DE3782932T2 - Im echtzeitbetrieb arbeitende lokale videobildverbesserung mit trennbaren zweidimensionalen filtern. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Video-Bildverbesserung beim Echtzeitbetrieb eines Raster-Video-Bildsignals unter Verwendung statistischer Werte des Signals entsprechend lokalen Segmenten des Rasterbildes.
• Die Qualität der Darstellung eines Bildes in einem Videosystem kann vermindert sein durch äußere Video-Informationen in Form von z.B. Schatten-Variationen, die von nicht einheitlicher Beleuchtung der dargestellten Szene herrühren.
• Derartiges 'Hintergrund-Geräusch' der Szene addiert eine niedrigfrequente Komponente zu dem Videosignal und führt zu einer Vergrößerung des Aussteuerbereichs des Signals. Wenn der Aussteuerbereich des Videosignals den Aussteuerbereich des Wiedergabe-Apparats übersteigt, können Einzelheiten des Bildes mit geringen Kontrasten verlorengehen.
• Ein Versuch zur Entfernung des Beitrags der niederfrequenten Störung an dem Aussteuerbereich des Videosignals - zwecks Darstellung auch von Einzelheiten mit geringem Kontrast - besteht darin, das Videosignal einer konventionellen lokalen Kontrastverstärkung zu unterwerfen, wodurch die Wirkung derartiger Störungen reduziert wird. Bekannte Verfahren dieser Art verstärken den lokalen Kontrast, der auf statistischen Abweichungen von Bildwerten in dem lokalen Bereich beruht.
• Ein Beispiel dieser lokal angepaßten Verstärkung findet sich in dem Artikel 'Local Adaptive Enhancement: A General Discussion In Fast Implementations' von E.C. Driscoll et al, erschienen als Protokoll des 1983er Symposiums 'Machine Processing of Remotely Sensed Data'. Siehe auch FR-A-2 575 885. Ein Versuch einer Durchführung eines Algorithmus für eine lokale Kontrastverstärkung in Echtzeit findet sich in 'Real-Time Adaptive Contrast Enhancement', von P.M. Narendra et al, in IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE, Vol. PAMI-3, Nr. 6, November 1981.
• Bei dem Narendra-Apparat wird die statistische Berechnung des lokalen Bildsignals ausgeführt durch einen trennbaren zweidimensionalen Tiefpaß-Filter. Der Filter besteht aus einem konventionellen ersten Filterabschnitt zur Filterung in horizontaler Richtung; der horizontale Filterabschnitt ist in Serie mit einem wiederholenden Filter erster Ordnung, der in vertikaler Richtung filtert. Hieraus resultiert eine räumliche Phasen-Verzögerung zwischen dem von dem Videosignal produzierten Bild und dem Auslaßsignal des Filters. Deshalb sind die statistischen Werte an einem Punkt der Bildszene, die gerade von dem Filter ausgewertet werden, nur gegründet auf einen asymmetrischen lokalen Bereich, der sich an den Bildpunkt annähert, diesen aber nicht umrundet. Daher berücksichtigen diese errechneten statistischen Werte nicht die charakteristischen Bildwerte des lokalisierten Bildpunktes im übrigen.
• Demgegenüber schafft die Erfindung einen Apparat zur Erzeugung eines multidimensional gefilterten Auslaß-Signals aus einem zeitveränderlichen, ein raster-abgetastetes Bild ergebenden Eingangssignal, gekennzeichnet durch ein erstes, auf das Eingangssignal ansprechendes Filtermittel höherer Ordnung zur Erzeugung eines in einer Dimension gefilterten Signals, welches repräsentativ/typisch ist für die Abhängigkeit des Eingangs-Signals von wenigstens einer ersten Filterfunktion mit einer ersten Filter-Bandbreite;
• Mittel zur Erzeugung einer Vielzahl von Größensignalen, jedes entsprechend dem Wert eines aus einem Satz von Filter- Zustandsvariablen;
• ein zweites Filtermittel höherer Ordnung, ansprechend auf die Größen-Signale und auf das genannte gefilterte Signal, um das gefilterte Signal einer zweiten Filterbandbreite auszusetzen zur Erzeugung eines multidimensional gefilterten Auslaß-Signals, welches typisch/charakteristisch ist für die Abhängigkeit des Eingangssignals von der ersten und der zweiten Filterfunktion; und auf die erste und die zweite Filterbandbreiten ansprechende Mittel zur Einstellung der Phase des multidimensional gefilterten Auslaß-Signals, um die räumliche Phase des Auslaß-Signals (im wesentlichen) auszurichten mit der räumlichen Phase des Eingangs-Signals.
• Auf diese Weise wird ein Apparat verwirklicht, der eine lokale Bildverbesserung erreicht, unter Verwendung statistischer Werte für Punkte des Bildes, die hergeleitet werden von lokalen Bereichen der Umgebung eines bestimmten Punktes. Raster-Signale können in Echtzeit verarbeitet werden, ohne räumliche Phasenverzögerung zwischen den zu verarbeitenden Werten und den verarbeiteten Werten.
• Der Apparat liefert in vorteilhafter Weise ein Ausgangs- Videosignal mit verbessertem Bildkontrast. Der Apparat kann einen Prozessor-Abschnitt enthalten, der anspricht auf das Eingangssignal und auf ein oder mehrere Signale entsprechend statistischen Werten des Eingangssignals durch Kombination des Eingangssignals und statistischer Wertsignale zur Erzeugung des Ausgangssignals. Der Verarbeitungsabschnitt kann das statistische Wertsignal erhalten von einem Filterabschnitt höherer Ordnung, der anspricht auf das Eingangssignal durch Herstellung eines statistischen Signals, gegründet auf Charakteristika in dem Eingangssignal von einem vorbestimmten Bereich des von dem Eingangssignal produzierten Rasters. Ein - zwischen dem Verarbeitungsabschnitt und dem Filterabschnitt eingeschalteter - Phasenabgleichs-Abschnitt richtet die Phase des statistischen Signals aus gegenüber der Phase des Eingangssignals und liefert das phasen-justierte statistische Signal an den Verarbeitungsabschnitt.
• Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise beschrieben anhand der Zeichnungen:
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des Apparates gemäß der Erfindung zur Ausführung einer lokal angepaßten Kontrastverstärkung eines Eingangssignals, welches ein rastergetastetes Videosignal liefert;
• Fig. 2 ist ein erklärendes Blockdiagramm der Arbeitsweise eines trennbaren, zweidimensionalen Filters über eine repräsentative horizontale Linie in dem Videoraster, hergestellt durch ein Video-Eingangssignal;
• Fig. 3A ist ein schematisches Diagramm einer Hardware-Ausführung eines trennbaren, zweidimensionalen Filters für den Apparat nach Fig. 1;
• Fig. 3B ist ein Blockdiagramm einer digitalen Kontroll-Logik zur Steuerung des Filters nach Fig. 3a;
• Fig. 4 ist ein Zeit-Diagramm der zeitlichen Funktionen des Filters nach Fig. 3;
• Fig. 5 ist ein Blockdiagramm der Speicherorganisation einer Feldspeicherung des Filters nach Fig. 3 nebst zugehörigen Elementen;
• und Fig. 6 ist ein Diagramm eines Ausschnittes aus dem durch das Eingangssignal produzierten Raster, und zeigt, wie ein von dem trennbaren Filter nach Fig. 3 erzeugtes statistisches Signal in Phase ausgerichtet wird mit dem an den Eingang des Apparats nach Fig. 1 angelegten Videosignal.
• Ein Gerät gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Der Eingang in das Gerät besteht aus einem üblichen RS-170 Videosignal, das hergestellt wurde von einem Video-Aufnahmegerät, wie Vidicon, Laser Disc Gerät oder Videokassetten-Recorder. Wie bekannt, kann ein RS-170 Signal direkt einem normalen Videomonitor mit CRT Bildschirm zugeführt werden, auf welchem ein durch das Eingangssignal modulierter Elektronenstrahl ein Raster-Bild erzeugt. Der Elektronenstrahl wird üblicherweise von links nach rechts über den Bildschirm geführt, zur Abtastung einer horizontalen Linie, mit einer schnellen Rückkehr jeweils zum linken Rand und von oben nach unten in aufeinanderfolgenden Linien. Vom unteren Rand des Schirmes wird der Elektronenstrahl zurückgeführt zur oberen linken Ecke, in einem fortlaufend wiederholten Prozeß. Üblicherweise wird durch die Bewegung des Strahles ein rechteckiges Muster abgetastet, ein sogenanntes Raster. Die Bewegung des Strahls wird Raster-Abtastung genannt.
• Der Videostandard in den USA sieht vor, 525 Rasterlinien bei 30 Rasterbildern je Sekunde, jedes Rasterbild besteht aus zwei ineinandergefügten Feldern von 262,5 Linien, 60mal pro Sekunde.
• Der hier beschriebene Apparat verwendet eine neue Hardware- Struktur zur Verbesserung, in Echtzeit, der Qualität eines Bildes, welches produziert wird durch einen von einem Video- Eingangssignal modulierten Elektronenstrahl. Der Ausdruck 'Echtzeit' bedeutet z.B., daß der Apparat im gleichen Takt bzw. gleichzeitig arbeitet mit einem normalen Video-Eingangssignal ohne Signalschwund, zur gleichzeitigen Darstellung lebender Video-Bilder in der gleichen Art und Weise wie mit herkömmlichen Fernsehgeräten, bei bedeutend verbesserter Bildqualität. Der Apparat verwendet sowohl digitale wie analoge Verfahren zur Verbesserung z.B. des Kontrastes der Bilddarstellung.
• Es gibt Algorithmen, die in elektronischer Hardware eingesetzt werden können zur Erzeugung normaler Video-Signale in Echtzeit. Ein solcher Algorithmus beschreibt einen Prozeß zur lokalen Anpassung der Kontrast-Steuerung eines Video-Bildes. Dieser Algorithmus ist in Fig. 1 als eq (1) bezeichnet (entsprechend equation = Gleichung (1)). In Gleichung (1) bedeutet Z ein hergestelltes Video-Ausgangssignal mit verbessertem Kontrast, das aus einem Eingangssignal X mittels des adaptiven Algorithmus erzeugt wurde; ist der Mittelwert von X an einem lokalen Gebiet des Videobildes, das von dem Signal X erzeugt wurde; MD ist die vorbestimmte mittlere Helligkeit; δX ist die Standardabweichung von X innerhalb des lokalisierten Gebietes; δD ist die gewünschte Standardabweichung; und α bestimmt das Niveau der gewünschten Hintergrund-Vorspannung des Videobildes.
• Der Algorithmus gemäß Gleichung (1) kann umgesetzt werden in Hardware von einem ausreichend geschulten Schaltungsingenieur mit Erfahrung im Entwurf von analogen Videoschaltungen mit gegebenen X und Eingängen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Algorithmus gemäß Anspruch 1 ausgeführt bzw. verkörpert in einem Echtzeit-Videoprozessor-block 10.
• Das Eingangssignal Xin , daß dem Prozessorblock 10 zugeführt wird, wird geliefert von einem Video-Vorkonditionierungsblock 12, der ein Video-Eingangssignal erhält von irgendeiner gebräuchlichen Video-Signalquelle und dieses Signal konditioniert. Diese Vorkonditionierung kann z.B. einschließen eine Gleichstrom-Wiederherstellungsoperation, wodurch eine Gleichstromreferenz für die Digitale Verarbeitung aufgenommen wird. Die Vorkonditionierung kann auch eine Austast-Zwischenschaltung umfassen, bestehend aus einem künstlichen Spannungsniveau während des Video-Austastintervalls, Verstärkungsregelung und Widerstandsanpassung.
• Das vorkonditionierte Video-Signal wird dem Prozessorblock 10 zugeführt, welcher die Gleichung (1) umsetzt in Intensitätsschwankungen des von dem Video-Signal repräsentierten Bildes, um den Bildkontrast zu verschärfen und Einzelheiten des Bildes zu betonen. Der Algorithmus erreicht diese Ziele durch Entfernen ungewünschter Anteile von Hintergrundkomponenten von dem Signal, wie Niederfrequenz-Schwankungen, die z.B. von nicht optimaler Beleuchtung der Szene herrühren. Der Algorithmus überlegt dann einen Kontrast in örtliche Gebiete des Bildes bis zum gewünschten Ausmaß.
• Ein herkömmlicher Synchronisations-Abgreifer und Zeitsteuerkreis 14 erfaßt die horizontalen und vertikalen Synchronisations- Komponenten des Eingangssignals und wendet an Standardzeitsteuer- und Synchronisations-Schaltungen zur Erzeugung eines Signals zur VSYNC Darstellung der vertikalen Synchronisation des Signals des Beginns eines Videofeldes. Der Synchronisations- Abgreifer 14 liefert auch ein HSYNC Signal, welches den Beginn einer horizontal gewobbelten Linie anzeigt. Ferner sind vorgesehen ein Signal A/D CLK, welches Takt gibt für Umkehr-Komponenten, und ein MASTER CLK Signal zum Takten und Synchronisieren verschiedener Operationen in dem Apparat.
• Die nötigen Variablen zur Ausführung des in dem Prozessorblock 10 verkörperten Algorithmus sind alles Eingangswerte zu dem Block als Spannungs-Signale. Die Variablen X und δX sind abgeleitet von einem Paar zweidimensionaler, programmierbarer Tiefpaß-Filter 16 und 18, die weiter unten im Detail beschrieben werden. Die anderen Variablen δD, α, MD und A werden erhalten von Ausgängen der variablen Gleichstrom-Quellen (nicht gezeigt), die eingestellt werden durch Einstellmechanismen 20, 21, 22 und 23. Die Spannungsquellen 20-23 können z.B. Potentiometer umfassen, die mit einer gewöhnlichen Gleichstromquelle verbunden sind. Die beiden Filter 16 und 18 sind Filter höherer Ordnung, d.h. sie verkörpern beide Filterfunktionen der Ordnung II oder höher. Der Prozessorblock 10 liefert als Ausgangssignal das vorkonditionierte Video-Eingangssignal X und die absolute Differenz zwischen X und an die Filter 16 bzw. 18. Diese Variablen sind vorzugsweise in der Form von Spannungssignalen als Eingangssignale zu den Filtern. Zusätzlich liefert eine andere variable Spannungsquelle (nicht gezeigt), justiert durch den Justiermechanismus 24, ein Eingangssignal an beide Filter 16 und 18, wodurch die Bandbreite der Filter bestimmt wird, wie weiter unten beschrieben. Schließlich liefert ein herkömmlicher, einpoliger Ausschalter 25 ein Stillstandssignal an beide Filter 16 und 18, welches den weiter unten beschriebenen Effekt erzeugt.
• Die Arbeitsweise der Filter 16 und 18 ist grundsätzlich in Fig.2 illustriert. Wie bekannt, kann die Berechnung der lokalen, gewichteten Mittelwerte und der angenäherten lokal gewichteten Standardabweichung δX durchgeführt werden durch Tiefpaß-Filterung von X und der absoluten Werte von X- , jeweils. Weil die Berechnung dieser statistischen Werte über ein örtliches Gebiet durchgeführt werden soll, ist die Filtration zweidimensional. D.h. die Filtration muß sowohl in horizontaler wie in vertikaler Richtung über das gewünschte Gebiet durchgeführt werden. Zweidimensionale Filtrierung ist illustriert in Fig. 2, wo ein Eingang (welcher entweder X oder der absolute Wert von X- ist) eingegeben wird auf einen horizontalen Tiefpaß-Filter, der jede Linie des Eingangs-Videosignals filtert. In Serie mit dem horizontalen Filter ist eine Anordnung einer Anzahl vertikaler Filter, einer angezeigt mit 27, wodurch die Filterung des Eingangssignals in vertikaler Richtung durchgeführt wird. Vorzugsweise ist eine ausreichende Menge vertikaler Filter vorgesehen, um den Anforderungen an ausreichende Probenamen des horizontal gefilterten Signals zu entsprechen. Jeder der vertikalen Filter hat eine wirksame Bandbreite derart, daß das Filter eine Mehrzahl von Abtastlinien abdeckt. Die Bandbreiten sowohl der horizontalen wie der vertikalen Filtern können von diesen Grenzwerten nach unten verstellt werden durch Abtasterfordernisse, zur Schaffung lokaler Gebiete größerer Wirksamkeit, über welche die statistischen Werte berechnet werden.
• Grundsätzlich kann also jede Linie des von dem Eingangs-Videosignal gelieferten und von dem horizontalen Filter 26 gefilterten Bildes betrachtet werden als getrennt in N aufeinanderfolgende vertikale Filter-Segmente VF. Jedes VF-Segment jeder Linie wird verarbeitet durch entsprechende vertikale Filtersegmente 27. Die Verarbeitungszeit jedes Segments ist bestimmt durch die zusammengesetzte Bandbreite der beiden Filter.
• Fig. 3A illustriert eine bevorzugte Struktur der Filter 16 und 18 von Fig. 1. Die Filter 16 und 18 sind gesteuert durch digitale Steuerlogik 30 (gezeigt in Fig. 3B), vorzugsweise in Form einer programmierbaren Logik-Reihe (PLA), welche die MASTER CLK, HSYNC und VSYNC Signale empfängt. Zusätzlich wird der Auslaß der variablen, von dem Mechanismus 24 justierten Spannungsquelle in digitaler Form der Logikschaltung 30 zugeführt durch einen konventionellen Analog-Digital (A/D) Konverter 33, der ein digitales Signal D erzeugt, welches einen Code entsprechend dem DAC Signalniveau erzeugt, welches zu dem Eingang des Konverters geliefert wird. Die digitale Steuerlogik 30 liefert, unter anderem, die folgenden repräsentativen Signale, die nützlich sind zur Steuerung der Operation der Filter: Rücksetzen R; Verriegelung (L&sub1; und L&sub2;); Ausgangs-Übertragung (OT); Zustands- Variablen-Übertragung (T); Adressierung (AO - Ai); Schreiben (WR); Auslaß-Auswahl (OS); und Abtastprobe (SH).
• Das Filter von Fig. 3 hat einen horizontalen Filterabschnitt 32 höherer Ordnung, der als Eingangssignal entweder X oder den absoluten X- empfängt. Das horizontale Filter 32 umfaßt vorzugsweise ein konventionelles, aktives, zustandsvariables Filter zweiter Ordnung, mit einem Eingangs-Summen-Verstärker 40, einem ersten integrierenden Verstärker 42 und einem zweiten integrierenden Verstärker 43. Die Bandbreite jedes der integrierenden Verstärker 42 und 43 ist festgestellt durch die RC-Zeitkonstante, die gegeben ist durch einen Widerstand und die Kapazität, die angeschlossen sind an den invertierten Einlaß- Anschluß. Jede der Bandbreiten kann justiert werden durch Justierung eines der digital gesteuerten Widerstände 41 bzw. 45. Das digitale Signal, das die digitalen Widerstände 41 und 45 steuert, ist das Steuersignal D. Das Steuersignal D wird abgenommen vom Ausgang des A/D Konverters 33 und ist daher festgesetzt durch Justierung der variablen Spannungsquelle, die durch den Mechanismus 24 gesteuert ist.
• Der Filter von Fig. 3 hat auch einen vertikalen Filterabschnitt 44, der den gefilterten Auslaß des horizontalen Filters, über Signalleitung 46 erhält und verarbeitet. Der vertikale Filterabschnitt 44 hat einen zweiten tiefpaß-zustands-variablen Filter zweiter Ordnung, der einen summierenden Verstärker 48 und integrierende Verstärker 50 und 52 umfaßt. Die Bandbreite des integrierenden Verstärkers 50 ist festgesetzt durch das RC- Produkt des digital gesteuerten Widerstands 53 und des integrierenden Kondensators 54. In ähnlicher Weise wird die Bandbreite des integrierenden Verstärkers 52 eingestellt durch den digital gesteuerten Widerstand 45 und integrierenden Kondensator 56.
• Das Filter nach Fig. 3 hat auch einen ersten, konventionellen Abtast- und Halte- (S/H) Kreis 58, angeschlossen zum Abtasten der Spannung an dem integrierenden Kondensator 54. Ein Rücksetzschalter 59 wird geschlossen nach der Betätigung des S/H Schaltkreises 58 zum Entladen des integrierenden Kondensators 54. Ähnlich greift ein S/H Kreis 60 die Spannung an den integrierenden Kondensator 56, der daher beim Schließen eines Rücksetzschalters 61 entladen wird. Die abgetasteten Spannungswerte an den S/H-Kreisen 58 und 60 werden getrennt durch einen Multiplexer 62 einem A/D Konverter 64 zugeführt. Der digitalisierte Auslaß des Konverters 64 wird dem Daten-Eingangs-Anschluß (DATA IN) einer Feldspeicher-Vorrichtung 66 zugeführt. Der Auslaß- Anschluß der Feldspeicher-Anordnung 66 speist ein Paar Digital- Analog-Konverter (DAC) 68 und 70. Der DAC 68 ist angeschlossen über einen Injektions-Kondensator 72 zum Aufladen des integrierenden Kondensators 56 auf eine anfängliche Spannung, die eine Zustandsvariable eines Filters zweiter Ordnung repräsentiert, die dargestellt ist von dem Filterabschnitt 44. In ähnlicher Weise wird der Auslaß des DAC 70 zugeführt über einen Injektions-Kondensator 74 zum Aufladen des integrierenden Kondensators 54 auf eine andere Anfangsspannung, die eine andere Zustandsvariable der Filterfunktion zweiter Ordnung des Filterabschnitts 44 repräsentiert.
• Die zustandsvariablen Spannungen an den Kondensatoren 54 und 56 ändern sich N-mal über jeder Video-Linie. Hierdurch sind wirksam dargestellt die N-vertikalen Filter, die in Fig. 2 illustriert sind, da die Abtastung und Speicherung der Spannungen an den Kondensatoren 54 und 56 erlaubt, jede Zustandsvariable zu speichern und wieder zu benutzen als Filterfunktion an dem entsprechenden Bildpunkt und der Zeit der Darstellung in der folgenden Linie. Der Datenauslaß-Anschluß der Feldsteuervorrichtung 66 ist ferner verbunden mit einem DAC 76, dessen Auslaß über einen konventionellen Tiefpaß einem Rekonstruktionsfilter 77 zugeführt wird. Der Auslaß des Tiefpaß- Filters 77 ist der Auslaß des Filters.
• Im Betrieb wird ein Eingangssignal dem Filter von Fig. 3 zugeführt und zunächst in dem horizontalen Filter 32 verarbeitet, welches sein gefiltertes Ausgangssignal über Leitung 46 dem vertikalen Filterabschnitt 44 zuführt. Dann werden die N- effektiven vertikalen Filter nacheinander in Reihe geschaltet mit dem Filtersignal durch periodischen Wechsel der Filterzustandsvariablen des vertikalen Filterabschnitts 44 durch Ladung der integrierenden Kondensatoren 54 und 56 auf den Anfangszustand. Somit wird der vertikale Filterabschnitt zeitmultiplext derart, daß er als N verschiedene vertikale Filter erscheint.
• Die nötige Arbeitsfolge zum Sichern und Wiederherstellen der zustandsvariablen Spannungen an dem vertikalen Filterabschnitt von Fig. 3 ist illustriert durch die Wellenformen von Fig. 4. Wie vorerwähnt, werden die Zustandsvariablen des vertikalen Filterabschnitts 44 N-mal pro horizontaler Linie des Bildrasters initialisiert, zur Schaffung N vertikaler Filter, die alle nacheinander einmal Zugang haben zu jeder horizontalen Rasterlinie.
• Die wirksame Betriebszeit jedes der N vertikalen Filter (vertikale Filterbetriebszeit) ist tsweep/N, wobei tsweep die erforderliche Zeit zum Durchlaufen einer horizontalen Linie des Videos bedeutet, und N ist die Anzahl der Änderungen der Zustandsvariablen des vertikalen Filterabschnitts 44.
• Während der Arbeitszeit eines vertikalen Filters liefert die digitale Kontroll-Logik 30 ein Kontrollsignal OS an den Multiplexer 62, so daß der Multiplexer den Altwertausgang durch einen der S/H-Kreise 58 oder 60 auswählen kann. Vorzugsweise wird der Ausgang des S/H-Kreises 60 ausgewählt, wenn OS hoch ist und der Kreis 58, wenn OS tief ist. Wenn einer der S/H-Kreise ausgewählt ist, wird der Haltewert dem A/D Konverter 64 zugeführt, womit der umgewandelte Wert gespeichert wird bei einer Speicheradresse der Feldspeichervorrichtung 66, wie oben beschrieben, wenn das WR-Signal in den niedrigen Zustand übergeht.
• Eingeschaltet in die Schreib-Operationen sind Lese-Operationen, wodurch gespeicherte zustandsvariable Spannungswerte von der Speichervorrichtung 66 erhalten und über die DACs 68 und 70 zum Aufladen der integrierenden Kondensatoren 54 und 56 vorgesehen werden. Eine Leseoperation wird ausgeführt, immer wenn das WR- Signal hoch ist und eine Adresse vorgesehen ist zu der Schnellspeichervorrichtung 66. Jedem DAC 68 bzw. 70 ist ein Selbsthalte-Schalter (nicht gezeigt) zugeordnet, der Daten von der Feldspeichervorrichtung 66 erhält. Das Signal L&sub1; schaltet bzw. kippt (latches) Datenimpulse von der Speichervorrichtung 66 zu dem Kippschalter des DAC 68, während das Signal L&sub2; den Wert zu dem DAC 70 schaltet/kippt. Die adressierten zustandsvariablen Werte, die den DACs 68 und 70 über ihre Kippschalter aufgegeben werden, werden in den Kippschaltern gehalten, bis deren Ausgänge den DACs 68 und 70 zugänglich gemacht worden sind, so daß die integrierenden Kondensatoren 54 und 56 aufgeladen werden können und dadurch die Zustandsvariablen des i-ten vertikalen Filters gesetzt werden können. Der Phasenzustand der Latch-Operation ist angezeigt durch eine Adress/Latch-Steuerung (A/L CNTRL), die anfänglich durch die digitale Steuerlogik 30 generiert ist; das Signal ist illustriert in Fig. 4. An der ansteigenden Flanke 78 wird L&sub2; generiert und an der ansteigenden Flanke 79 wird L&sub1; generiert.
• Die von der Speichervorrichtung 66 bei der Initialisierung und Abtastung des i-ten vertikalen Filters erforderliche Folge von Speicheroperationen sind in Fig. 4 angezeigt. Vorzugsweise werden zuerst Daten gelesen von der Vorrichtung 66 und mit der Flanke 78 des A/L CNTRL Signals zu dem DAC 70 geschaltet. Als nächstes werden die in dem S/H-Kreis 60 gehaltenen Daten zum Speichern geschrieben, wenn das WR-Signal bei der Flanke 78 abfällt. Es folgt ein Leerlauf-Zustand. Dann werden Daten in den Kippschalter (Latch) von DAC 68 gelesen, worauf die Daten zum Speichern geschrieben werden von dem S/H-Kreis 58. Dann werden Filterausgangsdaten von DAC 76 von der Feldspeichervorrichtung 66 gelesen.
• Fig. 5 zeigt weiter die Folge von Operationen beim Setzen und Speichern der zustandsvariablen Spannungswerte für die vertikalen Filterabschnitte 44. Die beiden Diagramme 80, 82 bezeichnen die Sektoren adressierbaren Speicherraumes in der Feldspeichervorrichtung 66. Der Speicherplan 80 enthält N sequentielle adressierbare Speicherplätze, jeweils für die Speicherung eines zustandsvariablen Spannungswertes, vorgesehen für den integrierenden Kondensator 54. Der Speicherplan 82 hat eine zweidimensionale 256XN Matrix von adressierbaren Plätzen, jeweils zur Speicherung eines zustandsvariablen Spannungswertes für den integrierenden Kondensator 56. Es ist ersichtlich, daß jede dem Matrix-Speicherplatz 82 und dem eindimensionalen Speicherplan 80 zugeführte horizontale Adresse einem der vertikalen Filter (VF) entspricht. Jede für den Zugang zum Speicherplan 82 vorgesehene vertikale Adresse entspricht einer der 256 Video-Linien, die bekanntlich ausreichen zur Bildung des aktiven Teiles eines Rasterfeldes.
• Wenn also z.B. das Filter der Fig. 3 einen Bildpunkt verarbeitet, der enthalten ist in einem Bildteil entsprechend dem dritten vertikalen Filterabschnitt der Linie 3, wurde es anfänglich konfiguriert durch Aufladen des Kondensators 54 auf eine Spannung entsprechend dem zustandsvariablen Wert, der an der Adresse VF3 des Speicherabschnitts 80 gespeichert ist, und der Kondensator 56 ist aufgeladen auf einen Spannungswert, der gespeichert ist an der Speicherstelle, die adressiert ist durch Kombination der vertikalen Adresse 2 und horizontalen Adresse VF3 des Speicherabschnitts 82. Während ferner der vertikale Filterabschnitt 44 mit diesen anfänglichen variablen Zustandswerten betrieben wird, die angezeigt sind durch ein P in Fig. 5, werden die verarbeiteten Zustandsvariablen aus der vorherigen Konfiguration (VF2) in den zugehörigen Speicherplatz WR geschrieben, während die in dem benachbarten folgenden Speicherplatz entsprechende VF4 gespeicherten Zustandsvariablen (angezeigt durch RD in Fig. 5) den mit den DACs 68 und 70 verbundenen Kippschaltern zugeführt werden.
• Zurück zu Fig. 4, wo die Folge der Rücksetz- und Abtast-Operationen, die nötig sind zum Abtasten und Klären der integrierenden Kondensatoren 54 und 56, illustriert sind. Unmittelbar vor dem Beginn der Operationszeit des i-ten vertikalen Filters wird ein Rücksetzsignal R geliefert zum Rücksetzen der Schalter 59 und 61 zum Entladen der Kondensatoren 54 und 56. Gleichzeitig werden die DACs 68 und 70 auf einem Rückstellwert gehalten. Nach der Rücksetz-Periode, die angezeigt ist in der R-Signalwellenform der Fig. 4, werden die Schalter 59 und 61 geöffnet, wenn das R-Signal an der Flanke 83 ansteigt. Sodann erlaubt die erste fallende Flanke 84 eines Transistorsignals T der in den zugehörigen Kippschaltern gehaltenen zustandsvariablen Spannungswerten übertragen zu werden zu den DACs 68 und 70. Somit können die zustandsvariablen Spannungen den Kondensatoren 54 und 56 zugeführt werden, womit der Bilderabschnitt 44 seine Operation beginnen kann als der i-te vertikale Filter. Dies ist angezeigt durch den mit 'Filteroperation' bezeichneten Abstand der Transfer-Wellenform T. Gegen Ende der i-ten Filteroperationsperiode wird der zustandsvariable Spannungswert an den Kondensatoren 54 und 56 abgetastet und gehalten in den S/H-Kreisen 58 bzw. 60. Dies erfolgt, wenn die abgetastete S Welle den niedrigen Zustand annimmt, folgend dem Signalübergang 86.
• Zurück zur Fig. 3, sieht man, daß die j-te zustandsvariable Spannung an dem integrierenden Kondensator 56 auch den Ausgang des j-ten vertikalen Filters repräsentiert. Bekanntlich führen aber sowohl der horizontale wie die vertikalen Filterabschnitte entsprechende Phasenverzögerungen in das an den Widerstand 56 erhaltene Ausgangssignal ein, womit eine Phasendifferenz zwischen dem verarbeiteten Eingangssignal und dem resultierenden Ausgang gegeben ist. Die Verzögerung kann grundsätzlich verstanden werden anhand Fig. 6.
• Fig. 6 zeigt einen vergrößerten Teil eines Video-Feldes, erzeugt durch das verarbeitete Video-Ausgangssignal Z von Fig. 1. Bezugszeichen 87 markiert ein Bildelement einer Linie entsprechend dem gegenwärtigen Zustand des Video-Eingangssignals X. Eine zusammengesetzte Verzögerung 88 wird eingeführt durch die Filterabschnitte 32 und 44 und schließt ein eine horizontale Phasenkomponente (Δ∅H) und eine vertikale Phasenkomponente (Δ∅V). In dem gezeigten Apparat wird die horizontale Phasenverzögerung behandelt als ein Rohmaß entsprechend einer Anzahl von VF Operationsperioden und ein feinerer Anteil entsprechend einer Zeit geringer als eine der VF Operationsperioden. Die vertikale Verzögerung wird behandelt als eine Anzahl von Tastlinien in einem Feld. Um einen verarbeiteten Ausgang ( oder δX) wieder zu registrieren als räumlich in Phase mit dem Eingangsvideosignal, wird der verarbeitete Ausgang nicht vor dem folgenden Feld dem Echtzeit-Videoprozessor l0 zugeführt. Wenn also nach Zuführung der j-ten zustandsvariablen Spannung auf den vertikalen Filterabschnitt 44 die vertikale Adresse versetzt ist um eine Anzahl von Linien entsprechend der vertikalen Verzögerung, während die horizontale Adresse versetzt ist um eine Anzahl von VF Segmenten entsprechend dem Rohmaß der horizontalen Verzögerung, wird ein Wert erhalten von dem Speicherabschnitt 82, der nur um den Wert des feinen Anteils der horizontalen Verzögerung außer Phase mit dem gegenwärtigen Eingangssignal ist. Dieser feine horizontale Verzögerungsanteil kann verwendet werden zum Versetzen des Filterauslasses um einen Betrag, der erforderlich ist, um das Ausgangssignal im wesentlichen in Phase zu bringen mit dem Eingangssignal. Dies ist illustriert durch die OUTPUT TRANSFER (OT) Wellenform der Fig. 4, wo der Filterausgang zugeführt wird dem DAC 76, nachdem die vertikalen und horizontalen Versetzungen zu den zugehörigen Adressen des Speicherabschnitts gegeben wurden, um den korrekten Filterausgang zu erhalten. Der neue Filterausgang wird dem DAC 76 zugeführt an der positiven Flanke 90 des OUTPUT TRANSFER Signals, welches justiert ist durch die digitale Steuerlogik 30 zum Versetzen des Filterausgangs um einen Betrag zum Kompensieren des feinen Anteils der horizontalen Verzögerung.
• Die Phasenverzögerung des Ausgangs des Filters nach Fig. 3 wird ausgeführt durch einen in Fig. 5 illustrierten Apparat. Die digitale Steuerlogik 30 kann programmierbare und Speicherkreise enthalten, welche die Implementierung einer vertikalen Ablesetafel (VLUT) und einer horizontalen Ablesetafel (HLUT) erlaubt, entsprechend der Justierung des Signals D, das den digital gesteuerten Widerständen 44, 45, 53 und 55 zugeführt wird. Der Bereich der digitalen Werte, über welche das Signal D justiert werden kann, bildet einen Adress-Signaleingang zu den beiden Ablesetafeln. Da das Justiersignal D die komplexe Impedanz der horizontalen und vertikalen Filterabschnitte herstellt, kann es transformiert werden in einen Wert der Phasenverzögerung für jede eingestellte Impedanz. Somit speichert die Ablesetafel an jeder adressierbaren Stelle die Anzahl der Linien oder VF- Sektoren entsprechend der vertikalen und horizontalen Phasenverzögerungen, die resultieren von dem Wert des Justiersignals D, das die Adresse dieses Sektors definiert.
• Die vertikale Phasenverschiebung in Anzahl von Linien wird einem vertikalen Adresslogikabschnitt zugeführt, während die rohe horizontale Phasenverschiebung in Anzahl von VF Sektoren einem horizontalen Adresslogikabschnitt zugeführt wird. Die vertikalen und horizontalen Adressen, die verwendet werden zum Erhalt des zustandsvariablen Spannungswertes für den Kondensator 56, der dem gegenwärtigen VF Segment zugehört, ist versetzt gegenüber den horizontalen und vertikalen Adressen, die geliefert werden von dem Speicherabschnitt 82 und dem zustandsvariablen Spannungswert, der gespeichert ist an einer Stelle entsprechend dem Versetzungs-Adressenwert, wird zugeführt einem Kippschalter (nicht gezeigt), der mit dem DAC 76 assoziiert ist. Die von der gegenwärtig adressierten horizontalen Ablesetafel erhaltene feine horizontale Justierung wird zugeführt einem Feinverzögerungsabschnitt der digitalen Steuerlogik 30, zur Lieferung des Ausgangstransfersignals, das in Fig. 4 gezeigt ist, so daß der DAC 76 den Ausgang genau an dem Zeitpunkt in den gegenwärtigen VF Sektor liefern kann, der die Phase des Ausgangssignals ausrichten wird mit der Phase des Eingangs-Videosignals der Fig. 1. Dies sichert die richtige Phase zwischen den von dem Filter der Fig. 3 gelieferten statistischen Signal und dem Video-Eingangssignal der Fig. 1.
• Zurück zu Fig. 4, kann die Folge der Speicheroperationen, die verbunden ist mit der Erzeugung eines statistischen Ausgangssignals durch den DAC 76 mit den vertikalen Filterspeicheroperationen der Fig. 3 besser verstanden werden. Um die Ausgangs-Speicheroperationen mit den vertikalen Filteroperationen zu synchronisieren, geht ein Adressenjustierungssignal ADD ADJ, welches intern erzeugt wird in der digitalen Logik 30, vor dem Beginn des j-ten VF Sektors bei Bezugszeichen 92 in einen negativen Zustand über, welches den horizontalen und vertikalen Adresslogiksegmenten der digitalen Kontroll-Logik 30 signalisiert, die horizontalen und vertikalen Versetzungsadressen zu liefern, um den erforderlichen Filterausgangswert von dem Speicherabschnitt 82 zu erhalten. Dieser Wert wird dem (nicht gezeigten) Kippschalter, der mit dem DAC 76 verbunden ist, zugeführt, so daß bei dem nächsten Positivübergang des OUTPUT TRANSFER Signals 90 der DAC 76 das richtige Ausgangssignal erzeugen wird. Sodann steigt das Adressjustierungssignal bei 93 an, um von der Adresse, welche die Speicherstelle für den Ausgang anzeigt, zu wechseln zu der Adresse, welche die Stelle der nächsten Zustandsvariablen anzeigt.
• Bei einigen Anwendungen kann es nützlich sein, den Inhalt der Speicherabschnitte 80 und 82 zu speichern als unveränderliche Masken, nachdem der Filter von Fig. 3 einige Zeit gearbeitet hat. In diesem Fall wird der Filter 25 geschlossen. Schließen des Filters 25 bewirkt, daß die digitale Kontroll-Logik 30 das WR Signal auf einen unveränderlichen hohen Zustand festsetzt. Dies hält die zustandsvariablen Spannungswerte in den Speicherabschnitten 80 und 82 unverändert. Somit wird beim Betrieb das Feld der Ausgangswerte des Filters der Fig. 3 durch den DAC 76 'eingefroren'.
• Die Wirkung des beschriebenen Apparates besteht in einem besseren Bild als demjenigen, welches von den Eingangs beschriebenen Apparaten geliefert wird. Die Verbesserung des ursprünglichen Bildes wird erreicht durch statistische Verarbeitung eines lokalen Gebietes und Berechnung der statistischen Werte von Punkten der Szene aus den Veränderungen in mehr symmetrische, lokale Bildgebiete, welche diese Punkte enthalten. Als Ergebnis ist diese Berechnung statistischer Werte mehr repräsentativ für Bildcharakteristiken in der Nachbarschaft eines Bildpunktes, mit guten Ergebnissen bei der Verwendung in einem lokalen Verbesserungsprozeß.

Claims (6)

1. Apparat zur Erzeugung eines multidimensional gefilterten Auslaß- Signals aus einem zeitveränderlichen, ein raster-abgetastetes Bild ergebenden Eingangssignal, gekennzeichnet durch ein erstes, auf das Eingangssignal ansprechendes Filtermittel (32) höherer Ordnung zur Erzeugung eines in einer Dimension gefilterten Signals, welches repräsentativ/typisch ist für die Abhängigkeit des Eingangs-Signals von wenigstens einer ersten Filterfunktion mit einer ersten Filter- Bandbreite;

Mittel (66, 67, 68) zur Erzeugung einer Vielzahl von Größensignalen, jedes entsprechend dem Wert eines aus einem Satz von Filterzustands-Variablen;

ein zweites Filtermittel (44) höherer Ordnung, ansprechend auf die Größen-Signale und auf das genannte gefilterte Signal, um das gefilterte Signal einer zweiten Filterbrandbreite auszusetzen zur Erzeugung eines multidimensional gefilterten Auslaß- Signals, welches typisch/charakteristisch ist für die Abhängigkeit des Eingangssignals von der ersten und der zweiten Filterfunktion und

auf die erste und die zweite Filterbandbreiten ansprechende Mittel (30) zur Einstellung der Phase des multidimensional gefilterten Auslaß-Signals, um die räumliche Phase des Auslaß- Signals (im wesentlichen) auszurichten mit der räumlichen Phase des Eingangs-Signals.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er betätigbar ist zur Erzeugung eines vergrößerten Kontrast- Signals, welches das Bild mit vergrößerten Kontrast-Kennzeichen repräsentiert/darstellt, und dadurch:

daß der Apparat ferner aufweist:

(i) adaptive Prozessor-Mittel (10), die ansprechen auf das Eingangs-Signal und ein Mittelwert-Signal, welches bezeichnend ist für den Mittelwert des Eingangssignals an einem Punkt, der enthalten ist in einem lokalisierten Bereich des von dem Eingangs-Signal repräsentierten Bildes, zur Erzeugung eines Differenz-Signals, welches repräsentativ/typisch ist für eine Differenz zwischen dem Eingangs- und dem Mittelwert-Signal, und

(ii) signalverarbeitende Mittel in dem adaptiven Prozessor, welche ansprechen auf das Eingangs-Signal, das Mittelwert-Signal und auf ein Varianz-Signal, welches repräsentiert die Standardabweichung des Eingangs-Signals von dem lokalisierten Bildteil zur Erzeugung eines Auslaß-Signals, welches das Bild darstellt unter Vergrößerung des Kontrastes des Bildes gegenüber einem ausgewählten Wert,

das erste Filtermittel (32) höherer Ordnung spricht an auf das Eingangs-Signal zur Ausübung einer horizontalen Tiefpaß-Filtrierung innerhalb einer horizontalen Filter-Bandbreite eines horizontalen Teiles des Bildes,

die zweiten Filtermittel (44) höherer Ordnung sprechen an auf die horizontale Tiefpaß-Filtrierung zur Ausübung einer vertikalen Tiefpaß-Filtrierung innerhalb einer vertikalen Filter- Bandbreite eines jeden aus einer Reihe von vertikalen Bereichen des Bildes, genommen längs des horizontalen Bereichs, wobei die zweiten Filtermittel ein Filtersignal liefern, welches repräsentativ ist für die vertikale Tiefpaß-Filtrierung, und

das erste und das zweite Filtermittel (32, 44) höherer Ordnung enthalten als Teil eines multidimensionalen Filtermittels, welches anspricht auf das Eingangs-Signal und das Differenz- Signal zur Erzeugung des Mittelwert-Signals und des Varianz- Signals, die multidimensionalen Filtermittel schließen ferner ein Justiermittel (24) zur wahlweisen Einstellung der vertikalen Bandbreite und Filtermittel (66, 30, 76, 77), einschließend eine Feldspeicher-Vorrichtung zur Speicherung von Information bezüglich eines Teiles des Bildes, wobei die Feldspeicher-Mittel ansprechen auf das genannte Filter-Signal zur Erzeugung des Mittelwert-Signals und zur Ausrichtung der Phase des Mittelwert- Signals mit der Phase des auf der besagten Justierung begründeten Eingangs-Signals.

3. Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Filtermittel (44) höherer Ordnung die Ordnung zwei oder höher aufweisen und daß die multidimensionalen Filter Zustands- Einstellungs-Mittel zum Einstellen der Zustands-Variablen des zustandsvariablen Filters für jede der Serien vertikaler Bereiche.

4. Apparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zustandsvariablen Filter ein Paar in Serie geschalteter integrierter Schaltkreise aufweisen, deren jeder einen integrierenden Kondensator (54, 56) hat, und dadurch, daß die den Zustand einstellenden Schaltkreise Mittel (68, 70, 72, 74) aufweisen zum Einstellen jedes der integrierenden Kondensatoren auf eine Anfangs-Spannung entsprechend der zugehörenden Zustands-Variablen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldmittel einschließen ein Feld- Speicher-Mittel (66) zur Entnahme einer Probe aus dem Filter- Signal während der vertikalen Filterung jedes der vertikalen Bereiche und zur Speicherung einer Folge von Filter-Signal- Proben entsprechend eines Bereiches des Bildes, und Adressiermittel (30), die ansprechen auf das Eingangs-Signal und die Justiermittel (24), um zu erhalten aus den Feld-Mitteln die gespeicherten Signal-Muster für ein gespeichertes Feld des Bildes synchron mit dem Eingangs-Signal beim Fortschreiten von einem ersten Ort in der Folge, wo eine Probe gespeichert wird, zu einem zweiten Ort in der Folge, der von dem ersten Ort einen Abstand hat entsprechend der horizontalen und der vertikalen Bandbreite.

6. Apparat nach Anspruch 1 zur Verbesserung der Präsentations- Charakteristiken eines raster-getasteten Bildsignals, gekennzeichnet durch Prozessormittel, die ansprechen auf das Eingangs-Signal und ein statistisches Signal, welches repräsentativ ist für den Mittelwert oder für die Varianz des Eingangs- Signals zur Kombination des Eingangs-Signals und des statistischen Signals zur Erzeugung eines verbesserten Signals, welches eine Verbesserung des raster-getasteten Bildes repräsentiert durch Vergrößerung des Bildkontrastes, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Filtermittel höherer Ordnung Vielfach-Ordnungsfilter-Mittel bilden, die ansprechen auf das Eingangssignal und auf ein Signal einer Filter-Variablen zur Erzeugung des statistischen Signals während eines ersten, durch das Eingangs-Signal definierten Bild-Raster- Signals, das statistische Signal wird erzeugt durch zweidimensionale Filtrierung des Eingangs-Signals innerhalb einer horizontalen Filter-Bandbreite und einer vertikalen Filter-Bandbreite, wobei wenigsten eine der Filter-Bandbreiten bestimmt ist durch das filtervariable Signal, und dadurch, daß das Phasen- Einstellungs-Mittel gekoppelt bzw. eingeschaltet ist zwischen die Prozessor-Mittel und die Mehrfach-Ordnungs-Filtermittel zur Einstellung der Phase des statistischen Signals entsprechend der Phase des Eingangssignals durch Erzeugung des Filter-Variablen- Signals, gegründet auf zweidimensionale Filterung eines zweiten, durch das Eingangs-Signal definierten Bildrasterfeldes, wobei das zweite Bildrasterfeld dem ersten Bildrasterfeld entspricht, aber dem ersten vorausgeht.