DE3711967C1

DE3711967C1 - Arrangement for the planar filtering of television signals

Info

Publication number: DE3711967C1
Application number: DE19873711967
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Habermann
Original assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Current assignee: Institut fuer Rundfunktechnik GmbH
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-04-09
Publication date: 1988-03-03

Abstract

To obtain a checkerboard-like attenuation characteristic in the planar filtering of high-resolution television signals, a delay chain and a chain circuit of adding elements are provided, each adding element being connected with a sum input to a tap on the delay chain via a divider. The overall filter or its series-connected part-filters are in each case mirror-symmetrically constructed, the plane(s) of symmetry extending through the centre of one of the delay chain elements and a filter configuration being formed which corresponds to a 1,1 filter in its simplest form. The input of the overall filter is connected via a series circuit composed of a) constant divider, the dividing factor of which corresponds to the sum of the divider coefficients of the total frame or the product of the sums of the divider coefficients of the part-filters, b) a delay element, the delay time of which corresponds to half the total delay time of the delay chain, and c) an adding element to the output of the overall filter.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine derartige Anordnung ist hinsichtlich ihres planaren Frequenzganges aus "Archiv", Bd. 4 (1982), H. 10, S. 310, bekannt und in Fig. 1 dargestellt.The invention relates to an arrangement according to the preamble of the claim. Such an arrangement is known with regard to its planar frequency response from "Archiv", Vol. 4 (1982), H. 10, p. 310, and is shown in FIG. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte planare Filteranordnung weist eine Laufzeitkette aus Laufzeitgliedern der Laufzeiten τ₁, 2τ₁, τ₂ und 2τ₂ sowie eine Kettenschaltung aus Summiergliedern 1 bis 12 auf. Jedes Summierglied ist mit einem Summeneingang über einen der Teiler 15 bis 28 mit einem Abgriff der Laufzeitkette zwischen zwei aufeinanderfolgenden Laufzeitgliedern verbunden. Die Koeffizienten a₀, a₁, a₃, a₅ der Teiler 15 bis 28 sowie die Laufzeiten der Laufzeitglieder sind so gewählt, daß zwei spiegelsymmetrische Teilfilter 100, 200 gebildet sind. Dabei ist der Ausgang des Teilfilters 100 mit dem Eingang des Teilfilters 200 verbunden. Bei dem Teilfilter 100 verläuft die Symmetrieebene durch das Summierglied 3, den Teiler 18 und den Abgriff zwischen den Laufzeitgliedern der Laufzeit τ₁. Bei dem Teilfilter 200 verläuft die Symmetrieebene durch das Summierglied 9, den Teiler 25 und den Abgriff zwischen den Laufzeitgliedern der Laufzeit τ₂. Ausgehend von der Symmetrieebene des Teilfilters 100 haben die beiden der Symmetrieebene am nächsten liegenden Laufzeitglieder die Laufzeit τ₁, die beiden der Symmetrieebene am zweitnächsten liegenden Laufzeitglieder die Laufzeit 2τ₁ und die beiden von der Symmetrieebene am entferntesten liegenden Laufzeitglieder die Laufzeit 2τ₁. Gleiches gilt sinngemäß bei dem Teilfilter 200 für die Laufzeiten τ₂ und 2τ₂. Der so erzielte Filteraufbau der Teilfilter 100 und 200 entspricht somit einer Anordnung der Schaltelemente, die in ihrer einfachsten Form als 1,2,1-Filter bekannt ist.The planar filter arrangement shown in Fig. 1 has a delay chain of delay elements of the delay times τ ₁, 2 τ ₁, τ ₂ and 2 τ ₂ and a chain circuit of summing elements 1 to 12 . Each summing element is connected to a sum input via one of the dividers 15 to 28 with a tap of the delay chain between two successive delay elements. The coefficients a ₀, a ₁, a ₃, a ₅ of the divider 15 to 28 and the running times of the delay elements are chosen so that two mirror-symmetrical sub-filters 100, 200 are formed. The output of sub-filter 100 is connected to the input of sub-filter 200 . In the partial filter 100 , the plane of symmetry runs through the summing element 3 , the divider 18 and the tap between the delay elements of the delay τ ₁. In the sub-filter 200 , the plane of symmetry runs through the summing element 9 , the divider 25 and the tap between the delay elements of the delay τ ₂. Starting from the plane of symmetry of the partial filter 100 , the two term elements closest to the plane of symmetry have the term τ ₁, the two term elements closest to the plane of symmetry have the term 2 τ ₁ and the two term elements most distant from the plane of symmetry have the term 2 τ ₁. The same applies analogously to the partial filter 200 for the transit times τ ₂ and 2 τ ₂. The filter structure of the partial filters 100 and 200 thus achieved corresponds to an arrangement of the switching elements, which in its simplest form is known as a 1,2,1 filter.

Bei Verwendung der planaren Filteranordnung gemäß Fig. 1 zur Filterung von Fernsehsignalen wird beispielsweise die Laufzeit τ₁ entsprechend der Dauer einer Fernsehzeile (z. B. 64 µs) gewählt, was der Zeitspanne entspricht, die zwischen der Übertragung zweier auf dem Bildschirm im Zeilenabstand vertikal übereinanderliegender Bildpunkte vergeht. Demselben Abstand in der Bildfläche, jedoch in horizontaler Richtung, entspricht die Zeitspanne oder Laufzeit τ₂. Hierdurch ergibt sich folgendes, in Fig. 2a gezeigtes planares Schema für die Lage der Bildorte, welche zu einem bestimmten Zeitpunkt zum Ausgangssignal der planaren Filteranordnung nach Fig. 1 beitragen. Die linke Hälfte des Schemas entspricht dem Teilfilter 100, während die rechte Hälfte des Schemas dem Teilfilter 200 entspricht. Die Symmetrieebenen der Teilfilter 100, 200 laufen bei dieser Darstellung jeweils durch den Koordinatenursprung.When using the planar filter arrangement according to FIG. 1 for filtering television signals, for example, the transit time τ ₁ is selected in accordance with the duration of a television line (z. B. 64 µs), which corresponds to the time period between the transmission of two on the screen in the line spacing vertically superimposed pixels pass. The same distance in the image area, but in the horizontal direction, corresponds to the time span or transit time τ ₂. This results in the following planar diagram, shown in FIG. 2a, for the position of the image locations, which contribute to the output signal of the planar filter arrangement according to FIG. 1 at a specific point in time. The left half of the scheme corresponds to sub-filter 100 , while the right half of the scheme corresponds to sub-filter 200 . The planes of symmetry of the partial filters 100, 200 each run through the coordinate origin in this representation.

Entsprechend der Wahl der Laufzeit τ₁ und 2τ₁ liegen in der linken Hälfte des Schemas die Bildpunktorte spiegelsymmetrisch zur X-Achse, und zwar in gegenseitigen Abständen, welche den gegenseitigen Laufzeit- bzw. Zeilenabständen y₀ bzw. 2y₀ im Bild entsprechen. In der rechten Hälfte des Schemas liegen die Bildorte spiegelsymmetrisch zur Y-Achse in gegenseitigen Abständen x₀ bzw. 2x₀, die entsprechend der Wahl der Laufzeiten τ₂ und 2τ₂ den Abständen y₀ bzw. 2y₀ gleich sind. Infolge der Serienschaltung der beiden Teilfilter 100, 200 tragen neben dem in Fig. 2a gezeigten Bildpunkten weitere Bildpunkte gemäß Fig. 2b anteilmäßig zum Ausgangssignal bei, und die Übertragungscharakteristika beider Teilfilter 100, 200 werden miteinander multipliziert. Ordnet man die Koeffizienten a₀ bis a₅ der Teiler 15 bis 28 gemäß der Beschriftung in Fig. 1 und wählt ihre Größe in geeigneter Weise, so läßt sich beispielsweise eine planare Übertragungscharakteristik gemäß Fig. 3 erzielen. In X- und Y-Richtung von Fig. 3 sind horizontale bzw. vertikale Bildfrequenzen f _x bzw. f _y aufgetragen, in Z-Richtung die Bildsignalamplitude als Funktion der horizontalen und vertikalen Bildfrequenz. Filter dieser Art werden vorteilhaft z. B. für die Vorfilterung von Fernsehsignalen eingesetzt, deren Abtastwerte zum Zwecke der Bandbreiten- oder Bitratenreduktion verringert werden soll. Geht man von einer orthogonal in vertikaler Richtung (Zeilenstruktur, Zeilendauer τ₁ bzw. Zeilenabstand y₀) und in horizontaler Richtung (Bildpunktstruktur, Abtastperiode τ₂ bzw. Bildpunktabstand x₀) Bildfläche (Fig. 4a) aus, so ergibt sich in der zweidimensionalen Spektraldarstellung die in Fig. 4b gezeigte Anordnung von Basisbandbereich (gestrichelt gezeichnet) und Wiederholungsbandbereichen. Die Zentren der Bereiche (durch Kreise gekennzeichnet) haben in dieser f _x,f _y-Darstellung horizontale bzw. vertikale Abstände von 1/τ₂ bzw. 1/τ₁. Soll die Abtastrate horizontal und vertikal auf je die Hälfte verringert werden (Fig. 4c), so ist dies gleichbedeutend mit der Bildung zusätzlicher Bereichszentren (in Fig. 4b durch Dreiecke gekennzeichnet) mit entsprechend verkleinerter nutzbarer Größe (verringerte Auflösung; für das Basisband kariert gekennzeichnet).According to the choice of the transit time τ ₁ and 2 τ ₁ in the left half of the diagram, the pixel locations are mirror-symmetrical to the X axis, at mutual distances which correspond to the mutual transit time or line spacing y ₀ or 2 y ₀ in the image . In the right half of the diagram, the image locations are mirror-symmetrical to the Y axis at mutual distances x ₀ and 2 x ₀, which are the same as the distances y ₀ and 2 y ₀ depending on the choice of the transit times τ ₂ and 2 τ ₂. As a result of the series connection of the two sub-filters 100, 200 , in addition to the pixels shown in FIG. 2a, further pixels according to FIG. 2b contribute proportionally to the output signal, and the transmission characteristics of both sub-filters 100, 200 are multiplied together. If the coefficients a ₀ to a ₅ of the dividers 15 to 28 are arranged according to the labeling in FIG. 1 and their size is selected in a suitable manner, then a planar transmission characteristic according to FIG. 3 can be achieved, for example. Horizontal and vertical image frequencies f _x and f _{y are} plotted in the X and Y direction of FIG. 3, and the image signal amplitude as a function of the horizontal and vertical image frequency in the Z direction. Filters of this type are advantageous for. B. used for the pre-filtering of television signals whose samples are to be reduced for the purpose of bandwidth or bit rate reduction. If one proceeds from an orthogonal in the vertical direction (line structure, line duration τ ₁ or line spacing y ₀) and in the horizontal direction (pixel structure, sampling period τ ₂ or pixel spacing x ₀) image area ( Fig. 4a), it results in the two-dimensional Spectral representation of the arrangement shown in Fig. 4b of the baseband region (shown in broken lines) and repetitive band regions. The centers of the areas (indicated by circles) have horizontal or vertical distances of 1 / τ ₂ or 1 / τ ₁ in this f _x , f _y representation. If the sampling rate is to be reduced horizontally and vertically to half each ( Fig. 4c), this is synonymous with the formation of additional area centers (indicated by triangles in Fig. 4b) with a correspondingly reduced usable size (reduced resolution; marked for the baseband checkered) ).

Damit die ursprünglich vorhandene Information nicht mit den neu gebildeten Wiederholspektren überlappt, was zur Bildung störender Aliasprodukte führt, müssen vor der Abwärtsabtastung die ursprünglichen Bereiche auf die Größe der neu zu bildenden Bereiche verkleinert werden. Dazu müssen die in Fig. 4b gepunkteten Zonen ausgefiltert werden, was durch ein Filter gemäß Fig. 1 mit der Übertragungscharakteristik nach Fig. 3 mit guter Genauigkeit geleistet wird.So that the originally available information does not overlap with the newly formed repetition spectra, which leads to the formation of disturbing alias products, the original areas must be reduced to the size of the areas to be newly formed before the downsampling. For this purpose, the zones dotted in FIG. 4b must be filtered out, which is achieved with good accuracy by a filter according to FIG. 1 with the transmission characteristic according to FIG. 3.

Ein häufig benutztes Verfahren zur Reduktion von Bandbreite und/oder Abtastrate ist die in Fig. 5a gezeigte Offsetabtastung. Durch sie entstehen Wiederholungsbereichzentren bei den Raumfrequenzen f (x = ±1/2τ₂, y = ±1/2τ₁) (Fig. 5b). Die Vorfilterung kann sich hier auf Bereiche des Originalspektrums (in Fig. 5b gepunktet gezeichnet) beschränken, in denen höherfrequente diagonale Strukturen angesiedelt sind. Es ist der Vorteil der Diagonalfilterung, daß das Auge die Abschwächung oder das Fehlen dieser Strukturen weniger störend wahrnimmt als das von horizontalen und vertikalen Strukturen. Ein Vergleich mit Fig. 4b zeigt, daß ein Filter gemäß Fig. 1 diese Filterung ausführen könnte, allerdings dabei unnötigerweise den nutzbaren Bereich (kariert hervorgehoben) in horizontalen und vertikalen Details ebenfalls beschränken würde.A frequently used method for reducing bandwidth and / or sampling rate is the offset sampling shown in FIG. 5a. They create repetition area centers at the spatial frequencies f ( x = ± 1/2 τ ₂, y = ± 1/2 τ ₁) ( Fig. 5b). The pre-filtering can be limited to areas of the original spectrum (shown in dotted lines in FIG. 5b) in which higher-frequency diagonal structures are located. It is the advantage of diagonal filtering that the eye perceives the weakening or the absence of these structures less disruptively than that of horizontal and vertical structures. A comparison with FIG. 4b shows that a filter according to FIG. 1 could carry out this filtering, but would also unnecessarily restrict the usable area (highlighted with a check) in horizontal and vertical details.

Die Aufgabe, die gewünschte schachbrettartige Verteilung von Durchlaß- und Sperrbereichen gemäß Fig. 5b weitgehend ideal zu realisieren, wird durch eine Anordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The object of largely ideally realizing the desired checkerboard-like distribution of pass and blocking areas according to FIG. 5b is achieved by an arrangement according to claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt. Das dort gezeigte Filter umfaßt Teilfilter 300 und 400, welche sechs Abgriffe mit den drei Koeffizienten a₁, a₃, a₅ besitzen. Rein äußerlich unterscheidet es sich vom Filter in Fig. 1 durch den Wegfall der in den Symmetrieebenen liegenden Abgriffe, an deren Stelle eine bereits erwähnte, die gesamte Kettenanordnung überbrückende Serienschaltung 500, Verzögerung 30 mit Teiler 31 getreten ist.An embodiment of an arrangement according to the invention is shown in FIG. 6. The filter shown there includes sub-filters 300 and 400 , which have six taps with the three coefficients a ₁, a ₃, a ₅. Purely externally, it differs from the filter in FIG. 1 by the omission of the taps lying in the symmetry planes, in the place of which a series circuit 500 , delay 30 with delay 30 with divider 31 , which bridges the entire chain arrangement, has taken the place.

Ein Realisierungsbeispiel benutzt die TeilungskoeffizientenAn implementation example uses the division coefficients

a₁= 0,44 a₃= -0,118 a₅= 0,0315 a _bp= 0,5 a ₁ = 0.44 a ₃ = -0.118 a ₅ = 0.0315 a _bp = 0.5

Wird fernerWill further

τ _m = 2τ₁ und t _n = 2τ₂ τ _m = 2 τ ₁ and t _n = 2 τ ₂

gewählt, so ergibt sich zunächst planar eine schachbrettartig verlaufende Dämpfungscharakteristik, deren Übergängen zwischen Sperr- und Durchlaßbereich parallel zur f _x- bzw. f _y-Achse ausgerichtet sind (Fig. 7a). Eine Anpassung der Durchlaßcharakteristik an die speziellen Forderungen des oben angegebenen Beispiels läßt sich durch Drehung und Dehnung der Charakteristik relativ zum Achsenkreuz erzielen. Fig. 7b zeigt das Resultat, das mit den punktierten bzw. nichtpunktierten Bereichen von Fig. 5b konform ist. Insbesondere folgt die Projektion der Höhenlinie entsprechend einer Dämpfung von 6 dB auf die f _x/f _y-Ebene genau den in Fig. 5b zu sehenden Trennungslinien zwischen Durchlaß- und Sperrbereich. Die Drehung und Dehnung läßt sich schaltungsmäßig durch Verändern der Laufzeitglieder mitselected, the result is initially a checkerboard-like damping characteristic, the transitions between the blocking and the passband are aligned parallel to the f _x or f _y axis ( FIG. 7a). The passage characteristic can be adapted to the special requirements of the example given above by rotating and stretching the characteristic relative to the axis cross. FIG. 7b shows the result, which conforms to the dotted or non-dotted areas of FIG. 5b. In particular, the projection of the contour line corresponding to an attenuation of 6 dB onto the f _x / f _y plane exactly follows the dividing lines between the pass band and the stop band that can be seen in FIG. 5 b. The rotation and elongation can be changed in terms of circuitry by changing the delay elements

τ _m = t₁-τ₂ und τ _n = τ₁+τ₂ τ _m = t ₁- τ ₂ and τ _n = τ ₁ + τ ₂

erzielen.achieve.

Claims

Arrangement for the planar filtering of television signals, in particular television signals of high resolution to achieve a checkerboard-like attenuation curve, with a delay chain and a chain connection of summing elements, each summing element being connected to a tap of the delay chain with a sum input via a divider, and either the total filter or its filter Sub-filters connected in series are each mirror-symmetrical, characterized in that the plane of symmetry (s) runs through the center of one of the delay chain links and a filter configuration is formed which corresponds in its simplest form to a 1.1 filter, and that the input of the overall filter via a series connection

a) a constant divider whose division factor corresponds to the sum of the divider coefficients of the overall image or the product of the sum of the divider coefficients of the sub-filters,
(b) a maturity element, the maturity of which corresponds to half the total maturity of the maturity chain, and
c) an adder with the output of the overall filter

connected is.