DE3943307A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur aufbereitung von farbsignalen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schaltungen zur Bearbei­ tung des Farbart- bzw. -sättigungssignals (Chromasignal) und insbesondere eine solche Schaltung und ein Verfahren für ein digitales Farbart- bzw. -sättigungssignal.

Das Farbsignal im NTSC-System hat eine im Vergleich zum Leuchtdichtesignal geringe Bandbreite. Farbstörungen (Rau­ schen) sind insbesondere in kontrastarmen Bereichen für den Betrachter sehr auffällig. Die begrenzte Bandbreite des Farbsignals bewirkt verhältnismäßig langsame Übergänge, die ebenfalls unerwünscht sind, da sie scharfe Farbabgrenzungen verhindern. Man hat häufig versucht, langsame Signalübergänge durch das Hinzufügen weiterer Signale - bspw. der zweiten Ableitung - zu verbessern. Die einander entgegenstehenden Forderungen nach gutem Stör- bzw. Rauschabstand und schnellen Übergängen haben jedoch Kompromisse erzwungen.

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein neuartiges Verfahren und eine Anordnung zum Bearbeitung des Farbart- bzw. -sättigungssignals, die diese Schwierigkeiten umgehen.

Bei digitalisierten Fernsehsystemen nehmen die Farbsignals die Form diskreter Bildelemente an. Diese digitalen Signale lassen sich digital nach verschiedenen Verbesserungsverfah­ ren bearbeiten. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Differenzsignal abgeleitet, um Aktivität bzw. eine Änderung des Farbsignals anzuzeigen. Ein zweites Differenzsignal verstärkt bzw. verschärft diese Änderungen oder Übergänge, wenn dem Ausgangs-Farbsignal hinzugefügt. Die Bildelemente werden gruppenweise analysiert und ein Mittel­ wert, ein Minimum und ein Maximum bestimmt. Das Mittelwert­ signal wird durchgeschaltet, wenn das erste Differenzsignal unter einer festen Schwelle liegt, und das übergangsverbes­ serte Signal wird zugeführt, wenn das Signal über der Schwelle liegt. Das Minimum- und das Maximumsignal dienen dazu, Unter- und Überschwinger des übergangsverbesserten Signals zu begrenzen. Das bearbeitete Farbsignal wird also durch Rauschunterdrückung oder Übergangsverbesserung optimiert.

Wie ersichtlich, umfaßt die Erfindung mehrere Aspekte, näm­ lich eine wahlweise Rauschunterdrückung und Übergangsver­ besserung in einem Farbart- bzw. -sättigungssignal, das Ent­ wickeln eines übergangsverbesserten Farbart- bzw. -sätti­ gungssignals mit kontrollierten Unter- und Überschwingver­ halten sowie die Kombination eines rausch- oder übergangs­ verbesserten Farbart- bzw. -sättigungssignals mit Ober- und Untergrenzen für die Kontrolle des Unter- und Überschwing­ verhaltens.

Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung und der beigefügten Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Teil-Blockschaltbild, das das Verfahren und die Schaltung zur Bearbeitung eines Farbsignals zeigt;

Fig. 2 ist eine Wahrheitstabelle für das erfindungsgemäße Kriterienfilter; und

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Verbesserung des Über­ gangsverhaltens.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäß aufgebaute Schaltung zur Bearbeitung von Farbart- bzw. -sättigungssignalen. Der Rest des FS-Empfängers ist fortgelassen, um die Zeichnung nicht zu überlasten; die erfindungsgemäße Schaltung ist von diesem unabhängig. In der Fig. 1 sind bestimmte programmier­ bare Eigenschaften und Koeffizienten angegeben. Sie werden von einem Mikroprozessor (nicht gezeigt) geliefert, der Teil des Digital-FS-Empfängers ist, auf den die vorliegende Er­ findung Anwendung findet. Bspw. ist hier der Digital-FS-Empfänger geeignet, wie er in der Veröffentlichung "Digit 2000 - VLSI Digital TV System" der Fa. ITT beschrieben ist.

Das digitalisierte Farbsignal in der Form R-Y und B-Y am Eingang 10 wird auf eine erste Bildpunkt-Verzögerungsschal­ tung 12 und eine zweite Bildpunkt-Verzögerungsschaltung 14 gegeben. Das digitale Signal enthält eine Folge von Bild­ punkten bzw. Signalen X(N) am Eingang 10, X(N-1) am Ausgang der Verzögerungsschaltung 12 und X(N-2) am Ausgang der Ver­ zögerungsschaltung 14. Die Bildpunkte werden in Gruppen von jeweils drei aufeinanderfolgenden Bildpunkten N, N-1 und N-2 analysiert. Das Signal X(N) geht zusammen mit einem Signal -X(N-1) an einen Summierer 16, das Signal X(N-1) und das Signal -X(N-2) an einen Summierer 18 Das Ausgangssignal des Summierers 16, d.h. das erste Differenzsignal X(N)-X(N-1) geht an den positiven Eingang eines Summierers 22, der auch das positive Ausgangssignal des Summierers 18 erhält. Das Ausgangssignal des Summierers 22 ist das Signal X(N) und das Signal -X(N-2) und stellt ein weiteres Differenzsignal X(N)- X(N-2) dar. Das Ausgangssignal des Summierers 18 geht an einen 2X-Multiplikator 20, der es mit dem Faktor 2 multipli­ ziert und an den positiven Eingang eines Summierers 24 gibt, der auch das negative Ausgangssignal des Summierers 22 er­ hält. Das Ausgangssignal des Summierers 24, d.h. die Diffe­ renz der beiden ersten Differenzsignals, stellt ein zweites Differenzsignal dar. Das zweite Differenzsignal geht an einen K-Selektor 26, der eine programmierbare Zahl (Wert) XP zur Einstellung der Werte des Ausgangssignals des Summierers 24 erhält. Diese Einstellung stellt das zweite Differenzsignal auf den für die Verbesserung des Übergangsverhaltens er­ wünschten Wert ein. Ein Summierer 32 erhält das Ausgangs­ signal des K-Selektors 26 und das Signal X(N-1), d.h. das nicht modifizierte Farbsignal. Wie dargestellt, besteht das Ausgangssignal des Summierers 32 aus dem übergangsverbesser­ ten ursprünglichen Farbsignal. Infolge der Übergangsverbes­ serung (d.h. Verschnellerung) kann dieses Ausgangssignal jedoch erhebliche Über- und Unterschwinger enthalten. Das Ausmaß des Über- und Unterschwingens sowie der Verbesserung des Übergangsverhaltens sind eine Funktion des K-Selektors 26. Wie erwähnt, kann XP eine Werkseinstellung sein. Das Ausgangssignal des Summierers 22, d.h. ein erstes Diffe­ renzsignal, geht an eine Absolutwertschaltung 28, wo seine Amplitude unabhängig von der Polarität ermittelt wird, und dann auf einen Schwellwertdetektor 30, dessen Schwellwert über eine programmierbare Konstante X1 bestimmt wird. Das Ausgangssignal des Schwellwertdetektors 30 geht als Schalt­ signal an einen Multiplexer 56.

Ein Kriterienfilter 34 (gestrichelte Umrandung) enthält eine Vielzahl von Vorzeichendetektoren 36, 38, 40, eine Logiksteu­ erung 42 sowie drei Multiplexer 44, 46, 48, die als Mittel­ wert, Minimum und Maximum bezeichnet sind. Der Vorzeichen­ detektor 36 liegt am Ausgang des Summierers 16, der Vorzei­ chendetektor 38 an dem des Multiplikators 20 und der Vorzei­ chendetektor 40 an dem des Summierers 22. Die Vorzeichende­ tektoren arbeiten auf die Logiksteuerung 42, die drei Aus­ gänge zur Ansteuerung der Multiplexer 44, 46, 48 aufweist. Die Muliplexer erhalten jeweils Eingangssignale entsprechend den Bildpunkt- bzw. Signalwerten X(N) , X(N-1), X(N-2).

Die Fig. 2 zeigt die Wahrheitstabelle für das Kriterienfilter 34. Ist X(N) größer als X(N-2), zeigt die Spalte darunter den Wert 1; ist X(N-1) größer als X(N-2) und X(N) größer als X(N-1), sind die darunterliegenden Spalten entsprechend mar­ kiert. Die Spalten MAX, MIN und MITTEL zeigen die entspre­ chenden Bildpunktwerte für die verschiedenen Eingangskombina­ tionen. Die nicht markierten Zustände können in der Praxis nicht auftreten und sind ungültig. Die Wahrheitstabelle zeigt die Ausgangswerte, die bei den verschiedenen Kombinationen der angelegten Bildpunktwerte auftreten. Das Ausgangssignal des Mittelwert-Multiplexers 44 geht unmittelbar auf den Multiplexer 56, die Ausgangssignale des Minimum- und des Maximum-Multiplexers 46 bzw. 48 als positive Eingangssignale auf zwei Summierer 50 bzw. 52. Ein Grenzkoeffizient XL geht als negatives Eingangssignal auf den Summierer 50 und als positives Eingangssignal auf den Summierer 52. Das Ausgangs­ signal des Summierers 50 ist also ein begrenzter Minimum- Wert und wird auf einen Min/Max-Begrenzer 54 gegeben. Ent­ sprechend ist das Ausgangssignal des Summierers 52 ein be­ grenzter Maximum-Wert und geht auf den Begrenzer 54. Das Nutzeingangssignal des Begrenzers 54 kommt aus dem Summierer 32; dabei handelt es sich (vergl. oben) um das übergangs­ verbesserte Signal. Das Ausgangssignal des Begrenzers 54 geht als Eingangssignal an den Multiplexer 56, der dann das ver­ besserte R-Y/B-Y-Farbsignal liefert.

Im Betrieb werden die Bildpunktsignale in Gruppen von drei aufeinanderfolgenden Werten analysiert und aus ihnen das erste und das zweite Differenzsignal abgeleitet. Das erste Differenzsignal stellt die Größe einer Änderung bzw. eines Übergangs dar. Ist seine Amplitude niedrig, zeigt es an, daß in den Bildpunktwerten keine wesentliche Farbänderung auf­ tritt und daher das Farbsignal nur zur Verbesserung des Rauschverhaltens bearbeitet zu werden braucht. Dies erfolgt, indem der mittlere Wert der Bildpunktgruppe durchgeschaltet wird. Ein erstes Differenzsignal mit hoher Amplitude weist auf eine erhebliche Farbänderung hin, die wegen der be­ grenzten Bandbreite des Farbkanals langsam sind und be­ schleunigt werden sollten. Liegt das erste Differenzsignal unter der von X1 bestimmten Schwelle, gibt die Aufberei­ tungsschaltung den mittleren Wert der bearbeiteten Bildpunkt­ gruppe weiter. Liegt das erste Differenzsignal über der Schwelle, gibt sie das übergangsverbesserte Signal weiter. Das zweite Differenzsignal, wenn dem ursprünglichen Farb­ signal hinzugefügt, ergibt die Verbesserung des Übergangs­ verhaltens; die dadurch hervorgerufenen Unter- und Über­ schwinger werden mittels der Maximum- und Minimum-Werte der Bildpunkte in den entsprechenden Multiplexern begrenzt.

Das Ergebnis der erfindungsgemäßen Farbsignalaufbereitung ist in der Fig. 3 dargestellt, in der die gestrichelte Kurve das ursprüngliche und die durchgezogene das zur Versteilerung der Übergänge aufbereitete Farbsignal zeigen. Das aus der Aufbe­ reitung sich ergebende Unter- und Überschwingen wird mit den Maximum- und Minimum-Werten des ursprünglichen Farbsignals begrenzt. Die Summierer 50, 52 (Fig. 1) erlauben, mit dem Begrenzungskoeffizienten XL den Minimum/Maximum-Bildwert in den Multiplexern 46, 48 zu modifizieren und so das Unter- und Überschwingverhalten kontrollierbar zu machen. Auch hat nun der Hersteller eine Kontrolle über das Ausmaß des Über- bzw. Unterschwingens, das in aufbereiteten Farbsignal erwünscht ist.

Erfindungsgemäß erhält man eine volle Kontrolle über das digitale Farbsignal. Es ist einzusehen, daß das Farbsignal eine sehr schmale Bandbreite hat (weniger als 1 MHz) und daß trotzdem mit der Erfindung ein hoher Rauschabstand und steile Übergänge erreichbar sind.

Claims (23)

1. Verfahren zur Aufbereitung eines Farbsignals, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schwellwert des Farbsignals bestimmt und Farbsignale unter­ halb des Schwellwerts zur Rauschunterdrückung behandelt und oberhalb des Schwellwerts ihr Übergangsverhalten verbessert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man aus Probenwerten des Farbsignals einen Mittelwert bestimmt, ein übergangsver­ bessertes Farbsignal erzeugt und wahlweise das Mittelwert- oder das übergangsverbesserte Farbsignal basierend auf dem Zusammenhang zwischen dem Farbsignal und dem Schwellwert durchschaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man aus Probenwerten des Farbsignals ein zweites Differenzsignal ableitet, um das übergangsverbesserte Farbsignal zu erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man aus den Probenwerten erste und zweite Differenzsignale ableitet, wobei man das erste Differenzsignal zur Erzeugung des zweiten Differenzsignals verwendet, aus den Probenwerten ein Mittelwert-Farbsignal ableitet, durch Verknüpfen des Farbsignals mit dem zweiten Differenzsignal das übergangsverbesserte Farbsignal erzeugt und mit einem vom Schwellwert gesteuerten Multiplexer wahl­ weise das Mittelwert- oder das übergangsverbesserte Farb­ signal durchschaltet.

5. Verfahren zur Aufbereitung eines Farbsignals, dadurch gekennzeichnet, daß man aus Probenwerten des Farbsignals deren Minimum- und Maximum-Werte bestimmt, ein übergangsverbessertes Farbsignal erzeugt und letzteres mit den Minimum- und Maximum-Werten begrenzt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man dem Farbsignal Gruppen von Probenwerten entnimmt, an jeder Gruppe von Probenwerten den Minimum-, Maximum und einen Mittelwert bestimmt, aus jeder Gruppe von Probenwerten zwei erste Differenzsignale ableitet, aus den beiden ersten Differenzsignalen ein zweites Diffe­ renzsignal ableitet und das Farbsignal mit dem zweiten Dif­ ferenzsignal verknüpft, um das übergangsverbesserte Farbsig­ nal zu erzeugen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das übergangsverbesserte Farbsignal mit einem Begrenzer bearbeitet, dessen Grenzwerte von den Maximum- und Minimumwert bestimmt sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeich­ net durch Mittel, um die Maximum- und Minimumgrenze und damit das Über- und Unterschwingen des übergangsverbesserten Farbsignals einzustellen.

9. Verfahren zum Aufbereiten eines digitalen Farbsignals, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Farbsignal Probenwerte entnimmt, das Maximum und das Minimum der Probe bestimmt, aus der Probe ein erstes Differenzsignal und aus dem ersten ein zweites Differenzsignal ableitet, das Farbsignal mit dem zweiten Differenzsignal verknüpft, um ein übergangsverbessertes Fabrsignal zu erzeugen, und das über­ gangsverbesserte Farbsignal entsprechend dem Maximum- und dem Minimum-Wert begrenzt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das Mittelwert-Farbsignal durchschaltet, wenn das erste Differenzsignal unter dem Schwellwert liegt, und das übergangsverbesserte Farbsignal durchschaltet, wenn das erste Differenzsignal über dem Schwellwert liegt.

11. Verfahren zur Aufbereitung eines Farbsignals, da­ durch gekennzeichnet, daß man ein Maximum-, ein Minimum- und ein Mittelwert-Farbsignal erzeugt, einen Signal-Schwellwert bestimmt, ein mit dem Maximum- und dem Minimum-Signal begrenztes übergangsverbessertes Farbsig­ nal erzeugt und unter dem Signal-Schwellwert liegende Teile des Farbsignals behandelt, um das Übergangsverhalten durch das Durchschalten des begrenzten übergangsverbesserten Farbsignals zu verbessern.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zur Erzeugung erster Differenzsignale das Farbsignal verzögert und subtrahiert, aus den ersten Differenzsignalen ein zweites Differenzsignal erzeugt, das zweite Differenzsignal mit dem Farbsignal ver­ knüpft, um das übergangsverbesserte Farbsignal zu erzeugen, und aufgrund des Zusammenhangs des ersten Differenzsignals mit dem Schwellwert das Mittelwert-Farbsignal mit dem be­ grenzten übergangsverrbesserten multiplext.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das digitalisierte Farbsignal aus einer Folge von Bildpunkten besteht und Gruppen von je­ weils drei Bildpunkten ausgewertet wird.

14. Schaltung zur Aufbereitung von Farbsignalen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ent­ nahme von Probenwerten aus einem Farbsignal, eine Einrich­ tung zur Bestimmung eines Mittelwerts aus dem Ausgangssignal der Entnahmeeinrichtung zwecks Erzeugung eines Farbsignals mit versteilerten Übergängen, und eine Einrichtung, um das Mittelwert-Farbsignal oder das übergangsverbesserte Farb­ signal wahlweise aufgrund des Zusammenhangs des Farbsignals mit einem Schwellwert weiterzugeben.

15. Schaltung nach Anspruch 14, gekennzeich­ net durch eine Einrichtung zum Ableiten eines ersten Dif­ ferenzsignals aus der Probe, eine Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Differenzsignals aus dem ersten Differenzsig­ nal, eine Einrichtung zum Verknüpfen des Farbsignals mit dem zweiten Differenzsignal zur Erzeugung des übergangsverbes­ serten Farbsignals sowie eine Einrichtung, die das erste Differenzsignal mit dem Schwellwert vergleicht, um den Zu­ sammenhang festzustellen.

16. Schaltung nach Anspruch 14 oder 15, gekenn­ zeichnet durch eine Multiplexeinrichtung, an die das Mittelwert- und das übergangsverbesserte Farbsignal als Ein­ gangssignale gelegt sind, und durch eine Einrichtung, um die Multiplexeinrichtung entsprechend dem Zusammenhang zu betäti­ gen.

17. Aufbereitungsschaltung für Farbsignale, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung, um einem Farbsignal Gruppen von Probenwerten zu entnehmen, eine Einrichtung, die aus dem Probenwerten jeder Gruppe den Maximum- und den Mini­ mum-Wert bestimmt, eine Einrichtung zur Erzeugung eines über­ gangsverbesserten Farbsignals sowie eine Einrichtung zum Be­ grenzen des übergangsverbesserten Farbsignals mit dem Maxi­ mum- und dem Minimum-Wert.

18. Schaltung nach Anspruch 17, gekennzeich­ net durch eine Einrichtung zum Erzeugen erster Differenz­ signale aus den Probenwerten der Gruppe, eine Einrichtung zum Ableiten eines zweiten Differenzsignals aus den ersten Diffe­ renzsignalen und durch eine Einrichtung, die das Farbsignal mit dem zweiten Differenzsignal verknüpft, um das übergangs­ verbesserte Farbsignal herzustellen.

19. Schaltung nach Anspruch 17 oder 18, gekenn­ zeichnet durch eine Einrichtung zum Einstellen des Maximum- und des Minimum-Werts zur Einstellung der Über- und Unterschwingweite im übergangsverbesserten Farbsignal.

20. Digitale Schaltung zur Aufbereitung von Farbsignalen, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Erzeugen Minimum-, Maximum- und Mittelwert-Signalen aus einem Farb­ signal, eine Einrichtung zum Ableiten eines übergangsverbes­ serten Farbsignals aus dem Farbsignal, eine Einrichtung zum Festsetzen eines Schwellwerts, eine Einrichtung zum Begrenzen des übergangsverbesserten Farbsignals mit dem Maximum- und dem Minimum-Wert und eine Einrichtung, die das begrenzte übergangsverbesserte Signal mit dem Mittelwert-Farbsignal aufgrund der Amplitude des Farbsignals and des Schwellwerts multiplext.

21. Schaltung nach Anspruch 20 für ein Farbsignal aus einer Folge von Bildpunkten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Entnahme von Gruppen von jeweils drei Probenwerten aus dem Farbsignal, eine Einrichtung, die aus den Gruppen von Probenwerten erste und zweite Differenz­ signale ableitet, und eine Einrichtung, die das Farbsignal mit dem zweiten Differenzsignal verknüpft, um das übergangs­ verbesserte Signal zu erzeugen.

22. Schaltung nach Anspruch 21, gekennzeich­ net durch einen Multiplexer, dem das Mittelwert- und das übergangsverbesserte Signal zugeführt sind und der entspre­ chend dem Zusammenhang zwischen dem einen der ersten Diffe­ renzsignale und dem Schwellwert betätigt wird.

23. Schaltung nach Anspruch 20, 21 oder 22, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung, um den Maxi­ mum- und den Minimum-Wert einzustellen und so das Über- und Unterschwingverhalten des übergangsverbesserten Signals zu verändern.