DE3928374A1 - Verfahren zur zeitlupen-wiedergabe von videosignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Zeitlupen-Wiedergabe von Videosignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE-C2 26 45 747 ist ein Verfahren zur Wiedergabe von einzelnen Bildern von auf Magnetband aufgezeichneten Videosignalen bekannt. Nach diesem Verfahren werden während eines Wiedergabebetriebes des Magnetbandgerätes die zu dem wiederzugebenden Bild gehörenden Videosignale in einen Bildspeicher geschrieben und aus diesem wiederholt gelesen. Nach erfolgtem Einschreiben der Videosignale in den Bildspeicher wird das Magnetband angehalten und in eine Position gebracht, von der das Magnetband zur Wiedergabe eines anderen Bildes erneut gestartet werden kann. Es ist daher möglich, aus einer fortlaufenden Handlung Einzelbilder als Standbild wiederzugeben. Ferner ist es möglich, bei einem Vorwärts- oder Rückwärtslauf des Magnetbandes einen Zeitlupeneffekt zu erzielen, wenn eine Folge zeitlich benachbarter Einzelbilder wiederholt aus dem Bildspeicher gelesen und auf einem Bildschirm dargestellt werden. Je nach Bewegungsgeschwindigkeit einzelner Objekte in den Bildszenen der Einzelbilder entstehen während der Zeitlupen-Darstellung mehr oder weniger unangenehm ruckende Bewegungsabläufe.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach der eingangs genannten Art anzugeben, bei welchem die unangenehm ruckenden Bewegungsabläufe bei einer Zeitlupen-Wiedergabe vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, daß ohne eine aufnahmeseitige Erhöhung der Bildwechselfrequenz die als störend empfundenen ruckartigen Bewegungsabläufe, insbesondere die von schnell bewegten Objekten, geglättet werden. Außerdem erfolgt bei extrem langsamen Zeitlupen-Geschwindigkeiten eine Harmonisierung der Bewegungsabläufe zwischen den folgenden Einzelbildern.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß durch eine nicht-lineare, bewegungs-adaptive Vollbildinterpolation nur bewegte Objekte in bestimmten und abgegrenzten Bildbereichen der zeitliche benachbarten Einzelbilder bei einer Interpolation berücksichtigt werden, während statisch vorliegende Bildanteile nicht interpoliert sondern direkt wiedergegeben werden. Weiterhin ist vorteilhaft, daß durch Anwendung einer linearen Interpolation während eines Zeitlupen-Wiedergabebetriebs die Flugbahn bewegter Objekte, z.B. die eines Tennis- oder Golfballs, verfolgt werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung zur nicht-linearen bewegungs-adaptiven Interpolation.

In der Fig. 1 bezeichnet 1 ein an sich bekanntes Magnetbandgerät zur Aufzeichnung von Video- und Tonsignalen. Bei derartigen Magnetbandgeräten wird üblicherweise ein Magnetband von einer Vorratsspule über eine Abtasteinrichtung mit rotierenden Magnetköpfen zur einer Aufwickelspule geführt. Die Bewegungsrichtung und die Geschwindigkeit des Magnetbandes kann durch von einer Bedieneinrichtung 2 an das Magnetbandgerät 1 abgegebene Steuersignale gesteuert werden. Die Bedieneinrichtung 2 enthält unter anderem ein Einstellelement 3 zur Anwahl der Zeitlupen-Richtung und der Zeitlupen-Geschwindigkeit. Eine Zeitlupen-Geschwindigkeit von +1 entspricht der normalen Wiedergabe-Geschwindigkeit, eine Zeitlupen-Geschwindigkeit von 0 einer Standbildwiedergabe und eine Zeitlupen-Geschwindigkeit von -1 einer Wiedergabe im Rückwärtslauf, wobei der Betrag der Geschwindigkeit der der normalen Wiedergabe-Geschwindigkeit entspricht. Der Zeitlupenbetrieb umfaßt somit in Vorwärtsrichtung einen Bereich von +1 bis 0 und im Rückwärtslauf einen Bereich von 0 bis -1.

Je nach Aufzeichnungsart liegen die von dem Magnetbandgerät 1 abgegebenen Videosignale entweder in analoger oder digitaler Form vor. Im Fall, daß das Magnetbandgerät 1 analoge Videosignale zur Verfügung stellt, wird das analoge Videosignal über einen Analog/Digital-Wandler 4 zu einem digitalen Bildspeicher 5 geleitet. Beim Vorliegen von digitalen Videosignalen kann auf einen Analog/Digital-Wandler 4 verzichtet werden. Das Schreiben und Lesen des digitale Bildspeicher 5 erfolgt in Abhängigkeit von einem in einem Adreßgenerator 6 erzeugten Adreßsignal. Die Synchronisation des Adreßgenerators 6 übernimmt ein von einem Taktgenerator 7 abgegebenes Taktsignal C, wobei der Taktgenerator 7 durch das von dem Magnetbandgerät 1 abgegebene Videosignal gesteuert wird. Außerdem wird dem Adreßgenerator 6 das von der Bedieneinrichtung 2 abgegebene Steuersignal zur Bestimmung der Zeitlupen-Geschwindigkeit zugeführt.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der Bildspeicher 5 eine Speicherkapazität von einem Vollbild auf. Zur Ermittlung von Bewegungsphasen zwischen dem anliegenden (Eingang 8) und dem im Bildspeicher 5 verzögerten Bild werden die Ein- und Ausgangssignale des Bildspeichers 5 in einem Subtrahierer 9 subtrahiert und das ermittelte Differenzsignal zu einer binären Schwellwertstufe 10 weitergeleitet. Am Ausgang der binären Schwellwertstufe 10 liegt ein bewertetes Differenzsignal von zwei zeitlich benachbarten Bildern, die ein bewegtes Objekt enthalten, dessen Bewegungsgeschwindigkeit über einem bestimmten Grenzwert liegt. Durch die Bewertung können bewegte Objekte mit geringerer Bewegungsgeschwindigkeit von der nachfolgenden Interpolation in einer Interpolationsstufe 11 ausgeschlossen werden. Die Interpolationsstufe 11 ist ferner mit den Bit-parallelen Ein- und Ausgängen des Bildspeichers 5 sowie mit dem Steuersignalausgang der Bedieneinrichtung 2 verbunden.

Nach einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt in der Interpolationsstufe 11 eine nicht-lineare, bewegungsadaptive Bildinterpolation des anliegenden und des um ein Vollbild verzögerten Videosignals. Nicht-lineare, bewegungsadaptive Bildinterpolationen sind in Verbindung mit Irrelevanzreduktionsverfahren an sich bekannt (Zeitschrift "Proceedings of IEEE", Vol. 73, Nr. 4, April 1985, S. 523 bis 548). Bei Irrelevanzreduktionsverfahren zur Bildcodierung werden mehrere Bilder in der Bildfolge eines standardmäßig mit einer Fernsehkamera aufgenommenen Videosignals zur Reduzierung der Datenübertragungsrate sendeseitig nicht übertragen. Auf der Wiedergabeseite werden diese nicht übertragenen Bilder anhand der übertragenen Stütz-Bilder regeneriert.

Die vorliegende Erfindung nutzt die auf dem Gebiet der Irrelevanzreduktion eingesetzten Techniken, um bei einer Zeitlupen-Wiedergabe die vorgegebene Bildwechselfrequenz einer Standard-Fernsehkamera für schnell bewegte Objekte abhängig von der gewählten Zeitlupen-Geschwindigkeit scheinbar zu erhöhen. Dabei werden einzelne Bildbereiche des am Eingang des Bildspeichers 5 vorliegenden Bildes durch interpolierte Bildbereiche ersetzt, die schnell bewegte Objekte enthalten. Für den Ersatz ist ein gesteuerter Umschalter 12 vorgesehen, der an dem Ausgang der Interpolationsstufe 11 und an dem Eingang 8 des Bildspeichers 5 angeschlossen ist. Die Steuerung des gesteuerten Umschalters 12 erfolgt über eine Signalaufbereitungsstufe 13 durch das von der binären Schwellwertstufe 10 abgegebene Differenzsignal. Von einem Ausgang des gesteuerten Umschalters 12 kann nach einer Digital/Analog-Wandlung mit einem D/A-Wandler 14 ein modifiziertes Videosignal abgenommen werden, welches bei einer Zeitlupen-Darstellung einen weniger ruckartigen und damit harmonischeren Bewegungsablauf schnell bewegter Objekte zwischen den einzelnen Zeitlupenbildern aufweist.

Anstelle eines nicht-linearen, bewegungs-adativen Bildinterpolators kann für eine trickartige Zeitlupen-Wiedergabe auch ein linearer Bildinterpolator treten. Ein solcher linearer Bildinterpolator kann beispielsweise ein transversales oder rekursives Filter sein, in welchem der Bildspeicher 5 als Verzögerungselement dient. Je nach gewähltem Schwellwert in der binären Schwellwertstufe 10 kann dabei die Bahn eines bewegten Objektes als sichtbare Spur dargestellt werden. Es kann daher gezielt z.B. der Bahnverlauf von Golf- oder Tennisbällen verfolgt werden. Da jedoch bei einer linearen Interpolation grundsätzlich vertikale Bewegungsunschärfen auftreten, ist bei dieser Art der Zeitlupen-Wiedergabe Voraussetzung, daß der Hintergrund derartiger Zeitlupen-Szenen keine weiteren Bewegungen aufweist. Für den Fall, daß der Hintergrund bewegte Szenen aufweist, sollte auf das eingangs erwähnte nicht-lineare Interpolationsverfahren zurückgegriffen werden.

In der Fig. 2 ist das Prinzip zu einer nicht-linearen, bewegungs-adaptiven Bildinterpolation anhand von zwei zeitlich benachbarten Bildern f₀ und f_n dargestellt. Dabei sei angenommen, daß die mit dem Einstellelement 3 gewählte Zeitlupen-Geschwindigkeit m = 0,25 beträgt, so daß ein in den Bildspeicher 5 geschriebenes Bild viermal in Folge aus dem Bildspeicher 5 zu lesen ist bevor ein neues Bild in den Bildspeicher 5 eingeschrieben wird. Befindet sich in der Bildszene des Bildes f₀ ein Objekt an der Stelle x₀, y₀, so wird dieses Objekt beim Vorliegen einer bestimmten Bewegungsgeschwindigkeit in dem folgenden vom Magnetband abgenommenen Bild f_n an der Stelle x_n und yn zu finden sein.

Der Interpolator 11 erzeugt nun zwischen den zeitlich benachbarten Bildern f₀ und f_n weitere Bilder mit dazwischenliegenden Bewegungsphasen des bewegten Objektes. Die Anzahl der weiteren interpolierten Bilder richtet sich nach der gewählten Zeitlupen-Geschwindigkeit. Eines dieser weiteren Bilder ist in der Fig. 2 mit f_k bezeichnet. Da dieses Bild f_k zeitlich in der Mitte zwischen den Bildern f₀ und f_n liegt, nimmt das erkannte bewegte Objekt die Stelle x_k = x₀+(x_n-x₀)/2 und y_k = y₀+(y_n-y₀)/2 ein. Von diesem generierten Zwischenbild wird nur ein kleinerer Bildbereich um das bewegte Objekt herum in das vom Magnetband abgenommene Videosignal eingefügt. Der "unbewegte" Hintergrund des vom Magnetband abgenommenen Videosignales bleibt somit erhalten.

Wie eingangs erwähnt, richtet sich die Anzahl der interpolierten Bilder nach der jeweils gewählten Zeitlupen-Geschwindigkeit. Bei extremen Zeitlupen-Geschwindigkeiten, die etwa der Zeitlupen-Geschwindigkeit von 0 (Standbild-Wiedergabe) entsprechen, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung nur der unmittelbare Übergangsbereich zwischen zwei zeitlich benachbarten Bildern durch interpolierte Bilder ersetzt. Dieser unmittelbare Übergangsbereich umfaßt eine Zeitspanne von ca. 0,2 Sekunden; während der übrigen Wiedergabezeit erfolgt eine quasi Standbildwiedergabe.

Claims (6)

1. Verfahren zur Zeitlupen-Wiedergabe von Videosignalen,
welche mit einer im Vergleich zur Aufnahme-Geschwindigkeit geringeren Wiedergabe-Geschwindigkeit von einem Informationsträger abgenommen und zur Zwischenspeicherung in einen Bildspeicher geschrieben werden und
welche als Einzelbild-Sequenzen wiederholt aus dem Bildspeicher gelesen werden,
dadurch gekennzeichnet, daß von Videosignalen zeitlich aufeinanderfolgender Einzelbild-Sequenzen mit durch Bewegungsphasen unterschiedlichem Bildinhalt durch eine Bildinterpolation Videosignale abgeleitet werden, welche Bildfolgen mit zwischen den Bewegungsphasen unterteilten Bewegungsabläufen aufweisen, die anstelle der aus dem Bildspeicher gelesenen Einzelbild-Sequenzen zur Zeitlupen-Wiedergabe herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Informationsträger abgenommenen Videosignale und die zwischengespeicherten Videosignale zur Erkennung von Bewegungsphasen bildweise verglichen werden,
daß auf Videosignale von Fernsehbild-Sequenzen mit erkannten Bewegungsphasen eine nicht-lineare Bild-Interpolation angewendet wird und
daß interpolierte Videosignale abgegrenzter Bildbereiche mit erkannten Bewegungsphasen innerhalb eines Fernsehbildes in ortsgleiche Bildbereiche das vom Informationsträger abgenommene Videosignal eingefügt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, das als nicht-lineare Bildinterpolation eine bewegungsadaptive Vollbildinterpolation angewendet wird.

4. Verfahren nach Anpruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vom Informationsträger abgenommenen Videosignale und die zwischengespeicherten Videosignale zur Erkennung von Bewegungsphasen bildweise verglichen werden und
daß auf Videosignale von Fernsehbild-Sequenzen mit einem bewegten Objekt und umbewegten Hintergrund zur Darstellung des Bahnverlaufs des bewegten Objekts eine lineare Bild-Interpolation angewendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl interpolierter Bilder mit einer gewählten Zeitlupen-Geschwindigkeit verkoppelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem Vorliegen einer sehr langsamen Zeitlupen-Geschwindigkeit nur in einem kleinen Zeitbereich zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelbild-Sequenzen eine Bildinterpolation durchgeführt wird.