DE4331532C1 - Verfahren zur Digitalisierung, Abspeicherung und Wiedergabe von Videobildern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Digitalisierung, Abspeicherung und Wiedergabe von Videobildern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Im Artikel "Multifunktionales Flachdisplay" in der Design & Elektronik 1/2 vom 19. 1. 1993 ist beschrieben, wie sich CRT- Röhre und Flachdisplay in der Anwendung als Videomonitor prinzipiell unterscheiden. Soll das Flachdisplay wie ein sogenannter Multisync-Monitor unterschiedliche Videonormen verarbeiten können, so muß das Videosignal immer digitalisiert und abgespeichert werden. Hierbei ergeben sich 2 grundsätzliche Probleme:

a) Abtastrauschen

Nach dem Nyquist-Theorem ist der Abtastclock größer/gleich der doppelten Grenzfrequenz des Videosignals. In der Datentechnik zum Beispiel hat das Videosignal anders als etwa ein Videosignal von einer Kamera abrupte Helligkeitssprünge. Fällt nun ein solcher Sprung mit der Flanke des Abtastclocks zusammen, so kriselt dieser Hell-Dunkelübergang/Dunkel- Hellübergang um eine Taktbreite.

Die nach dem Stand der Technik übliche Lösung des Problems ist, daß man das Videosignal mit der gleichen Taktfrequenz abtastet, wie es zum Beispiel durch einen Graphikgenerator in einem Rechner erzeugt wird (f=1/2fg). Durch einen Phasenschieber kann man dann die Abtastflanke so einstellen, daß sie nie mit einem Helligkeitssprung zusammenfällt.

Dies ist natürlich eine sehr eingeschränkte und unbefriedigende Lösung. Sie erfordert entweder eine genaue Kenntnis dieser Mutterfrequenz oder ein geeignetes Testbild, z. B. senkrechte Linien mit der höchstmöglichen Bandbreite (vgl. Fig. 2), aus dem man diese Frequenz regenerieren kann.

b) Digitalisierungsrauschen

Ein Flachdisplay nach dem Stand der Technik erzeugt die Graustufen bzw. Farben digital, z. B. wird ein TFT-LCD-Display mit 512 Farben mit 3 Bit pro Farbe digital angesteuert. Hier zeigt sich im Prinzip dasselbe Problem wie beim Abtastrauschen: Ist der Grauwert des zu digitalisierenden Videosignals genau gleich einem der Schwellwerte für die AD- Wandlung, so schwankt der Grauwert nach der AD-Wandlung genau um 1 LSB.

Wenn das darzustellende Bild eine eingeschränkte Zahl von Graustufen hat, kann man versuchen, die Schwellwerte so einzustellen, daß sie nicht mit einer solchen Stufe zusammenfallen, aber prinzipiell gibt es auch hier keine befriedigende Lösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art derart weiterzubilden, daß eine Ausblendung von Abtast- und Digitalisierungsrauschen gewährleistet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch angegeben.

An Hand der Fig. 1 bis 5 wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt, wie das digitalisierte Bild in einem Bildpuffer A abgespeichert wird, während gleichzeitig der Bildinhalt des Puffers B zur Anzeige gebracht wird. Vor dem Einlesen in A wird ein Vergleich mit dem alten Inhalt von A durchgeführt, in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleiches wird in einer Auswerteschaltung die neue Information modifiziert, bevor sie den alten Bildinhalt überschreibt. Nach Abschluß einer Bildwechselperiode werden die Rollen von A und B vertauscht. Die Bildpuffer A und B können n Bit Speichertiefe (A0, A1, . . . usw.) haben für 2ˆn Graustufen, bei farbiger Bilddarstellung gilt das Bild nur für einen Farbkanal Rot, Grün oder Blau.

Fig. 2 zeigt die Abtastung senkrechter Linien bei synchronem Takt, wie es nach dem Stand der Technik in der Datenverarbeitung üblich ist.

Fig. 3 zeigt, wie bei einer Abtastung derselben senkrechten Linien mit f<1/2fg ein sporadisches Abtastrauschen entsteht. Der erste Dunkel-Hell-Übergang (im folgenden als DH-Wert bezeichnet) im Beispiel fällt mit dem Abtastclock zusammen. Dadurch "kriselt" diese Flanke nach der AD-Wandlung um einen Clockzyklus (in der Videotechnik treten die gegenständlichen Probleme höchstens in abgemilderter Form auf, da bei Kamerabildern die Übergänge fließend sind).

Die Dunkel-Hell-Übergänge des eingehenden Videosignals werden mit den DH-Werten des zuletzt eingespeicherten Bildes verglichen. Hatte das alte Bild eine Taktflanke später einen DH-Übergang als das neue Bild, so wird an dieser Stelle (schraffierte Fläche) der neue Bildinhalt nicht abgespeichert. Da nur der schraffierte Speicherinhalt und nicht das Videosignal direkt zur Anzeige gebracht wird, ist das Kriseln ausgeblendet.

Dasselbe Prinzip wird auf negative Flanken angewendet.

Das Ausblenden des Kriselns erfolgt in der Auswerteschaltung nach Fig. 4:

Nach der AD-Wandlung wird das serielle Videosignal umgewandelt in ein paralleles Datenwort. Ob dieses Datenwort für die Weiterverarbeitung z. B. 8, 16 oder 32 Bit breit ist, hängt von der gewählten Rechnerstruktur und Speichergeschwindigkeit ab. Für das Prinzip der Schaltung müssen jeweils mindestens 3 Bit parallel zur Verfügung stehen. Die Schaltung ist bei n Bit Speichertiefe n-fach vorhanden.

Anschließend werden alle DH- und HD-Werte gebildet für BIT 0/1, 1/2 usw. Diese Werte werden mit denen aus dem vorhergehenden Bildinhalt verglichen und der Speicher neu beschrieben nach der Gleichung:

Dieser Vorgang erfolgt gleichzeitig für alle Bits eines Datenwortes. Für das erste BIT D0 eines Datenwortes muß das letzte BIT des vorhergegangenen Datenwortes, Dc, herangezogen werden.

Mit demselben Prinzip einer digitalen Hysterese kann auch das Digitalisierungsrauschen ausgeblendet werden. Allerdings werden hier nicht die aufeinanderfolgenden Bits einer Speicherebene D(n-1), Dn als Auswertekriterien herangezogen, sondern die Bits verschiedener Wichtung Dnˆ0, Dnˆ1 . . . der verschiedenen Speicherebenen, aber gleichen Speicherortes. Die Bits Dnˆ0, Dnˆ1 . . . repräsentieren den Grauwert eines bestimmten Pixels des Videobildes. Die Auswerteschaltung sorgt nun dafür, daß eine Änderung im Speicherinhalt und damit auch im angezeigten Bild nur möglich ist, wenn sich der Grauwert des eingelesenen Pixels DIn um mehr als ein LSB von dem des entsprechenden Pixels im Speicherabbild unterscheidet (Fig. 5).

Claims (1)

1. Verfahren zur Digitalisierung, Abspeicherung und Wiedergabe von Videobildern in Echtzeit, wobei das digitalisierte Videosignal mit dem zuletzt abgespeicherten Bildinhalt verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vergleich der Helligkeitsübergänge im neuen Bild mit denen an den entsprechenden und den benachbarten Stellen im alten Bild entschieden wird, ob es sich um neue Bildinformation oder Abtastrauschen handelt und im letzteren Fall das Abtastrauschen durch Interpolation eliminiert wird.