DE3935981A1

DE3935981A1 - Verfahren zur progressiven wiedergabe von bildern mit erhoehter bildwechselfrequenz

Info

Publication number: DE3935981A1
Application number: DE19893935981
Authority: DE
Inventors: Erich Geiger; Dietrich Dr Westerkamp
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1989-10-28
Filing date: 1989-10-28
Publication date: 1991-05-02
Also published as: TR24738A; WO1991007049A1; AU6636590A; CN1051472A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur progressiven Wieder gabe von Bildern mit erhöhter Bildwechselfrequenz.

Für die Einführung eines 16 : 9-Breitbildformates in bestehende Fernsehstandards (z. B. PAL, SECAM, NTSC) mit dem Format 4 : 3 wird das sogenannte "letter box"-Verfahren diskutiert ("Verbesserungsmöglichkeiten und Entwicklungstendenzen bei PAL", G. Holoch, Vortrag FKTG 17. 01. 89 in Berlin und "Künf tige Fernsehsysteme", F. Müller-Römer, Fernseh- und Kinotech nik, 43. Jahrgang, Nr. 6/1989 und "Die neuen Wege des alten PAL", Dr. A. Ziemer, E. Matzel, Funkschau Nr. 18/1989). Bei diesem Verfahren wird in kompatibler Weise auf dem 4 : 3-Empfänger die gesamte Bildinformation der 16 : 9-Aufnahme darge stellt mit nicht durch sichtbaren Bildinhalt gefüllten Streifen am oberen und unteren Bildrand.

Dies geschieht dadurch, daß im Studio aus einem 16 : 9-Interlace- Bild mit z. B. 625 Zeilen von den 576 aktiven Zeilen voll bildweise jede vierte Zeile herausgenommen wird und bestimmte Zeilen als Zusatzinformation in den dadurch über und unter dem aktiven Bild verbleibenden Streifen übertragen werden. Das aktive Bild im 4 : 3-Empfänger umfaßt dann 432 Zei len und die Randstreifen jeweils 72 Zeilen. Diese Art der Darstellung von z. B. Spielfilmen mit 16 : 9-Format im 4 : 3-Empfänger ist auch bisher üblich gewesen und erfordert vom Be trachter keine Umgewöhnung.

Weil das Verhältnis der beiden Bildformate dem Verhältnis von der ursprünglichen zur verringerten Zeilenzahl ent spricht, wird die Geometrieverzerrung durch die Herausnahme der Zeilen wieder ausgeglichen.

Der 16 : 9-Empfänger wertet nun die Information aus den beiden Randstreifen aus und erhöht die auf 432 reduzierte Zahl der aktiven Zeilen wieder auf 576 und erzeugt damit ein format füllendes 16 : 9-Bild.

In der DE 39 30 964 ist ein Fernsehübertragungssystem beschrieben, bei dem Zusatzinformationen mit übertragen werden, mit deren Hilfe der 16 : 9-Empfänger die 432 aktiven Zeilen in pro gressiver Form formatfüllend darstellen kann. Aber durch die relativ niedrige Bildwechselfrequenz von 50 Hz kann insbeson dere bei höherer Bildhelligkeit Großflächenflimmern auftre ten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 16 : 9-Empfänger für im "letter box"-Verfahren übertragene Bilder mit 16 : 9-Format und 432 aktiven Zeilen so zu verbessern, daß das 50 Hz-Großflächenflimmern beseitigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk male gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß DE 39 30 964 wird auf der Senderseite ein progressives Fernsehsignal im 16 : 9-Format mit z. B. 576 aktiven Zeilen di gitalisiert, dann in vertikaler Richtung auf 432 Zeilen transcodiert, in ein Zeilensprungsignal umgewandelt, mit Zu satzinformationen versehen und als kompatibles Fernsehsignal im bekannten 4 : 3-Format übertragen.

Die Zusatzinformationen können z. B. aus Signalanteilen beste hen, die es ermöglichen, aus dem Interlace-Signal mit 432 aktiven Zeilen ein progressives Signal mit 432 aktiven Tei len zu erzeugen.

Ein entsprechender Empfänger liefert dann ein progressives, formatfüllendes 16 : 9-Bild mit 432 aktiven Zeilen und 50 Hz Bildwechselfrequenz. Die Zeilenzahl ist dann vorzugsweise 432 _* 625/576 = 468,75. Aus diesen Daten ergibt sich eine Zeilenfrequenz von 468,75 _* 50 Hz = 23437,5 Hz.

Weil für die geplante Einführung von HDMAC-Empfängern mit einer Zeilenfrequenz von 1250 _* 50 Hz/2 = 31,25 KHz und für verbesserte Standardempfänger mit 100 Hz Bildwiedergabefrequenz ebenfalls Empfänger mit einer Zeilenfrequenz von 625 _* 100 Hz/2 = 31,25 KHz erforderlich werden, bietet es sich an, daß auch der progressive 16 : 9-Empfänger mit 468,75 Zeilen eine Zeilenfrequenz von 31,25 KHz erhält. Wenn die Bildwechselfrequenz von 50 Hz beibehalten würde, ergäbe sich aber eine deutlich vergrößerte vertikale Austastlücke.

Bei einer Bildwechselfrequenz von 50 Hz umfaßt ein Bild eine Zeitdauer von 20 ms, d. h. in 60 ms werden drei Bilder wieder gegeben.

Wenn nur 468,75 Zeilen bzw. 432 aktive Zeilen wiedergegeben werden, ist es nun möglich, die vertikale Ablenkfrequenz zu erhöhen und zwar so, daß ein Bild eine Zeitdauer von 15 ms umfaßt und in 60 ms vier Bilder wiedergeben werden. Die Zei lenfrequenz ist dann 468,75 _* (1/15 ms) = 31,25 KHz und die Bildwechselfrequenz ist dann 1/15 ms = 66,67 Hz. Durch die von 50 Hz auf 66,67 Hz erhöhte Bildfrequenz wird das Großflächenflimmern nicht mehr wahrgenommen und der Be trachter erhält, unterstützt durch die progressive Wiedergabe, ein von praktisch allen Flimmereffekten befreites Bild.

Weil für je drei gesendete Bilder ni₁, ni₂, ni₃ vier Bilder no₁, no₂, no₃, no₄ wiedergegeben werden, muß nach jeweils drei wiedergegebenen Bildern no₁, no₂, no₃ ein viertes no₄ erzeugt werden. Dies geschieht vorzugsweise bewegungsadaptiv.

Wenn z. B. in den jeweils drei gesendeten Bildern ni₁, ni₂, ni₃ keine Bewegung vorhanden ist, wird als viertes Wiedergabe- Bild no₄ einfach das dritte empfangene Bild ni₃ wiederge geben. Als Bilder no₁, no₂, no₃ werden z. B. jeweils die Bil der ni₁, ni₂, ni₃ wiedergegeben.

Im Fall von Bewegung in den Bildern sind verschiedene Mög lichkeiten realisierbar, um die Wiedergabebilder zu erzeu gen. Einige davon werden im folgenden aufgeführt:

Bild no₁ ergibt sich aus Bild ni₁
Bild no₂ ergibt sich aus Bild ni₂
Bild no₃ ergibt sich aus Bild ni₃
Bild no₄ ergibt sich aus Bild ni₃
Bild no₅ ergibt sich aus Bild ni₄ usw.

Bild no₁ ergibt sich aus Bild ni₁
Bild no₂ ergibt sich aus Bild ni₂
Bild no₃ ergibt sich aus Bild ni₃

die Bildpunkte für Bild no₄ ergeben sich aus dem arith metischen Mittelwert entsprechender zeitlich verschiedener aber räumlich identischer Bildpunkte aus Bild ni₃ und Bild ni₄
Bild no₅ ergibt sich aus Bild ni₄ usw.
Bild no₁ ergibt sich aus Bild ni₁
Bild no₂ ergibt sich aus Bild ni₂
Bild no₃ ergibt sich aus Bild ni₃
Bild no₄ ergibt sich durch eine bewegungskompensierte Interpolation aus Bild ni₃ und ni₄ oder auch zusätzlich aus den Bildern ni₂ und ni₅
Bild no₅ ergibt sich aus Bild ni₄ usw.

Bild no₁ ergibt sich aus Bild ni₁
Bild no₂ ergibt sich durch eine bewegungskompensierte Interpolation aus den Bildern ni₁ und ni₂
Bild no₃ ergibt sich durch eine bewegungskompensierte Interpolation aus den Bildern ni₂ und ni₃
Bild no₄ ergibt sich durch eine bewegungskompensierte Interpolation aus den Bildern ni₃ und ni₄
Bild no₅ ergibt sich aus Bild ni₄ usw.

alle Wiedergabe-Bilder no₁, no₂, . . . ergeben sich je weils durch eine bewegungskompensierte Interpolation aus zwei oder mehr entsprechenden gesendeten Bildern ni₁, ni₂, . . .

Die Information, ob der Bildinhalt statisch oder dynamisch ist, kann z. B. in den übertragenen Zusatzinformationen ent halten sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an hand der Zeichnungen erläutert.

Dieses zeigt in

Fig. 1 Ein progressives Quellsignal im Format 16 : 9

Fig. 2 Das Bild aus Fig. 1 mit vertikal komprimiertem aktivem Teil und Zusatzinformation in den beiden Randteilen (bekannt)

Fig. 3 Darstellung des aktiven Teils des Bildes aus Fig. 2 im 4 : 3-Empfänger (bekannt)

Fig. 4 Gegenüberstellung zweier Zeitdiagramme für empfangene und vom erfindungsgemäßen Empfänger wie dergegebene Bilder

Fig. 5 Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Empfängers

Fig. 1 zeigt ein progressiv abgetastetes Fernsehbild im Bild format 16 : 9, wie es in einem 16 : 9-Studio erzeugt wird, mit einem Kreis.

Fig. 2 zeigt, wie das Fernsehbild aus Fig. 1 in einem bekann ten 16 : 9-Coder im aktiven Bereich 20 vertikal komprimiert wird. Aus den 576 aktiven Zeilen in Fig. 1 werden durch ver tikale Kompression um den Faktor 4/3 432 Zeilen als aktiver Bildteil 20 für einen 4 : 3-Empfänger erzeugt. Diese Kompression geschieht durch Entfernen jeder vierten Zeile aus dem Bild aus Fig. 1 oder durch eine vertikale Interpolation. Durch die Kompression hat sich die Geometrie des Kreises ge ändert. Die aus dem aktiven Bildteil 20 entfernten Zeilen bzw. zur Decodierung im 16 : 9-Empfänger benötigten Zeilen werden in den beiden Randstreifen 21, 22 als Zusatzsignal übertragen.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß ein 4 : 3-Empfänger den aktiven Teil 20 des Bildes aus Fig. 2 im aktiven Bereich 30 wieder gibt. Durch die horizontale Kompression des 16 : 9-Formats in das 4 : 3-Format um den Faktor 4/3 ist die ursprüngliche Geometrie des Kreises aus Fig. 1 wiederhergestellt. Ein Betrachter hat den vollen Bildinhalt aus Fig. 1 zur Verfügung, aller dings mit reduzierter vertikaler Auflösung und mit schwarzen Streifen 31, 32 am oberen und unteren Bildrand. Für Fernseh systeme mit anderen Zeilenzahlen ändern sich die Zahlen ent sprechend. Für ein Fernsehsystem mit 525 Zeilen bzw. 481 ak tiven Zeilen können z. B. die Randstreifen 21 und 22 jeweils sechzig Zeilen enthalten und der aktive Bereich 20 361 mit Bildinhalt gefüllte Zeilen.

In Fig. 4 sind progressive Vollbilder in Zeitdiagrammen dar gestellt. Die Vollbilder 411 bis 416 in Fig. 4a beanspruchen jeweils eine Zeitdauer von 20 ms und entsprechen solchen Vollbildern, wie sie beispielsweise ein Empfänger gemäß DE 39 30 964 liefert (432 aktive Zeilen, 50 Hz Bildwechselfre quenz, progressiv).

Die Bilder 411 bis 414 entsprechen den gesendeten Bildern ni₁ bis ni₄, die Bilder 415 und 416 entsprechen gesendeten Bildern ni₅ und ni₆.

In Fig. 4b sind nun Vollbilder 421 bis 428 dargestellt, die z. B. jeweils aus einem oder mehreren der Vollbilder 411 bis 416 erzeugt werden und jeweils eine Zeitdauer von 15 ms bean spruchen. Diese Bilder sind ebenfalls progressiv und haben 432 aktive Zeilen, aber die Bildwechselfrequenz ist 66 2/3 Hz. Die Bilder 421 bis 425 entsprechen den Wiedergabebildern no₁ bis no₅, die Bilder 426 bis 428 entsprechen Wiedergabe bildern no₆ bis no₈. Durch die auf 66 2/3 Hz erhöhte Bild wechselfrequenz wird praktisch kein Großflächenflimmern mehr wahrgenommen.

Die Erzeugung der Bilder 421 bis 428 geschieht bewegungsadaptiv, wie oben beschrieben. Im Fall von im wesentlichen stati schem Bildinhalt wird Bild 411 als Bild 421 wiedergegeben, Bild 412 als Bild 422, Bild 413 als Bild 423 und Bild 424, Bild 414 als Bild 425, Bild 415 als Bild 426, Bild 416 als Bild 427 und Bild 428.

Im Fall von dynamischem Bildinhalt wird, wie oben beschrieben, z. B. Bild 411 als Bild 421 wiedergegeben, Bild 412 als Bild 422, Bild 413 als Bild 423, Bild 424 wird bildpunktweise als arithmetisches Mittel aus entsprechenden Bildpunkten von Bild 413 und Bild 414 wiedergegeben, Bild 414 wird als Bild 425 wiedergegeben, Bild 415 als Bild 426, Bild 416 als Bild 427 und Bild 428 bildpunktweise als arithmetisches Mittel aus entsprechenden Bildpunkten von Bild 416 und dem auf Bild 416 folgenden empfangenen Bild wiedergegeben.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines Empfängers, der auf seinem Display 57 gemäß Fig. 4a mit der Antenne 51 empfangene Bilder als Bilder erhöhter Bildwechselfrequenz gemäß Fig. 4b wiedergibt. Die Antennensignale können auch z. B. über Ka bel eingespeiste Signale sein. Diese Signale werden einer Eingangs-Schaltung 52 zugeführt, die z. B. einen Tuner, einen ZF-Demodulator und einen A/D-Wandler enthält und an einen nachgeschalteten "letter box"-Decoder 53 angeschlossen ist, der auch einen Zusatzinformations-Separator enthält. Die im "letter box"-Decoder 53 abgetrennte Zusatzinformation wird einem Zusatzinformations-Decoder 58 zugeführt, in dem z. B. ein Zusatzsignal gewonnen wird, mit dem aus den kompatibel empfangenen 432 aktiven Zeilen im Interlace-Format aus dem "letter box"-Decoder 53 in dem Interlace-Progressiv-Konverter 54 ein Bildsignal mit 432 Zeilen und progressiver Dar stellung wiedergewonnen wird.

Dessen Ausgangssignal mit einer Bildwechselfrequenz von 50 Hz wird an eine Speicherschaltung 55 weitergeleitet, aus der es nach einer entsprechenden Bearbeitung mit einer erhöhten Bildwechselfrequenz von 66 2/3 Hz ausgelesen und einer Aus gangsschaltung 56 zugeführt wird. Die Ausgangsschaltung 56 enthält z. B. einen D/A-Wandler und die Ansteuerung für das Display 57.

Aus der Speicherschaltung 55 wird das Bildsignal einem Unter polator 59 zugeleitet, der gemäß der Beschreibung für Fig. 4 bewegungsadaptiv Zwischenbilder generiert und diese in die Speicherschaltung 55 zurückgibt. Der Interpolator erhält die statisch/bewegt-Information beispielsweise aus dem Zusatz informations-Decoder 58.

Für das Fernsehsystem mit 525 Zeilen bzw. 461 mit Bildinhalt gefüllten Zeilen und 60 Hz Bildwechselfrequenz kann der Empfänger wie sinngemäß für Fig. 4 beschrieben entsprechend be wegungsadaptiv interpolierte Bilder mit 394 Zeilen bzw. 361 aktiven Zeilen und 80 Hz Bildwechselfrequenz und 31,5 kHz Zeilenfrequenz wiedergeben.

Claims

1. Verfahren zur progressiven Wiedergabe von Bildern mit erhöhter Bildwechselfrequenz mit einem Quellsignal in einem ersten Bildformat (Fig. 1), insbesondere von 16 : 9, bei dem bei der im Halbbildverfahren erfolgenden Übertragung der wesentliche Bildinhalt (30) mit dem ersten Bildformat innerhalb eines zweiten Bildformats, insbesondere von 4 : 3, angeordnet ist (Fig. 3), dadurch gekennzeichnet, daß Zusatzinformationen (31, 32) mitüber tragen werden, die von einem Empfänger für das erste Bildformat decodierbar sind, um aus dem wesentlichen Bildinhalt (30) zusammen mit diesen Zusatzinformationen ein progressives und formatfüllendes Bild (Fig. 1) mit gegenüber der Zeilenzahl bei der Übertragung verringerter Zeilenzahl auf diesem Empfänger darzustellen, wobei das übertragene Signal von einem bekannten Empfänger für das zweite Bildformat ohne Auswertung der Zusatzin formationen decodierbar ist und wobei der Empfänger für das erste Bildformat eine Zeilenfrequenz hat, die unge fähr den zweifachen Wert der Zeilenfrequenz des Empfängers für das zweite Bildformat hat und wobei die Bild wechselfrequenz des Empfängers für das erste Bildformat um einen Faktor gegenüber der Bildwechselfrequenz des Empfängers für das erste Bildformat erhöht ist, der un gefähr dem Verhältnis des ersten Bildformats zum zweiten Bildformat entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zeilenfrequenz von 15,625 kHz und einer Bild wechselfrequenz von 50 Hz für den Empfänger im zweiten Bildformat der Empfänger für das erste Bildformat eine Zeilenfrequenz von 31,25 kHz und eine Bildwechselfrequenz von 66 2/3 Hz hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Zeilenfrequenz von ungefähr 15,75 kHz und einer Bildwechselfrequenz von ungefähr 60 Hz für den Empfänger im zweiten Bildformat der Empfänger für das erste Bildformat eine Zeilenfrequenz von ungefähr 31,5 kHz und eine Bildwechselfrequenz von ungefähr 80 Hz hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzinformationen zusätzlich eine Information über Bewegung im Bild enthalten.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der wiederzugebenden progressiven Bilder bewegungsadaptiv durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung im Bild anzeigende Information aus den Zu satzinformationen ausgenutzt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von im wesentlichen unbewegtem Bildinhalt die wiederzugebenden Bilder ein direktes Abbild von den im Empfänger für das erste Bildformat mit Hilfe der Zusatzinformationen er zeugten progressiven Bildern sind.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von im wesentlichen bewegtem Bildinhalt ein erster Teil der wiederzugebenden Bilder ein direktes Abbild von den im Empfänger für das erste Bildformat mit Hilfe der Zusatz informationen erzeugten progressiven Bildern ist und ein zweiter Teil der wiederzugebenden Bilder aus Bild punkten besteht, die durch Mittelung der Helligkeits- und/oder Farbwerte von Bildpunkten zweier benachbarter Bilder von dem im Empfänger für das erste Bildformat mit Hilfe der Zusatzinformationen erzeugten progressiven Bildern errechnet sind.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall von im wesentlichen bewegten Bildinhalt die wiederzugebenden Bilder durch eine bewegungskompensierende Interpolation von den im Empfänger für das erste Bildformat mit Hilfe der Zusatzinformationen erzeugten progressiven Bildern ge bildet werden.

10. Bildwiedergabegerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Zusatz informationen in einem Interlace-Progressiv-Konverter (54) progressive Bilder gebildet werden und daß in einem Interpolator (59) aus den progressiven Bildern bewe gungsadaptiv Bilder mit einer erhöhten Bildwechselfrequenz erzeugt werden (Fig. 4), wobei die Zeilenfrequenz einen zweifachen Wert der Zeilenfrequenz eines Empfängers für das zweite Bildformat hat.

11. Bildwiedergabegerät nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, daß in einem Zusatzinformations-Decoder (58) aus den empfangenen Zusatzinformationen die Information über Bewegung im Bild decodiert wird.