DE4017878A1 - Verfahren und anordnung zur ableitung eines stanzsignals - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ableitung eines Stanzsignals nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein häufig beim Fernsehen angewandtes Verfahren zum Mischen verschiedener Bilder bzw. der entsprechenden Signale ist das sogenannte Farbstanzverfahren, auch Blauwandverfahren oder Chroma Key genannt. Dazu wird ein Vordergrundsignal verwendet, das teilweise eine vorgegebene Farbe - meist Blau - enthält, die durch entsprechende Teile eines Hintergrundsignals ersetzt wird. Beide Signale werden einem Bildmischer zugeführt, der in Abhängigkeit von einem Überblendsignal eine Überblendung zwischen beiden Signalen gestattet.

Als Überblendsignal wird dem Bildmischer ein sogenanntes Stanzsignal zugeführt, das aus dem Vordergrundsignal abgeleitet wird. Dazu sind verschiedene Anordnungen bekannt, die eine Auswahl der jeweils zu ersetzenden Farbe und eine Einstellung der Selektivität ermöglichen. Das somit gewonnene Signal wird einer Begrenzerschaltung zugeführt, bei welcher das Abschneidepotential und die Verstärkung eingestellt werden können.

Aus verschiedenen Gründen kann das Stanzsignal nicht für eine scharf definierte Farbvalenz, sondern für ein bestimmtes Gebiet der Buntheitsebene (Chrominanzebene) bzw. für ein bestimmtes Volumen im Farbraum definiert werden. Ansonsten würde durch geringfügige Veränderungen eine Verfälschung des Stanzsignals eintreten. Diese Veränderungen können Rauschen der Signale oder Ungleichförmigkeiten der Beleuchtung oder des Farbauftrags sein. Das somit erforderliche "Stanzgebiet" wird im allgemeinen in Gestalt eines Keils definiert, dessen Kante in Richtung auf die Unbuntachse zeigt, der jedoch weder in Richtung auf gesättigte Farben noch zu helleren und dunkleren Farben begrenzt ist. Durch Einstellung von Parametern können die Entfernung der Keilspitze vom Unbuntpunkt, der Öffnungswinkel des Keils (Selektivität) und der Winkel der Keilachse (Farbton) gewählt werden. Ein derart beschriebenes Stanzgebiet hat den Nachteil, daß Farben, die sich von der Stanzfarbe durch eine zu hohe Sättigung unterscheiden, als Hintergrundfarbe erkannt werden. Dadurch ist es insbesondere unmöglich, relativ ungesättigte Farben oder Unbunt als Stanzfarbe zu benutzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Ableitung eines Stanzsignals vorzuschlagen, bei dem auch Farben geringerer Sättigung als Stanzfarbe verwendet werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß auch Farben, welche sich durch die Sättigung von jeder einzelnen im Vordergrund enthaltenen Farbe unterscheiden, als Stanzfarbe verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinen wesentlich höheren Aufwand als bekannte Verfahren erfordert.

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

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

Fig. 1 eine Darstellung des Stanzgebiets bei bekannten Verfahren zur Erzeugung eines Stanzsignals in der Chrominanzebene,

Fig. 2 eine Darstellung eines geschlossenen Stanzgebiets in der Chrominanzebene bei dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Erzeugung eines Chrominanz-Stanzsignals,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Erzeugung eines Stanzsignals, das weitgehend unabhängig von der Beleuchtungsstärke einer Blauwand ist,

Fig. 5 ein Blockschaltbild zur Erzeugung eines Stanzsignals aus dem Luminanzsignal und

Fig. 6 eine Darstellung eines räumlich begrenzten Stanzgebietes in dem aus Chrominanzebene und Luminanzachse gebildeten Farbraum.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt einen Quadranten der Chrominanzsignalebene mit den Achsen C_B und C_R. Bei bekannten Verfahren zur Ableitung eines Stanzsignals entsteht ein keilförmiges Stanzgebiet 1, das in Richtung auf hohe Sättigungswerte unbegrenzt ist. Das Stanzgebiet 1 ist durch folgende meist einstellbare Größen definiert: Winkel α legt die Stanzfarbe fest, die der Winkelhalbierenden des in Fig. 1 dargestellten Keils entspricht. S₁ stellt den Abstand der Spitze des Stanzgebiets vom Unbuntpunkt (C_B = o, C_R = 0) dar. S_e ist der Tangens des halben Öffnungswinkels des Keils und damit ein Maß für die Selektivität. D definiert einen Übergangsbereich, in welchem bei der Anwendung des Stanzsignals eine Überblendung zwischen dem Vordergrund und dem Hintergrund stattfindet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich in der Chrominanzebene ein allseits geschlossenes Stanzgebiet 2, wie es beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist. Außer den bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläuterten Größen ist eine weitere Größe zur Definition des in Fig. 2 dargestellten Stanzgebiets erforderlich, welche die Ausdehnung des Stanzgebiets in Richtung der Farbsättigung festlegt. Bei der Form des Stanzgebiets gemäß Fig. 2 und bei dem Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung nach Fig. 3 ist dieses der Mittelpunkt S_o.

Aus der Darstellung nach Fig. 2 geht deutlich hervor, daß Farben, die einen gleichen oder ähnlichen Farbton wie die Stanzfarbe, jedoch eine höhere Sättigung aufweisen, von der Selektion ausgenommen werden können. So wird im Gegensatz zu dem Stanzgebiet nach Fig. 1 beispielsweise eine Farbe mit dem Farbort 3 nicht zur Bildung des Stanzsignals herangezogen. Im Einzelfall kann jedoch der Punkt S_o in Richtung auf hohe Sättigungswerte soweit verschoben werden, daß Bereiche hoher Sättigung wie bei dem bekannten Verfahren erfaßt werden. Ähnliches gilt für den Punkt S₁.

Der in Fig. 3 dargestellten Anordnung werden über Eingänge 11, 12 die Chrominanzsignale C_B und C_R zugeführt. Für jedes Chrominanzsignal sind zwei Multiplizierer 13, 14 bzw. 15, 16 vorgesehen. Mit Hilfe eines Farbtonwählers 17 werden Stellgrößen sin α und cos α erzeugt. Die Stellgröße sin α wird mit negativem Vorzeichen den Multiplizierern 13 und 15 zugeführt, während die Stellgröße cos α dem Multiplizierer 14 direkt und mit negativem Vorzeichen dem Multiplizierer 16 zugeleitet wird.

Ausgänge der Multiplizierer 14 und 15 sind mit einem Addierer 18 verbunden, dessen Ausgangssignal C_B · cos α + C_R · sin α ist. In entsprechender Weise sind die Ausgänge der Multiplizierer 13 und 16 mit einem weiteren Addierer 19 verbunden, an dessen Ausgang ein Signal C_R · cos α - C_B · sin α ansteht.

Dem Ausgangssignal des Addierers 18 wird die von einem Einstellelement 20 zugeführte Größe S_o in einem weiteren Addierer 21 hinzugefügt. Von beiden somit entstandenen Signalkomponenten wird jeweils in einer Schaltung 22, 23 der Betrag gebildet. Dieses erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß das jeweilige Signal einerseits direkt und andererseits nach Vorzeichenumkehr einer nicht additiven Mischstufe zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Schaltung 22 wird mit Hilfe eines Multiplizierers 24 mit einer vom Einstellelement 25 zugeführten Größe S_e multipliziert und anschließend im Addierer 26 zum Ausgangssignal der Schaltung 22 hinzuaddiert.

Mit dem Einstellelement 27 wird eine Stellgröße S₁ eingestellt, welche die Entfernung vom Unbuntpunkt bestimmt und bei 28 vom Ausgangssignal des Addierers 26 substrahiert wird. Damit entsteht ein noch nicht begrenztes Stanzsignal, dessen Amplitude außerhalb des Stanzgebiets 2 (Fig. 2) gering ist und umso größer wird, je mehr sich C_B und C_R an den Punkt S_o (Fig. 2) annähern. Durch Multiplikation bei 29 mit einer bei 30 einstellbaren Größe D wird die Amplitude des nicht begrenzten Stanzsignals derart verändert, daß ein linearer Bereich des anschließenden Begrenzers 31 dem gewünschten Übergangsbereich D (Fig. 2) entspricht. Am Ausgang 32 kann das begrenzte Stanzsignal S_K entnommen werden.

Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Bildung von Signalen C_R* und C_B*, die nahezu unabhängig von der Leuchtdichte sind und nur vom Farbton abhängen. Dazu werden Eingängen 33, 33′ der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 die Chrominanzsignale C_R und C_B zugeführt. Außerdem wird an einem Eingang 33′′ ein Luminanzsignal Y bereitgestellt. Durch Stellglieder 34, 34′ einstellbare Anteile der Farbdifferenzsignale C_R, C_B werden dem Luminanzsignal mit Hilfe von Addierern 35, 35′ hinzugefügt. In einem weiteren Addierer 36 wird eine einstellbare Spannung S₂ addiert, worauf in einer Schaltung 38 eine Invertierung erfolgt. Das invertierte Signal 1/S_Y wird bei 39 und 39′ mit den Chrominanzsignalen C_R, C_B multipliziert, so daß modifizierte Chrominanzsignale C_B* und C_R* entstehen, welche den Eingängen 11, 12 der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung zugeführt werden.

Die Anteile von C_R und C_B, die dem Luminanzsignal hinzugefügt werden, werden so bestimmt, daß das resultierende Stanzsignal für die reinen Grundfarben R, G und B vor der Begrenzung den selben Betrag annimmt. Die einstellbare Spannung S₂ sorgt dafür, daß das Summensignal S_Y auch für verschiedene Werte des Luminanzsignals (geschlossene Blende, Bild schwarz) nicht null wird, damit anschließend die Invertierung zum Signal 1/S_Y erfolgen kann.

C_R* und C_B* stellen Quotientensignale aus C_R bzw. C_B und dem modifizierten Luminanzsignal dar und sind damit nahezu unabhängig von dem Luminanzsignal selbst, das heißt von der Leuchtdichte. Das mit der anschließenden Schaltung nach Fig. 3 gebildete Stanzsignal ist dann ebenfalls weitgehend unabhängig vom Luminanzsignal.

Fig. 5 zeigt als Blockschaltbild eine Schaltung zur Erzeugung eines Stanzsignals aus einem Luminanzsignal. Dieses Stanzsignal hat die Eigenschaft, daß es für einen bestimmten Luminanzpegelbereich, dessen Lage und Größe einstellbar ist, 0 wird und außerhalb dieses Bereichs 1 ist. Dazu wird einem bei 41 zugeführten Luminanzsignal Y in einer ersten Stufe 42 ein einstellbarer Betrag Y₀ abgezogen, wodurch die Lage des Stanzbereichs im Luminanz-Pegelbereich festgelegt wird.

Je nachdem, ob das Stanzgebiet in Richtung des Luminanzsignals offen oder geschlossen sein soll, wird das Ausgangssignal der Schaltung 42 über den Schalter 47 oder den Schalter 46 geleitet. Für ein geschlossenes Stanzgebiet schließt sich an den Schalter 46 eine Schaltung 48 zur Bildung eines Betrags an. Diese besteht aus einem Invertierer und einer nicht additiven Mischschaltung. Von dem Ausgangssignal der Schaltung 48 wird bei 49 eine mit Hilfe des Stellgliedes 50 einstellbare Spannung D₃ abgezogen. Dadurch wird die Breite des Stanzgebietes in Richtung des Luminanzsignals festgelegt. In einer anschließenden Stufe 51, die als Multiplizierer bzw. steuerbarer Verstärker ausgebildet ist, erfolgt eine Multiplikation mit einer bei 52 einstellbaren Spannung. Dadurch wird die Breite des Übergangsbereichs bestimmt, in dem das Stanzsignal zwischen den Werten 0% und 100% bzw. 0 und 1 liegt. In diesem Übergangsbereich erfolgt eine Überblendung zwischen dem Vordergrund- und dem Hintergrundsignal.

Nach einer Multiplikation bei 54 mit dem aus den Chrominanzsignalen mit Hilfe der Schaltung 40 gewonnenen Schaltsignals S_K wird schließlich das Signal bei 55 begrenzt, so daß das Schaltsignal S_KU entsteht, das von einem Ausgang 56 abgenommen werden kann.

Fig. 6 zeigt einen prismatischen Bereich 62 im dreidimensionalen Farbraum, der mit Hilfe einer Verknüpfung des Chrominanz-Stanz- und des Luminanz-Stanzsignals entsprechend Fig. 5 als Stanzgebiet definiert werden kann. Wie im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, wird dabei ein rautenförmiges geschlossenes Chrominanz-Stanzgebiet 61 erzeugt sowie ein Luminanz-Stanzbereich. Bei einem Pegel von 0 zur Kennzeichnung des Stanzgebietes ist eine Invertierung beider Key-Signale erforderlich. Durch Multiplikation beider Stanzsignale entsteht dann ein Signal, das für Bildpunkte in dem dargestellten dreidimensionalen Stanzgebiet 62 100% und außerhalb 0% beträgt. Wird dieses Signal als Schaltsignal für ein Hintergrund-Videosignal benutzt und sein Komplement für ein Vordergrund-Videosignal, so wird der Hintergrund nur an den Stellen eingeblendet, an denen die Vordergrundfarbe in dem beschriebenen räumlichen Stanzgebiet 62 liegt. Es ist auf diese Weise z. B. möglich, einen bestimmten Grauwert im Vordergrundbild als Keyfarbe zu benutzen, was mit anderen bekannten Chrominanz- oder Luminanz-Stanzverfahren nicht möglich ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Ableitung eines Stanzsignals, das bei zugeführten Videosignalen, die einem Farbort innerhalb eines wählbaren Gebiets entsprechen, einen ersten Pegel und bei anderen Farborten einen zweiten Pegel einnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet ein dreidimensionales allseitig geschlossenes Gebiet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet gegenüber gesättigten und ungesättigten Farben abgrenzbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet in der Chrominanzebene rautenförmig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Gebiets durch die Gleichung S_K = |C_B · cos α + C_R · sin α - S_o| + |C_R · cos α - C_B · sin α|/S_egegeben ist und daß für den ersten Pegel S_K < S_o - S₁ + D und für den zweiten Pegel S_K < S_o - S₁ ist, wobei D einen Übergangsbereich darstellt, C_R und C_B Chrominanzsignale, α der dem Farbton der Stanzfarbe entsprechende Winkel in der Chrominanzsignalebene, S₁ der geringste Abstand des Gebiets vom Unbuntpunkt und S_e die Selektivität ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das unbegrenzte Signal S_K vor einer Begrenzung durch ein Luminanzsignal oder eine Kombination aus Luminanz- und Chrominanzsignalen dividiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Division durch das Luminanzsignal bei Luminanzsignalen unter einem vorgegebenen Wert unterbleibt.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Multiplizierern (13, 14; 15, 16) ein Chrominanzsignal (C_B, C_R) und die Sinus- und die Cosinusfunktion eines einstellbaren Winkels (α) zuführbar sind, daß die Ausgänge von je zwei Multiplizierern (14, 15; 13, 16), die mit verschiedenen Chrominanzsignalen beaufschlagt sind, mit Eingängen je eines Addierers (18, 19) verbunden sind, daß an die Ausgänge der Addierer (18, 19) je eine Schaltung (22, 23) zur Bildung des Absolutwertes angeschlossen ist, daß die eine Schaltung (22) zur Bildung eines Absolutwertes direkt und die andere Schaltung (23) zur Bildung des Absolutwertes über einen weiteren Multiplizierer (24) mit Eingängen eines weiteren Addierers (26) verbunden sind, an welche über einen Substrahierer (28) und einen weiteren Multiplizierer (29) der Eingang eines Begrenzers (31) angeschlossen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stanzsignal multiplikativ mit einem aus dem Luminanzsignal gewonnenen Stanzsignal derart verknüpft wird, daß im Farbsignalraum ein räumlich geschlossenes Gebiet entsteht, in welchem das Stanzsignal einen ersten Pegel aufweist, während es im ganzen übrigen Gebiet einen zweiten Pegel einnimmt.