DE3936935C1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für einen Fernsehempfänger zur Ermittlung von Bewegungen in Bildern aus einem Bildsignal eines Multiple-Subsampling-Übertragungssystems nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Ein Multiple-Subsampling-Übertragungssystem, das ein Zwischenbilder- und Zwischenteilbilder-Versatz-Subsampling ausführt, ist eines der verschiedenen Verfahren zur Übertragung von Fernsehsignalen, genauer von HDTV-Bildsignalen mit Hilfe einer Bandbreitenkompression. Eine Ausführungsform eines solchen Übertragungssystems nennt man MUSE-System (Multiple Sub-Nyquist Sampling Encoding), bei welchem eine wirksame Bandbreitenverminderung bei der Übertragung von Fernsehbildsignalen erfolgt.

Eine Ausführungsform eines MUSE-Systems ist in der US-PS 46 92 801 beschrieben. Das darin beschriebene MUSE-System enthält eine Einrichtung zur Verarbeitung eines unbewegten Bildbereiches (Bereiche eines Teilbildes, in denen das Bild sich nicht ändert), eine Einrichtung zur Verarbeitung eines sich bewegenden Bildbereiches, einen Bewegungsdetektor zur Ermittlung von Bewegungsinformation aus einem Differenzsignal von benachbarten Zwischenbildern, einen Mischer zum Mischen der sich bewegenden Bilder mit dem stillstehenden Bild in Übereinstimmung mit einem Bewegungsumfang, der von dem Bewegungsdetektor ermittelt worden ist, und eine Einrichtung zur Zwischenbildversatzabtastung eines von dem Mischer abgegebenen Signals. Darüber hinaus enthält die Einrichtung zur Verarbeitung des unbewegten Bildbereichs ein Zwischenteilbild-Vorfilter zum Unterdrücken von Hochfrequenzkomponenten in einer schrägen Richtung eines Bildsignals mit 24-MHz- Bandbreitenbegrenzung, eine Abtastschaltung zum Aufnehmen eines Signals von dem genannten Vorfilter und zum Ausführen einer Zwischenteilbild-Versatz-Unterabtastung in der 24- MHZ-Abtastfrequenz und einen Abtastfrequenzwandler zum Ausführen einer Änderung nur der Abtastfrequenz von 24 MHz auf 32 MHz. Außerdem enthält die Einrichtung zur Verarbeitung des Bewegungen aufweisenden Bildbereichs im allgemeinen ein Unterteilbild-Vorfilter zum Begrenzen in 12 MHz einer Frequenzbandbreite des Bildsignals mit der oben beschriebenen Bandbreitenbegrenzung und zum Unterdrücken der Hochfrequenzkomponenten in der schrägen Richtung, um so Auftreten von Pseudoeffekten zu verhindern, eine Abtastschaltung zum Abtasten eines Ausgangs eines Unterteilbildvorfilters in der 24-MHz-Abtastfrequenz, und einen Abtastfrequenzwandler zum Ausführen einer Änderung nur der Abtastfrequenz von 24 MHz auf 32 MHz.

Die sich bewegenden und die stillstehenden Bilder, die jeweils von der Einrichtung zur Verarbeitung derselben abgegeben werden, werden miteinander in linearer Weise durch den Mischer gemischt, je nach Umfang der Bewegung, die von dem Bewegungsdetektor ermittelt wird. Zu einem Ausgang des Mischers wird die Zwischenbildversatzunterabtastung bei 16 MHz Abtastfrequenz von der Zwischenbildversatzunterabtasteinrichtung geführt, so daß das Bewegungsbildsignal keine Pseudobereiche im Frequenzband von 0 bis 4 MHz hat. Zusammen mit verschiedenen Steuersignalen, die notwendig sind, um das ursprüngliche Bild in einem Empfänger zu rekonstruieren, beispielsweise mit einem Bewegungswechsler zur Kompensation einer Bildbewegung, die aus der Bewegung oder Neigung einer Kamera resultieren kann, wird das Unterabtastsignal in einem 8- MHz-Basisband übertragen.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils eines Decoders auf der Empfängerseite des oben beschriebenen Systems. Ein Bildsignal, das aus einem Multiple-Subsampling-Übertragungssignal, das sendeseitig geliefert wird, abgetrennt wurde, wird einem Eingangsanschluß 10 zugeführt. Ein Zwischenbildinterpolationsfilter 13, ein Abtastfrequenzwandler 14 und ein Zwischenteilbildinterpolationsfilter 15 bilden eine Standbildverarbeitungseinrichtung 12 zur Wiedergabe eines unbewegten Bildbereichs aus dem empfangenen Bildsignal. Hier verarbeitet das Zwischenbildinterpolationsfilter 13 das unbewegte Bild, indem ein Bildelement, das nicht durch die Zwischenbildversatzunterabtastung abgetastet worden ist, durch ein Bildelement eines vorangehenden Vollbildes ersetzt wird. Der Abtastfrequenzwandler 14 wandelt eine Frequenz des interpolierten Ausgangs des Zwischenbildinterpolationsfilters 13 von der früheren 32 MHz-Frequenz auf die 24-MHz-Abtastfrequenz um. Um ein Standbild mit einem 24-MHz-Signalband ohne Pseudoeffekte zu erhalten, wird das Zwischenteilbildinterpolationsfilter 15 verwendet. Außerdem dienen das Zwischenbildinterpolationsfilter 13 und das Zwischenteilbildinterpolationsfilter 15 der Kompensation einer Bewegung in dem Bild, die von einem Schwenkphänomen, wie beispielsweise durch Bewegen oder Neigen der Kamera resultiert, in Abhängigkeit von einem Bewegungsvektor, der von einem (in der Zeichnung nicht gezeigten) Separator geliefert wird.

Ein Unterteilbildinterpolationsfilter 17 und ein Abtastfrequenzwandler 18 bilden eine Bewegungsbildverarbeitungseinrichtung 16 zum Wiedergeben eines bewegten Bildbereichs aus dem empfangenen Bildsignal. Das Unterteilbildinterpolationsfilter 17 wird dazu verwendet, ein Bewegungsbildsignal ohne Pseudoeffekte im Frequenzband von 0 bis 12 MHz aus einem Bewegungsbildsignal mit Pseudoeffekten im Frequenzband von 4 bis 8 MHz zu reproduzieren. Der Abtastfrequenzwandler 18 wandelt die Frequenz des reproduzierten Bewegungsbildsignals vom 32-MHz-Signal auf die 24-MHz-Abtastfrequenz um.

Ein Bewegungsdetektor 20 begrenzt die Bandbreite des Eingangssignals auf 4 MHz, um ein benachbartes Zwischenbilddifferenzsignal zu erhalten, d. h. einen Bewegungsumfang aus dem Bewegungsbildsignal. Das unbewegte Bild der Standbildverarbeitungseinrichtung 12 und das Bewegungsbild der Bewegungsbildverarbeitungseinrichtung 16 werden linear in einem Mischer 22 entsprechend dem Umfang der Bewegung, die von dem Bewegungsdetektor 20 geliefert wird, miteinander vermischt, und sie werden anschließend einem in der Zeichnung nicht gezeigten Zeitkompressionsintegrationsdecoder (TCI-Decoder) zugeführt.

Ein Verfahren zur Ermittlung eines Bewegungsbereichs im Empfänger des vorgenannten Systems besteht kurz gesagt darin, ein benachbartes Zwischenbilddifferenzsignal aus einem Bewegungsbildsignal des empfangenen Bildsignals zu erhalten und dann das lineare Mischen des Standbildes und des Bewegungsbildes entsprechend dem Bewegungsumfang des Zwischenbilddifferenzsignals auszuführen.

Bei einem weiteren MUSE-System (siehe US-PS 47 45 459), das einen Vollbildspeicher und einen zweitlichen Interpolator als sogenannte Standbildverarbeitungeinrichtung enthält und das weiterhin einen Zwischenrauminterpolator als sogenannte Bewegungsbildverarbeitungseinrichtung aufweist, erzielt der Bewegungsdetektor die Ermittlung eines solchen Bewegungsbereiches aufgrund eines Differenzsignals aus zwei benachbarten Zwischenbildern.

Die oben beschriebenen bereits bekannten Systeme weisen daher im allgemeinen das Problem auf, daß die Ermittlung des Bewegungsbereiches schwierig ist. Auch ist der Schaltungsaufbau im Empfänger kompliziert, was es schwierig macht, dessen Kosten zu reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Bewegungsbereichsdetektor zu schaffen, der eine einfache Ermittlung eines bewegten Bildbereiches in einem HDTV-Empfänger in einem Multiple-Subsampling-Übertragungssystem ausführen kann.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Bewegungsbereichdetektor anzugeben, der in der Lage ist, die Schwierigkeiten der Ermittlung des bewegten Bildbereiches im HDTV-Empfänger erheblich zu vermindern.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Bewegungsbereichdetektor anzugeben, der die Erstellung eines preisgünstigen HDTV-Empfängers ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Schaltung besteht dabei insbesondere aus einer Detektorschaltung für einen bewegten Bildbereich, enthaltend eine Standbildverarbeitungseinrichtung zum Wiedergeben eines unbewegten Bildes (Standbildes) aus einem in der Empfangsschaltung eines Empfängers eines Multiple-Subsampling-Übertragungssystems empfangenen Bildsignals, eine Bewegungsbildverarbeitungseinrichtung zum Wiedergaben eines bewegten Bildes aus dem empfangenen Bildsignal, einem Mischer zum Durchführen einer linearen Mischung zwischen dem Standbild und dem Bewegungsbild, und einem Bewegungsdetektor zum Ermitteln eines Bewegungsbereiches aus einem gemischten Bildsignal des Mischers und aus dem Standbildsignal, das von der Standbildverarbeitungseinrichtung reproduziert wird und zum Abgeben von Information über ein Mischverhältnis zwischen dem Standbild und dem Bewegungsbild.

Der Bewegungsdetektor besteht weiterhin aus einem Vollbildspeicher zum Speichern des Bildsignals des Mischers, einer Einrichtung zum Berechnen eines Absolutwerts der Differenz zwischen dem in dem Vollbildspeicher gespeicherten Bildsignal und dem Standbildsignal, und einer Glättungsschaltung zum Glätten einer Grenzlinie des Bewegungsbereichs und zum Entfernen von darin enthaltenen Lichtpunktfehlern.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Bewegungsdetektorschaltung in einem bekannten HDTV-Empfänger;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Bewegungsdetektorschaltung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein detailliertes Blockschaltbild eines Bewegungsdetektorabschnitts in Fig. 2; und

Fig. 4A bis 4D schematische Darstellungen zur Erläuterung der Betriebsweise der Bewegungsdetektorschaltung nach der vorliegenden Erfindung.

Gemäß Fig. 2 liefern eine Bewegungsbildverarbeitungseinrichtung 16 und eine Standbildverarbeitungseinrichtung 12 in gleicher Weise, wie unter Bezugnahme auf das System nach Fig. 1 beschrieben, ein unterteilbild-interpoliertes Bewegungsbildsignal IMPS und ein zwischenbild- und zwischenteilbild-interpoliertes Standbildsignal ISPS in Abhängigkeit von einem am Empfangseingang 10 aufgenommenen Bildsignal. Das Signal ISPS von der Standbildverarbeitungseinrichtung 12 ist ein Signal, das aus zwei Vollbildern sowie einem Zwischenteilbild interpoliert ist. Wenn eine Bewegung im Bild in zwei aufeinanderfolgenden Vollbildern aufgrund einer Bewegung eines Objekts auftritt, dann enthält das Standbildsignal ISPS einen Bewegungsbereich in dem empfangenen Bildsignal.

Beide Signale ISPS und IMPS werden von einem Mischer 22 linear gemäß einem Bewegungsdetektorsignal von einem Bewegungsdetektor 24 gemischt, so daß ein ursprüngliches Bildsignal entsprechend einem Bildsignal von wenigstens einem der zwei aufeinanderfolgenden Vollbilder vom Mischer 22 erhalten werden kann. In Übereinstimmung mit der Charakteristik der vorliegenden Erfindung ermittelt der Bewegungsdetektor 24 daher einen Bewegungsbereich aus dem Bildsignal, das man im vorangehenden Vollbild von dem Mischer erhält, und aus dem Bildsignal, das einen Bewegungsbereich enthält, das man durch die Zwischeninterpolation zwischen dem laufenden Vollbild der Standbildverarbeitungseinrichtung 12 und dem vorangehenden Vollbild erhält, und man erhält dadurch ein Bewegungsdetektorsignal mit einem geeigneten Wert für Bildelemente, die innerhalb des ermittelten Bewegungsbereiches liegen.

Fig. 3 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Bewegungsdetektors 24, in welchem ein Vollbildspeicher 26 den Ausgang des Mischers 22 speichert. Ein Subtrahierer 28 liefert ein Differenzsignal zwischen Bildelementen des Bildsignals, das man in einem vorangehenden Vollbild erhält, das in dem Vollbildspeicher 26 gespeichert ist, und Bildelementen des Bildsignals, das den Bewegungsbereich enthält, das man durch die Zwischenbildinterpolation zwischen dem laufenden Vollbild der Standbildverarbeitungseinrichtung 12 und dem vorangehenden Vollbild erhält. Eine Absolutwertschaltung 30 wandelt das Differenzsignal zwischen den entsprechenden Bildelementen des Subtrahierers 28 in einen Absolutwert um. Ein Ausgang der Absolutwertschaltung 30 ist daher für Bildelemente Null, die dem Standbildbereich des Bildsignals entsprechen, das von der Standbildverarbeitungseinrichtung 12 abgegeben wird, während es einen gewissen Wert für Bildelemente hat, die dem Bewegungsbereich des Bildsignals entsprechen. Als Folge davon hat der Ausgang der Absolutwertschaltung 30 einen Wert, der den Bewegungsbereich ermittelt. Aufgrund von Pseudobildung im Bewegungsbereich können jedoch Lichtfleckfehler in dem ermittelten Bewegungsbereich auftreten, was zu einer ungleichmäßigen Begrenzungslinie des Bewegungsbereiches führt. Um diesen Fleckfehler zu beseitigen und die Umgrenzung des Bewegungsbereiches zu glätten, wird eine Glättungsschaltung 32 verwendet. Ein bekanntes Zwischenglättfilter oder Mittelwertfilter, das einen Zwischenwert von 3 Werten, die von der Absolutwertschaltung 30 zugeführt werden, gegen zwei Bildelemente, die einem speziellen Bildelement gerade benachbart sind, bildet, kann als Glättungsschaltung 32 verwendet werden.

Obgleich ein Zwischenwertfilter verwendet werden kann, das einen Zwischenwert von fünf Werten, falls notwendig, liefert, ist das bekannte Zwischenwertfilter für drei Werte vorteilhaft, um einen komplizierten Schaltungsaufbau zu vermeiden.

Es sei angenommen, daß die Anzahl der Bits, die von der Glättungsschaltung 32 zugeführt werden, gleich "n" ist und daß ein Ausgangswert derselben Glättungsschaltung, d. h. ein Detektorwert des Bewegungsbereiches gleich "M" ist. Es ergibt sich dann ein Mischverhältnis alpha (α) des Mischers 22, das sich durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

α = M/(2ⁿ - 1) (1)

Außerdem gehorcht das Ausgangssignal MS des Mischers der folgenden Gleichung:

MS = α · IMPS + (1 - α) · ISPS (2)

Aus der obigen Gleichung (2) ergibt sich, daß der Ausgang des Mischers beim Standbildbereich des Bildsignals ein Bildsignal der Standbildverarbeitungseinrichtung wegen der Beziehung χ=0 ist und durch Zuführen eines geeigneten Wertes von χ zum Bewegungsbereich läßt sich die Wiedergabe des ursprünglichen Bildes ausführen.

Allgemein ist die Anzahl der Bits im Ausgang der Glättungsschaltung 32 vorzugsweise vier für jedes Bildelement, um eine Vereinfachung der Schaltung im Gebrauch zu erzielen. Wenn die Bitanzahl des Ausgangs der Glättungsschaltung 32 jedoch vier überschreitet, beispielsweise ist es 8 Bit oder 16 Bit, dann kann ein Bitkonverter eine Umordnung auf 4 Bit. Dieser wird zwischen die Glättungsschaltung und dem Mischer geschaltet. Der Bitkonverter kann durch Verwendung wenigstens eines ROM ausgeführt werden, wobei man bei einer 8-Bit-Vorrichtung den 4-Bit-Ausgang sehr einfach erzielt, indem man sowohl die zwei obersten Bits als auch die zwei untersten Bits der acht Bits beseitigt.

Die Fig. 4A bis 4D sind schematische Darstellungen zum einfacheren Verständnis des Betriebs des erfindungsgemäßen Bewegungsdetektorsystems, wobei Fig. 4A einen Fall darstellt, bei dem ein Kreis 40 im (n-1)ten Vollbild auf einen gestrichelten Kreis 42 beim n-ten Vollbild verschoben wird. Es sei nun angenommen, daß der Kreis 40 bis zum (n-1)ten Vollbild nicht bewegt wurde. Im Vollbildspeicher 26 des Bewegungsdetektors 24 ist daher ein Bildsignal gespeichert, das in Fig. 4B dargestellt ist. Da das Bild von Fig. 4B ein Bild ist, das man durch ein Standbild erhielt, kann es ohne jede Störung der Bildqualität reproduziert werden, was dem Originalbild extrem nahe kommt. Wenn ein Bildsignal gemäß dem gestrichelten Kreis 42 beim n-ten Vollbild übertragen wird, dann ist ein Standbildsignal ISPS von der Standbildverarbeitungseinrichtung 12 ein Standbildsignal nach Fig. 4C, das man von einer Zwischenbildinterpolation zwischen dem (n-1)ten Vollbild und dem (n)ten Vollbild erhält. Wie man aus Fig. 4C erkennen kann, hat das Signal ISPS sowohl ein Signal für einen Standbildbereich 44 als auch ein Signal für einen Bewegungsbereich 46. Da der Bewegungsbereich 46 von Fig. 4C in einem Bereich liegt, der ohne Rücksicht auf die Zwischenbildkorrelierung reproduziert wird, ist die Bildqualität der Bildelemente im Bewegungsbereich 46 beträchtlich gestört worden. Inzwischen ist das Bewegungsbildsignal IMPS von der Bewegungsbildverarbeitungseinrichtung 16 ein Bewegungsbildsignal von Fig. 4D, das man aus der Unterteilbildinterpolation durch ein laufendes Vollbild, d. h. das n-te Bild, erhält. Das Bildsignal von Fig. 4B und das Standbildsignal von Fig. 4C, das im Bildrahmen 26 gespeichert ist, wird am Subtrahierer 28 verarbeitet, und ein Absolutwert einer Differenz zwischen den zwei Bildsignalen wird an der Absolutwertschaltung 30 erzeugt. Dementsprechend hat der Ausgang der Absolutwertschaltung 30 einen gegebenen Wert, der ein Detektorwert des Bewegungsbereiches über die Bildelemente im Bewegungsbereich 46 ist, während er Null ist für die anderen Bildelemente, die im Standbildbereich 44 liegen. Hierdurch wird die Ermittlung eines Bewegungsbereiches nach der Erfindung erzielt.

Die Betriebsweise der Glättungsschaltung 32 und des Mischers 22, die nachfolgend abläuft, ist dieselbe wie zuvor erläutert.

Aus der obigen Beschreibung der Erfindung geht hervor, daß das Bewegungsdetektorsystem einen Bewegungsdetektor zum Ermitteln des Bewegungsbereiches durch einen Absolutwert eines Differenzsignals zwischen dem Ausgang des Mischers und dem Standbildsignal der Standbildverarbeitungseinrichtung aufweist und ein Bewegungsbereichsdetektorsignal abgibt, um die Grenzlinien des Bewegungsbereichs zu glätten und Lichtfleckfehler darin zu beseitigen, und der Mischer zum Mischen des Bewegungssignals zu dem Standbildsignal unter Steuerung durch das Bewegungsbereichsdetektorsignal ermöglichen die einfachere Ermittlung eines Bewegungsbereiches und die Realisierung eines im Vergleich zum Stand der Technik einfacheren Schaltungsaufbaus.

Claims (4)

1. Schaltung für einen Fernsehempfänger zur Ermittlung von Bewegung in Bildern aus einem Bildsignal eines Multiple-Subsampling-Übertragungssystems, enthaltend:
eine Einrichtung (16) zur Erzeugung eines Bewegungsbildsignals aus dem Bildsignal;
eine Einrichtung (12) zur Erzeugung eines Standbildsignals aus dem Bildsignal;
einen Mischer (22) zum Durchführen einer Mischung zwischen dem Bewegungsbildsignal und dem Standbildsignal in Übereinstimmung mit einem gegebenen Mischverhältnis, um dadurch ein gemischtes Bildsignal zu erzeugen; und
eine Bewegungsdetektoreinrichtung (24) zum Abgeben eines Bewegungsdetektorsignals, das dem Mischer (22) zur Bestimmung des Mischungsverhältnisses zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsdetektoreinrichtung (24) das Standbildsignal und das gemischte Bildsignal zugeführt werden und daß das Bewegungsdetektorsignal aus der Differenz des Standbildsignals und des gemischten Bildsignals erzeugt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsdetektoreinrichtung enthält:
eine Speichereinrichtung (26) zum Speichern des gemischten Bildsignals von dem genannten Mischer;
eine Recheneinrichtung (28, 30) zum Ermitteln eines Absolutwertes der Differenz zwischen dem wiedergegebenen Standbildsignal und dem in der Speichereinrichtung gespeicherten gemischten Bildsignal; und
eine Glättungseinrichtung (32) zum Abgeben des Bewegungsdetektorsignals in Abhängigkeit von dem genannten Absolutwert, um den Bewegungsbereich zu glätten.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glättungseinrichtung (32) wenigstens ein Zwischenwertfilter aufweist, das den Absolutwert eines Bildelements durch einen Mittelwert aus diesem und Absolutwerten benachbarter Bildelemente ersetzt.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine Bitumsetzungsschaltung (bit/converter) enthält, die zwischen die Glättungseinrichtung (32) und den Mischer (22) geschaltet ist,
und die als Antwort auf
einen von der Glättungseinrichtung gelieferten und durch eine bestimmte Anzahl von Bits repräsentierten Wert, der dem Absolutwert eines Bildelements entspricht,
einen anderen Wert mit einer geringeren Bitzahl an den Mischer (22) weitergibt,
wobei eine feste Zuordnung zwischen eingegebenen und ausgegebenen Werten besteht.