DE3789341T2 - Verarbeitung von Videobildsignalen. - Google Patents

Verarbeitung von Videobildsignalen.

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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/222Studio circuitry; Studio devices; Studio equipment
    • H04N5/262Studio circuits, e.g. for mixing, switching-over, change of character of image, other special effects ; Cameras specially adapted for the electronic generation of special effects
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Description

  • Diese Erfindung betrifft Verbesserungen bei der Verarbeitung von Videobildsignalen, um sogenannte digitale Videoeffekte zu erzielen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Stärker bevorzugte Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
  • 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
  • Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Speicher- und Interpolationssystems gemäß der Erfindung ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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:
  • 1. die horizontale Adresse des erforderlichen Ausgangspixels;
  • 2. die vertikale Adresse des erforderlichen Ausgangspixels;
  • 3. der Grad der Kompression in der horizontalen Richtung;
  • 4. der Grad der Kompression in der vertikalen Richtung.
  • 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.
  • 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.
  • Die Koeffizienten des Filters sind im allgemeinen eine Funktion der Form
  • a·sin (x)/x,
  • 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.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Speichern und Wiederauffinden eines Videobildsignals in digitaler Form, 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 (2A-2D), 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 (Fig. A) bildet, die zusammen den dieser Wertegruppe entsprechenden Bildbereich ausmachen, wobei alle Werte sich auf eine rechteckige Fläche (A) beziehen und dadurch in gesonderten Speichervorrichtungen enthalten sind und alle diese Werte an der gleichen Adresse in den Speichervorrichtungen gespeichert werden; dadurch gekennzeichnet, daß jede der Speichervorrichtungen gesonderte Adresseneingangsteile (4, 5) für Zeilen- und Spaltenkoordinatenadressen aufweist, und daß die Speichervorrichtungen in Untergruppen (1A-1D) angeordnet sind, von denen jede eine Gruppe von Speichervorrichtungen (2A-2D) enthält, die so angeordnet sind, daß sie diejenigen Teilgruppen der Werte aufnehmen, welche in jeder der rechteckigen Flächen in einer Koordinatenrichtung die gleiche Position haben, wobei die Adressiereingänge dieser Gruppe entsprechend dieser einen Koordinatenrichtung gemeinsam angeschlossen sind (4), und wobei die Adressiereingänge für die andere Koordinatenrichtung der einzelnen Speichervorrichtungen der betreffenden Gruppen entsprechend gleichen Koordinaten in der anderen Koordinatenrichtung gemeinsam angeschlossen sind (5), 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.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jede Untergruppe ferner ein Filter (6) zur Durchführung einer Interpolation von wieder aufgefundenen Pixelwerten in der einen Koordinatenrichtung aufweist und Datenausgänge jeder dieser Gruppe von Speichervorrichtungen mit entsprechenden Eingängen des betreffenden Filters verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 mit einem weiteren Filter (9) zur Durchführung einer Interpolation in der anderen Koordinatenrichtung und mit Eingängen, an welche die Ausgänge der Filter der Untergruppen angeschlossen sind.
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