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Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Verarbeitung von Videobildsignalen, um
sogenannte digitale Videoeffekte zu erzielen.
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Bei solch einer Verarbeitung wird jedes Teilbild oder Halbbild eines Fernsehbilds als eine
Reihe von diskreten Digitalwerten oder Pixeln gespeichert, die die Luminanz- oder
Chrominanzinformation des ursprünglichen Bildes enthalten, und die durch Abtasten des
ursprünglichen Signals bei einer angemessenen Pixelwiederholrate erhalten wurden. Das
ursprüngliche Signal kann durch Auslesen des Speichers reproduziert werden, oder durch
Adressieren des Speichers in einer zeitlich geeigneten Beziehung zu
Synchronisationssignalen, die das Fernsehraster bestimmen, kann eine ausgewählte Bildinformation von dem
Speicher wieder aufgefunden und auf einem Fernsehschirm in jeder gewünschten Position oder
Ausrichtung angezeigt werden. Solch wiederaufgefundene Information kann mit anderer
Bildinformation kombiniert werden, um ein Muster oder eine Collage aus diskreten Bildern zu
erzeugen, und durch das Verschieben der Grenzen zwischen entsprechenden Mustern, die die
getrennte Bildinformation enthalten, können verschiedene Effekte erzielt werden.
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Wenn Bildinformation aus einem Halbbild oder einem Teilbild eines digital gespeicherten
Fernsehbilds wiederaufgefunden oder als Teil eines anderen Halbbilds oder Teilbilds eines
Fernsehbilds reproduziert werden soll, wobei die ursprüngliche Bildinformation bezüglich der
Position und/oder Ausrichtung verstellt ist, und möglicherweise mit einem anderen Maßstab
als das ursprüngliche Bild reproduziert werden soll, ist es nicht ausreichend, den das
Originalbild enthaltenden Speicher mit Adressen zu adressieren, die nur ein Ausgangssignal
entsprechend eines ursprünglich abgetasteten Pixels liefern. Dies kommt daher, daß die
Bildinformation mit einer höheren Auflösung als die Pixelwiederholrate benötigt wird, und daher
ist es für den Erhalt von Bildinformation, die Punkte zwischen den Pixeln betrifft,
notwendig, den Speicher zu adressieren, um die einzelnen Werte zu erhalten, die eine Gruppe
benachbarter Pixel betreffen, und in einer Bildfläche außerdem die Koordinatenposition
bezüglich der erwünschten Bildinformation, und die entsprechenden Werte zu verarbeiten, um den
entsprechenden Wert an der angemessenen Koordinatenposition zu interpolieren. Bei
bekannten Videobildverarbeitungsvorrichtungen werden die Geräte zum Ausführen dieses Vorgangs
als Interpolator bezeichnet, und sie können eine Anordnung sogenannter auf finite Impulse
ansprechende Filter aufweisen, wobei die Koeffizienten derselben durch geeignete
Adressiersignale variiert werden können, um die erforderliche Ausgangsinformation zu liefern. Wenn
eine ursprüngliche Bildfläche in kleinerem Maßstab wiedergegeben oder komprimiert werden
soll, ist es außerdem notwendig, an den Filter ein sogenanntes Kompressionssignal anzulegen,
um für eine Bandbreitenbegrenzung zur Verhinderung von Aliasing-Fehlern zu sorgen.
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Zum Beispiel ist von GB-A-2073988 eine Vorrichtung zum Speichern und Wiederauffinden
eines Videobildsignals in digitaler Form bekannt, mit einer Anordnung zum Ableiten,
bezüglich eines in einem Teilbild oder Halbbild eines Videobildsignals dargestellten Bildes oder
Bildbereichs, einer Gruppe von Werten von Bildinformationen, die in Zeilen- und
Spaltenform angeordnet werden können, wodurch Koordinaten dieser Anordnung die entsprechende
Koordinatenposition innerhalb des Bildes oder Bildbereichs der von jedem Wert der Gruppe
dargestellten Bildinformation definieren; einer Mehrzahl von gesonderten
Speichervorrichtungen, von denen jede eine Speicheranordnung für eine entsprechende Teilgruppe der
Gruppe von Werten bildet; und einer Anordnung zum Zuordnen einer solchen Gruppe von
Werten zu den gesonderten Speicheranordnungen derart, daß die in jeder Speicheranordnung
enthaltene Teilgruppe von Werten einen Wert von der gleichen Koordinatenposition in jeder
einer Mehrzahl von gesonderten rechteckigen Flächen bildet, die zusammen den dieser
Wertegruppe entsprechenden Bildbereich ausmachen, wobei alle Werte sich auf eine rechteckige
Fläche beziehen und dadurch in gesonderten Speichervorrichtungen enthalten sind und alle
diese Werte an der gleichen Adresse in den Speichervorrichtungen gespeichert werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Speicher- und
Interpolationssystem für eine Verarbeitungsvorrichtung für digitale Videobildsignale zu schaffen, und
insbesondere solch ein System zu schaffen, das einen vereinfachten Aufbau hat und daher
verminderte Herstellungs- und Wartungskosten verursacht.
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Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung des bekannten, oben erwähnten Typs dadurch
gekennzeichnet, daß jede der Speichervorrichtungen gesonderte Adresseneingangsteile für
Zeilen- und Spaltenkoordinatenadressen aufweist, und daß die Speichervorrichtungen in
Untergruppen angeordnet sind, von denen jede eine Gruppe von Speichervorrichtungen enthält, die
so angeordnet sind, daß sie diejenigen Teilgruppen der Werte aufnehmen, welche in jeder der
rechteckigen Flächen in einer Koordinateinrichtung die gleiche Position haben, wobei die
Adressiereingänge dieser Gruppe entsprechend dieser einen Koordinatenrichtung gemeinsam
angeschlossen sind, und wobei die Adressiereingänge für die andere Koordinatenrichtung der
einzelnen Speichervorrichtungen der betreffenden Gruppen entsprechend gleichen
Koordinaten in der anderen Koordinatenrichtung gemeinsam angeschlossen sind, wodurch die Werte
betreffend Bildinformationen in einem Fenster von der Form und Größe einer der genannten
rechteckigen Flächen sowie in jeder vorgegebenen Position in dem Bild oder Bildbereich
gleichzeitig abgeleitet werden können, indem die mehreren gesonderten
Speichervorrichtungen kollektiv adressiert werden.
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Stärker bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen,
in welchen:
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Fig. 1 ein Diagramm ist, das die Organisation eines Satzes digitaler Werte veranschaulicht,
die der Bildinformation von einer Fläche in einem Halbbild eines Fernsehbildes
entsprechen, und
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Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Speicher- und Interpolationssystems
gemäß der Erfindung ist.
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Bei einem System in Übereinstimmung mit der Erfindung hängt die Organisation des
Speichers für ein digitales Videobild von dem Abtastsystem ab, das zum Umwandeln des Bildes in
Digitalform benutzt wird. Die folgende detaillierte Beschreibung bezieht sich auf das
Abtastsystem, das in der Spezifikation 601 von der European Broadcasting Union beschrieben
wurde, und das manchmal als 4 : 2:2-Standard bekannt ist. Das System ist jedoch in gleicher
Weise auf andere Abtaststandards bei geeigneter Modifikation der Speicherorganisation
anwendbar.
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Jedes Speicherfeld des Bildes wird als eine Reihe von Linien abgetastet, und jene Linie wird
als eine Reihe von Pixeln abgetastet, wobei die abgetasteten Werte in Digitalform
umgewandelt werden. Die Luminanz oder das Y-Signal wird für jeden Pixel abgetastet, und die
Chrominanz oder die U- und V-Signale werden zusammen für alternierende Pixel abgetastet.
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Für die Y-, U- und V-Signale werden getrennte Speicher benutzt, und jeder Speicher ist in
eine Reihe von Speicherbereichen organisiert, die im folgenden als Speicherfeld bezeichnet
werden, wobei jedes derselben eine oder mehrere Speichervorrichtungen aufweist. Die Art,
wie die Pixel den Speicherfeldern zugeordnet werden, ist wie folgt. Wie gezeigt in Fig. 1
werden die einem gegebenen Signal entsprechenden Pixel als eine Anordnung von in Zeilen
und Spalten angeordneten Quadraten identifiziert, so daß jede Zeile einer Zeile des
Videobildbereiches entspricht. Die Pixel in jeder Zeile sind in Sektionen unterteilt, und die Zeilen
werden in Gruppen angeordnet. Die Größen der Sektionen und Gruppen betragen
typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise, vier Zeilen für eine Gruppe und acht Y- oder vier U-
oder V-Pixel für eine Sektion. In Fig. 1 ist somit eine Anordnung von Pixeln entsprechend
einem Y-Signal in Flächen organisiert, von denen eine bei A angedeutet ist, wobei jede durch
eine Gruppe von Zeilen innerhalb eines Bildes und eine Sektion von Pixeln bestimmt ist.
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Jede Fläche enthält somit Pixel, die zu Anschauungszwecken als Nummern 1 bis 32
bezeichnet sind, und benachbart zu dieser gibt es identische Flächen, deren Pixel entsprechend
bezeichnet werden, wobei alle die getrennten und benachbarten Flächen zusammen den
relevanten Bildbereich ausmachen, von dem Bildinformation gespeichert werden soll. Innerhalb jeder
durch eine Gruppe und Sektion bestimmten Fläche ist jeder Pixel einem Speicherfeld des
Speichers zugeordnet, wobei jedes Speicherfeld jeden Pixel enthält, der die spezielle Position
innerhalb der Fläche hat. Somit werden all jene Pixel, die die bei 1 angedeutete Position in
den getrennten Flächen, die das vollständige Bild bestimmen, haben, in einem entsprechenden
Speicherfeld angeordnet, und der gesamte Speicher, der zur Aufnahme der von einem Teilbild
des Videobildes abgeleiteten Y-Signalinformation erforderlich ist, wird in insgesamt 32
Speicherfelder unterteilt.
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Während einer speziellen Teilbilddauer werden Daten in den Speicher geschrieben, und
während eines nachfolgenden Teilbildes werden die gleichen Daten wieder ausgelesen. Indem in
vorteilhafterweise von der oben beschriebenen Speicherorganisation Gebrauch gemacht wird,
ist es möglich, Daten von allen der Speicherfelder gleichzeitig auszulesen und somit alle
Pixel in einem Fenster einer Sektion durch eine Gruppe zu erhalten, die irgendwo in dem
Speicher angeordnet ist. Es versteht sich, daß die Sektion und die Gruppe, die ein solches Fenster
bestimmen, nicht die gleichen sein müssen, wie jene, die die einzelnen Flächen wie
angedeutet bei A in Fig. 1 bestimmen, da durch entsprechendes Adressieren der einzelnen
Speicherfelder ein Informationsfenster aus Pixeln in benachbarten Flächen aufgebaut werden kann.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine Ansicht einer Ausführungsform des Speicher- und
Interpolationssystem gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Das System weist eine
Mehrzahl von Untergruppen 1A, 1B, 1C, 1D auf, deren Anzahl der Anzahl von Pixeln in
einer Sektion entspricht, die eine Fläche A bestimmen, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 1
beschrieben wurde. Daher sind in Fig. 2 nur vier solche Untergruppen dargestellt, wie es für
die Speicherung eines U- oder V-Chrominanzsignals der Fall wäre. Jede Untergruppe weist
eine Mehrzahl von Speicherfeldern 2A, 2B, 2C, 2D auf, wobei die Anzahl der Speicherfelder
der Anzahl von Zeilen in einer Gruppe entspricht, die eine Fläche A von Fig. 1 bestimmt. Um
Pixelwerte zu speichern und wiederaufzufinden, kann jedes Speicherfeld 2A bis 2D durch
Koordinatensignale adressiert werden, die an Eingänge 4 und 5 angelegt werden, um die
Koordinaten in der vertikalen bzw. der horizontalen Richtung jener Fläche A von Fig. 1 zu
bestimmen, in der der Pixel angeordnet ist, dessen Wert gespeichert oder wiedergegeben
werden soll.
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Es versteht sich, daß das Speichern und Wiedergewinnen dieser Pixelwerte in
Speichervorrichtungen, die die einzelnen Speicherfelder darstellen, das Anlegen von Steuersignalen an
geeignete Dateneingangs- und Lese-/Schreibsteuerbusse nach sich zieht. Diese werden jedoch
zur Klarheit in Fig. 2 weggelassen, da sie Fachleuten bekannt sind, und in der Zeichnung sind
nur die Adressiereingänge und die Datenausgänge schematisch angedeutet. Die
Logikschaltung, durch die die einzelnen Pixelwerte von einem digitalen Bild, wie es in Fig. 1
schematisch dargestellt ist, zu den einzelnen Speicherfeldern des Speichers übertragen werden, ist
Fachleuten ebenfalls offenbar und wird daher nicht im Detail dargestellt. Es genügt zu
erwähnen, daß Koordinaten-Adressiersignale an die Eingänge 4 und 5 in zeitlicher Beziehung zu der
Übertragung von Pixelwerten des digitalen Videosignals zu einem gemeinsamen
Dateneingangsbus angelegt werden können, so daß die Bildinformation in der bereits unter
Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Weise innerhalb der Speicherfelder verteilt wird.
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Jede Untergruppe 1A, 1B, 1C, 1D enthält ebenso ein auf finite Impulse ansprechendes Filter
6, dessen Eingänge mit den entsprechenden Ausgängen der Speicherfelder 2A, 2B, 2C, 2D
verbunden sind. Zusätzlich zu diesen Signaleingängen weist das Filter in bekannter Weise
einen Adressiereingang 7 und einen Steuereingang 8 auf, mittels dessen ein Steuerfaktor
gemäß dem Grad der Bildkompression angelegt werden kann. Die Ausgänge von allen Filtern 6
der entsprechenden Untergruppen sind mit den Eingängen eines weiteren auf finite Impulse
ansprechenden Filters 9 verbunden, das Kompressionssteuereingänge 10 und 11 in gleicher
Weise wie Filter 6 aufweist.
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Der Betrieb des oben beschriebenen Systems ist wie folgt. Um einen interpolierten Pixelwert
von dem Speicher des Systems abzuleiten, werden die folgenden Steuersignale angelegt, wie
sich Fachleuten versteht:
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1. die horizontale Adresse des erforderlichen Ausgangspixels;
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2. die vertikale Adresse des erforderlichen Ausgangspixels;
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3. der Grad der Kompression in der horizontalen Richtung;
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4. der Grad der Kompression in der vertikalen Richtung.
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Die beiden Adressen werden mit einer viel größeren Auflösung dargestellt, als die
Pixeladresse des Speichers, typischerweise mit einem Sechzehntel eines Pixels. Die höherwertigen
Bits werden benutzt, um die Speicherfelder 2A-2D über Eingänge 4 und 5 so zu adressieren,
daß die von den Speicherfeldern ausgelesenen Pixel ein Fenster ausmachen, das symmetrisch
um das erforderliche Ausgangspixel, wie es oben beschrieben wurde, angeordnet ist. Die
niederwertigen Bits und die Grade der Kompression werden dann benutzt, um die
Koeffizienten der Filter 6 und 9 zu wählen, die die von dem Speicher ausgelesenen Pixel kombinieren,
um das Ausgangssignal zu erzeugen. Die vertikalen Adressenbits werden an die Eingänge 7
der Filters 6 angelegt, und die horizontalen Adressenbits werden an den Eingang 10 von Filter
9 angelegt. Das vertikale Kompressionssignal wird an die Eingänge 8 der Filter 6 angelegt,
während das horizontale Kompressionssignal an den Eingang 11 von Filter 9 angelegt wird.
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So werden zuerst die Ausgangssignale von allen Speicherfeldern in der gleiche Spalte
kombiniert, und dann werden die sich ergebenden Werte horizontal kombiniert, um einen Endwert
zu ergeben. Man beachte, daß dies für das beschriebene Abtastsystem bedeutet, daß die
Wirkung der ersten Sektion für Y-, U- und V-Signale die gleiche ist, und daß es infolgedessen
möglich ist, die erste Sektion des Filters in der gleichen Untergruppe aufzunehmen, wie die
Speicherfelder, die es mit Daten versorgen, wobei diese Untergruppe für jede Position in jeder
der Y-, U- und V-Wege identisch ist, wobei eine Untergruppe pro Pixel in der Zeilensektion
erforderlich ist. Für die beschriebene Anzahl sind daher sechzehn identische Untergruppen
erforderlich.
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Die Koeffizienten des Filters sind im allgemeinen eine Funktion der Form
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a·sin (x)/x,
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wobei x eine Funktion des erforderlichen Kompressionsgrades und der Position des Fensters
ist, und wobei a eine beliebige Fensterfunktion ist. Falls die beliebigen Konstanten in den
Funktionen sorgfältig gewählt werden, ist es möglich, das Ziel zu erreichen, über einen Satz
von Filterkoeffizienten zu verfügen, der aus einem einzigen, fast mittigen Einheitswert
besteht, wobei diese automatisch gewählt werden, wenn das Ausgangsbild seine volle Größe hat,
und aufrecht und zentriert ist. Dadurch wird gewährleistet, daß das Ausgangssignal mit dem
Eingangssignal identisch ist, falls sich das Bild in dieser Position befindet.