mit großem Schaltungsaufwand realisiert werden können und in der überwiegenden Zeit im Leerlauf betrieben werden, d.h., das ständig gebildete Ersatz­ signal wird nur fallweise, nämlich im Fehlerfalle, be­ nötigt und an den Schaltungsausgang durchgeschaltet. Um zu verhindern, daß bei stark gestörten Übertragungs­ strecken bei symmetrischer Mittelwertbildung auch ge­ störte weitere Bildpunkte zur Mittelwertbildung heran­ gezogen werden und dadurch das Ergebnis verfälschen, müssen bei den bekannten Fehlerverdeckungsverfahren unter Anwendung bekannter Filterstrukturen besondere Maßnahmen getroffen werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 vermeidet solche Fehler, indem zur Mittelwertbildung nur soviel unge­ störte Bildpunkte herangezogen werden, wie beidseitig in ununterbrochener Folge, vom aktuellen gestörten Bildpunkt angerechnet, vorhanden sind. Das bei 1 ein­ treffende Signal, das in fortlaufender Folge von Bild­ punkten den Bildinhalt repräsentiert, wird dazu in einer Verzögerungsstufe 2 eine Grundverzögerung unter­ worfen, welche beispielsweise dem maximalen zeitlichen Abstand der zur Bildung eines Mittelwertes noch heran­ gezogenen Bildpunktes zu dem aktuellen gestörten Bild­ punkt entspricht. Gleichzeitig wird das bei 1 eingehende Signal in der Fehlererkennungsstufe 3 nach bestimmten Krierien auf Störungen hin untersucht. Eine Logik­ schaltung 4 veranlaßt im Fall eines auftretenden Fehlers einen Zähler 5, der beispielsweise ein pro­ grammierbarer Zähler sein kann, zum Ermitteln der Ordnungszahl der jeweils durchlaufenden ungestörten Bildpunkte zu dem durch die Fehlererkennungsschaltung 3 erkannten fehlerhaften Bildpunkt, und zwar sowohl vorlaufend als auch nachlaufend. Gleichzeitig werden aus dem Koeffizientenspeicher 6 der beispielsweise in Form eines programmierbaren nur Lesespeichers (PROM) realisiert sein kann, die für jeden Bildpunkt in einem bestimmten Abstand zu aktuellen gestörten Bildpunkten niedergelegten Koeffizienten abgerufen und in der Multiplizierstufe 7 mit den Bildpunkten multipliziert, das heißt die Bildpunkte werden ent­ sprechend ihrer Ordnungszahl bewertet. Die einzelnen Produkte dieses Bewertungsvorganges, also die be­ werteten Worte für die ungestörten Bildpunkte symme­ trisch zu beiden Seiten des gestörten Bildpunktes werden einer Addierstufe 8 zugeleitet, die zusammen mit dem Register 9 einen sogenannten Akkumulator 10 bildet. In den Akkumulator 10 werden solange bewertete ungestörte Bildpunkte vom Beginn der Fehlererkennung ab eingeladen, bis die Symmetriebedingung erfüllt und ein möglichst genauer Ersatzwert für den gestörten Bildpunkt m gebildet ist. Die Logikschaltung 4 betä­ tigt danach den Umschalter 11 in der Weise, daß nach dem Eintreffen des in der Verzögerungsstufe 2 lauf­ zeitangepaßten Eingangssignal von dem aktuellen ge­ störten Bildpunkt m auf den im Akkumulator 10 ge­ speicherten Ersatzwert umgeschaltet wird.

Wie bereits erwähnt kann bei der Wiedergabe von di­ ditalen Videosignalen von stark gestörten Übertra­ gungsstrecken die Fehlerhäufigkeit so groß sein, daß für die Mittelwertbildung unter Berücksichtigung der Symmetriebedingung weniger ungestörte Bildpunkte herangezogen werden können als der Filterlänge ent­ spricht. Ein solcher Fall ist in Fig. 3 dargestellt, in der sowohl der Bildpunkt m als auch der Bild­ punkt m-5 als fehlerhaft erkannt wurde. Sowohl für den Bildpunkt m als auch für den Bildpunkt m-5 stehen daher wegen der einzuhaltenden Symmetriebedingung nur jeweils zwei ungestörte Bildpunkte für die Mit­ telwertbildung zur Verfügung. Dieser Fall ist durch die Pfeile oberhalb der betrachteten Bildzeile in Fig. 3 dargestellt. Für die Schaltungsanordnung in Fig. 2 bedeutet dies, daß der Zähler 5 erst dann für die Bildung eines Mittelwertes für einen weiteren gestörten Bildpunkt zur Verfügung steht, wenn der vorherige Prozeß der Mittelwertbildung abgeschlossen und die Teilergebnisse in den Akkumulator 10 einge­ laden sind. Dies bedeutet, daß sich das Filter nach der Schaltung Fig. 2 der Fehlerrate anpaßt.

Wie bereits erwähnt ist es erwünscht, für die Mittel­ wertbildung möglichst viele ungestörte Bildpunkte zu beiden Seiten des zu verdeckenden aktuellen gestörten Bildpunktes heranzuziehen, um möglichst gute Ver­ deckungsergebnisse zu erhalten. In dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel sollten also vier Bildpunkte jeweils zu beiden Seiten der gestörten Bildpunkte m bzw. m-5 zur Mittelwertbildung herangezogen werden, wie dies in der unteren Hälfte der Fig. 3 durch ent­ sprechende Pfeile dargestellt ist. Wie ersichtlich werden dabei die zwischen den beiden gestörten Bildpunkten m und m-5 liegenden Bildpunkte m-1 bis m-4 jeweils zur Mittelwertbildung für den gestörten Bildpunkt m und ebenfalls gestörten Bildpunkt m-5 benutzt.

Fig. 4 zeigt in stark vereinfachter Form eine Schal­ tungsanordnung zur Durchführung eines solchen Fehler­ verdeckungsverfahrens. Prinzipiell entspricht die Schaltung einer verdoppelten Filterstruktur nach Fig. 2 mit gemeinsamer Eingangsstufe zur Fehlerer­ kennung und Eingangssignalverzögerung und einem ge­ meinsamen Umschalter für den Ersatz eines aktuellen gestörten Bildpunktes durch einen der mit in den Akkumulatoren gespeicherten Ersatzwerte. Die Funktion der in Fig. 4 dargestellten Blockschalt­ elemente entspricht im wesentlichen der Funktions­ weise der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsteile, sie sind daher mit gleichen Bezugszeichen unter Zu­ satz des Zeichens A für den oberen Zweig und des Zei­ chens B für den unteren Zweig versehen.

Das bei 41 anstehende Eingangssignal wird in der für beide Zweige gemeinsamen Verzögerungs- und Fehler­ erkennungsschaltung 42, 43 aufbereitet. Auftretende Fehler im übertragenen Signal beeinflussen die bei­ den Logikschaltungen 4 A und 4 B in der Weise, daß die Fehler abwechselnd von dem Schaltungszweig A (obere Hälfte der Schaltung) und vom Zweig B (untere Hälfte der Schaltung) verarbeitet werden. Die Zähler 5 A und 5 B können also überdeckend die gleichen ungestörten Bildpunkte zur Mittelwertbildung für verschiedene fehlerhafte Bildpunkte heranziehen und so den Feh­ lerverdeckungsgrad verbessern. Die vom Zähler 5 A geordneten und im Koeffizientenspeicher 6 A bewerteten Bildpunkte werden in der Multiplizierstufe 7 A zusammen­ gefaßt und dem Akkumulator 10 A zur Summierung aller bewerteten Bildpunkte als Ersatz für einen fehlerhaften Bildpunkt überstellt. In gleicher Weise werden die von der Logik 4 B ausgewählten fehlerfreien Bildpunkte vom Zähler 5 B geordnet und in dem Koeffizientenspeicher 6 B bewertet. Diese werden im Filter-Akkumulator 10 B subsummiert und ebenso wie die im Akkumulator 10 A aufsummierten Ersatzwerte dem Umschalter 44 zugeleitet. Der Umschalter 44 hat in Abweichung von der Schalteinrichtung 11 in Fig. 2 drei Schaltstellungen die es ermöglichen, zwischen dem ungestörten verzögerten Signal auf der Leitung 45 und abwechselnd einem der Signale von den Ausgängen der Akkumulatoren 10 A bzw. B zu wählen. Am Ausgang des Umschalters 44 steht dann das fehlerverdeckte Ausgangssignal an.

Claims (6)

1. Verfahren zum Verdecken von Fehlern in einem digital codierten Videosignal, bei welchem anstelle eines Wertes eines gestörten Bildpunktes ein von benach­ barten Bildpunkten abgeleiteter Wert tritt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten eines gestörten Bildpunktes eine vorgegebene Anzahl diesem gestörten Bildpunkt vorangehender und nachfolgender ungestörter Bildpunkte mit entsprechenden Koeffizienten versehen und diese bewerteten Bildpunkte in einem aus einem Addierer und einem Register bestehenden Filter- Akkumulator eingeschrieben werden, daß das Eingangs­ signal einer Grundverzögerung unterworfen wird und daß beim Eintreffen eines gestörten Wertes für einen Bildpunkt der im Filter-Akkumulator gebildete Ersatz­ wert an dessen Stelle in das Videosignal eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der abgeleitete Wert unter Einschaltung von Koeffizienten aus der größtmöglichen symmetrischen Anzahl aufeinanderfolgender ungestörter Bildpunkte durch Aufsummierung der bewerteten Bildpunkte entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zur Bildung des abgeleiteten Wertes heranzuziehenden ungestörten Bildpunkte durch die Fehlerdichte im übertragenen Signal bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Werteableitung von der Ordnungszahl der ungestörten Bildpunkte abhängigen Koeffizienten in Abhängigkeit von dem Fehlerabstand im übertragenen Farbvideosignal geändert werden.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Filterstruktur mit einer Eingangsschaltung zur Fehlererkennung und Signalverzögerung mit wenigstens einem Zähler zum Bestimmen des Abstandes der ungestörten Bildpunkte zu dem aktuellen fehlerhaften Bildpunkt, durch wenigstens einen Koeffizientenspeicher zum Bestimmen des Bewertungsfaktors für jeden ungestörten Bildpunkt, wobei der Bewertungsfehler abhängig ist von dem Abstand dieses Bildpunktes vom gestörten und von der eingestellten Filterlänge die mit dem Fehlerabstand variiert wird, und durch wenigstens eine Akkumulatoreinheit zum Subsummieren der ungestörten bewerteten Bildpunkte zu dem Ersatzwert für den gestörten Bildpunkt, durch einen Umschalter zum Umschalten von dem unbehandelten Videosignal auf den Ersatzwert und wenigstens einen Logikschaltkreis zum Steuern des wenigstens einen Zählers, Koeffizienten­ speichers, Akkumulators und des Umschalters.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch parallele Anordnung zweier Filterstrukturen mit gemeinsamen Eingangsschaltkreis und Umschalter am Ausgang und einem Logikschaltkreis zum abwechselnden Einschalten der beiden Filterstrukturen beim jedesmaligen Auftreten eines Fehlers im übertragenen Videosignals.