DE3703896A1

DE3703896A1 - Rauschpegelbewertungsschaltung

Info

Publication number: DE3703896A1
Application number: DE19873703896
Authority: DE
Inventors: Barbara Joan Roeder; Leopold Albert Harwood; Hermann Johann Weckenbrock
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1986-02-07
Filing date: 1987-02-09
Publication date: 1987-08-13
Anticipated expiration: 2007-02-10
Also published as: KR950006238B1; FR2594281B1; GB8702501D0; JP2516758B2; GB2186464B; GB2186464A; KR870008469A; US4684989A; CA1267459C; DE3703896C2; CA1267459A; JPS62190974A; FR2594281A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Bewertung des Betrages von elektrischem Rauschen in Signalen mit redundanten Intervallen.

Die Erfindung soll anhand einer Videosignalverarbeitungsschaltung beschrieben werden, obwohl sie selbstverständlich auch für andere Signalverarbeitungsschaltungen, in denen das zu verarbeitende Signal sich wiederholende oder redundante Information enthält, angewendet werden kann.

Es sind verschiedene Videosignalverarbeitungsschaltungen entworfen worden, die sich in ihren funktionellen Eigenschaften entsprechend dem Rauschabstand des verarbeiteten Signals verändern. Beispiele für solche Schaltungen sind Chrominanzfilter mit programmierbarer Bandbreite, Horizontalentzerrungsschaltungen und rekursive Rauschverminderungsfilter, um nur einige zu nennen. Bei diesen Systemen werden typischerweise einige Parameter durch ein Signal gesteuert, das mit dem Rauschpegel im verarbeiteten Signal korrespondiert.

Der Entwurf einer verhältnismäßig genauen Rauschmeßeinrichtung zur Steuerung derartiger Schaltungen für die Verwendung in Konsumartikeln, wie z. B. einem Fernsehempfänger, ist ein schwieriges Unterfangen. Erstens und vor allem ist es nicht möglich zu unterscheiden zwischen dem Rauschen und dem aktuellen Signal in einem gemittelten Echtzeitvideosignal. Zweitens sollte, da das Rauschen zufallsverteilt ist, die Rauschmessung als Messung des quadratischen Mittelwerts des Rauschens erfolgen. Obwohl Algorithmen bekannt sind zum Messen der mittleren quadratischen Abweichung des Rauschens, sind die zur Durchführung derartiger Algorithmen notwendigen Einrichtungen im allgemeinen derartig komplex oder teuer, daß an die Verwendung in Konsumartikeln nicht zu denken ist. Wegen dieser Schwierigkeiten haben die Entwickler von Videosystemen dahin Zuflucht genommen, Rauschwerte durch Abschätzen zu bewerten.

Da allgemeinere Verfahren zur Abschätzung und Bewertung von Rauschen in Videosignalen besteht darin, die mittlere Wechselstromamplitude von Teilen des Videosignals, die keine Videoinformation enthalten, wie z. B. das Vertikalaustastintervall, zu bestimmen. Dabei wird die Annahme gemacht, daß irgendwelche Wechselstromvariationen in diesen Bereichen des Signals durch Rauschen hervorgerufen werden. Die mittleren Amplitudenwerte der entsprechenden Messungen werden über die Zeit integriert, um genauere Resultate zu erhalten.

Die Rauschmessungen haben die Tendenz relativ statische Messungen zu sein, selbst wenn die Integrationszeit nur kurz ist, z. B. einige Bildperioden. Da Rauschen oft in Form von kurzen Schauern auftritt, die z. B. 25% des wiedergegebenen Bildes umfassen können, sind durch diese statischen Messungen gesteuerte anpassungsfähige Verarbeitungsschaltungen nicht in der Lage, auf diese Art von Rauschen anzusprechen. Außerdem können die das Rauschen begleitenden Bereiche des Videosignals, welche keine Videoinformation enthalten, nicht repräsentativ sein für das in der Videoinformation enthaltene Rauschen. Diese Situation kann auftreten, wenn die Quelle des Videosignals ein Speichermedium ist, welches nur die aktiven Videosignalteile speichert und nichtaktive Signalteile, wie das Vertikal- und Horizontalaustrittsintervall, rekonstruiert.

In der US-PS 42 49 210 (Storey et al.) wird ein Verfahren zur Messung von Rauschpegeln aus den aktiven Teilen des Videosignals beschrieben. Die dort beschriebene Einrichtung bildet Differenzen entsprechender Pixel aufeinanderfolgender Bilder. Wenn keine Zwischenbildbewegung vorliegt, dann enthalten die Pixeldifferenzen ausschließlich Rauschinformation. Wenn dagegen eine Zwischenbildbewegung vorliegt, dann enthalten die Pixeldifferenzen sowohl Bewegungs- als auch Rauschinformation. Bei dem von Storey et al. beschriebenen System wird die Annahme gemacht, daß die Pixeldifferenzen mit dem kleinsten Wert nur Rauschinformation enthalten. Von der Bewegung wird das Rauschen dadurch unterschieden, daß die Pixeldifferenzen mit den kleinsten Werten aus jeder Horizontalzeile von Pixeldifferenzen ausgewählt wird, und diese kleinsten Pixeldifferenzen über eine Bildperiode gemittelt werden. Der gemittelte Differenzwert wird verwendet als eine Abschätzung für das Rauschen für das folgende Bildintervall.

Die bei Storey et al. beschriebene Rauschmeßeinrichtung wird zumindet bei stationären Bildern die Tendenz haben, einen abgeschätzten Wert für das Rauschen zu erzeugen, der geringer ist als der tatsächliche mittlere Rauschbetrag. Zum anderen ist die Einrichtung nicht ausreichend dynamisch, um auf einen Schauer innerhalb eines Bildes anzusprechen, da es den abgeschätzten Wert für das Rauschen nur jede Bildperiode aktualisiert.

In der UK-PA GB 21 02 651A (Ito et al.) wird ein System beschrieben, bei dem Zwischenbildpixeldifferenzen quadriert und dann über ungefähr eine Bildperiode gemittelt werden. Pixeldifferenzen mit Amplituden größer als ein vorgegebener Schwellwert werden in die Mittelwertbildung nicht miteinbezogen aufgrund der Annahme, daß diese Differenzen eine Bewegungsinformation enthalten. Die Genauigkeit dieses Systems zur Messung des Rauschens ist abhängig von der Höhe des vorgegebenen Schwellwertes. In Wirklichkeit sollte dieser Wert verschieden sein für verschiedene Bildkontraste. Die durch dieses System gewonnene Abschätzung für das Rauschen ist nicht ausreichend dynamisch, um aus Rauschen in Form von kurzen Schauern anzusprechen.

Die Methode der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Fähigkeit zu schaffen, verhältnismäßig genaue Abschätzungen für das Rauschen zu bestimmen aus Teilen des Signals einschließlich derjenigen, die einen Verhältnismäßig kleinen Bruchteil der verfügbaren Information des Signals repräsentieren und in denen lokalisierte Schauer auftreten können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Berwerten des Rauschens geschaffen mit einer Eingangsklemme, über die ein Eingangssignal zugeführt wird. Weiter ist eine Einrichtung vorgesehen, die auf das Eingangssignal anspricht, zur Erzeugung von mit Differenzen zwischen im wesentlichen redundanten Intervallen des Eingangssignals korrespondierenden Differenzwerten. Ein Mittelwertbildner erzeugt einen Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl von Differenzwerten. Weiter ist eine Einrichtung zur Erzeugung von Betragswerten der Differenzen zwischen dem Mittelwert und einzelnen zum Mittelwert beitragenden Differenzwerten vorgesehen sowie eine mit der Einrichtung zur Erzeugung von Pegelwerten verbundene Einrichtung, die ein Signal zur Abschätzung des Rauschens erzeugt, welches mit einem Mittelwert einer vorgegebenen Anzahl von Betragswerten korrespondiert.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 3 teilweise in Blockform gehaltene und teilweise schematisierte Diagramme für zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Rauschpegelbewertungsschaltung, wobei die Schaltungen die Abschätzungen für das Rauschen aus eindimensionalen Feldern von Signaldifferenzen erzeugen;

Fig. 2 und 4 Blockdiagramme von Rauschpegelbewertungsschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung, welche die Abschätzungen für das Rauschen aus zweidimensionalen Feldern von Signaldifferenzen erzeugen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Rauschpegelbewertungsschaltung mit einer Vorkehrung zur Reduzierung nachteiliger Effekte von auftretendem sich nicht wiederholenden Signalen.

In den verschiedenen Figuren werden für gleiche Funktionen vorgesehene Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Als für die Rauschpegelbewertung zu verarbeitendes Signal werden Signale mit abgetasteten Daten angenommen und, sofern notwendig, seien die verarbeitenden Elemente synchron mit der Abtastgeschwindigkeit getaktet. Das Signal liege entweder in analoger oder in digitaler Form vor, daher werden die Elemente der Schaltung durch ihre Funktionen repräsentiert. Bei jedem der Funktionselemente handelt es sich um übliche Elemente, welche sowohl in analoger wie in digitaler Ausführung vorliegen, diese werden daher nicht weiter im einzelnen beschrieben. Abhängig von der Wahl der Funktionselemente für die beschriebenen Ausführungsbeispiele können zwischen bestimmten Verarbeitungselementen ausgleichende Verzögerungsglieder notwendig sein, um die gewünschte zeitliche Übereinstimmung von Signalen auf verschiedenen Signalwegen zu erhalten. Der auf dem Gebiet des Schaltungsentwurfs tätige Fachmann wird in der Lage sein, derartige ausgleichende Verzögerungsglieder vorzusehen.

In Fig. 1 ist eine Rauschpegelbewertungsschaltung dargestellt, die ein Rauschpegelbewertungssignal aus Signaldifferenzen zwischen im wesentlichen redundanten Teilen eines Eingangssignals anzeigt. in Fig. 1 wird ein Eingangssignal einer Klemme (5) zugeführt, von der es auf den Eingangsanschluß eines Verzögerungselements (10) und einen Eingangsanschluß eines Subtrahierers (12) gekoppelt wird. Der Ausgangsanschluß des Verzögerungselements (10) ist mit einem zweiten Eingangsanschluß des Subtrahierers (12) verbunden. Der Subtrahierer (12) erzeugt Differenzen zwischen dem Eingangssignal und dem verzögerten Signal des Verzögerungselements (10).

Die Periode der Signalverzögerung durch das Verzögerungselement (10) ist so gewählt, daß sie mit Perioden der Wiederholung oder Redundanz des Eingangssignals übereinstimmt. Wenn das Eingangssignal ein Videosignal ist, wie ein zusammengesetztes Videosignal oder eine der Komponenten des Videosignals, dann tritt im wesentlichen Redundanz auf mit den Horizontalzahlenintervallen, den Halbbildintervallen und dem ganzzahligen Vielfachen der Horizontalzeilen- und Halbbildintervalle. Das Verzögerungselement (10) kann also um eine oder zwei Zeilen oder ein oder zwei Halbbilder etc. verzögern. Die prozentuale Redundanz ist am größten (zumindest für nicht bewegende Bilder) über ein Vollbildintervall (zwei Halbbilder im NTSC-Videosignal) und daher wird ein um ein Vollbild verzögerndes Element vorzuziehen sein.

Für ein Signal mit 100%iger Redundanz bestehen die durch den Subtrahierer (12) erzeugten Differenzwerte ausschließlich aus Beiträgen, die auf das Rauschen zurückzuführen sind. Der Prozentsatz der Zwischenbildsignalredundanz vermindert sich mit zunehmender Bewegung der Bildobjekte zwischen den Vollbildern. Beimn Auftreten von Bewegung zwischen den Vollbildern enthalten die durch den Subtrahierer (12) erzeugten Differenzwerte sowohl Beiträge durch Rauschen als auch durch Information der Bildbewegung. Die Rauschpegelschätzwerte werden erzeugt durch Bestimmen des Mittelwerts von Differenzwerten über ein Zeitintervall und durch Bestimmung des mittleren Betrages der Differenzen zwischen den gemittelten Differenzwerten und ausgewählten speziellen Differenzwerten. Bewegungsbeiträge zu den Differenzwerten haben die Tendenz über die zu mittelnden Intervalle korreliert zu sein und sind daher aus den Rauschbetragschätzwerten herauszumitteln. Rauschbeiträge sind generell nicht korreliert und deren Beiträge zu den Betragsdifferenzen summieren sich konstruktiv. Veränderungen zwischen korrelierten Bewegungsbeiträgen haben die Tendenz, die Rauschpegelschätzwerte nachteilig zu beeinflussen. Der Einfluß dieser Veränderungen kann durch zusätzlichen, weiter unten im Zusammenhang mit Fig. 5 diskutierten Schaltungsaufwand verringert werden.

Weiter werden, wie in Fig. 1 dargestellt, die durch den Subtrahierer (12) erzeugten Signaldifferenzwerte einem Filter zugeführt. Wenn das Eingangssignal ein zusammengesetztes Videosignal ist und der Zwischenträger der laufenden und der verzögerten Chrominanzkomponente gegenphasig sind, dann enthalten die durch den Stubtrahierer (12) erzeugten Signaldifferenzen eine Chrominanzkomponente der doppelten originalen Amplitude. Das Filter (14) ist dafür vorgesehen, die Chrominanzkomponente aus den Differenzwerten zu entfernen, und es kann sich dabei um ein Kerbfilter handeln, welches auf der Frequenz des Chrominanzzwischenträgers zentrierte Signale abschwächt, oder es kann sich um ein Tiefpaßfilter handeln, welches Signalfrequenzen abschwächt, die normalerweise vom gesamten Band der Chrominanzfrequenz besetzt sind. Selbst wenn der verzögerte und der laufende Chrominanzzwischenträger in Phase sind, kann es dennoch wünschenswert sein, ein Filter (14) vorzusehen, welches die Chrominanzkomponenten des Signals abschwächt.

Wenn das Eingangssignal lediglich aus der Luminanzkomponenten des Videosignals besteht, kann auf das Filter (14) verzichtet werden. In ähnlicher Weise kann auf das Filter verzichtet werden, wenn das Eingangssignal lediglich aus der Chrominanzkomponente des Videosignals besteht und das verzögerte und das laufende Signal die gleiche Zwischenträgerphase aufweisen. Es ist zu bemerken, daß anstelle des Subtrahierers (12) ein Addierer vorgesehen und wiederum auf das Filter (14) verzichtet werden kann, wenn das Eingangssignal lediglich aus der Chrominanzkomponente besteht und das laufende und das verzögerte Signal entgegengesetzte Zwischenträgerphasen aufweisen.

Die vom Filter (14) durchgelassenen Differenzwerte werden einer Mittelwertbildnerschaltung (16) zugeführt, die den Mittelwert von N werten bildet, welche während eines Intervalls (N - 1) τ auftreten. Die Periode τ enthält eine ganze Zahl, einschließlich 1, von Abtastperioden. Daher kann der Mittelwertbildner (16) dafür vorgesehen sein, N aufeinanderfolgende Differenzwerte oder N gewählte Werte, z. B. jeden zweiten oder dritten Wert während des Intervalls von N t Abtastperioden, zu mitteln. Es ist vorteilhaft, für N eine Zahl größer als 4 zu wählen.

Die Differenzwerte werden einem Eingangsanschluß eines Addierers (20) zugeführt sowie dem Eingangsanschluß eines Verzögerungselements (28). Das Verzögerungselement (28) leistet eine Verzögerung von N τ Abtastperioden das Ausgangssignal dieses Elements wird dem Subtrahendeneingangsanschluß eines Subtrahierers (26) zugeführt. Das durch den Addierer (20) erzeugte Ausgangssignal entspricht der Summe von N Wertdifferenzen und wird dem Eingangsanschluß eines Verzögerungselements (22) zugeführt. Das Verzögerungselement (22) verzögert die Summenwerte um τ Abtastperioden und die verzögerten Summenwerte werden dem Minuendeneingangsanschluß des Subtrahierers (26) zugeführt.

Die vom Addierer (20) gelieferten Ausgangswerte S _A können durch die Gleichung ausgedrückt werden, wobei sich der Index n auf den laufenden Wert bezieht und der Indexfaktor β gleich der ganzen Zahl von Abtastperioden innerhalb der Verzögerungsperiode τ ist. Der erste Term S _n auf der rechten Seite der Gleichung ist der vom Filter (14) stammende dem Addierer (20) zugeführte Beitrag.

Die Gleichung (1) kann reduziert werden zu welche anzeigt, daß jede Summe von Werten S _A gleich ist der Summe des laufenden Differenzwertes und den N - 1 vorhergehenden Differenzwerten.

Die Summen für die Abtastwerte S _A des Addierers (20) werden einer Dividier- oder Skalierschaltung (24) zugeführt, welche die Summen durch N teilt und die mittleren Abtastwerte an der Klemme A 0 ausgibt.

Abhängig von der Länge des Intervalls, über das die Differenzwerte gemittelt werden, kann es wünschenswert sein, bestimmte Bereiche der Signaldifferenzen von der Mittelwertbildung auszuschließen. Z. B. können Teile des Horizontalaustastintervalls, welche sich nicht wiederholende zusätzliche Digitalinformation enthalten können, darunter fallen. In diesem Fall können die Verzögerungselemente (22) und (28) durch die Wirkung eines Rücksetzimpulses welches aus dem horizontalen Synchronisationssignal erzeugt wird, auf Null gesetzt werden. Da es sich um ein taktgesteuertes System handelt, kann alternativ der Taktgeber während solcher Intervalle angehalten werden. In Fig. 1 werden die Taktsignale in einem Taktgeber (61) erzeugt und, wie dargestellt, dem Mittelwertbildner (16) zugeführt. Im Mittelwertbildner (16) würden die Verzögerungselemente typischerweise synchron mit der Eingangsdatenübertragungsgeschwindigkeit -getaktet werden. Die übrigen Schaltungselemente im Mittelwertbildner (16) können taktgesteuert sein oder auch nicht, je nach den vom Schaltungsentwickler für die angegebenen Funktionen vorgesehenen Schaltungselemente. Die gemittelten Differenzwerte vom Dividierer (24) und die Differenzwerte vom Filter (14) werden einer Schaltung (18) zugeführt, in den Summen der Betragswerte der Differenzen aus den gemittelten Differenzwerten und einzelnen zu den gemittelten Differenzwerten beitragenden Differenzwerten. Die Differenzwerte werden einer Kaskadenschaltung von (M - 1) Verzögerungselementen (30-36) zugeführt. Die Verzögerungselemente (30) bis (36) verzögern jeweils die Differenzwerte um eine Periode τ ₁, die gleich ist einer ganzzahligen Anzahl von Abtastperioden (mindestens eine) und die gleich der Verzögerungsperiode τ sein kann. Die Zahl (M - 1) ist vorzugsweise kleiner als N, da die Zahl (M - 1) die Elimination von Beiträgen aus der Bewegung zu den Schätzwerten für das Rauschen nachteilig beeinflussen würde.

Die Differenzwerte vom Filter (14) und von den jeweiligen Verzögerungselementen (30) bis (36) werden entsprechenden ersten Eingangsanschlüssen von Subtrahierern (40) bis (48) zugeführt. Die gemittelten Differenzwerte vom Dividierer (24) werden jeweils zweiten Eingangsanschlüssen der Subtrahierer (40) bis (48) zugeführt. Jeder der Subtrahierer erzeugt ein Ausgangssignal entsprechend der Differenz zwischen dem mittleren Differenzwert und einem zu diesem Mittelwert beitragenden Differenzwert. Die jeweiligen in den Subtrahierern (40) bis (48) erzeugten Differenzen werden jeweils an Absolutwertschaltungen (50) bis (58) weitergeleitet, welche die Betragswerte der ihnen jeweils zugeführten Differenzen erzeugen. Die jeweiligen Betragswerte werden der Kombinationsschaltung (60) zugeführt, die am Anschluß S ₀ die Summen der Betragswerte erzeugt. Die Betragswertsummen werden einer Dividier- oder Skalierungsschaltung (62) zugeführt, die die Summen zur Erzeugung des mittleren Betragswertes durch den Wert M dividiert. Der gemittelte Betragswert korrespondiert mit dem gewünschten abgeschätzten Rauschbetragswert. Der geschätzte Raumschbetragswert kann durch die Gleichung ausgedrückt werden.

Es sollte festgestellt werden, daß das Verzögerungselement weggelassen und die verzögerten Differenzwerte dem Subtrahierer (26) durch die über ein Verzögerungselement (38) wie in den gestrichelten Linien dargestellt, angeschlossenen Verzögerungselemente (30, 36) zugeführt werden kann. Das Verzögerungselement (38) bewirkt eine Verzögerung um τ ₂, welche die durch das Verzögerungselement (28) und die Kaskadenschaltung von Verzögerungselementen (30) bis (36) hervorgerufene Verzögerungsdifferenz kompensiert.

In der Rauschpegelbewertungsschaltung der Fig. 1 werden Werte eines eindimensionalen Feldes von Abtastwertdifferenzen verarbeitet. Bei einer Videosignalverarbeitungsschaltung entspricht dieses eindimensionale Feld den während einer einzigen Horizontalzeile abgetasteten Differenzwerten. Die Bewertungsschaltung kann darauf ausgedehnt werden, ein zweidimensionales Feld von abgetasteten Differenzwerten aus einer Mehrzahl von Horizontalzeilen zu verarbeiten, wie in Fig. 2 dargestellt.

In Fig. 2 entspricht jedes der Schaltelemente (16 a′, 16 b′ und 16 c′) dem Mittelwertbildner (16) in Fig. 1 und jedes der Schaltelemente (18 a′, 18 b′ und 18 c′) entspricht dem den Differenzmittelwert bildenden Element (18) in Fig. 1.

Die Differenzwerte des Filters (14) werden dem Eingangsanschluß des Mittelwertbildners (16 a′) und dem Eingangsanschluß einer Kaskadenschaltung von Ein-Horizontalzeilen-Verzögerungselementen (65) und (67) zugeführt. Die verzögerten Differenzwerte der Verzögerungselemente (65) und (67) werden zu den Eingangsanschlüssen der Mittelwertbildner (16 b′) bzw. (16 c′) weitergeleitet. Die an die Mittelwertbildner (16 a′, 16 b′ und 16 c′) angelegten Differenzwerte werden auf diese Weise von korrespondierenden Signaldifferenzen dreier aufeinanderfolgender Horizontalbildzeilen abgeleitet. Die Mittelwertbildner (16 a′, 16 b′ und 16 c′) erzeugen jeweils gemittelte Differenzwerte aus den entsprechenden Horizontalzeilen von Differenzwerten. Die so erzeugten Mittelwerte werden an ein Schaltungselement (69) angelegt, welche die drei Mittelwerte summiert und die Summe durch drei teilt, um einen räumlich gemittelten Differenzwert zu erzeugen. Der räumlich gemittelte Differenzwert wird den Mittelwerteingangsanschlüssen (AI) der Mittelwertdifferenzbildungslemente (18 a′, 18 b′ und 18 c′) zugeführt.

Die Differenzwerte des Filters (14) und die verzögerten Differenzwerte von den Verzögerungselementen (65) und (67) werden an die Differenzwerteingangsanschlüsse (DI) der Mittelwertdifferenzbildungselemente (18 a′, 18 b′) bzw. (18 c′) angelegt. Die Mittelwertdifferenzbildungselemente -(18 a′, 18 b′) und (18 c′) bilden die Summen der Betragswerte der Differenzen zwischen dem räumlichen Mittelwert und ausgewählten Differenzwerten (einer Anzahl M) von diesen entsprechenden Horizontalzeilen. Von den Mittelwertdifferenzbildungselementen (18 a′, 18 b′) und (18 c′) erhält ein Schaltungselement (70) die Betragswertsummen, welche die drei Summen addiert und das Resultat durch 3M teilt, um den abgeschätzten Wert für den Rauschpegel zu erzeugen.

Bei einer alternativen (nicht dargestellten) Ausführungsform, welche die Abschätzung eines räumlichen Rauschpegels sicherstellt, wird der Schätzwert für das Rauschen der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung einer Kaskadenschaltung von zwei Ein-Horizontalzeilen- Verzögerungselementen zugeführt und die durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung erzeugten Werte mit den verzögerten Rauschwerten der beiden Ein-Horizontalzeilen-Verzögerungselemente gemittelt.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Rauschpegelbewertungsschaltung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der Mittelwert einer Anzahl von Abtastwerten bestimmt und der Pegelwert der Differenz zwischen dem Mittelwert und einem zur Bildung des Mittelwerts beitragenden Differenzwert erzeugt. Die Anzahl (M + 1) dieser Betragswerte wird gemittelt, um den Rauschpegelschätzwert zu erzeugen.

In Fig. 3 werden die Differenzwerte vom Filter (14) einer Mittelwertbildnerschaltung (16′), welche mit der Mittelwertbildnerschaltung (16) in Fig. 1 korrespondiert, zugeführt. Die im Mittelwertbildner (16′) erzeugten gemittelten Differenzwerte werden einer Differenzbildungsschaltung (76) zugeführt. Die Differenzwerte vom Filter (14) gelangen über ein Verzögerungselement (75) zu einem zweiten Eingangsanschluß der Differenzbildungsschaltung (76). Die Differenzbildungsschaltung (76) erzeugt den Betragswert der Differenz zwischen dem gemittelten Differenzwert und den einzelnen den jeweiligen Eingangsanschlüssen zugeführten Differenzwerten.

Das Verzögerungselement (75) liefert eine geeignete Verzögerung, so daß der vom Mittelwert subtrahierte Differenzwert einem Differenzwert entspricht, welcher (bezüglich der Zeit) in der Nähe der Mittel der Folge der zur Bildung des Mittelwerts beitragenden Werte auftritt.

Die durch die Differenzbildungsschaltung (76) erzeugten Betragswerte werden der Betragswertsummierungsschaltung (78) zugeführt. In der Schaltung (78) werden die Betragswerte einer Kaskadenschaltung von Verzögerungselementen (80) bis (84) zugeführt, von denen jede die Betragswerte um eine ganze Anzahl von Abtastperioden verzögert. Die Betragswerte und die durch die entsprechenden Verzögerungselemente (80) bis (84) verzögerten Betragswerte werden an eine Kombinierungsschaltung (86) angelegt. Die Kombinierungsschaltung (86) bildet die Summen der Betragswerte und der verzögerten Betragswerte. In einem daran angeschlossenen Dividierer (88) werden die Summen dividiert, um einen gemittelten Differenzbetragswert entsprechend dem abgeschätzten Rauschpegelwert zu erzeugen. Der durch die in der Fig. 3 dargestellten Schaltung erzeugte Rauschpegelwert S _out kann ausgedrückt werden durch die Gleichung wobei der Wert k im Index (n - k) mit der durch das Verzögerungselement (75) bewirkten Anzahl von Verzögerungsperioden korrespondiert.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung erzeugt Schätzwerte für den Rauschpegel aus einem eindimensionalen Feld von Differenzwerten. Um aus einem zweidimensionalen Feld von Differenzwerten Rauschpegelschätzwerte zu erhalten, kann die Schaltung wie in Fig. 4 dargestellt, erweitert werden.

In der Fig. 4 entsprechen die Elemente (16′ d, 16′ e) und (16′ f) mit der Mittelwertbildungsschaltung (16) der Fig. 1 das Element (78′) entspricht der Betragswertsummierungsschaltung (78) in der Fig. 3.

Vom Filter (14) gelangen die Differenzwerte zu einer Kaskadenschaltung aus zwei Ein-Horizontalzeilen-Verzögerungselementen (102) und (104). Die Differenzwerte und die verzögerten Differenzwerte von den Verzögerungselementen (102) und (104) werden den Mittelwertbildungsschaltungen (16′ d, 16′ e) und (16′ f) jeweils zugeführt, welche aus Teilen von drei Zeilen aus verschiedenen Abtastungen Mittelwerte bilden. Diese Mittelwerte werden summiert und in einem Schaltungselement (116) gemittelt, um einen räumlichen Differenzmittelwert zu erzeugen. Der räumliche Mittelwert wird jeweiligen ersten Eingangsanschlüssen von Differenzbildungsschaltungen (110, 112, 114) zugeführt. Die Differenzwerte vom Filter (14) werden an einen zweiten Eingangsanschluß der Differenzbildungsschaltung (110) über ein Verzögerungselement (100) angelegt. Die verzögerten Differenzwerte von den Verzögerungselementen (102) und (104) werden an zweite Eingangsanschlüsse der Differenzbildungselemente (112) und (114) über Verzögerungselemente (106) bzw. (108) angelegt. Die Differenzbildungselemente (110, 112) und (114) erzeugen die Betragswerte der Differenz zwischen dem räumlichen Mittelwert und den Differenzwerten von jeder der drei Horizontalzeilen. Von den Schaltungen (110, 112) und (114) werden die Betragswerte einer Schaltung (118) zugeführt, welche die Mittelwerte der drei Betragswerte erzeugt. Die gemittelten Betragswerte entsprechen den vertikal gemittelten Werten und werden der Betragswertsummierungsschaltung (78′) zugeführt, welche die Summe von (M + 1) aufeinanderfolgenden Vertikalmittelwerten bildet. Diese Summen werden im Dividierer (120) durch (M + 1) geteilt, um einen räumlichen Mittelwert der dem abgeschätzten Rauschpegel entsprechende Differenzbetragswerte zu erzeugen.

Die Verzögerungselemente (100, 106) und (108) werden so ausgewählt, daß die Differenzwerte der jeweiligen Zeilen, welche von dem räumlichen Mittelwert subtrahiert werden, den Differenzwerten entsprechen, die in der Nähe der Mitte der Folgen der Differenzwerte der jeweils zum räumlichen Mittelwert beitragenden Zeilen auftreten. Die durch die Verzögerungselemente (100, 106) und (108) bewirkten Abtastverzögerungszeiten können gleich sein, so daß die durch die Elemente (110, 112) und (114) erzeugten Differenzbeträge vertikal fluchten. Alternativ können die Verzögerungselemente (100, 106) und (108) verschiedene Verzögerungsperioden aufweisen, so daß die Differenzbeträge aus z. B. vertikal seitlich versetzten Bildpunkten erzeugt werden.

In Fig. 5 ist eine Rauschpegelbewertungsschaltung dargestellt, welche im wesentlich unempfindlich ist gegen Signalveränderungen, z. B. gegen von Bewegungen herrührenden Beiträgen zu den Differenzwerten. Die dargestellte Ausführungsform gilt für aus einem eindimensionalen Feld von Abtastdifferenzwerten gewonnen Rauschpegelschätzwerten und ist leicht auf zweidimensionale Felder erweiterbar.

Die Differenz der abgestasteten Werte vom Filter (14) wird einer Rauschpegelbewertungsschaltung (140) zugeführt, die dem kombinierten Schaltelementen (16, 18 und 62 der Fig. 1) oder (16′, 75, 76, 78 und 88) der Fig. 3 entspricht. Weiter werden die Differenzwerte vom Filter (14) an ein Verzögerungselement (142) und an einen Eingangsanschluß einer Differenzbildungsschaltung (144) angelegt. Die durch das Verzögerungselement (142) verzögerten Differenzwerte werden einem zweiten Eingangsanschluß der Differenzbildungsschaltung (144) zugeführt. Das Verzögerungselement (142) bewirkt eine Verzögerung um eine oder eine kleine ganze Zahl von Abtastperioden. Das durch die Differenzbildungsschaltung (144) erzeugte Ausgangssignal entspricht dem Betrag der Änderung von gering beabstandeten Differenzwerten. Die Beträge der Änderung werden in einem Komparator (146) mit einem Schwellwert verglichen, wobei ein Impulsausgangssignal erzeugt wird, wenn die Änderung den Schwellwert überschreitet. Der Ausgangsanschluß des Komparators (146) ist mit einem Impulsgenerator (147) verbunden, welcher eine monostabile Kippschaltung oder eine Zählschaltung sein kann. Der auf die Ausgangsimpulse des Komparators ansprechende Impulsgenerator (147) erzeugt einen Ausgangsimpuls einer mit N t Abtastperioden übereinstimmenden Dauer, wobei diese Dauer gleich ist der Zeit, in der die detektierte Bewegungsänderung durch die Mittelwertbildungsschaltung (16) hindurchläuft. Die vom Generator (147) erzeugten Impulse werden dem Steuereingangsanschluß eines selbsthaltenden Schalters (148) zugeführt. Bei dem selbsthaltenden Schalter (148) kann es sich z. B. um den Typ 74 S 373 der Texas Instruments Inc., handeln. Die durch die Bewertungsschaltung (140) gelieferten Rauschpegelschätzwerte werden an die Dateneingangsanschlüsse des selbsthaltenden Schalters (148) angelegt. Beim Nichtvorliegen von durch den Impulsgenerator (147) erzeugten Impulsen werden die abgeschätzten Rauschpegelwerte (S _out) von der Rauschpegelbewertungsschaltung (140) über den selbsthaltenden Schalter (148) kontinuierlich dem Ausgangsanschluß (S′ _out) zugeführt. Wenn jedoch durch den Komparator (146) eine Differenzwertveränderung festgestellt wird, dann erzeugt der Impulsgenerator (147) einen Impuls, welcher den selbsthaltenden Schalter (148) veranlaßt, den der Veränderung vorangehenden Rauschpegelschätzwert festzuhalten und diesen Schätzwert für die Dauer der Impulsperiode auszugeben.

Die Schwellwerte, mit denen der Komparator (146) die Differenzwertänderungen vergleicht, werden durch ein ROM (149) geliefert. Der Schwellwert kann um eine vorgegebene Konstante größer sein als der mittlere erwartete Rauschpegelschätzwert. Alternativ können die Schwellwerte variabel vorgesehen sein als Funktion der Rauschpegelschätzwerte. In diesem Fall werden die Rauschpegelschätzwerte (S′ _out) an den Adresseneingangsanschluß des ROM (149) angelegt. Das ROM (149) ist dann programmiert Schwellwerte entsprechend den Bereichen der als Adresscode angelegten Rauschpegelschätzwerte zu liefern. Für jeden Bereich von Rauschpegelschätzwerten würde dann der Schwellwert so ausgewählt sein, daß er den Bereich um einen kleinen Betrag, z. B. um 8 IRE für Videosignale überschreitet.

Claims

1. Rauschpegelbewertungsschaltung mit einer Eingangsklemme (5), der ein Eingangssignal zugeführt wird, gekennzeichnet durch
einen mit der Eingangsklemme verbundenen Differenzwertbildner (10, 12) zur Erzeugung von Differenzwerten, welche den Differenzen zwischen im wesentlichen redundanten Intervallen des Eingangssignals entsprechen,
einem mit dem Differenzwertbildner verbundenen Mittelwertbildner (16) zur Erzeugung eines Mittelwertes aus einer vorgegebenen Anzahl der Differenzwerte,
einem mit dem Differenzwertbildner und dem Mittelwertbildner verbundenen Pegelwertbildner (18) zur Erzeugung von Betragswerten der Differenzen zwischen dem Mittelwert und einzelnen zum Mittelwert beitragenden Differenzwerten, und
einen mit dem Pegelwertbildner verbundenen Rauschpegelwertgeber (62) zur Erzeugung eines Rauschpegelbewertungssignals, das einem Mittelwert einer vorgegebenen Anzahl von Betragswerten spricht.

2. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal in einem Videosignal besteht, dessen Bildinformation in Vollbild-, Halbbild- und Zeilenintervallen strukturiert ist, und dass der Differenzwertbildner folgendes enthält:
ein mit der Eingangsklemme verbundenes Verzögerungsglied, durch das das Eingangssignal um ein Intervall der Bildinformation verzögert wird, und
eine mit der Eingangsklemme und dem Verzögerungsglied verbundene Einrichtung zur Erzeugung der Differenzwerte entsprechend Differenzen zwischen dem Eingangssignal und dem verzögerten Eingangssignal.

3. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwertbildner folgendes enthält:
einen mit dem Differenzwertbildner verbundenen Summierer zur Erzeugung von Summen aus N aufeinanderfolgenden Differenzwerten, wobei N eine vorgegebene ganze Zahl ist, und
einen mit dem Summierer verbundenen Dividierer zur Division der Summen durch die ganze Zahl N.

4. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschpegelwertgeber folgendes enthält:
eine mit dem Differenzwertbildner verbundene Einrichtung mit einer Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen zur Erzeugung einer Mehrzahl von verzögerten Differenzwerten, welche jeweils um verschiedene ganzzahlige Abtastperioden verzögert sind, eine Mehrzahl von Subtrahierschaltungen mit jeweiligen ersten Eingangsanschlüssen, welche mit dem Mittelwertbildner verbunden sind, und jeweiligen zweiten Eingangsanschlüssen, welche jeweils mit einem der Mehrzahl von Ausgangsanschlüssen verbunden sind, wobei jede der Subtrahierschaltungen an ihren jeweiligen Ausgangsanschlüssen Betragswerte für Differenzen zwischen dem Mittelwert und dem jeweiligen verzögerten Differenzwert erzeugt.

5. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschpegelwertgeber folgendes enthält:
eine Signalkombinationsschaltung mit Eingangsanschlüssen, die jeweils mit den Ausgangsanschlüssen der Subtrahierschaltungen verbunden sind, zur Erzeugung von Summen der durch die Subtrahierschaltungen erzeugten Betragswerte und
eine mit der Signalkombinationsschaltung verbundene Dividierschaltung zur Division der Summen durch einen der Anzahl der Subtrahierschaltungen entsprechenden Wert.

6. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betragswertbildner folgendes enthält:
ein mit dem Differenzwertbildner verbundenes Verzögerungsglied zur Erzeugung eines verzögerten Differenzwertes, und
eine mit dem Mittelwertbildner und dem Verzögerungsglied verbundene Subtrahierschaltung zur Erzeugung eines Betragswerts für die Differenz zwischen dem Mittelwert und dem verzögerten Differenzwert.

7. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauschpegelwertgeber folgendes enthält:
ein mit der Subtrahierschaltung verbundenes weiteres Verzögerungsglied zur Erzeugung einer Mehrzahl von jeweils gegeneinander verzögerten Betragswerten,
eine mit dem weiteren Verzögerungsglied verbundene Einrichtung zur Erzeugung eines Summensignals aus den Betragswerten und
einen mit der Einrichtung zur Erzeugung eines Summenwerts verbundenen Dividierer zur Division der Summe durch eine Zahl, die der Anzahl der zur Bildung des Summensignals beitragenden Betragswerte entspricht.

8. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein Videosignal ist und daß die zu dem Rauschpegelbewertungssignal beitragenden Differenzwerte aus einem eindimensionalen Feld von Differenzwerten ausgewählt werden.

9. Rauschpegelbewertungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangssignal ein Videosignal ist und daß die zum Rauschpegelbewertungssignal beitragenden Differenzwerte aus einem zweidimensionalen Feld von Differenzwerten ausgewählt werden.