DE4230008C2

DE4230008C2 - Rekursive Video-Farbtondrehungen zum Erhalt eines regenbogenartigen abklingenden Nachbildes

Info

Publication number: DE4230008C2
Application number: DE4230008A
Authority: DE
Inventors: Philip A Desjardins
Original assignee: Grass Valley Group Inc
Current assignee: Grass Valley Group Inc
Priority date: 1991-09-16
Filing date: 1992-09-08
Publication date: 1994-10-20
Anticipated expiration: 2012-09-09
Also published as: DE4230008A1; JPH071937B2; GB2259624B; JPH0686316A; GB9219433D0; US5153711A; GB2259624A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Video-Spezialeffekten, insbesondere rekursiven Videoeffekten, die Videobildern eine "Nachspur" oder "Nachleuchtwirkung" verleihen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 11, wie aus der US 49 51 144 vorbekannt.

Auf dem Gebiet der Videoeffekte werden rekursive Effekte übli cherweise dazu verwendet, während der Bewegung eines Gegen standes in einem Videofeld ein abklingendes Nachbild dieses Gegenstandes zu hinterlassen. Ein derartiger Effekt simuliert einen Monitor mit hoher Nachleuchtdauer, bei dem das "Nach leuchten" nicht mit Phosphor hoher Nachleuchtdauer, sondern vielmehr mittels eines digitalen Videoeffekts erzielt wird.

Zum besseren Verständnis, wie mit einer Schaltung 11 nach dem Stand der Technik ein verblassendes Nachbild oder eine Nach spur erzeugt werden könnte, wird sogleich auf die Fig. 1 Bezug genommen. Ein Multiplizierer 10 multipliziert eingehende digi tale Videodaten mit Eins minus einem Abklingfaktor, d. h. dem Komplement des Abklingfaktors, 1-K_d. Ein weiterer Multipli zierer 16 multipliziert zusätzlich eingegebene digitale Schlüssel- und Videodaten, aufgeteilt in Luminanz- und Chromi nanzkomponenten, von einer Bildverzögerung 14, mit dem Ab klingfaktor, K_d. Eine Summierschaltung 12 addiert die Ein gangsvideobilddaten, die mit 1-K_d multipliziert wurden, zu dem verzögerten Videobild, das mit K_d multipliziert wurde. Der entstehende Videoausgang, der auf Eins normalisiert ist, wird einmal an die Bildverzögerung 14 rückgekoppelt und zugleich signalabwärts von diesem Effekt verwendet. Auf diese Weise wird bei der Bewegung eines Gegenstandes in dem Videobild sein abklingendes Nachbild rekursiv zu seinem aktuellen Bild wieder zurückgemischt, was den gewünschten Effekt ergibt, da ältere Versionen des Bildes des Gegenstandes bei ihrem Verlauf durch die Rekursivschleife in zunehmendem Maße von dem Abklingfaktor gedämpft werden.

Obgleich die Kombinierschaltung 11 aus einem Multiplizierer 10, einer Summierschaltung 12 und dem in Fig. 1 (und Fig. 2 links unten) gezeigten Multiplizierer 16 besteht, sich kon zeptionell als einfache Möglichkeit zur Schließung der Rekur sivschleife anbietet, werden in der Praxis häufig andere Ver fahren verwendet. Eine anspruchsvollere Alternative ist in der US-Patentschrift Nr. 48 51 912 (Jackson et al.) beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei Verwendung dieser Technik wird die Videokombination, die die Rekursiv schleife schließt, mittels eines Prioritätsschlüsselsignals (K_d) erzielt.

Zwar gibt es gegenwärtig in diesem Zusammenhang mehrere Varia tionen dieses Grundansatzes, wie beispielsweise Architekturen, die "Strobe"-Effekte ermöglichen, oder Strukturen, die eine Teilbildspeicherung anstelle einer Vollbildspeicherung ver wenden; jedoch haben diese Variationen für die praktische Um setzung der Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben ist, keine Bedeutung. Zur Bezugnahme und als technologischer Hintergrund wird jedoch auf die US-Patentschrift Nr. 47 52 826 (Barnett) hingewiesen.

Bei keiner der gegenwärtig bekannten Variationen von rekursi ven Videoeffekten wird die Farbe des abklingenden Nachbildes verändert.

Gemäß dem Stand der Technik wird eine Chrominanzphasendrehung zur Farbkorrektur und -änderung verwendet. In der US-Patent schrift Nr. 45 54 576 (Kao) ist zum Beispiel ein Schaltungs aufbau zur Farbwertregelung oder Phasensteuerung mittels Farb wertvektordrehung beschrieben. Auf ähnliche Weise beschreibt die US-Patentschrift Nr. 45 58 351 (Fling et al.) ebenfalls einen Schaltungsaufbau zur Farbwertregelung bzw. Phasensteue rung mittels Farbwertvektordrehung.

Aus der japanischen Patentschrift JP-3-1 62 191 (A) ist ein Regenbogenfarbengenerator bekannt, der eigenständig von sich heraus, also ohne Eingabe eines externen Videosignals, ein Regenbogen-Videosignal erzeugt. Dazu ist ein Kontrollsignal generator, beispielsweise ein ROM, erforderlich. Ein so erhal tenes Signal wird in ein kontinuierlich sich änderndes Chromi nanzsignal eingesetzt. Dieser Generator ist nicht zur Verwendung in einem rekursiven Effekt geeignet.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen regen bogenartigen Effekt in einem abklingenden Video-Nachbild schafft.

Gemäß der vorliegenden Erfindung befindet sich bei dieser Vor richtung innerhalb einer rekursiven Videoeffekt-Schleife ein Chrominanzphasendreher, so daß der Farbwert des Nachbildes bei dessen Abklingen verändert wird. Der Chrominanzphasendreher kann innerhalb der Rekursivschleife beliebig angeordnet werden und läßt sich auch mit einem Weichzeichnereffekt und/oder der Abklingfaktor-Multiplikation, wie sie für die grundlegende Rekursivschaltung erforderlich ist, kombinieren.

Gemäß der Erfindung werden ebenfalls mehrere Varianten des Schaltungsaufbaus zur Verfügung gestellt, wie sie zur Bewir kung der Chrominanzphasendrehung geeignet sind; einige davon eignen sich für die Verarbeitung benachbarter Chrominanzkom ponenten, andere für die Verarbeitung nicht-benachbarter Chro minanzkomponenten. Zusätzliche Schaltungsvariationen sind vor gesehen, die vereinfachende Annahmen verwenden, um die erfor derliche Anzahl von Teilen zu Lasten der technischen Farb genauigkeit beizubehalten.

Ebenfalls gemäß der Erfindung wird eine Variation eines gefal teten FIR-Filters (Finite Impulse Response) zur Verfügung ge stellt, wie es zur Erzeugung eines Weichzeichnereffektes in Video-Signalwegen verwendet wird, wobei diese Variation auf geeignete Art und Weise die Weichzeichnerfunktion und die Chrominanzphasen drehungsfunktion kombiniert, um weichgezeichnete und gedrehte Chrominanzwerte gleichzeitig zu erzeugen.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere in den Ansprüchen hier hervorgehoben. Sowohl die Organisation als auch das Betriebsverfahren, sowie weitere Vorteile und Ziele der Erfindung, ergeben sich aus der nachfolgenden detaillier ten Beschreibung der Zeichnungen.

Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer rekursiven Speicher schleifenschaltung zur Erzeugung abklingender Nachbilder,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung rekursiver Video-Chrominanzphasendrehungen gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3A und 3B Blockschaltbilder einer Version der Chrominanz phasendrehungsschaltung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wobei Fig. 3B die Signale zeigt, die in einem Taktzyklus nach den in Fig. 3A gezeigten vorliegen,

Fig. 4A und 4B Blockschaltbilder einer weiteren Version der Chromi nanzphasendrehungsschaltung, die vereinfacht ist,

Fig. 5A und 5B Blockschaltbilder einer weiteren Version der Chromi nanzphasendrehungsschaltung, die modifiziert wurde, um nicht-benachbarte Chrominanzkomponenten verarbei ten zu können,

Fig. 6A und 6B Blockschaltbilder eines gefalteten FIR-Filters, wie es zur Implementierung der Chrominanzphasendrehung in Verbindung mit einem horizontalen rekursiven Weichzeichnereffekt geeignet ist und

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Rekursivschleife, die re kursive Abklingspuren, rekursive Chrominanzphasen drehung und rekursive Weichzeichnung gleichzeitig in einer Schaltung durchführt.

Das in der bereits erläuterten Fig. 1 gezeigten rekursiven Speicherschleifenschaltung verarbeitete Videosignal besteht sowohl aus Luminanz- als auch Chrominanzinformation, und beide werden auf dieselbe Weise behandelt, wie nachstehend beschrieben.

Luminanzinformation stellt die Helligkeit des Bildes dar. Chrominanzinformation steht für die Farbe des Bildes und hat zwei Komponenten, die im rechten Winkel zueinander stehen und deren resultierender Vektor durch seine Größe den Farbsätti gungspegel einerseits und durch seinen Phasenwinkel den Farb wert der Farbe andererseits definiert und die durch "A" und "B" dargestellt werden können. In der NTSC-Video-Norm ("Natio nal Television System Committee") sind die beiden Chrominanz komponenten als I und Q bekannt. Bei anderen Videonormen sind die Chrominanzkomponenten unterschiedlich bezeichnet und tech nisch definiert.

Gemäß der Fig. 2 können rekursive Video-Farbwertdrehungen dadurch erzeugt werden, daß eine Chrominanzphasendrehungs schaltung 20 an jeder der drei gezeigten Positionen 20, 20′ oder 20′′ in der rekursiven Videospeicherschleife eingesetzt wird.

Bei Videoeffektsystemen, die NTSC-Daten digital verarbeiten, sind die I- und Q-Daten häufig verschachtelt, wobei die Infor mation jedes Abtastwertes zwischen I und Q wechselt. Bei Kom ponentensignalen gemäß der NTSC-Norm D1 werden die Chrominanz signalkomponenten I und Q gleichzeitig abgeleitet oder einan der "benachbart", d. h. zur selben Zeit abgetastet und dann "verschachtelt" zeitlich auseinander versetzt. Eine Beispiels sequenz von Abtastpaaren besteht aus I₀, Q₀, I₂, Q₂, I₄, Q₄, . . . I_2K, Q_2k. Es ist zu bemerken, daß Abtastwerte mit ungeraden Indexziffern nicht existieren; sie wurden entweder nicht abge tastet oder ihre Werte wurden verworfen. Bei anderen Formaten, insbesondere bei dekodierten zusammengesetzten Signalen, sind die Chrominanzkomponentenpaare nicht benachbart. Diese Unter scheidung zwischen benachbarten und nicht-benachbarten Chromi nanzkomponenten ist die Grundlage für einige der Unterschiede zwischen den verschiedenen Implementierungen der Erfindung, wie sie nachstehend beschrieben sind.

Die Fig. 3A und 3B zeigen eine von mehreren möglichen Imple mentierungen der Chrominanzphasendrehungsschaltung 20, 20′, 20′′, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Version eignet sich für benachbarte Chrominanzkomponenten, wie die Version, die in Verbindung mit Fig. 4A und 4B beschrieben ist. Fig. 3A zeigt diese erste Version der Schaltung, während sie gerade einen gedrehten I-Wert, I′_2k, berechnet, und Fig. 3B zeigt sie bei der Berechnung eines gedrehten Q-Wertes, Q′_2k. Beide Figuren zeigen denselben Schaltungsaufbau, jedoch jeweils mit unter schiedlichen Daten und Steuersignalzuständen, wie sie während alternierender Systemtaktzyklen auftreten.

Die Chrominanzinformation bewegt sich durch die Register 21, 22 und 23 mit der Geschwindigkeit des Systemtaktgebers, welche die Luminanzabtastgeschwindigkeit ist. Der Multiplexer 25 hat als seinen "0"-Eingang den Ausgang von Register 21, und als seinen "1"-Eingang den Ausgang von Register 23. Der Ausgang von Multiplexer 25 wird an einen der Eingänge von Multipli zierer 27 gelegt. Der Multiplizierer 27 hat als seinen anderen Eingang den Ausgang von Multiplexer 26. Der Multiplexer 26 hat als seinen "0"-Eingang den Negativwert des Sinus eines Winkels R, und als seinen "1"-Eingang den Positivwert des Sinus des selben Winkels. Der Ausgang von Multiplizierer 27 wird an ei nen der Eingänge der Summierschaltung 28 gelegt. Der andere Eingang an die Summierschaltung 28 ist der Ausgang von Multi plizierer 24. Der Multiplizierer 24 hat den Ausgang von Regis ter 22 als einen Eingang und den Cosinus des Winkels R als seinen anderen Eingang. Der Ausgang der Summierschaltung 28 ist der Ausgang der Chrominanzphasendrehschaltung 20, 20′, 20′′.

In Fig. 3A ist das Multiplexer-Wählsignal Q/I niedrig und dies konfiguriert die Schaltung zur Berechnung des Wertes von I′_2k durch Wahl der "0"-Eingänge der Multiplexer 25 und 26 als ihre Ausgänge. Während Zeiten, zu denen Q/I niedrig ist, ist der "0"-Eingang von Multiplexer 25 Q_2k, und das ist der Wert, wel cher an seinem Ausgang anliegt, wobei dieser Ausgang einer der Eingänge an den Multiplizierer 27 ist. Der "0"-Eingang an den Multiplexer 26 ist -sin(R) und dies ist der Wert, der an sei nem Ausgang anliegt, welcher der andere Eingang an den Multi plizierer 27 ist. Daher ist der Ausgang von Multiplizierer 27 -Q_2ksin(R) und dies ist der Wert, der an einen Eingang von Summierschaltung 28 gelegt wird. Der andere Eingang an die Summierschaltung 28 ist der Ausgang von Multiplizierer 24, welcher zu diesem Zeitpunkt I_2kcos(R) ist. Entsprechend ist der Ausgang der Summierschaltung 28 und der gesamten Chrominanz phasendrehungsschaltung 20, 20′, 20′′ während der Intervalle, wenn Q/I=0 ist:

I′_2k = I_2kcos(R)-Q_2ksin(R)

In Fig. 3B ist das Multiplexer-Wahl-Signal Q/I hoch und die Schaltung ist so konfiguriert, daß sie den Wert von Q′_2k durch Wahl der "1"-Eingänge der Multiplexer 25 und 26 als deren Aus gänge berechnet. Ein Systemtaktimpuls ist aufgetreten, seit die Daten wie in Fig. 3A gezeigt waren und die I- und Q-Werte in den Registern 21, 22 und 23 sind eine Registerstelle wei tergeschritten.

Bei hohem Q/I wird der "1"-Eingang an Multiplexer 25, der der Ausgang von Register 23 ist, I_2k, als Ausgang des Multiplexers gewählt. Der Multiplexer 26 erzeugt auch gerade seinen "1"- Eingang, den Sinus von R, als seinen Ausgang. Der Ausgang von Multiplizierer 27 ist dann I_2ksin(R) und dies ist einer der Eingänge an die Summierschaltung 28. Der andere Eingang an die Summierschaltung 28 ist Q_2kcos(R), da der Multiplizierer 24 jetzt gerade Q_2k von dem Ausgang von Register 22 empfängt, und der andere Eingang an den Multiplizierer 24 ist der Cosinus von R. Als Folge ist der Ausgang von Summierschaltung 28 und der gesamten Chrominanzphasendrehungsschaltung 20, 20′, 20′′ während der Intervalle, wenn Q/I=1:

Q′_2k = I_2ksin(R)+Q_2kcos(R)

Perfekte Farbgenauigkeit ist in den meisten für den Einsatz dieser Erfindung beabsichtigten Anwendungen eigentlich nicht erforderlich. Bei digitalen Videoeffekten besteht das Ziel häufig vielmehr darin, ein interessantes Bild zu erstellen, als Farbpräzision zu erhalten, daher kann eine Vereinfachung der Hardware sogar dann gerechtfertigt sein, wenn die resul tierende Farbe nicht das Ergebnis genau derselben Chrominanz phasendrehung bei jeder Probe ist. Aus diesem Grund kann benachbarte Farbintensität wie nicht-benachbarte behandelt werden und umgekehrt, je nachdem, was in einem gewissen Kon text die größte Vereinfachung ergibt.

In den Fig. 4A und 4B verringert eine vereinfachende Annahme die Farbwertdrehgenauigkeit geringfügig, ergibt jedoch eine erhebliche Verringerung der Hardware, wie sie zur Implemen tierung der Chrominanzphasendrehungsschaltung 20, 20′, 20′′ erforderlich ist. Durch die Annahme, daß I_2k+2 bei der Berech nung von Q′_2k ein adäquates Substitut für I_2k ist, können Re gister 23 und Multiplexer 25 in der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Schaltung entfallen. Wie in Fig. 4A gezeigt, beein trächtigt dies nicht die Berechnung von I′_2k während der Inter valle, wenn Q/I niedrig ist. Wie jedoch in Fig. 4B zu sehen ist, bedeutet während dem Intervall, in dem Q/I hoch ist und Q′_2k berechnet wird, die Abwesenheit von Register 23 und Multi plexer 25, daß I_2k nicht mehr verfügbar ist und stattdessen I_2k+2 verwendet wird.

Die voranstehend beschriebenen Implementierungen der Chromi nanzphasendrehungsschaltung 20, 20′, 20′′ eignen sich zur Ver arbeitung von Chrominanzkomponentenproben, die benachbart an geordnet waren. Wie jedoch oben ausgeführt wurde, enthalten nicht alle Chrominanzsignale benachbarte Chrominanzkomponen ten. Videosignale, die aus zusammengesetztem Video dekodiert werden, enthalten nicht-benachbarte Chrominanzkomponenten proben. Bei diesen Signalen entsprechen die Proben, die ein Proben-"Paar" ausmachen, nicht derselben Probennahme- oder Abtastzeit, daher verliert das Konzept des "Paares" seine Bedeutung, da eine I-Probe genauso auf die Q-Probe vor ihm wie auf diejenige hinter ihm bezogen ist. Da zunächst eine Kompo nente abgetastet wird und dann die andere, hat eine Proben sequenz die Form: I₀, Q₁, I₂, Q₃, . . . I_2k, Q_2k+1. Somit ent spricht jede Probe eines Typs in ihrer Abtast- oder Proben nahmezeit dem Durchschnitt der Abtast- oder Probenahmezeiten der Proben des anderen Typs, die unmittelbar vor und nach ihr kommen.

Nicht-benachbarte Chrominanzdaten komplizieren den Drehprozeß, da die Gleichung für I′_2k die Werte von I_2k und I_2k+1 benötigt, und Q_2k nicht existiert. Auf ähnliche Weise braucht die Gleich ung für Q′_2k+1 die Werte für Q_2k+1 und I_2k+1 und I_2k+1 existiert nicht. Dieses Problem kann auf mehrere Arten angegangen wer den, die genaueste jedoch ist, einen interpolierten Wert für die fehlenden Proben zu berechnen und sie in der Drehungs formel zu verwenden. Die einfachste Weise zur Berechnung eines interpolierten Wertes ist es, die beiden nebeneinanderliegen den Proben derselben Komponente zu mitteln, d. h.:

Q_2k = (Q_2k-1+Q_2k+1)/2

Die Fig. 5A und 5B zeigen eine Version der Chrominanzphasen drehungsschaltung, die modifiziert wurde, um nicht-benachbarte Chrominanzkomponenten durch das einfache interpolative Verfah ren der Mittelung nebeneinanderliegender Proben derselben Kom ponente gemäß der obenstehenden Gleichung bearbeiten zu kön nen. Um diese Mittelung erzielen zu können, ist das Register 23 wieder erforderlich, sowie die Summierschaltung 29 und die Halbierschaltung 30.

In Fig. 5A ist zu sehen, daß während der Multiplizierer 24 den in Register 22 gespeicherten Wert I_2k mit dem Cosinus des R- Wertes auf seinem anderen Eingang multipliziert, der Multipli zierer 27 den Wert Q_2k auf einem seiner Eingänge mit dem nega tiven Sinus des R-Wertes auf seinem anderen Eingang multipli ziert. Jetzt wird jedoch der Wert Q_2k von der Mittelung des Wertes Q_2k+1, wie er im Register 21 vorliegt, und des Wertes Q_2k-1, wie er im Register 23 vorliegt, abgeleitet, und zwar durch den Betrieb der Summierschaltung 29 und der Halbier schaltung 30.

Auf ähnliche Weise multipliziert in Fig. 5B, während der Multiplizierer 24 den Wert Q_2k+1, wie er im Register 22 vorliegt, mit dem Cosinus des R-Wertes auf seinem anderen Eingang multipliziert, der Multiplizierer 27 den Wert I_2k+1 auf einem seiner Eingänge mit dem positiven Sinus des R-Wertes auf seinem anderen Eingang. Wiederum jedoch wird der Wert I_2k+1 von der Mittelung des Wertes I_2k+2, wie er im Register 21 vor liegt, und des Wertes I_2k, wie er im Register 23 vorliegt, durch den Betrieb der Summmierschaltung 29 und der Halbier schaltung 30 abgeleitet.

Somit erzeugt der in den Fig. 5A und 5B gezeigte Schaltungs aufbau zuerst einen I′_2k-Wert, dann einen Q′_2k+1, dann einen I′_2k+2-Wert und so weiter, gemäß den folgenden Gleichungen:

Wird eine anspruchsvollere Interpolation gewünscht, dann können die Summierschaltung 29 und die Halbierschaltung 30 durch eine kompliziertere Interpolationsschaltung ersetzt werden und zusätzliche Register können hinzugefügt werden, um diese kompliziertere Interpolationsschaltung mit den zusätz lichen sequentiellen Chrominanzproben zu versorgen, die bei anspruchsvolleren Interpolationsverfahren erforderlich sind.

Umgekehrt, da, wie voranstehend in Zusammenhang mit den Fig. 4A und 4B erwähnt, eine perfekte Farbgenauigkeit in den meisten zum Einsatz dieser Erfindung ins Auge gefaßten Anwen dungen eigentlich nicht erforderlich ist, kann ein Fehlen der benachbarten Anordnung ignoriert werden und die in den Fig. 4A und 4B gezeigte Schaltung kann anstelle der in den Fig. 6A und 6B gezeigten Schaltung verwendet werden. Wird dieser An satz verwendet, dann beschreiben die folgenden Gleichungen den Ausgang, der zu den jeweils in Fig. 4A bzw. 4B gezeigten Zeiten erzeugt wird:

I′_2k = I_2k _*cos(R)-Q_2k+1 _*sin(R)

Q′_2k+1 = I_2k+2 _*sin(R)+Q_2k+1 _*cos(R)

In der Praxis wurde festgestellt, daß die Regenbogenspuren der vorliegenden Erfindung für die meisten Betrachter besser aus sehen, wenn sie in Zusammenhang mit einem "rekursiven Weich zeichner"-Effekt implementiert werden. Vorrichtungen zur Er zeugung eines rekursiven Weichzeichner-Effektes sind in der US-Patentschrift 49 51 144 beschrieben. Dieser rekursive Weichzeichner-Effekt mischt benachbarte verzögerte Pixel auf eine Weise, die einen Spureneffekt wie beim "Airbrushing" er gibt. Wird das rekursive Weichzeichnen für "fliegende" Text zeichen verwendet, sind die hinterlassenen Spuren glatt und die Kanten der Zeichen aus vorherigen Bildern entschärft, und dies erzeugt einen angenehmen Effekt bezüglich der vergleichs weisen Härte der nicht-weichgezeichneten Spuren.

Wird das rekursive Weichzeichnen mit den Regenbogenspuren der vorliegenden Erfindung kombiniert, dann werden die entstehen den Farbwertveränderungen weicher und angenehmer. Wie in der US-Patentschrift 49 51 144 erläutert, wird das rekursive Weichzeichnen durch Einsetzen eines Tiefpaßfilters innerhalb der rekursiven Schleife 12, 14, 16 erzielt, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Dies bewirkt, daß die Merkmale eines Videobildes im Laufe der Zeit und mit zusätzlichen Verläufen durch die Rekursivschleife sowohl weichgezeichnet werden als auch verblassen.

Die Fig. 6A und 6B zeigen ein diskretes "raumgefaltetes" FIR (Finite Impulse Response)-Filter, wie es zur gleichzeitigen Erzeugung der horizontalen rekursiven Weichzeichnung sowie der Chrominanzphasendrehung geeignet ist. Diese Implementierung eignet sich am besten für Chrominanzvideokomponenten, die verschachtelt, aber nicht benachbart sind. Das gefaltete FIR- Filter wirkt wie zwei Filter, eines für I-Proben und eines für Q-Proben, die jeweils auf abwechselnden Zyklen arbeiten.

Obwohl in den Fig. 6A und 6B nur die Chrominanzkomponenten gezeigt sind, versteht sich jedoch, daß eine parallele Weich zeichner-Schaltunganordnung verwendet wird, um dieselbe Weich zeichnerfunktion auf der Luminanz und den Tast-Komponenten desselben Videosignals durchzuführen. (Tastkomponenten werden dazu verwendet, das Mischen eines Videosignals mit einem anderen zu steuern).

Bei Eintreten eines bestimmten Videodatenelementes in das Fil ter verläuft es sequentiell durch Verzögerungselemente 40, 42, 44, 46 und 48, die eine Reihe von Mittelanzapfungen bilden. Bei aufeinanderfolgenden Takten läuft dasselbe Datenelement weiter durch die Verzögerungselemente 50, 52, 54 und 56. Die Ausgänge eines jeden Paares von Elementen, die in gleichem Maße von der Mittelanzapfung beabstandet sind, bilden ein sym metrisches Paar von Anzapfungen und diese werden zur Multi plikation mit denselben Koeffizienten in den Multiplizierern 66-72 von den Summierschaltungen 58-64 zusammenaddiert, die mit jedem Paar dieser Anzapfungen verbunden sind. Der Ausgang der Mittelanzapfung 48 wird von dem Multiplizierer 74 mit seinem Koeffizienten multipliziert.

Es ist zu bemerken, daß bei diesem gefalteten Filter jedes Paar symmetrischer Anzapfungen dieselbe Chrominanzkomponente an die mit ihr verbundene Summierschaltung legt, so daß eine I-Probe zu einer I-Probe addiert wird, und eine Q-Probe zu einer Q-Probe addiert wird. In Fig. 6A zum Beispiel enthalten die Elemente 56 und 40 zu dem Zeitpunkt, an dem Element 48 I_2k enthält, jeweils I_2k-4 und I_2k+4, die Elemente 54 und 42 enthal ten jeweils Q_2k-3 und Q_2k+3, die Elemente 52 und 44 enthalten jeweils I_2k-2 und I_k+2, und die Elemente 50 und 46 enthalten jeweils Q_2k-1 und Q_2k+1.

Die an die Multiplizierer in der Schaltung der Fig. 6A und 6B gelegten Koeffizienten legen den Umriß der Frequenzantwort des diskreten Raum-FIR-Filters innerhalb seines lokalen Raums fest. Je mehr Stufen, d. h. Paare von Verzögerungselementen oder Anzapfungen vorhanden sind, desto geringer kann der Band paß gemacht werden und desto mehr Weichzeichnung kann er zu erzeugen veranlaßt werden. Die genaue Wahl der Koeffizienten ist nicht erfindungswesentlich, solange sie eine Tiefpaß filterung und damit eine Weichzeichnung durchführen.

In Fig. 6A wird der I_2k-Wert, wie er in Element 48 vorhanden ist, von dem Multiplizierer 74 mit dem Koeffizienten C₀ mal dem Cosinus von R multipliziert und an einen Eingang der Sum mierschaltung 76 gelegt. Der Q_2k-1-Wert, der in Element 50 vor handen ist, wird von der Summierschaltung 64 mit dem Q_2k+1- Wert, wie er in Element 46 vorliegt, summiert. Der Ausgang der Summierschaltung 64 wird dann von dem Multiplizierer 72 mit dem Negativwert von Koeffizient C₁ mal dem Sinus von R multi pliziert und an einen anderen Eingang von Summierschaltung 76 gelegt. Dieselbe Art von Berechnung erfolgt für jedes Paar von Anzapfungen in dem Filter, jedoch unter Verwendung unter schiedlicher Koeffizienten C_n. Jeder Multiplizierer 66-72 legt seinen Ausgang an einen unterschiedlichen Eingang von Summier schaltung 76. Der Ausgang von Summierschaltung 76 ist:

I′_2k = I_{2k, weichgezeichnet} _*cos(R) - Q_{2k, weichgezeichnet} _*sin(R)

Der Ausdruck "weichgezeichnet" bezieht sich in seiner voran stehenden Verwendung auf die Funktion des Filters. Unter An nahme der folgenden Koeffizienten, C₀=3/8, C₂=3/16 und C₄=1/8 ist der Wert von I_{2k, weichgezeichnet} in der obigen Gleichung:

I_{2k, weichgezeichnet} = 1/8_*I_2k-4 + 3/16_*I_2k-2 + 3/8_*I_2k + 3/16_*I_2k+2 + 1/8_*I_2k+4

Und ähnlich, unter Annahme der folgenden Koeffizienten, C₃= 1/8 und C₁=3/8 ist der Wert von Q_{2k, weichgezeichnet}:

Q_{2k, weichgezeichnet} = 1/8_*Q_2k-3 + 3/8_*Q_2k-1 + 3/8_*Q_2k+1 + 1/8_*Q_2k+3

Es ist zu bemerken, daß, da die Q-Werte in Fig. 6A keine ein zelne Mittelanzapfung haben, sondern symmetrisch um die Mit telanzapfung der I-Werte herum erzeugt werden, der weichge zeichnete Q-Wert dieselbe zeitliche Lage, 2k hat wie der I- Wert, und automatisch benachbart angeordnet wurde.

Fig. 6B zeigt dieselbe Schaltung, wie sie in Fig. 6A darge stellt ist, jedoch einen Taktzyklus später. Jeder Datenwert ist um eine Stelle durch die Elemente 40-56 weitergeschritten, wobei der neue Wert von Q_2k+5 am Ausgang von Element 40 erscheint. Die Summierschaltungen 58-64 arbeiten auf dieselbe Art und Weise, jedoch mit unterschiedlichen Daten auf ihren Eingängen. Die Multiplizierer 66-72 funktionieren auch auf dieselbe Art, mit der Ausnahme, daß die Vorzeichen der Koeffizienten C₃ und C₁ von negativ zu positiv verändert wurden. Der Ausgang von Summierschaltung 76 während dieses Zyklus, in dem "Weichzeichnen" dieselbe Bedeutung wie oben hat und der I-Wert automatisch benachbart angeordnet wird, ist:

Q′_2k+1 = I_{2k+1, weichgezeichnet} _*sin(R) + Q_{2k+1, weichgezeichnet} _*cos(R)

Der in den Fig. 6A und 6B gezeigte Schaltungsaufbau ist bei der Erzeugung einer gleichförmigen Farbwertdrehung nur bei Videos technisch genau, die nicht-benachbarte Chrominanzproben enthalten. Zur gleichzeitigen Durchführung einer Chrominanz phasendrehung und Weichzeichnung bei einem Video, das benach barte Chrominanzproben enthält, könnte ein nichtgefaltetes FIR-Filter mit zwei Mittelanzapfungen verwendet werden. Ein derartiges Filter erfordert jedoch zweimal so viele Multipli zierer, und technische Genauigkeit ist für die große Mehrheit der Anwendungen nur in geringem Maße erwünscht, so daß die in Fig. 6A und 6B gezeigte Schaltung zwangsweise die bevorzugte Ausführungsform ist, sogar für Videos, die benachbarte Chrominanzproben enthalten.

Die in den Fig. 6A und 6B gezeigten Verzögerungselemente 40- 56, sowie die in Fig. 4 der US-Patentschrift 49 51 144 gezeig ten könnten entweder Pixelverzögerungen oder Zeilenverzöge rungen darstellen, so daß das Filter entweder ein horizontales oder ein vertikales Filter sein könnte. Eine Kombination der Farbwertdrehung mit der Weichzeichnerfunktion jedoch ist nur entlang der horizontalen Achse praktisch. Daher wurden in der nachfolgenden Fig. 7 die Farbwertdrehung und die horizontale Weichzeichnung in einem Vorgang kombiniert, während die verti kale Weichzeichnung mit einem separaten Filter erzielt wird. Und es ist ebenfalls zu bemerken, daß die Funktion des Ver zögerungsmultiplizierers 16 in Fig. 2 auch integral mit jeder der beiden Weichzeichnerfunktionen durchgeführt werden kann, indem die Summe der Weichzeichnerkoeffizienten dem Verzöge rungskoeffizienten, K_d, anstelle von Eins gleichgemacht wird.

Fig. 7 zeigt eine rekursive Schleife, die gleichzeitig ver blassende oder abklingende Spuren erzeugt, eine rekursive Chrominanzphasendrehung bewirkt und rekursives Weichzeichnen erzeugt. Bei dieser rekursiven Schleifenschaltung sind die Chrominanzphasendrehung und das horizontale Weichzeichnen in einer horizontalen Weichzeichner- und Chromaphasendrehungs schaltung 80 (wie in den Fig. 6A und 6B gezeigt) kombiniert, während die vertikale Weichzeichnung und Verzögerungsfaktor multiplikation in einem vertikalen Weichzeichner- und Verzögerungsfaktormultiplizierer 90 zusammengefaßt sind. Die Luminanz- und Tastkomponenten des Videosignals sind mit derselben horizontalen und vertikalen Weichzeichnungs- und Verzögerungsfaktormultiplikation versehen, wie sie die Chrominanzbahn von der äquivalenten Weichzeichner- und Verzögerungsverarbeitungsschaltung 100 empfängt.

Die modifizierte Bildverzögerungsschaltung 14′ muß eine Ver zögerung erzeugen, die kürzer ist als eine normale Bildver zögerung, damit Zeit für die Eigenverzögerungen im vertikalen Weichzeichner- und Verzögerungsfaktormultiplizierer 90 und die äquivalente Behandlung der Luminanz- und Tastkomponenten bleibt, da Mehrfachleitungsverzögerungen das vertikale Dunkel tastintervall übersteigen. Die erforderliche zusätzliche Zeit hängt von der Anzahl der Zeilenverzögerungselemente ab, die zur Implementierung des vertikalen Weichzeichnerfilters benö tigt werden, d. h. wie viele Anzapfungen für die Weichzeichner funktion gewünscht werden. In einer Implementierung der modi fizierten Bildverzögerungsschaltung 14′ mit FIFO-Speicher (First in, First out-Speicher) wird die Verzögerung durch so frühes Starten der Auslesung wie nötig, um die richtige Zeit ausrichtung an der Summierschaltung 12 zu erhalten, verkürzt, wo das verzögerte, gedrehte und weichgezeichnete Videosignal von der rekursiven Schleife mit dem neuen eingehenden Video summiert wird.

Um die Verzögerungsfaktormultiplikation gleichzeitig mit der Weichzeichnerfunktion einzugliedern, wie voranstehend be schrieben, werden die an den vertikalen Weichzeichner- und Verzögerungsfaktormultiplizierer 90 und an die äquivalente Weichzeichner- und Verzögerungsverarbeitungsschaltung 100 gelegten Weichzeichnerkoeffizienten so berechnet, daß sie insgesamt K_d ergeben, und nicht Eins. Der Schaltungsaufbau zur äquivalenten Weichzeichner- und Verzögerungsverarbeitung em pfängt auch normale Weichzeichnerkoeffizienten, die kollektiv Eins ergeben, um ein Filtern entlang einer Achse ohne jegliche Verzögerung zu ermöglichen, so daß das Signal nur einmal abklingt oder verblaßt. Um diese Chrominanzphasendrehungs funktion gleichzeitig mit der horizontalen Weichzeichner funktion einzugliedern, wurden die Weichzeichnerkoeffizienten an die horizontale Weichzeichner- und Chromaphasendrehungs schaltung 80 durch Vormultiplikation mit Sinus R- und Cosinus R-Werten modifiziert, wie sie in Zusammenhang mit den Fig. 6A und 6B gezeigt und beschrieben wurden.

Obwohl die Verzögerungsfaktormultiplikation in Fig. 7 in Kombination mit dem Weichzeichnerfilter dargestellt wurde, könnte sie auch mit dem Chrominanzphasendrehschaltungsaufbau kombiniert werden, durch Verwendung von K_d*sin(R) und K_d*cos(R) anstelle von sin(R) bzw. cos(R). Entsprechend könnte die Ver zögerungsfaktormultiplikation alternativ mit einer Kombination aus Chrominanzphasendrehungsschaltungsaufbau und Weichzeich nerfilterschaltungsaufbau kombiniert werden. In letzterem Fall würden die Sinus- und Cosinus-Funktionen von R, der Verzöge rungsfaktor und die Weichzeichnerkoeffizienten alle miteinan der vormultipliziert und wie voranstehend beschrieben verwendet werden.

Der für den Winkel R verwendete Wert bestimmt, wie schnell der Farbwert sich bei Erzeugung einer Farbvideospur verändert. Hinterließe beispielsweise der verwendete Abklingfaktor eine Spur, die für ca. eine Sekunde sichtbar nachleuchtete, und es wäre erwünscht, daß die mit dieser Spur verbundenen Farben in ungefähr demselben Intervall vollständig den Farbkreis durch laufen, dann würde ein R-Wert von 12° eine Farbwertdrehung von 360° während der 30 Bilder ergeben, die in einer Sekunde auftreten.

Es ist ebenfalls zu bemerken, daß der Sinus und Cosinus von R in jeder der voranstehend angegebenen Implementierungen von Bild zu Bild verändert werden können. Wäre es zum Beispiel erwünscht, daß die Geschwindigkeit der Farbwertdrehung sich über einem bestimmten Zeitintervall zwischen zwei Werten verändert, dann könnte ein Mikroprozessor in dem System die entsprechenden Sinus- und Cosinus-Werte zwischen diesen zwei Geschwindigkeiten auf bildweiser Basis interpolieren und die entsprechenden Sinus- und Cosinus-Daten an Register legen, die lokal zum Speichern der Sinus- und Cosinus-Werte während jeden Bildes vorgesehen sind.

Zusätzlich zur Drehung des Farbwertes der Chrominanzkomponente können andere Änderungen, wie die Sättigungsmodifikation, rekursiv durchgeführt werden. Wird eine Konstante, auf der Grundlage der Tasten- oder Luminanzwerte, sowohl zu den I- und Q-Komponenten hinzuaddiert, dann kann Farbe in den weißen und grauen Bereichen erscheinen, oder in farbigen Bereichen ver schwinden, wenn das Bild ausklingt und den Farbwert verändert. Um zum Beispiel Farbe selektiv in Bereiche mit hohen Tast werten einzubringen, lassen sich die nachfolgenden Gleichungen durch die Sättigungsmodifikationsschaltung 110 in Fig. 7 implementieren:

I′ = I_gedreht+C₁(K)

Q′ = Q_gedreht+C₂(K)

in denen C₁ und C₂ die Farbe definieren, die rekursiv hinzugefügt werden soll, und K das Steuertasten- oder Luminanzsignal ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung abklingender Video-Nachbilder mit rekursiv veränderten Chrominanzmerkmalen, in einer rekursiven Videoschleife mit einer Verzögerungsvorrichtung (14) zur Verzögerung eines Video-Ausgangsbildes und eine Kombiniervorrichtung (11) zum Kombinieren des verzögerten Video-Ausgangsbildes mit einem Video- Eingangsbild, um ein nächstes Video-Ausgangsbild zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung zur Veränderung der Farbmerkmale (20, 20′ oder 20′′) innerhalb der rekursiven Videoschleife (11, 14) zur Veränderung des Chrominanzinhaltes des verzögerten Video-Ausgangsbildes angeordnet ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Veränderung der Farbmerkmale eine Chrominanzphasendrehungsvorrichtung (20, 20′ oder 20′′) umfaßt.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Veränderung der Farbmerkmale weiterhin eine Sättigungsmodifikationsvorrichtung (110) umfaßt.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Veränderung der Farbmerkmale eine Sättigungsmodifikationsvorrichtung (110) umfaßt.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrominanzphasendrehungsvorrichtung (20) vor der Verzögerungsvorrichtung (14) angeordnet ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrominanzphasendrehungsvorrichtung (20′) innerhalb der Kombiniervorrichtung (11) angeordnet ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrominanzphasendrehungsvorrichtung (20′′) nach der Verzögerungsvorrichtung (14) angeordnet ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrominanzphasendrehungsvorrichtung folgendes umfaßt:
eine Vorrichtung zum Halten und Verschieben (21-23) einer Vielzahl von Chrominanz A-Komponente und Chrominanz B-Komponenten;
eine Vorrichtung zur Erzeugung (24-28) von gedrehten A-Komponenten A_r gemäß dem Verhältnis A_r = A_*cos(R) - B_*sin(R)und gedrehten B-Komponenten B_r gemäß dem VerhältnisB_r = A_*sin(R) + B_*cos(R)aus den gespeicherten und verschobenen A- und B-Komponenten.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß eine Weichzeichnervorrichtung (80) innerhalb der rekursiven Videoschleife zum Weichzeichnen der chromi nanzphasengedrehten abklingenden Videonachbilder bei ihrem Abklingen angeordnet ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrominanzphasendrehungsvorrichtung (20, 20′ oder 20′′) und die Weichzeichnervorrichtung (80) in einer kombinierten Einachsen-Weichzeichnerfilterungs- und Chrominanzphasendrehungsvorrichtung (80′) zusammengefaßt sind, in denen gleichzeitig der Chrominanzphasendrehungs- Effekt und der Weichzeichnereffekt entlang einer Achse erzeugbar ist.

11. Verfahren zur Erzeugung abklingender Video-Nachbilder mit rekursiv veränderten Chrominanzmerkmalen mit einer Ver zögerung (14) eines Video-Ausgangsbildes in einer rekur siven Video-Schleife und Kombinieren (11) des verzöger ten Video-Ausgangsbildes mit einem Video-Eingangsbild zur Erzeugung eines nächsten Video-Ausgangsbildes, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrominanzinhalt des verzögerten Video- Ausgangsbildes innerhalb der rekursiven Video-Schleife (11, 14) verändert wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Veränderung des Chrominanzinhaltes den Schritt der Chrominanzphasendrehung (20, 20′ oder 20′′) des verzögerten Video-Ausgangsbildes umfaßt.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Veränderungsschritt weiterhin den Schritt der Modifizierung (110) der Farbsättigung des verzögerten Video-Ausgangsbildes innerhalb der rekursiven Videoschleife umfaßt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Veränderung des Chrominanzinhaltes den Schritt der Modifikation (110) der Chrominanzsättigung des verzögerten Video-Ausgangsbildes innerhalb der rekursiven Video-Schleife umfaßt.

15. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrominanzphasendrehungsschritt (20) vor dem Verzögerungsschritt durchgeführt wird.

16. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kombinationsschritt (11) den Schritt (20′) der Chrominanzphasendrehung umfaßt.

17. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrominanzphasendrehungsschritt (20′′) nach dem Verzögerungsschritt durchgeführt wird.

18. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Chrominanzphasendrehungsschritt die folgenden Schritte umfaßt:
Halten und Verschieben (21-23) einer Vielzahl ver schachtelter Chrominanz A-Komponenten und Chrominanz B- Komponenten; und
Erzeugen (24-28) von gedrehten A-Komponenten A_r gemäß dem Verhältnis A_r = A_*cos(R) - B_*sin(R)und von gedrehten B-Komponenten B_r gemäß dem VerhältnisB_r = A_*sin(R) + B_*cos(R)aus diesen gehaltenen und verschobenen A- und B- Komponenten.

19. Verfahren gemäß Anspruch 12, weiterhin umfassend den Schritt des Weichzeichnens (80′) der Komponenten des Ausgangsvideobildes innerhalb der rekursiven Video- Schleife (11, 14).

20. Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (20, 20′ oder 20′′) der Chrominanz phasendrehung und der Weichzeichnerschritt (80) gleich zeitig durch den Schritt der Filterung (80′) der Komponenten des Ausgangsvideobildes durchgeführt werden, so daß das Ausgangsvideosignal entlang einer Achse weichgezeichnet wird, während die Chrominanzphase um den Winkel R gedreht wird.