DE3889948T2

DE3889948T2 - Koder und Dekoder mit einer Unter-Nyquist-Abtastung.

Info

Publication number: DE3889948T2
Application number: DE3889948T
Authority: DE
Inventors: Minoru Etoh; Tatsuro Juri
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-03
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2008-03-03
Also published as: US4868654A; JPS63215185A; KR880012023A; EP0281387A3; EP0281387B1; KR900008823B1; EP0281387A2; DE3889948D1

Description

Erfindungshintergrund

Erfindungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierer, welcher bei Übertragungs-/Aufnahmegeräten von digitalisierten Videosignalen, beispielsweise digitalen Videokassettenrekordern (VTR), Verwendung findet.

Beschreibung des verwandten Technikbereichs

Zuerst wird ein typisches Beispiel eines herkömmlichen Unter-Nyquist-Abtast- Kodierers und -Dekodierers unter Bezugnahme auf die Fig. 1, 2, 3A und 3B beschrieben. Bezugnehmend auf Fig. 1 weist ein auf Unter-Nyquist-Abtastung basierendes Aufnahme/ Übertragungssystem einen A/D-Wandler 1 zum Abtasten eines analogen Pixelsignals bei einer Frequenz fs einen Vorfilter 2 zur Bandbreitenbegrenzung des Frequenzraumes des Videosignals, ein Aufnahme/Übertragungsmittel 3, einen Nachfilter 4 zum Interpolieren von Pixeln, die als Ergebnis des Unterabtastvorgangs weggelassen werden, sowie einen D/A-Wandler 5 zur Umwandlung einer abgetasteten Pixel-Zeichenkette in ein analoges Videosignal auf. Vom A/D-Wandler 1 abgetastete Pixel werden als Gitterrasteranordnung auf den Bildschirm übertragen, wie in Fig. 2 gezeigt, und die Anzahl der Pixel durch einen Unterabtastvorgang halbiert. Der Unterabtastvorgang ist als Abwärts-Abtasten in Fig. 1 beschrieben, und wird durchgeführt, um die abgetasteten Pixel von Fig. 2 auszudünnen, wobei die kleiner und schraffiert dargestellten Pixel weggelassen werden, und die durch einen größeren, leeren Kreis dargestellten Pixel übrig bleiben. Das Abwärts-Abtasten einer oberen Ziele erfolgt, wie dargestellt, verschoben zu dem einer tieferen Zeile, um zu erreichen, daß die horizontale Auflösung und die vertikale Auflösung im horizontal und vertikal definierten, zweidimensionalen Frequenzraum des Videosignals vor und nach dem Abwärts-Abtasten erhaften bleibt. Damit die Interpolationsfehler insgesamt möglichst klein sind, muß die Bandbreitenbegrenzung mittels eines Vorfilters vor dem Abwärts-Abtastvorgang durchgeführt werden. Der Vorfilter 2 im Beispiel von Fig. 1 besitzt eine in Fig. 3a gezeigte Filtercharakteristik, durch welche eine starke Bandbreitenbegrenzung der verschobenen Frequenzanteile bewirkt wird. Die Pixel-Zeichenkette passiert dann das Übertragungs-/Aufnahmemittel bei einer Taktzahl von 1/2 fs und wird dann an Pixel-Positionen, die interpoliert werden sollen, mit Pixeln mit dem Wert Null aufgefüllt. Dieser Vorgang wird Aufwärts-Abtasten genannt und ermöglicht, daß die Pixel-Zeichenkette die Taktzahl fs einhält. Der Nachfilter bewirkt bei der sich ergebenden Pixel-Zeichenkette die Interpolation. Der Nachfilter 4 von Fig. 1 besitzt eine Filtercharakteristik wie in Fig. 3b gezeigt und arbeitet wie ein zweidimensionaler Tiefpaßfilter, dessen Werte als Interpolationswerte verwendet werden.
Die so im Nachfilter interpolierte Pixel-Zeichenkette durchläuft nun den D/A- Wandler 5 und wird ausgegeben.
Bei dem obigen herkömmlichen Aufbau bewirkt jedoch der Vorfilter 2 und der Nachfilter 4 keine genügend starke Bandbreitenbegrenzung, und demzufolge wird die horizontale und die vertikale Auflösung verschlechtert.
Um die bestmöglichen Übertragungscharakteristiken des Vorfilters und des Nachfilters zu erzielen, könnte man den Filterungsgrad erhöhen, aber durch dieses Mittel wurden die Abmessung der Schaltung und die Kosten erhöht werden.
US-A-4320416 beschreibt einen Kodierer für digitale Videobilder, welcher Durchschnittswerte von übertragenen Wertenpaaren verwendet, um nicht übertragene Tastpunkte wiederherzustellen. Das zur Wiederherstellung ausgewählte Paar wird so gewählt, daß die Änderung der nicht übertragenen Werte so gering wie möglich ist. Die Auswahlinformation, welche die zu wählende Interpolationseinrichtung angibt, wird unverändert zusammen mit einem nicht unterabgetasteten Pixel übertragen. Daraus ergibt sich eine Vergrößerung der übertragenen Datenmenge.
WO-A-87/05179 beschreibt auch einen Kodierer, bei dem die Information über die Auswahl unabhängig über einen nicht unterabgetasteten Pixel übertragen wird. Weitere Kodierer auf dem Stand der Technik sind in DE-A-3443041 und EP-A-0163512 beschrieben.
Ein Ziel der Erfindung ist, ein Gerät zum Unter-Nyquist-Abtasten bei der Aufnahme/Übertragung von Videosignalen zu liefern, bei dem die Auflösung kaum verschlechtert wird, wobei eine vereinfachte Filteranordnung Verwendung findet und keine überflüssigen Daten erzeugt werden.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Unter-Nyquist-Abtast- Kodierer geliefert, der umfaßt:
- eine Einrichtung zum Unterabtasten von Pixeln eines abgetasteten Videosignals nach einer vorbestimmten Regel;
- mehrere Interpolationseinrichtungen, um ein Pixel zu interpolieren, das weggelassen werden soll, wobei zu behakende Pixel verwendet werden, die benachbart den wegzulassenden Pixeln liegen;
- eine Wähleinrichtung, welche den Wert des wegzulassenden Pixels mit mehreren Interpolationswerten vergleicht, die von mehreren Interpolationseinrichtungen erzeugt wurden;
- eine Kodiereinrichtung, welche auf ein Ausgangssignal der Wähleinrichtung anspricht und ein Kodewort für Interpolationszwecke erzeugt, das anzeigt, welche Interpolationseinrichtung von der Wähleinrichtung gewählt ist; und
- eine Überlagerungseinrichtung, welche einem beibehaltenen Pixel ein Kodewort überlagert;
und nur die beibehaltenen Pixel überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung das Kodewort einem Wert des beibehaltenen Pixels überlagert, indem das geringstwertige Bit des beibehaltenen Pixels in Übereinstimmung mit dem Kodewort geändert wird, und und zwar ohne daß die Anzahl der Bits pro Pixel erhöht wird.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Unter- Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierer geliefert, die aufweisen:
einen Kodierer aufweisend: eine Einrichtung zum Unterabtasten von Pixeln eines abgetasteten Videodatensignals nach einer vorbestimmten Regel, mehrere Interpolationseinrichtungen, um ein Pixel zu interpolieren, das weggelassen werden soll, wofür zu behakende Pixel verwendet werden, die benachbart den wegzulassenden Pixeln liegen, eine Wähleinrichtung, um den Wert des Pixels mit mehreren Interpolationswerten zu vergleichen, die von mehreren Interpolationseinrichtungen erzeugt wurden, eine Kodiereinrichtung, die auf ein Ausgangssignal der Wähleinrichtung anspricht und daraus ein Kodewort für Interpolationszwecke erzeugt, das anzeigt, welche Interpolationseinrichtung von der Wähleinrichtung gewählt ist, und eine Überlagerungseinrichtung, um einem zu behakenden Pixel ein Kodewort zu überlagern; und gekennzeichnet dadurch, daß
die Überlagerungseinrichtung das Kodewort einem Wert des beibehaltenen Pixels überlagert, indem das geringstwertige Bit des beibehaltenen Pixels in Übereinstimmung mit dem Kodewort geändert wird, und zwar ohne daß die Anzahl der Bits pro Pixel erhöht wird, und
ein Dekodierer vorgesehen ist, der auf vom Kodierer übertragene Daten anspricht und
- mehrere Interpolationseinrichtungen, welche dieselben Merkmale haben wie die entsprechenden Interpolationseinrichtungen des Kodierers,
- eine Trenneinrichtung, um ein die gewählte Interpolationseinrichtung anzeigendes Kodewort von den übertragenen, beibehaltenen Pixeln zu trennen, sowie
- eine Einfügeeinrichtung, um einen Interpolationswert, welcher von der gewählten, durch das Kodewort angegebenen Interpolationseinrichtung erzeugt wird, zwischen beibehaltenen Pixeln einzufügen, aufweist.
Bei dem vorliegenden Kodierer wird zur Lieferung von Daten zur Bezeichnung der für den jeweiligen interpolierten Pixel gewählten Interpolationseinrichtung kein überflüssiges Bit zu den zu übertragenen Pixeldaten hinzugefügt, sondern die Information wird im Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer erzeugt und den übertragenen Pixeldaten überlagert, indem er, falls erforderlich, der Wert des zu übertragenen Pixels ändert, und ein Unter- Nyquist-Abtast-Dekodierer die dem Wert des zu übertragenden Pixels überlagerte Information von diesem trennt und zur Bestimmung der richtigen Interpolationseinrichtung verwendet.
Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung hat lediglich beispielhaften Charakter, und es wird insbesondere auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, welche zeigen:
Fig. 1 ein Konzept eines typischen herkömmlichen Unter-Nyquist-Abtast-Kodierers und -Dekodierers.
Fig. 2 eine Darstellung eines Abtastmusters von abgetasteten Pixeln beim herkömmlichen Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer.
Fig. 3A und 3B jeweils beispielhafte Filtercharakteristiken von Vorfiltern und Nachfiltern, die bei herkömmlichen Unter-Nyquist-Abtast-Kodierern und -Dekodierern Verwendung finden.
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Unter-Nyquist-Abtast-Kodierers und Dekodierers nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 5 ein Diagramm einer in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Interpolationseinrichtung.
Fig. 6 ein Blockdiagramm eines Unter-Nyquist-Abtast-Kodierers und -Dekodierers nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 7 ein Blockdiagramm eines Unter-Nyquist-Abtast-Kodierers und -Dekodierers nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Filters zum Abschneiden von verschobenen Frequenzanteilen.
Fig. 9 ein Diagramm eines Hochpaßfilters, der im Filter zum Abschneiden von verschobenen Frequenzanteilen Verwendung findet.
Fig. 10 eine graphische Darstellung des Frequenzbandes, welches durch den Filter zum Abschneiden von verschobenen Frequenzanteilen ausgeblendet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 4 ist in Form eines Blockdiagramms ein Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierer nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Eingangssignal ist ein abgetastetes Videosignal. Der in Fig. 4 dargestellte Unter-Nyquist- Abtast-Kodierer und -Dekodierer weist ein Unterabtastglied 6 zum Aufspalten einer Pixel-Zeichenkette in wegzulassende und in zu behaltende Pixel aufs erste Interpolationsglieder 7 und 14 mit gleichen Merkmalen, zweite Interpolationsglieder 8 und 15 mit gleichen Merkmalen, ein Differenzglied 9 zur Berechnung der Differenz zwischen einem durch das Interpolationsglied 7 berechneten Interpolationswert und dem Wert eines weggelassenen Pixels, ein Differenzglied 10 zur Berechnung der Differenz zwischen einem durch das Interpolationsglied 8 berechneten Interpolationswert und dem Wert eines weggelassenen Pixels, eine Vergleichseinrichtung (Wähleinrichtung) 11 zur Erkennung des Größenunterschieds zwischen den Ausgangssignalen der Differenzglieder 9 und 10, ein Kodierglied 12, das auf ein Ausgangssignal des Vergleichsglieds 11 anspricht und dieses in ein Kodewort zur Bezeichnung der gewählten Interpolationseinrichtung umwandelt, einen Überlagerungsglied 13, welches das Ausgangssignal der Kodiereinrichtung 12 einem beibehaltenen Pixel überlagert, ein Trennglied 16, welches das überlagerte Kodewort vom übertragenen beibehaltenen Pixel trennt, ein Umschaltglied 17, welches auf das Kodewort der Trennglieds 16 anspricht und daraufhin eines der Ausgangssignale der Interpolationsglieder 14 und 15 auswählt, sowie ein Einfügeglied 18, welches den durch das Umschaltglied 17 erhaltenen Interpolationswert in eine beibehaltene Pixel- Zeichenkette einsetzt.
In dieser Ausführungsform werden zwei Sätze von Interpolationseinrichtungen verwendet, und zwei Interpolationsglieder pro Satz sind adaptiv geschaltet. Die am Eingang ankommende Pixel-Zeichenkette wird vom Unterabtastglied 6 in wegzulassende und beizubehakende Pixel getrennt, wie in Fig. 2 dargestellt. Nachfolgend wird im Interpolationsglied 7 auf Basis von beibehaltenen Pixeln ein Interpolationswert für einen weggelassenen Pixel berechnet. In ähnlicher Weise wird im Interpolationsglied 8 ein anderer Interpolationswert für diesen weggelassenen Pixel auf Basis von beibehaltenden Pixeln berechnet. Die zwei verschiedenen durch die Interpolationsglieder 7 und 8 erhaltenen Interpolationswerte werden vom Wert des weggelassenen (zu interpolierenden) Pixels in den Subtrahiergliedern 9 bzw. 10 subtrahiert und liefern zwei verschiedene Werte (Interpolationsfehler). Die Größe der beiden von den Subtrahiergliedern 9 bzw. 10 gelieferten Werte werden mittels des Vergleichsglieds 11 verglichen, das im Gegenzug dasjenige Interpolationsglied 7 oder 8 auswählt, welches den kleineren Interpolationsfehler erzeugt. Das durch das Vergleichsglied 11 gewählte Interpolationsglied wird durch ein Kodewort von einem Bit Länge dargestellt, welches vom Kodierglied 12 erzeugt wird. Beispielsweise ist das Kodewort zur Bezeichnung der Interpolationseinrichtung "0", wenn das Interpolationsglied 7 gewählt ist, und im anderen Fall "1", wenn das Ausgangssignal des Interpolationsglieds 8 gewählt ist. Da in dieser Ausführungsform zwei verschiedene Arten von Interpolationsgliedern verwendet werden, kann das Kodewort ein Bit groß sein, aber bei drei oder mehr verschiedenen Interpolationsgliedern muß das Kodewort offensichtlich eine Lange von zwei oder mehreren Bit haben. Das so vom Kodierglied 12 gelieferte Kodewort zur Bezeichnung der Interpolationseinrichtung wird mittels des Überlagerungsglieds 13 einem der beibehaltenen Pixel überlagert und dann übertragen. Die Überlagerung wird in solcher Weise durchgeführt, daß bei einer exklusiv-ODER-Verknüpfung der geringstwertigen Bits von Werten zweier aufeinanderfolgender beibehaltener Pixel das geringstwertige Bit des Wertes des nachfolgend ankommenden Bits geändert wird, so daß das Ergebnis oder die Summe der exklusiv-ODER-Verknüpfung mit dem Kodewort für die Interpolationseinrichtung übereinstimmt. Das so mit dem Kodewort überlagerte beibehaltene Pixel wird über eine Übertragungseinrichtung vom Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer zum Unter-Nyquist- Abtast-Dekodierer übertragen. Im Trennglied 16 werden die geringstwertigen Bits der Werte zweier aufeinanderfolgender behaltener Pixel durch exklusiv-ODER verknüpft, so daß daraus das Kodewort zu entnehmen ist. Dann spricht das Umschaltglied 17 auf das so ermittelte Kodewort an und wählt daraufhin einen der von den Interpolationsgliedern 14 und 15 erzeugten Interpolationswerte aus. Der durch das Umschaltglied 17 gewählte Interpolationswert wird mittels des Einfügeglieds 18 zwischen die beibehaltenen Pixel eingefügt. Auf diese Weise wird gemäß dieser Ausführungsform immer der Interpolationswert gewählt, der von dem Interpolationsglied erhalten wurde, welches den kleineren Interpolationsfehler macht.
In Fig. 5 ist ein Beispiel einer Interpolationseinrichtung dargestellt, wobei es sich dabei um einen für die horizontale Richtung verwendeten Tiefpaßfilter handelt. In dieser Darstellung bezeichnet ein großer, eine Zahl enthaltender Kreis einen beibehaltenen Pixel und ein kleiner Kreis einen weggelassenen Pixel. Die beibehaltenen Pixel werden, wie in Fig. 5 gezeigt, mit Gewichtungswerten versehen, um einen Interpolationswert für einen weggelassenen Pixel zu liefern, der in Fig. 5 durch einen Doppelkreis dargestellt ist. Wenn dieser Filter für die vertikale Richtung verwendet wird, kann er als vertikaler Interpolationsfilter fungieren.
Das Interpolationsglied der vorliegenden Ausführungsform verwendet die exklusiv-ODER-Summe von Werten der beibehaltenen Pixel, aber die Überlagerung kann auch auf verschiedene andere Arten erreicht werden.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform des Unter-Nyquist-Abtast-Kodierers und -Dekodierers, welcher auf eine speziellere Anwendung zielt. In dieser Ausführungsform ist das Eingangssignal ein abgetastetes TV-Signal, welches mit fortschreitendem Abtastvorgang eine Pixel-Zeichenkette bildet. Der diagrammartig in Fig. 6 dargestellte Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierer umfaßt generell einen Kodierer mit den Komponenten 19 bis 30 und einen Dekodierer mit den Komponenten 31 bis 39. In Fig. 6 ist dargestellt: ein Unterabtastglied 19 zum Trennen einer am Eingang ankommenden Zeichenkette in wegzulassende und in zu behaftende Pixel, Verzögerungselemente 20 und 31 für eine Verzögerung um einen Pixel, Verzögerungselemente 21 und 32 für eine Verzögerung um einen um ein Feld, Verzögerungselemente 22 und 33 für eine Verzögerung um eine Zeile, ein Multiplizierglied 23, welches den Wert eines wegzulassenden Pixels verdoppelt, indem es den Pixelwert um ein Bit verschiebt, Addierglieder 24, 25, 34 und 35 zum Ermitteln eines doppelten Interpolationswertes, Subtrahierglieder 26 und 27 zur Berechnung der Differenz zwischen verdoppelten Werten von weggelassenen Pixeln und den ermittelten doppelten Interpolationswerten, ein Auswählglied 28, welches auf Ausgangssignale der Subtrahierglieder 26 und 27 anspricht, um ein Datensignal von einem Bit Länge zu erzeugen, ein Kodierglied 29, welches auf ein positives oder negatives Vorzeichenbitsignal vom Subtrahierglied 26, auf ein Ausgangssignal des Auswählgliedes 28, sowie auf das geringstwertige Bit eines Ausgangssignals des Addiergliedes 24 anspricht, um ein "+1", "0" , oder "-1" anzeigendes Signal zu erzeugen, ein Addierglied 30, um dem Wert des beibehaltenen Pixels das Ausgangssignal des Kodierglieds 29 zu überlagern, ein Dekodierglied 36, welches auf die Summe der geringstwertigen Bits der Werte der beibehaltenen Pixel anspricht und ein Signal zur Auswahl einer der Interpolationseinrichtungen erzeugt, ein Umschaltglied 37, welches auf das Ausgangssignal des Dekodierglieds 36 anspricht und die Interpolationswerte schaltet, ein Divisionsglied 38, welches einen durch das Umschaltglied 37 gewählten Wert halbiert, indem er den gewählten Wert um ein Bit verschiebt, sowie ein Einfügeglied 39, welches den ausgedünnten Pixel in die Zeichenkette der beibehaltenen Pixel einfügt. Der wie oben beschrieben aufgebaute Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierer arbeitet wie in folgendem unter Bezugnahme auf Fig. 6 und auch Fig. 2 beschrieben.
Weggelassene Pixel, dargestellt durch kleinere, schraffierte Kreise und beibehaltene, in Fig. 2 durch größere, leere Kreise dargestellte Pixel, werden mittels des Unterabtastglieds 19 in Fig. 6 getrennt. Zum Unterabtasten eines mit X in Fig. 2 bezeichneten Pixels mittels des Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierers wird ein Kodewort einem mit R in Fig. 2 bezeichneten Pixel überlagert, welches die Auswalil der Interpolationseinrichtung bestimmt. Bei diesem Vorgang empfängt das Addierglied 24 den Pixel R und ein von Verzögerungsglied 20 erzeugtes Pixel L, das Addierglied 25 empfangt ein von Verzögerungsglied 21 erzeugtes Pixel B und einen von Verzögerungsglied 22 erzeugtes Pixel A, und das Pixel X wird an das Multiplizierglied 23 weitergegeben. Dann empfängt das Auswählglied 28 die folgenden zwei Eingangssignale:
Horizontaler Fehler: 2 · E (X) - E (L) - E (R)
Vertikaler Fehler: 2 · E (X) - E (A) - E (B)
wobei E(X), E(R), E(A) und E(B) die jeweiligen Werte der Pixel X, R, L, A und B darstellen.
Das die beiden obigen Signale empfangende Auswählglied 28 erzeugt "0", wenn der Absolutwert des horizontalen Fehlers größer ist als der Absolutwert des vertikalen Fehlers, andernfalls erzeugt es "1". Das Kodierglied 29 empfängt insgesamt drei Bits, nämlich das Ausgangssignal der Wähleinrichtung 28, das Vorzeichenbit, welches einen positiven oder einen negativen Horizontalfehler bezeichnet, sowie das geringstwertige Bit des Ausgangssignals des Addierglieds 24 (welches die Summe der vom Addierglied 24 ausgegebenen exklusiv-ODER-Verknüpfung der geringstwertigen Bits der Pixel R und L darstellt) und gibt das Kodewort zur Bezeichnung der Interpolationseinrichtung weiter, welches in Übereinstimmung mit den in Tabelle 1 aufgeführten Daten "+1", "-1" oder "0" sein kann. Tabelle 1 Ausgang der Wähleinrichtung 28 geringstwertiges Bit des Addierglieds 24 Ausgangsvorzeichen des Subtrahierglieds 26 Ausgang des Kodierglieds 29
Das Addierglied 30 empfängt das kodierte Wort, addiert es zum Pixelwert E(R) und überträgt den sich ergebenden Pixel R. Der wie in obigem beschriebene weggelassene Pixel X wird, wie in folgendem beschrieben, im Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer interpoliert. In dem in Fig. 6 dargestellten Dekoder empfängt das Verzögerungsglied 31 den Pixel R und gibt den Pixel L weiter, das Verzögerungsglied 32 gibt den Pixel B weiter und das Verzögerungsglied 33 den Pixel A. Das Dekodierglied 36 spricht dann auf das geringstwertige Bit des Ausgangssignals des Addierglieds 34 an und erzeugt die exklusiv-ODER Summe der geringstwertigen Bits der Pixel R und L, welche horizontal benachbart den interpolierten Pixeln liegen. Das Umschaltglied 37 ist so gesteuert, daß es das Ausgangssignal des Addierglieds 34 auswählt, wenn die sich ergebende exklusiv-ODER Summe "0" ist und das Ausgangssignal des Addierglieds 35 auswählt, wenn die sich ergebende exklusiv-ODER Summe "1" ist. Das Ausgangssignal des Umschaltglieds 37 wird mittels des Dividierglieds 38 halbiert und liefert den Wert des Pixels X, der in die vor dem Pixel L liegende Position eingefügt wird.
Auf diese Weise wird nach dieser Ausführungsform zur Interpolation der weggelassenen Pixel die horizontale oder die vertikale Richtung ausgewählt, um einen möglichst kleinen Interpolationsfehler zu erhalten. Die Richtung für die Interpolation wird von der exklusiv-ODER-Summe des geringstwertigen Bits der Pixeldaten bestimmt, welche horizontal benachbart den interpolierten Pixeln liegen und, falls die geeignete Interpolationsrichtung nicht durch die Eingangswerte selbst im Unter-Nyquist-Abtast- Kodierer bestimmt werden kann, werden die Pixelwerte zwangsweise um eine Stufe geändert. Diese Änderung des Pegels führt zu einer Vergrößerung oder einer Verkleinerung des Horizontalfehlers und bewirkt, daß sich die Pixelwerte an den Wert des weggelassenen Pixels annähern.
Demzufolge kann das Überlagern des zur Auswahl der Interpolationseinrichtung verwendeten Kodewortes selbst Quelle einer Rauschstörung von der Größe einer Stufe sein. Jedoch kann dieses Rauschen durch Interpolieren des Pixels entfernt werden, derart, daß es, wenn die horizontale Richtung ausgewählt ist, insgesamt unterdrückt wird, und daß bei ausgewählter vertikaler Richtung seine Pegeländerung visuell nicht zu bemerken ist.
Daraus ist zu schließen, daß die Interpolationsrichtung niemals falsch gewählt wird und daß die adaptive Interpolation durchgeführt werden kann, wobei ferner in der vorliegenden Ausführungsform die horizontale und die vertikale Auflösung des Videosignals vollständig erhalten bleibt.
Das Kodewort "+1", "-1" oder "0" wird in der vorliegenden Ausführungsform durch eine spezielle Kodierweise erzeugt, es kann jedoch auf verschiedene andere Arten erzeugt werden, beispielsweise indem man andere als die beiden benachbart zu den weggelassenen Pixeln liegenden Werte verwendet.
Die vorliegende Ausführungsform macht sich die Feldkorrelation zu Nutze, aber die Auswahl der vertikalen Richtung, in der der Interpolationsfehler erhöht ist, kann zur Anpassung an bewegte Bilder verhindert werden.
Ein höherwertiger Filter kann mit dem Interpolationsfilter der Erfindung verbunden sein.
In Fig. 7 ist ein Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie diagrammartig als schematisches Blockdiagramm in Fig. 7 dargestellt, umfaßt der Kodierer einen Filter 40 zum Abschneiden der verschobenen Frequenzanteile eines Videosignals, ein Unterabtastglied 41, horizontale und vertikale Interpolationsfilter 42 und 43, ein Subtrahierglied 44 zur Berechnung der Differenz (Interpolationsfehler) zwischen einem vom Interpolationsfilter 42 erzeugten horizontalen Interpolationswert und dem Wert eines weggelassenen Pixels (zu interpolierenden Pixels), ein Subtrahierglied 45 zur Berechnung des Unterschieds zwischen einem vom Interpolationsfilter 43 erzeugten vertikalen Interpolationswert und dem Wert eines weggelassenen Pixels, ein Wählglied 46, welches auf Ausgangssignale der Subtrahierglieder 44 und 45 anspricht und ein Bestimmungssignal von der Größe von zwei Bits erzeugt, ein Verzögerungsglied 47, um das geringstwertige Bit eines Wertes eines beibehaltenen Pixels um ein Bit zu verzögern, ein exklusiv-ODER-Glied 48, um das geringstwertige Bit eines Wertes eines gerade ankommenden, beizubehaltenden Pixels mit dem geringstwertigen Bit des Wertes des beizubehaltenden Pixels, das um ein Bit früher als gerade ankommende, beibehaltene Bit angekommen ist und durch das Verzögerungsglied 47 zurückgehalten wurde, durch eine exklusiv-ODER-Verknüpfung zu verbinden, ein Kodierglied 49, welches ein Kodewort zum Anzeigen der Interpolationseinrichtung zu erzeugt und auf insgesamt vier Bit anspricht, nämlich auf ein vom Wählglied 46 erzeugtes Bezeichnungssignal mit einer Länge von zwei Bit, auf ein vom Subtrahierglied 44 erzeugtes Vorzeichenbitsignal von einem Bit Länge und auf die vom exklusiv-ODER- Glied gelieferte exklusiv-ODER Summe von einem Bit Länge, und ein Addierglied 50, um das vom Kodierglied 49 erhaltene Kodewort zum Wert des beibehaltenen Pixel zu addieren.
Der Kodierer dieser Ausführungsform arbeitet im wesentlichen in gleicher Weise wie die Kodierer der vorhergehenden zwei Ausführungsformen, abgesehen von der Funktionsweise des Filters 40 zum Abschneiden der verschobenen Frequenzanteile, sowie den des Wählglieds 46 und des Kodierglieds 49, welche im folgenden genauer beschrieben werden.
Bei dem Kodierer voll Fig. 7 durchläuft ein Videosignal zuerst den Filter zum Abschneiden der verschobenen Frequenzanteile, um ein durch den Unterabtastvorgang bedingtes verfremdendes Rauschen oder eine Störung zu beseitigen.
Beispielhaft ist dieser Filter wie in Fig. 8 dargestellt aufgebaut. Genauer gesagt umfaßt der in Diagrammform in Fig. 8 dargestellte Filter 40 einen vertikalen Hochpaßfilter 51, einen horizontalen Hochpaßfilter 52 und ein Subtrahierglied 53, welches den Wert eines Pixels, das den vertikalen 51 und den horizontalen Hochpaßfilter 52 durchlaufen hat, vom ursprünglichen Videosignal abzieht. Indem in dieser Weise die durch den horizontalen und den vertikalen Hochpaßfilter gelaufene Komponente vom ursprünglichen Videosignal subtrahiert wird, erreicht man, daß der Filter nur die verschobenen Frequenzanteile eliminiert. Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines Hochpaßfilters, der auf den Filter von Fig. 8 angewendet wird, wodurch ein Filter zum Abschneiden von verschobenen Frequenzanteilen geliefert wird, dessen Charakteristik in Fig. 10 gezeigt ist.
Zur Beschreibung der Wählglieds 46 und des Kodierglieds 49 wird angenommen, daß ein vom horizontalen Interpolationsglied 44 erzeugter Interpolationswert Eh ist ein vom vertikalen Interpolationsglied erzeugter Interpolationswert Ev ist und der Wert eines weggelassenen Pixels X (siehe Fig. 2) durch E(X) gegeben ist. Dann läßt sich ein vom Subtrahierglied 44 erhaltener Interpolationsfehler (horizontaler Fehler) und ein vom vertikalen Subtrahierglied 45 erhaltener Interpolationsfehler (vertikaler Fehler) wie folgt ausdrücken:
Horizontaler Fehler: E(X) - Eh
Vertikaler Fehler: E(X) - Ev.
Das Wählglied 46 empfängt die obigen zwei Signale und erzeugt "00" , wenn der Absolutwert des horizontalen Fehlers minus Absolutwert des vertikalen Fehlers größer als 2 ist, "01" bei einem Absolutwert des vertikalen Fehlers minus einem Absolutwert des horizontalen Fehlers größer 2, und "10" oder "11" in den übrigen Fällen. In dieser Ausführungsform hat das Ausgangssignal des Wählglieds 46 ein Länge von zwei Bit. Das geringstwertige Bit des beibehaltenen Pixels, welcher um ein Pixel früher angekommenen ist und das Verzögerungsglied 47 durchlaufen hat, und das geringstwertige Bit des gerade ankommenden, beibehaltenen Pixels werden im exklusiv-ODER-Glied 48 durch eine exklusiv-ODER-Verknüpfung verbunden, und die Summe wird vom Glied 48 weitergegeben. Es versteht sich, daß diese zwei Pixel sich an den gegenüberliegenden Seiten des weggelassenen Pixels befinden, für den der Interpolationswert gebildet werden soll. Das Kodierglied 49 empfängt insgesamt vier Bits, und zwar das Ausgangssignal des exklusiv-ODER-Glieds 48 von einem Bit Länge, das Ausgangssignal des Wählglieds 46 von zwei Bit, sowie das Vorzeichenbitsignal von einem Bit Länge, welches einen positiven oder einen negativen, vom Subtrahierglied erzeugten, horizontalen Fehler anzeigt, und erzeugt ein Kodewort "+1" ,"-1" oder "0" in Übereinstimmung mit den in Tabelle 2 aufgeführten Daten. Das auf diese Weise vom Kodierglied 49 erhaltene Ausgangssignal (Kodewort zur Bezeichnung der Interpolationseinrichtung) wird mittels des Addierglieds 50 zum beibehaltenen Pixel addiert und weiter übertragen. Tabelle 2 Ausgang der Wähleinrichtung 46 Ausgang der Wähleinrichtung 46 Ausgang des exklusiv-ODER-Glieds 48 Ausgangsvorzeichen des Subtrahierglieds 44 Ausgang des Kodierglieds 49
In Tabelle 2 bezeichnet "X" beliebige Werte.
In dieser Ausführungsform mit dem in obigem beschriebenem Aufbau wird das Kodewort dann nicht überlagert, wenn die Differenz zwischen horizontalem und vertikalem Fehler weniger als zwei Stufen beträgt, d. h. wenn die Ausgangssignale von zwei Interpolationsfiltern im wesentlichen gleich sind. Demzufolge kann diese Ausführungsform zusätzlich zu den von der ersten und zweiten Ausführungsform erzielten Leissungsmerkmalen sicherstellen, daß in einem niedrigen Bandbereich, in dem die Pegelausschläge des Videosignals klein und flach sind, der Wert von beibehaltenen Pixeln in Form der ursprünglichen Werte ohne Änderung der Pixeldaten übertragen werden kann, wodurch die Flachheit des Videosignals erhalten bleibt. Vorteilhaft bei der vorliegenden Ausführungsform ist außerdem, daß dank des Vorfilters der verschobene hohe Video- Raumfrequenzanteil, welcher auch bei adaptiv durchgeführter horizontaler und vertikaler Interpolation Interpolationsfehler begünstigt, gemildert wird und Bildstörungen durch eine Verfälschung des verschobenen, hohen Bandbereichs der Raumfrequenz verhindert werden können. Der Vorfilter kann selbstverständlich auch anders aufgebaut sein, als in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben ist. Der Schaltpunkt des Wählglieds kann einen anderen Wert annehmen als in der vorliegenden Ausführungsform, bei der er beispielhaft auf "2" gesetzt ist. Die weggelassenen Pixel können anders interpoliert werden als in dieser Ausführungsform beschrieben. Die Art und die Anzahl der Interpolationseinrichtungen verstehen sich nicht einschränkend, sondern können je nach Verwendung geändert werden. Des weiteren kann der Inhalt der vorliegenden Erfindung nicht nur auf Videodaten angewendet werden, sondern beispielsweise auch auf Tondaten.

Claims

1. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer, der

eine Einrichtung (6; 19; 41) zum Unterabtasten von Bildelementen von einem abgetasteten Videodatensignal entsprechend einer vorbestimmten Vorschrift;

eine Vielzahl Interpolationseinrichtungen (7, 8; 24, 25; 42, 43) zum Interpolieren eines Bildelements, das auszulassen ist, unter Verwendung beizubehaltender Bildelemente benachbart den auszulassenden Bildelementen;

eine Wähleinrichtung (9, 10, 11; 26, 27, 28; 44, 45, 46) zum Vergleichen eines Wertes des ausgelassenen Bildelementes mit einer Vielzahl von der Vielzahl Interpolationseinrichtungen erzeugter Interpolationswerte;

eine Kodiereinrichtung (12; 29; 49), die ansprechend auf ein Ausgangssignal der Wähleinrichtung ein Kodewort für Interpolationszwecke erzeugt, das anzeigt, welche Interpolationseinrichtung von der Wähleinrichtung gewählt ist; und

eine Überlagerungseinrichtung (13; 30; 50) zum Überlagern des Kodeworts auf einem beibehaltenen Bildelement aufweist,

und nur die beibehaltenen Bildelemente überträgt;

dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung (13; 30; 50) das Kodewort einem Wert des beibehaltenen Bildelements durch Verändern des geringstwertigen Bits des beibehaltenen Bildelements entsprechend dem Kodewort überlagert, wodurch das Kodewort ohne Erhöhung der Bitzahl pro Bildelement überlagert wird.

2. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 1, bei dem die Vielzahl Interpolationseinrichtungen ein Horizontal-Tiefpaßfilter (24) und ein Vertikal-Tiefpaßfilter (25) aufweist.

3. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung den Wert des zu überlagernden beibehaltenen Bildelements derart ändert, daß der Interpolationsfehler nicht erhöht wird, und zwar durch Überlagerung desjenigen Kodewortes, das eine ausgewählte Interpolationseinrichtung anzeigt, auf dem Bildelement.

4. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung nicht die Überlagerung desjenigen Kodewortes bewirkt, das eine ausgewählte Interpolationseinrichtung anzeigt, wenn der Wert des zu interpolierenden Bildelements in das allen Interpolationseinrichtungen gemeinsame Filterdurchlaßband fällt.

5. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung nicht die Überlagerung desjenigen Kodewortes bewirkt, das eine ausgewählte Interpolationseinrichtung anzeigt, wenn die Differenz zwischen der Vielzahl Interpolationswerte kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

6. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung dasjenige Kodewort, das eine ausgewählte Interpolationseinrichtung anzeigt, dem geringstwertigen Bit eines beibehaltenen Bildelements überlagert.

7. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung die Überlagerung derart bewirkt, daß das Kodewort von Informationen darüber dargestellt wird, ob die geringstwertigen Bits von Werten zweier beibehaltener Bildelemente einander gleich sind.

8. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung dasjenige Kodewort, das eine ausgewählte Interpolationseinrichtung anzeigt, einem beibehaltenen Bildelement benachbart dem ausgelassenen interpolierten Bildelement überlagert.

9. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 1, der ferner eine Vor-Filtereinrichtung (40) zum Ausblenden der Skew-Frequenzkomponente, einschließlich sowohl einer hohen Horizontal- als auch einer hohen Vertikalfrequenz des Videosignals vor dem Gewinnen der Interpolationswerte aufweist.

10. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer nach Anspruch 9, bei dem die Vor-Filtereinrichtung ein Skew-Frequenzkomponenten-Durchlaßfilter (51, 52) zum Erzeugen eines das Ergebnis der Horizontal-Hochpaßfilterung (52) und der Vertikal-Hochpaßfilterung (51) darstellenden Ausgangssignals und einen Subtrahierer (53) zum Subtrahieren des erzeugten Signals von dem Original-Videosignal aufweist, um die Skew-Frequenzkomponente auszublenden.

11. Unter-Nyquist-Abtast-Kodierer und -Dekodierer, der aufweist:

Einen Kodierer mit einer Einrichtung (6; 19; 41) zum Unterabtasten von Bildelementen von einem abgetasteten Videodatensignal entsprechend einer vorbestimmten Vorschrift, eine Vielzahl Interpolationseinrichtungen (7, 8; 24, 25; 42, 43) zum Interpolieren eines Bildelements, das auszulassen ist, unter Verwendung von dem auszulassenden Bildelementen benachbarten beizubehaltenden Bildelementen, eine Wähleinrichtung (9, 10, 11; 26, 27, 28; 44, 45, 46) zum Vergleichen eines Wertes des ausgelassenen Bildelements mit einer von der Vielzahl Interpolationseinrichtungen erzeugten Vielzahl Interpolationswerte, eine Kodiereinrichtung (12; 29; 49), die ansprechend auf ein Ausgangssignal der Wähleinrichtung ein Kodewort für Interpolationszwecke erzeugt, das anzeigt, welche Interpolationseinrichtung von der Wähleinrichtung ausgewählt ist, und eine Überlagerungseinrichtung (13; 30; 50) zum Überlagern des Kodeworts einem Bildelement, das beizubehalten ist; und dadurch gekennzeichnet ist, daß

die Überlagerungseinrichtung (13; 30; 50) das Kodewort einem Wert des beibehaltenen Bildelements durch Verändern des geringstwertigen Bits des beibehaltenen Bildelements entsprechend dem Kodewort überlagert, wodurch das Kodewort ohne Erhöhung der Bitzahl pro Bildelement überlagert wird; und

ein Dekodierer vorgesehen ist,

der Dekodierer auf von dem Kodierer übertragene Informationen anspricht und

eine Vielzahl Interpolationseinrichtungen (14, 15; 34, 35) mit denselben Charakteristika wie diejenigen entsprechender mehrerer Interpolationseinrichtungen des Kodierers,

eine Absonderungseinrichtung (16; 36) zum Absondern desjenigen Kodewortes, das eine ausgewählte Interpolationseinrichtung anzeigt, von übertragenen beibehaltenen Bildelementen und

eine Einfügungseinrichtung (17, 18; 37, 39) zum Einfügen eines von der ausgewählten Interpolationseinrichtung, die von dem Kodewort angezeigt wird, gewonnenen Interpolationswertes an einer Position zwischen beibehaltenen Bildelementen aufweist.