DE4008634A1 - Digitaler speicher fuer videosignale - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem digitalen Speicher nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei der Verarbeitung von Videosignalen ist es häufig erforderlich, die Abtastwerte von Bildelementen in einen Speicher einzuschreiben und umsortiert wieder auszulesen. Diese Aufgabe tritt insbesondere bei hochauflösenden Standbildkameras auf, bei denen die Abbildung des aufzunehmenden Gegenstandes auf dem Bildsensor bzw. der Bildsensor periodisch um einen Bruchteil der Abmessung eines Bildelementes verschoben wird. Bei diesen Anordnungen werden von der Videosignalquelle mehrere Teilbilder mit jeweils n Bildelementen geliefert, wobei die Bildelemente der Teilbilder ineinander verschachtelt sind. Um ein Videosignal mit hoher Auflösung zu erhalten, ist ein Auslesen in der örtlich richtigen Reihenfolge erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen digitalen Speicher für Videosignale anzugeben, der nach einem Einschreiben von in mehreren Teilbildern erzeugten Videosignalen ein umsortiertes Auslesen ermöglicht.

Der erfindungsgemäße digitale Speicher mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß ein kontinuierliches Arbeiten einer nachfolgenden, die Videosignale weiterverarbeitenden Schaltung möglich ist, weil diese nicht jeweils auf das Eintreffen eines neuen Bildelementes und des zugehörigen Bildelementes des vorangegangenen Teilbildes warten muß. Außerdem kann durch den erfindungsgemäßen Speicher die weiterverarbeitende Schaltung mit der gleichen Taktrate arbeiten, mit der die Bildelemente von der Videosignalquelle geliefert werden.

Für den erfindungsgemäßen Speicher ist an sich eine Kapazität eines Bildes erforderlich. Sollten jedoch für diese Kapazität geeignete Bauelemente nicht verfügbar sein, so kann auch eine größere Kapazität gewählt werden.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Speichers sind zwar hochauflösende Videokameras, die zunächst ein Teilbild und daran anschließend ein um eine halbe Bildelementbreite versetztes Teilbild liefern. Andere Anwendungen, bei denen eine entsprechende Umsortierung der Bildelemente erforderlich ist, sind jedoch nicht ausgeschlossen. Ebensowenig ist die Erfindung auf das Umsortieren von nur zwei Teilbildern beschränkt.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn nach dem Einschreiben des neuen Bildelementes eine neue Adresse durch Addition eines Adressenversatzes gebildet wird, der von Bild zu Bild halbiert wird. Bei Entstehen eines ungeradzahligen Adressenversatzes wird vor der Halbierung die höchste für ein Bildelement vorgesehene Adresse addiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Tabelle zur Darstellung von Bildelementen aus vier Teilbildern, von denen jeweils zwei Teilbilder ein Gesamtbild darstellen, sowie die Bildelemente des Gesamtbildes,

Fig. 2 schematisch den Inhalt eines Speichers während verschiedener Zeitpunkte bei einer Bildelementzahl von 8,

Fig. 3 den Adressenversatz und den Speicherinhalt bei einer Bildelementzahl von 8,

Fig. 4 den Adressenversatz und den Speicherinhalt bei einer Bildelementzahl von 10,

Fig. 5 ein Struktogramm eines Programms zur Erzeugung der Adressen,

Fig. 6 ein dem Struktogramm entsprechendes Basic-Programm und

Fig. 7 ein Blockschaltbild.

In Anlehnung an internationale Gepflogenheiten werden bei den folgenden Erläuterungen und in den Figuren anstatt der Ausdrücke Bildelemente und Adressenversatz die Ausdrücke Pixel und Adreßoffset verwendet.

Fig. 1 zeigt schematisch die von einer Videokamera aufgenommenen gegeneinander verschobenen Teilbilder, wobei das eine Teilbild aus den Pixeln P0, P1, P2, ..., Pn besteht, während das andere Teilbild von den Pixeln P0′, P1′, P2′, ..., Pn′ gebildet wird. Es wird abwechselnd das eine und das andere Teilbild aufgenommen. Entsprechende digitale Videosignale werden erzeugt. Das zusammengesetzte Bild enthält dann die Pixelfolge P0, P0′, P1, P1′, P2, P2′, ..., Pn, Pn′.

Würde man zunächst das erste Teilbild in einen n Pixel fassenden Speicher einschreiben und danach auslesen, während die Videokamera das weitere Teilbild liefert, würden sich zwei Nachteile ergeben:

• 1. in einer nachgeschalteten Verarbeitungsschaltung muß darauf gewartet werden, bis das eine Teilbild vollständig in den Bildspeicher eingeschrieben worden ist,
• 2. durch das Auslesen aus dem Speicher und das Verkämmen mit den Pixeln des weiteren Teilbildes entsteht eine Pixelrate, die doppelt so hoch ist wie die von der Kamera bestimmte. Diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Speicher mit einem besonderen Verfahren zur Erzeugung der Adressen vermieden. Außerdem wird ein Speicher verwendet, der genau zweimal n Pixel faßt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 2 das Verfahren zur Erzeugung der Adressen erläutert, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich 8 Pixel pro Bild angenommen werden. Dieses sind vier Pixel P0, P1, P2, P3 eines ersten Teilbildes und vier Pixel P0′, P1′, P2′, P3′ eines zweiten, gegenüber dem ersten verschobenen Teilbildes. Fig. 2a zeigt den Inhalt des Speichers nach dem Einlesen der 8 Pixel. Dabei bedeutet A die Adresse, während D (= Data) den unter der jeweiligen Adresse abgelegten Inhalt darstellt.

Während die Videokamera die Pixel des nächsten "ersten" Teilbildes liefert, werden die Pixel des vorherigen Bildes umsortiert wieder ausgelesen, nämlich in der folgenden Reihenfolge: P0 aus Adresse 0, P0′ aus Adresse 4, P1 aus Adresse 1, P1′ aus Adresse 5, P2 aus Adresse 2, P2′ aus Adresse 6, P3 aus Adresse 3 und P3′ aus Adresse 7.

Unmittelbar nach dem Auslesen eines Pixels wird ein neues von der Videokamera geliefertes Pixel unter der gleichen Adresse in den Speicher eingeschrieben. Die Adresse bleibt also während eines Lesetaktes und eines Schreibtaktes konstant. Dementsprechend erfolgt jedoch für das nächste erste Teilbild - und die weiteren - bereits eine Umsortierung beim Einschreiben. Dadurch steht das nächste Bild in der in Fig. 2b dargestellten Weise im Speicher.

Die Pixel werden durch eine geeignete Adressierung derart ausgelesen, daß wieder die gewünschte Folge P0, P0 , P1, ... entsteht. Gleichzeitig wird das nächste Bild eingeschrieben, so daß sich die in Fig. 2c dargestellte Belegung des Speichers ergibt. Nach dem Auslesen des nunmehr gespeicherten und dem gleichzeitigen Einschreiben eines neuen Bildes ergibt sich der in Fig. 2d dargestellte Inhalt, der dem in Fig. 2a dargestellten entspricht. Damit beginnt ein neuer Zyklus zur Erzeugung der Schreib- bzw. Leseadressen.

Die Pixel werden also jeweils mit einem anderen Adreßoffset eingeschrieben, der für das erste Bild (Fig. 2a) 1 ist, das heißt: die neue Adresse ist stets gleich der alten Adresse plus 1. Dabei ist die Startadresse für das Auslesen des gesamten Bildes gleich 0.

Aus Fig. 2a ist ferner entnehmbar, daß der Adreßoffset für das Auslesen des ersten Bildes und das gleichzeitige Einschreiben des zweiten Bildes gleich 4 ist. Für das Auslesen des zweiten Bildes und das gleichzeitige Einschreiben des dritten ist gemäß Fig. 2c der Adreßoffset gleich 2. Diese Folge wiederholt sich laufend. In Fig. 3 sind die Werte für den Adreßoffset und den Speicherinhalt nochmals dargestellt. Fig. 4 zeigt den Speicherinhalt und den Adreßoffset für ein aus 10 Pixeln bestehendes Bild, wobei ein erstes Teilbild die Pixel P0, P1, P2, P3 und P4 und ein zweites Teilbild die Pixel P0′, P1′, P2′, P3′ und P4′ umfaßt.

Die Erzeugung der Adressen für eine beliebige Zahl n von Pixeln wird anhand des in Fig. 5 dargestellten Struktogramms erläutert. Dabei ist zwar die Anzahl der Pixel pro Teilbild beliebig wählbar, jedoch konstant. Die höchste für ein Pixel vorgesehene Adresse (Endadresse) errechnet sich zu 2×n-1, da der Speicher beide Teilbilder aufnehmen muß. Die Subtraktion einer 1 ergibt sich daraus, daß die Adressen von 0 an gezählt werden. Der Adreßoffset wird mit 1 vorbesetzt, damit die von der Videokamera gelieferten Pixel des ersten Bildes gemäß Fig. 2a in aufeinander folgende Speicherzellen eingeschrieben werden.

In der äußeren Wiederholungsschleife wird die aktuelle Adresse mit 0 vorbesetzt. Ein Bild, das aus den Pixeln eines ersten und eines zweiten Teilbildes besteht, wird in den Bildspeicher eingeschrieben und gleichzeitig das umsortierte Bild ausgelesen. Wenn der aktuelle Adreßoffset ungeradzahlig ist, wird zu diesem die Endadresse hinzugezählt. Der neue aktuelle Adreßoffset ergibt sich anschließend durch eine Division durch 2. Das nächste Bild kann in den Bildspeicher eingeschrieben werden.

In der inneren Wiederholungsschleife wird zunächst getestet, ob die aktuelle Adresse größer ist als die Endadresse. Ist dieses der Fall, wird von der aktuellen Adresse die Endadresse subtrahiert. Aus der Speicherzelle mit der aktuellen Adresse wird ein Pixel ausgelesen. Gleichzeitig wird ein von der Videokamera geliefertes Pixel in die Speicherzelle mit der gleichen Adresse eingeschrieben.

Ist jedoch die aktuelle Adresse gleich der Endadresse, wird die Schleife abgebrochen. Wird diese Schleife jedoch weiter durchlaufen, erfolgt eine Berechnung einer neuen aktuellen Adresse, indem der Adreßoffset addiert wird. Danach wird geprüft, ob die neue aktuelle Adresse dadurch größer als die Endadresse geworden ist, und das nächste Pixel gelesen bzw. geschrieben.

Fig. 6 zeigt ein Programm, das dem Struktogramm gemäß Fig. 5 entspricht und deshalb der Übersichtlichkeit halber in ähnlicher Weise wie das Struktogramm in Felder aufgeteilt ist. Das Programm ermöglicht es, zu Testzwecken alle Adreßoffsets für eine einzugebende Pixelzahl pro Teilbild zu berechnen. Da Einzelheiten des Programms bereits im Zusammenhang mit dem Struktogramm (Fig. 5) beschrieben wurden und die verwendete Programmiersprache (Quick-Basic der Firma Microsoft) allgemein bekannt ist, erübrigt sich die Erläuterung von Einzelheiten des Programms.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Speichers. Einem Eingang 1 werden digitale Videosignale von einer Videokamera oder einer anderen Videosignalquelle zugeführt. Der Daten-Ein/Ausgang eines Schreib/Lesespeichers (RAM) 2 ist wahlweise über Bustreiber 3, 4 mit dem Eingang 1 zum Einschreiben der ankommenden digitalen Videosignale oder mit einem Ausgang 5 zum Auslesen und Weiterleiten der gespeicherten digitalen Videosignale verbindbar. Ein dem Bustreiber 3 zugeführtes Steuersignal W wird daher über einen Invertierer 6 dem Steuereingang des Bustreibers 4 zugeleitet. Das Steuersignal W wird von einem Taktgenerator 7 erzeugt, der in an sich bekannter Weise über Ausgänge 8, 9 geeignete Signale zur Synchronisierung der nicht dargestellten Videokamera abgibt. Im Rahmen des Fachmännischen kann alternativ dazu auch eine Separation von geeigneten Taktsignalen aus bei 1 ankommenden Videosignalen erfolgen.

Das Steuersignal W wird ferner einem Eingang R/W des Schreib/Lesespeichers 2 zugeführt, um diesen zwischen Schreib- und Lesebetrieb umzuschalten. Zur Erzeugung der Adressen A für den Schreib/Lesespeicher 2 dient ein Adressengenerator 10, der geeignete Taktsignale vom Taktsignalgenerator 7 erhält. Der Adressengenerator 10 kann beispielsweise von einem digitalen Signalprozessor gebildet werden, der nach einem Programm gemäß Fig. 5 arbeitet. Eine andere Realisierung des Adressengenerators kann durch ein Schaltwerk erfolgen, bei welchem in einem programmierbaren Nur-Lesespeicher (PROM) die erforderlichen Adressen abgelegt sind.

Claims (6)

1. Digitaler Speicher für Videosignale, wobei jeweils die zu mehreren Teilbildern gehörenden Bildelemente eingeschrieben und umsortiert als Bild ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher die Kapazität mindestens eines Bildes aufweist und daß nach dem Auslesen jeweils eines Bildelementes unter der gleichen Adresse ein jeweils von einer Videosignalquelle zugeführtes neues Bildelement in den Speicher eingeschrieben wird.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschreiben des neuen Bildelementes eine neue Adresse durch Addition eines Adressenversatzes gebildet wird, der von Bild zu Bild durch die Anzahl der Teilbilder je Bild geteilt wird.

3. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einschreiben des neuen Bildelementes eine neue Adresse durch Addition eines Adressenversatzes gebildet wird, der von Bild zu Bild halbiert wird.

4. Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ungeradzahligen Adressenversatz vor der Halbierung die höchste für ein Bildelement vorgesehene Adresse addiert wird.

5. Speicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils gebildete Adresse um die höchste für ein Bildelement vorgesehene Adresse vermindert wird, sobald sie die höchste für ein Bildelement vorgesehene Adresse überschreitet.

6. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einschreiben der zu einem ersten Bild gehörenden Teilbilder der Adressenversatz 1 beträgt.