DE3612934A1 - Verfahren und anordnung zum additiven mischen von digitalen videosignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Beim additiven Mischen von Videosignalen wird eines der Signale mit einem Mischkoeffizienten multipli­ ziert, welcher Werte zwischen 0 und 1 annehmen kann, während das andere Signal mit der Differenz zwischen 1 und dem Mischkoeffizienten multipliziert wird. Da­ nach werden die Signale addiert. Bei digitalen Video­ signalen ist diese Mischung bildpunktweise vorzuneh­ men. Dabei kann ein Multiplizierer eingespart wer­ den, indem man die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten zu mischenden digitalen Videosignal mit dem Mischkoeffizienten multipliziert und von dem ersten zu mischenden digitalen Videosignal abzieht.

Durch die endliche Anzahl von Quantisierungsstufen bei digitalen Videosignalen treten Quantisierungsfeh­ ler auf. Die derzeit am häufigsten bei der digitalen Übertragung und Verarbeitung von Videosignalen ange­ wandte Quantisierung auf der Basis von 8 Bit stellt einen Kompromiß zwischen der Bildqualität einerseits und technischen-wirtschaftlichen Gesichtspunkten andererseits dar. Dieser Kompromiß hat zur Folge, daß bei den meisten Bildvorlagen Quantisierungsfeh­ ler nicht störend in Erscheinung treten, daß jedoch in extremen Situationen, wie sie auch beim additiven Mischen von digitalen Videosignalen auftreten, Quan­ tisierungsfehler sichtbar werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Quantisierungsfehler weitgehend unsichtbar werden und daß auch sogenannte Jalousie- Effekte im wesentlichen vermieden werden. Als weite­ rer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anzusehen, daß der Störabstand der digitalen Video­ signale dabei nicht verschlechtert wird.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah­ men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse­ rungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung sowie vorteilhafte Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.

Besonders vorteilhaft ist es, das Vorzeichen des Dithersignals von Zeile zu Zeile und/oder von Bild zu Bild wechseln zu lassen. Damit werden die Quanti­ sierungseffekte nicht nur in horizontaler, sondern in vertikaler Richtung und/oder auch zeitlich verwür­ felt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch den Signalverlauf in einem additiven Mischer für digitale Videosignale,

Fig. 2 eine Schaltung zur Aufbereitung des Dither­ signals und

Fig. 3 als Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zum additiven Mischen zweier digitaler Farb­ fernsehsignale.

Bevor auf Fig. 1 eingegangen wird, sei kurz der Vor­ gang des additiven Mischens erläutert. Dabei werden einem Mischer zwei Videosignale A und B zugeführt. Das Ausgangssignal C des Mischers folgt der Formel C=A×(1-k)+B×k. Dabei kann der Mischkoef­ fizient k Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Soll bei­ spielsweise vom Signal A auf Signal B übergeblendet werden, so wird der Mischkoeffizient von k=0 bis k=1 verändert. Unter der Voraussetzung, daß die Signale A und B bezüglich ihrer Maximalamplitude nor­ miert sind, behält dabei das Ausgangssignal C eben­ falls den normierten Wert bei. Diese Mischer, auch AB-Mischer genannt, können sowohl in analoger als auch in digitaler Technik ausgeführt werden. Durch Umformung der obigen Gleichung in C=A-(A-B)×k erhält man lediglich eine Multi­ plikation, was insbesondere bei der digitalen Reali­ sierung derartiger Mischer zu einer Aufwandsverminde­ rung führt.

Entsprechend dieser Formel ist das in Fig. 1 darge­ stellte Schema ausgelegt. Die beiden Eingangssignale A und B werden jeweils mit einer Breite von 8 Bit einer Subtrahierschaltung 1 zugeführt. Die Differenz der Signale A und B wird in einer Multiplizierschal­ tung 2 mit dem Mischkoeffizienten k multipliziert. Das Produkt wird dann in einer zweiten Subtrahier­ schaltung 3 vom Eingangssignal A abgezogen, woraus das Ausgangssignal C ebenfalls mit einer Breite von 8 Bit entsteht. Ein vorzugsweise manuell einstell­ bares Mischsignal M wird mit einer Breite von eben­ falls 8 Bit einer Addierschaltung 4 zugeführt, welcher ferner das Dithersignal mit einer Breite von 1 oder gegebenenfalls 2 Bit zugeleitet wird. Der Mischkoeffizient k folgt demnach der Gleichung k=M+c(t).

Mit Hilfe der in Fig. 2 schematisch angedeuteten An­ ordnung wird ein Dithersignal c(t) erzeugt, welches von Bildpunkt zu Bildpunkt, von Zeile zu Zeile und von Bild zu Bild die Polarität ändert, wodurch nicht nur eine Verwürfelung der Quantisierungseffekte in horizontaler Richtung, sondern auch in vertikaler Richtung und zeitlich erfolgt. Entsprechende mäander­ förmige Signale werden über UND-Schaltungen 5, 6 dem Steuereingang eines Umschalters 7 zugeführt. In Fig. 2 bedeuten f _B die Bildfrequenz, f _H die Zeilenfre­ quenz und f _S die Abtastfrequenz, d. h. die Bildpunkt­ frequenz.

Ein einstellbarer Amplitudenwert c _o wird einem Ein­ gang des Umschalters 7 direkt und dem anderen Ein­ gang über einen Invertierer 8 zugeführt. Im Takt der Ausgangssignale der UND-Schaltung 6 leitet der Um­ schalter 7 einmal den nichtinvertierten Wert c _o und einmal den invertierten Wert -c _o als Dithersignal c(t) weiter.

Mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltungsanordnung können Dithersignale mit einer Breite von einem Bit aber auch durch Verwendung von entsprechend vielen Invertierern und Umschaltern Dithersignale mit einer größeren Bitbreite erzeugt werden. Mögliche Amplitu­ denwerte in einem 8-Bit-System sind in Fig. 2 bei­ spielhaft angegeben. Bei der Addition des Dithersig­ nals c(t) zum Mischsignal M kann die Addition bei der geringstwertigen Stelle oder - falls eine größere Amplitude des Dithersignals gewünscht sein sollte - an höherwertigen Stellen erfolgen. Der kleinste damit zu erreichende Spitzenwert des Dither­ signals entspricht zwei Quantisierungsstufen. Es ist jedoch auch möglich, ein Dithersignal mit einer Gesamtamplitude von einer Quantisierungsstufe zu erzeugen, indem der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 anstelle eines Amplitudenwertes c _o des Dithersignals die geringstwertige Stelle (LSB) des Mischsignals M zugeführt und bildpunktweise abwechselnd invertiert bzw. nicht invertiert wird.

Die in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellte Schal­ tungsanordnung dient zur Mischung von zwei digitalen Farbfernsehsignalen, bei welchen jeweils das digi­ tale Leuchtdichtesignal und das digitale Farbart­ signal zeitmultiplex, beispielsweise nach dem Schema Y U Y V Y U . . ., vorliegen. Die digitalen Videosig­ nale A und B werden von den Eingängen 11 und 12 jeweils einem Umschalter 13 und 14 zugeführt, welche mit einem Takt derart gesteuert werden, daß jeweils ein digitales Luminanzsignal AL bzw. BL am oberen Ausgang und jeweils ein digitales Farbartsignal AF bzw. BF am unteren Ausgang anliegt. Ein Mischsignal M wird einem weiteren Eingang 15 zugeführt und in einer Schaltung 16, welche der Schaltung nach Fig. 2 entspricht, mit einem Dithersignal versehen. Das somit entstandene dem Mischkoeffizienten k entspre­ chende Signal wird jeweils einem Eingang der Multi­ plizierschaltungen 17, 18 zugeführt.

Gegenüber der schematischen Darstellung gemäß Fig. 1 sind bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 anstel­ le der Subtrahierschaltungen Addierschaltungen vor­ gesehen. Das Ergebnis ist jedoch das gleiche, da jeweils ein Signal vor der Addition invertiert und um den Wert 1 erhöht wird. In Abhängigkeit davon, ob bei der Addition ein Übertrag entsteht, wird entwe­ der das Ergebnis der Addition oder das invertierte Ergebnis, welches um 1 erhöht wird, weitergeleitet. Im Leuchtdichtekanal dienen dazu die Addierschaltung 20, der Invertierer 21 und der Invertierer 22, durch welche jeweils auch eine 1 zu dem invertierten Sig­ nal hinzuaddiert wird, sowie der Invertierer 23 für den Übertrag. Ferner ist ein Umschalter 24 vorge­ sehen, welcher bei Vorhandensein eines Übertrags bei der Addierschaltung 20 die obere Stellung einnimmt.

Das Ausgangssignal SL der Multiplizierschaltung wird entweder direkt oder über einen Invertierer 26 und über einen weiteren Umschalter 25, welcher ebenfalls vom Invertierer 23 gesteuert wird, einer Addierschal­ tung 27 zugeführt, deren Ausgang mit dem Ausgangsum­ schalter 28 verbunden ist. Dieser erzeugt aus den durch die Mischung entstandenen Signalen CL und CF wieder ein digitales Multiplexsignal, welches an einem Ausgang 29 zur Verfügung steht.

Der Farbartkanal ist ähnlich wie der Leuchtdichteka­ nal aufgebaut und besteht neben der Multiplizier­ schaltung 18 aus der Addierschaltung 30, den Inver­ tierern 31, 32, 33 und 36 sowie den Umschaltern 34 und 35. In einer Addierschaltung 37 wird das Aus­ gangsfarbartsignal CF gebildet.

Während die Leuchtdichtesignale nur positive Werte umfassen, können die Farbartsignale sowohl positive als auch negative Werte einnehmen. Ordnet man den Amplitudenbereich des Farbartsignals dem gleichen Wertebereich zu, dem auch der Amplitudenbereich des Leuchtdichtesignals zugeordnet ist, so ergibt sich ein Nullwert des Farbartsignals bei 50% des Amplitu­ denbereichs des Leuchtdichtesignals. Das höchstwer­ tige Bit des Farbartsignals gibt somit dessen Vor­ zeichen an. Um eine vorzeichenrichtige Addition bzw. Subtraktion durchzuführen, werden daher die höchst­ wertigen Bits beider Farbartsignale (MSB AF und MSB BF) der Schaltung 33 zugeführt und die Schalter 34 und 35 entsprechend gesteuert.

Claims (7)

1. Verfahren zum additiven Mischen von digi­ talen Videosignalen, wobei ein Mischkoeffizient als digitales Mischsignal zugeführt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Mischsignal ein Dithersignal überlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz des Dithersignals der halben Bild­ punktfrequenz der digitalen Videosignale entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dithersignal dadurch gebildet wird, daß eine Stelle, vorzugsweise die geringstwertige Stelle, des Mischsignals während jedes zweiten Bildpunktes inver­ tiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dithersignal dadurch abgeleitet wird, daß dem Mischsignal ein vorgegebener Wert abwechselnd jeweils während eines Bildpunktes addiert und subtra­ hiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Vorzeichen des Dithersignals von Zeile zu Zeile und/oder von Bild zu Bild wechselt.

6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einer Multiplizierschaltung (2) einerseits die Differenz der zu mischenden digitalen Videosignale und andererseits das Mischsignal mit dem überlager­ ten Dithersignal zugeführt ist und daß an den Ausgang der Multiplizierschaltung ein Eingang einer Subtrahierschaltung (3) angeschlossen ist, derem anderen Eingang eines der zu mischenden digitalen Videosignale zugeleitet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung des Dithersignals ein schaltbarer Invertierer (7, 8) vorgesehen ist.