DE4014971C2

DE4014971C2 - Schaltungsanordnung zur Filterung von Videosignalen, die durch Abtastung eines Films entstehen

Info

Publication number: DE4014971C2
Application number: DE19904014971
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Wischermann
Original assignee: Philips Broadcast Television Systems GmbH
Current assignee: BTS Holding International BV
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2010-05-11
Also published as: GB2246265B; JP3280997B2; JPH04230179A; GB2246265A; GB9110054D0; DE4014971A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei der elektronischen Filmabtastung treten neben dem Filmkorn auch Störungen durch Filmstaub und Kratzer auf. Die bekannten Rauschreduktionsverfahren, die auf zeitlich rekursiver Filterung basieren, können das durch das Filmkorn bedingte Rauschen zwar wirkungsvoll reduzieren, versagen jedoch bei Störungen, die durch verschmutzte oder verkratzte Filme auftreten.

In GB 2 202 706 A wird eine Videosignalverarbeitungsschaltung beschrieben, die zur Unterdrückung von Störimpulsen dient und bei der Signale aus drei aufeinander folgenden Bildern einem Medianselektor zugeführt werden. Damit aufeinander folgende Bilder auch bei Vorliegen von Bewegung verglichen werden können, sind aufwendige Maßnahmen zur Erkennung von Bewegung erforderlich.

Außerdem ist aus Chiariglione: Signal Processing of HDTV, II Proceedings of the Third International Workshop on HDTV, Turin, Italien, 30. August bis 01. September, 1989, Seiten 677 bis 684 eine Methode zur Filterung von Videosignalen (HDTV-Signalen) bekannt, wobei Eingängen eines Medianoperators jeweils die Abtastwerte eines ersten Bildelements und weiterer Bildelemente, welche senkrecht zur Zeilenrichtung gegenüber dem ersten Bildelement versetzt sind, zuführbar sind.

Ferner wird in dem Buch P. Haberäcker "Digitale Bildverarbeitung", 3. überarbeitete Auflage, Hanser Verlag 1989, Seiten 140 bis 141 die Anwendung von Medianfiltern auf Videosignale beschrieben, wobei unter anderem ein zweidimensionales Filter verwandt wird, dessen strukturierendes Element kreuzförmig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Filterung von Videosignalen anzugeben, welche Störungen reduziert, die bei verschmutzten und verkratzten Filmen auftreten.

Die erfindungsgemaße Schaltungsanordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs hat den Vorteil, daß die planare Auflösung für stehende Bilder erhalten bleibt und durch die stärkere Betonung der zeitlichen Filterachse eine bessere Verdeckung von Störungen erreicht wird. Ferner zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung durch einen geringen Aufwand aus.

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

Fig. 1 die schematische Darstellung derjenigen Bildelemente, deren Abtastwerte jeweils während einer Abtastperiode einem Medianselektor zugeführt werden,

Fig. 2 Bildelemente deren Abtastwerte gemäß einer Weiterbildung dem Medianselektor zugeführt werden,

Fig. 3 Bildelemente, deren Abtastwerte gemäß einer anderen Weiterbildung dem Medianselektor zugeführt werden, und

Fig. 4 bis Fig. 7 Blockschaltbilder verschiedener Ausführungsbeispiele,
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt diejenigen Bildelemente, deren Abtastwerte jeweils gleichzeitig den Eingängen eines Medianselektors zugeführt werden. Diese Bildelemente werden auch Fenster oder strukturierendes Element genannt. Außer einem zentralen Bildelement M gehören weitere Bildelemente A, B, C, D zu dem in Fig. 1 dargestellten Fenster. In Fig. 1 sind die Abstände s von jeweils einem Bildelement auf der horizontalen und vertikalen Achse durch Striche gekennzeichnet. Dadurch wird deutlich, daß das Bildelement A in horizontaler bzw. Zeilen-Richtung ein Bildelement links und in vertikaler Richtung ein Bildelement oberhalb des zentralen Bildelementes M liegt. Die Bildelemente B, C, D weisen ebenfalls jeweils in horizontaler und vertikaler Richtung den Abstand s eines Bildelementes auf.

Kratzer auf dem Film erstrecken sich normalerweise in der Laufrichtung des Films - bilden also senkrechte Linien. Da ferner Kratzer im allgemeinen entsprechend schmal sind, werden von einem Kratzer höchstens zwei der fünf in Fig. 1 dargestellten Bildelemente betroffen. Da bei einem Medianfilter derjenige Eingangswert zum Ausgang geleitet wird, der bezüglich der Rangfolge in der Mitte liegt, wird somit immer ein vom Kratzer nicht betroffener Abtastwert weitergeleitet.

Spektral betrachtet, liegen die Hauptdurchlaßrichtungen eines Medianselektors mit dem in Fig. 1 dargestellten Fenster bei diagonalen Ortsfrequenzen, während reine horizontale Spektren hoher Frequenz gedämpft werden. Hierunter fallen auch die senkrecht verlaufenden Kratzer.

Auch bezüglich der Verdeckung von Filmschmutz oder Staubpartikeln arbeitet die Medianfilterung vorteilhafter als herkömmliche rekursive Filter. Dadurch, daß bei dem Fenster nach Fig. 1 die räumliche Ausdehnung relativ groß ist, können auch größere Störflächen verdeckt werden - und zwar vollständig. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, daß hierzu kein besonderes Fehlerdetektionssignal erforderlich ist.

Bei einem Filter mit einem Fenster gemäß Fig. 2 sind gegenüber demjenigen nach Fig. 1 zwei Bildelemente E, F hinzugekommen, welche in bezug auf ihre Lage dem zentralen Bildelement M entsprechen, jedoch zum vorangegangenen und zum folgenden Bild gehören. Da Kratzer und andere Störeinflüsse auf dem Film ständig von Bild zu Bild wechseln, wird durch diese Maßnahme die Sicherheit erhöht, den Abtastwert eines nicht von einer Störung betroffenen Bildelementes durch den Medianselektor weiterzuleiten. Sollten durch Bewegung im Bild eines der Bildelemente E, F oder beide Bildelemente E, F gegenüber den Bildelementen M und A bis D Extremwerte einnehmen, so werden diese durch den Medianselektor ausgeschieden. Ein Filter mit dem Fenster nach Fig. 2 wirkt dann ähnlich wie eines nach Fig. 1.

Bei dem Fenster gemäß Fig. 3 werden außer den Bildelementen bei dem Fenster nach Fig. 2 noch zwei weitere Bildelemente H aus anderen Bildern erfaßt. Dadurch wird die zeitliche Achse des Filters noch stärker betont.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels mit dem in Zusammenhang mit Fig. erläuterten Filter. Der Medianselektor 1 besteht in an sich bekannter Weise aus einem digitalen Signalprozessor mit fünf Eingängen m, a bis d. Zum Ausgang 2 wird der rangmittlere Wert weitergeleitet. Dieses ist in einfacher Weise derart möglich, daß beispielsweise sämtliche Werte ihrer Größe nach sortiert werden und davon nur der dritte (nämlich der mittlere) weitergeleitet wird.

Das zu filternde Videosignal wird einem Eingang 3 zugeführt und in Verzögerungseinrichtungen 4, 5, 6, 7 derart verzögert, daß das jeweils zentrale Bildelement M dem Eingang m und die weiteren in Fig. 1 dargestellten Bildelemente A bis D den weiteren Eingängen a bis d des Medianselektors 1 zugeführt werden. Dazu ist vom mittleren Eingang m aus gesehen, ein Zeitunterschied von einer Zeilenperiode T_L abzüglich einer Taktperiode T_P zu den Eingängen b und c erforderlich. Diese Verzögerungen werden in den Verzögerungseinrichtungen 5 und 6 realisiert, wodurch die Bildelemente B und C berücksichtigt sind. Weitere Zeitunterschiede zu den Bildelementen A und D betragen jeweils zwei Taktperioden T_P und werden von den Verzögerungseinrichtungen 4 und 7 gebildet.

Die Verzögerungseinrichtungen 4 bis 7 können beispielsweise von Schieberegistern oder FIFO-Speichern gebildet werden. In Schaltungen zur digitalen Verarbeitung von Videosignalen, in denen ohnehin digitale Speicher, beispielsweise Bildspeicher, vorhanden sind, ist es auch in einfacher Weise möglich, die Verzögerungseinrichtungen 4 bis 7 dadurch zu realisieren, daß aus einem Speicher die Abtastwerte unter verschiedenen Adressen ausgelesen werden.

Eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 ist durch Einbeziehung der örtlich entsprechenden Bildelemente vorangegangener bzw. nachfolgender Bilder gemäß Fig. 2 möglich. Ein Blockschaltbild einer derartigen Schaltungsanordnung ist in Fig. 5 dargestellt. Der Medianselektor 11 weist gegenüber dem in der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 verwendeten zwei weitere Eingänge e und f auf. Zwischen dem Eingang f und dem Eingang d befindet sich eine Verzögerungseinrichtung 12 mit einer Verzögerungszeit einer Bildperiode T_F abzüglich einer Zeilenperiode T_L und abzüglich einer Taktperiode T_P. Zusammen mit den Verzögerungszeiten der Verzögerungseinrichtungen 4 und 5 ergibt sich eine Bildperiode, so daß dem Eingang f das entsprechende Bildelement F des folgenden Bildes zugeführt wird. In entsprechender Weise ist der Verzögerungseinrichtung 7 eine Verzögerungseinrichtung 13 nachgeschaltet, welche die gleiche Verzögerungszeit wie die Verzögerungseinrichtung 12 aufweist und dem Eingang e des Medianselektors 11 ein Signal zuführt, welches dem Bildelement E entspricht.

Der Medianselektor 14 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6 ist um weitere zwei Eingänge e′ und f′ erweitert. Diesen werden die gleichen Signale wie den Eingängen e und f zugeführt. Das bewirkt einerseits den Vorteil, daß die planare Auflösung für stehende Bilder erhalten bleibt. Andererseits wird durch die stärkere Betonung der zeitlichen Filterachse eine bessere Verdeckung von Störungen erreicht, welche nur in einem Filmbild auftreten.

Eine ähnliche Wirkung wird erzielt, wenn gemäß Fig. 7 je ein Bildelement G und H den Eingängen g und h des Medianselektors 14 zugeführt wird, welches den Bildelementen E und F um ein Bild voran- bzw. nacheilt. Dazu sind bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 zwei weitere Verzögerungseinrichtungen 15, 16 vorgesehen.

Claims

Schaltungsanordnung zur Filterung von Videosignalen, die durch Abtastung eines Films entstehen, wobei Eingängen eines Medianselektors (1, 11, 14) jeweils die Abtastwerte eines ersten Bildelementes (M) und in Zeilenrichtung (horizontal) und senkrecht zur Zeilenrichtung (vertikal) gegenüber dem ersten Bildelement (M) versetzter weiterer Bildelemente (A, B, C, D) zuführbar sind, welche jeweils sowohl horizontal als auch vertikal vom ersten Bildelement (M) einen Abstand (S) eines Bildelementes aufweisen, und wobei ferner Abtastwerte von örtlich dem ersten Bildelement (M) entsprechenden Bildelementen (E, F; G, H) aus mindestens einem vorangegangenen und einem nachfolgenden Filmbild zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß Abtastwerte von örtlich dem ersten Bildelement (M) entsprechenden Bildelementen (E, F) aus dem vorangegangenen und dem nachfolgenden Bild jeweils zwei Eingängen (e, e′; f, f,) des Medianselektors (14) zuführbar sind.