DE4419891B4 - Verfahren zur progressiven Konversion von Fernsehbildern mit Zeilensprung - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Umsetzung einer Bildfolge von Halbbildern mit Zeilensprung auf eine Bildfolge mit zeilensprungfreien Bildern,
gekennzeichnet durch
die folgenden Merkmale:
– für die Bewegung zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Halbbildern wird mindestens ein Bewegungsvektor ermittelt,
– aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Halbbildern werden unter Verwendung des Bewegungsvektors Halbbilder erzeugt, deren Inhalt in Bezug auf die enthaltene Bewegung auf den Zeitpunkt eines der Halbbilder kompensiert ist,
– aus den bewegungskompensierten Halbbildern werden
a) erste zeilensprungfreie Bilder durch im wesentlichen vertikal wirkende Interpolation (20) innerhalb jedes Halbbildes erzeugt,
b) zweite zeilensprungfreie Bilder durch im wesentlichen zeitlich wirkende Interpolation (24) zwischen benachbarten Halbbildern erzeugt,
– für die ersten und zweiten zeilensprungfreien Bilder wird jeweils ein Maß für die Bildqualität (27, 28) ermittelt,
– mindestens eines der ersten und zweiten zeilensprungfreien Bilder werden in Abhängigkeit vom ermittelten Qualitätsmaß gewichtet (33, 34) und zu einem zeilensprungfreien Bild der Bildfolge...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung einer Bildfolge von Halbbildern mit Zeilensprung auf eine Bildfolge mit zeilensprungfreien Bildern.
• Bekanntlich wird bei der Fernsehsignalübertragung eine Bildfolge von Halbbildern übertragen. Aus diesen Halbbildern wird dann im Fernsehgerät ein Bild mit doppelter Zeilenzahl erzeugt. Die Halbbilder weisen einen Zeilensprung auf. Dies bedeutet, daß eines der Halbbilder einer Halbbildfolge die geradzahligen Zeilen, das unmittelbar darauf folgende die ungeradzahligen Zeilen eines Vollbilds enthält. Wenn die Halbbilder im Fernsehgerät nacheinander zeilenverkämmt mit der empfangenen Halbbildrate im Empfangsgerät wiedergegeben werden, sieht der Betrachter wegen der Trägheit des menschlichen Auges das Vollbild mit voller vertikaler Auflösung.
• Ein auf die bloße Halbbildwiedergabe gestütztes Darstellungsverfahren hat eine Reihe von Nachteilen. Dazu gehören beispielsweise das Flackern von Kanten und das Zeilenwandern, bei dem besonders bei vertikal langsam bewegten, homogenen Gegenständen die Zeilenstruktur eines Halbbilds sichtbar wird.
• Darüber hinaus besteht das Bestreben, herkömmliche, für Zeilensprungwiedergabe geeignete Bildschirme durch LCD(Liquid Crystal Display)-Bildschirme zu ersetzen. Heutzutage erhältliche LCD-Bildschirme können aber nicht im Zeilensprungverfahren angesteuert werden. Vielmehr sind hier Bilder mit der vollen Zeilenzahl notwendig.
• Die Druckschrift GB 2 231 744 A beschreibt einen Konverter für Videostandards unter Verwendung von Bewegungskompensation. In der 7 ist dort ein Umsetzer für Bildfolgen mit zeilensprungfreien Bildern dargestellt. Aus der dazugehörigen Beschreibung auf Seite 6, Zeile 30 bis Seite 7, Zeile 8, geht hervor, dass dort zunächst eine "intra-field" und "inter-field" Interpolation ausgeführt wird. Des Weiteren erfolgt dort ein gewichtetes Zusammenführen der interpolierten Bildanteile, wobei die Gewichtung in Abhängigkeit der Bewegungsschätzung erfolgt.
• Aus der Druckschrift EP 0 561 561 A2 ist ein weiterer Umsetzer für progressive Bildfolgen bekannt, bei welchem interpolierte Bilder in Abhängigkeit von einer Bewegungsschätzung gewichtet zusammengeführt werden, wie es aus der 2 und der Beschreibung auf Seite 4, Zeilen 43 bis 57 hervorgeht.
• Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 695 19 398 T2 älteren Zeitrangs beschreibt eine Abtastumsetzung für zeilensprungfreie Bildfolgen mit Bewegungskompensation, wobei dort insbesondere die gezielte Signalverarbeitung entlang von Kanten in den Bildern erfolgt.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Umsetzung einer Bildfolge von Halbbildern mit Zeilensprung auf eine Bildfolge mit zeilensprungfreien Bildern anzugeben, das ein Bild mit möglichst hoher Qualität bei vertretbarem schaltungstechnischen Aufwand ermöglichst.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Es hat sich als ausreichend gezeigt, zur Bewegungskompensation nur einen Bewegungsvektor zu verwenden und zwei Halbbilder gleicher Rasterlage, die in entgegengesetzter zeitlicher Richtung in Bezug auf die zeitliche Position des dazwischenliegenden Halbbildes liegen, auf die zeitliche Position des mittleren Halbbilds umzusetzen. Eine Verarbeitung von Aufdeckungen und Verdeckungen braucht nicht berücksichtigt zu werden. Dabei kann in mindestens einem der bewegungskompensierten Halbbilder die Kompensation bewegungsrichtig ausgeführt werden.
• Es wird dann eine Inter- und Intrafield-Bearbeitung mittels zueinander orthogonal wirkenden Interpolationsarten durchgeführt. Die Qualität der Bewegungskompensation und der Interpolationen wird in bezug auf die hochfrequenten Signalanteile überprüft. Das Ergebnis wird zur gewichteten additiven Überlagerung der beiden Interpolationsergebnisse verwendet.
• Dabei werden Fehler des verwendeten Bewegungsvektorfeldes weitgehend erkannt und beseitigt. Kantenflackern und Zeilenwandern können somit wirksam vermieden werden. Insbesondere kann auch die Bewegung von schrägen Helligkeitskanten, die ohne besondere Maßnahmen eine sichtbare Stufenstruktur hervorrufen würde, von Störungen befreit werden.
• In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich zur Verbesserung der Wiedergabe von diagonalen Kanten eine diagonale Kantenversteilerung als vorteilhaft erwiesen. Hierbei wird an einer Helligkeitskante eine Interpolation zwischen den Bildpunkten in der Richtung mit dem geringsten Helligkeitsunterschied durchgeführt.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von den in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen
• 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
• 2 ein Beispiel einer diagonalen Kantenversteilerung.
• Am Eingang 1 des Blockschaltbilds wird eine Folge von zeilenverkämmten Halbbildern A1, B1, A2, B2, A3, ... eingespeist. Am Ausgang 2 des Blockschaltbilds ist die nach dem Verfahren erzeugte Bildfolge aus progressiven, zeilensprungfreien Bildern abgreifbar. Die eingangsseitigen Halbbilder werden in zwei hintereinander geschalteten Halbbildspeichern 10, 11 zwischengespeichert. Folglich stehen an den Abgriffen 12, 13, 14 drei zeitlich aufeinander folgende Halbbilder zur Verfügung, z.B. am Abgriff 14 das Halbbild A1, am Abgriff 13 das Halbbild B1, am Abgriff 12 das Halbbild A2. Mittels eines Bewegungsdetektors 15 wird der Bewegungsvektor zwischen den beiden zeitlich jüngeren Halbbildern ermittelt. Der Bewegungsvektor wird in den Bewegungskompensatoren 16, 17 dazu verwendet, die Halbbildern A2 bzw. A1 in bezug auf die Bewegung auf die zeitliche Lage des Halbbilds B1 umzusetzen. An den Ausgängen 18, 19 der Bewegungskompensatoren 16 bzw. 17 und am Abgriff 13 stehen folglich drei auf das mittlere Halbbild (am Anschluß 13) bewegungskompensierte Zeilensprunghalbbilder zeitgleich zur Verfügung.
• Die drei zeitgleichen Halbbilder werden nun getrennt voneinander verarbeitet. Im in der 1 dargestellten linken Teil erfolgt eine Intrafield-Verarbeitung, im rechten Teil eine Interfield-Verarbeitung. Hierzu wird in einer Einrichtung 20 eine vertikale Interpolation zur Erzeugung je eines progressiven Bildes durchgeführt. An den Ausgängen 21, 22, 23 stehen nun die durch vertikale Interpolation erhaltenen progressiven Bilder zu den jeweils entsprechenden drei zeitgleichen Halbbilder der Anschlüsse 13, 18, 19 zur Verfügung. In einer Einrichtung 24 wird eine zeitliche Interpolation zwischen den drei zeitgleichen Halbbilder durchgeführt. Ausgangsseitig stehen an Anschlüssen 25, 26 dann zwei entsprechende progressive Bilder zur Verfügung.
• Die auf diese Weise erhaltenen progressiven Bilder der Intrafield- bzw. Interfield-Verarbeitung werden nun in bezug auf ihre Güte bewertet. Hierzu werden die hochfrequenten Signalkomponenten durch entsprechende Filterung ermittelt. Die progressiven Bilder beider Zweige werden dann mit dem festgestellten Gütemaß gewichtet und zu einem einzigen progressiven Bild, das dann zur Darstellung an einem Bildschirm weiterverwendet werden kann, zusammengefaßt. Im einzelnen werden folgende Verarbeitungsschritte ausgeführt: In einer Einrichtung 27 werden die progressiven, vertikal interpolierten Bilder an den Anschlüssen 21, 22, 23 zeitlich und vertikal hochpaßgefiltet. Für die zeitli che Filterung werden vorzugsweise zwei cosinusförmige Hochpässe benutzt, deren Ergebnisse jeweils vertikal mittels zwei cos²-förmigen Hochpässen gefiltert werden. Dann wird das Betragsminimum der von diesen zwei Hochpässen erzeugten Signale ausgewählt. Dieses Betragsminimum stellt den Gewichtungsfaktor für das mittels der Interfieled-Verarbeitung erzeugte Bild des anderen Zweigs dar.
• Die beiden durch zeitliche Interfield-Verarbeitung erhaltenen progressiven Bilder an den Abgriffen 25, 26 werden in einer Einrichtung 28 einer vertikalen Analyse unterzogen. Hierzu werden die Bildsignale jeweils mittels eines cos²-förmigen Hochpaßfilters gefiltert. Die Bilder werden darüber hinaus in einer Einrichtung 29 gegenseitig mit den normierten Beträgen ihrer aus der Einrichtung 28 erhaltenen vertikalen Hochfrequenzkomponente gewichtet und addiert. Das Ergebnis steht am Anschluß 30 der Einrichtung 29 zur Verfügung.
• Im Zweig der Intrafield-Verarbeitung wird der Bildinhalt des zeitmittleren progressiven Bildes am Anschluß 22 zur Ausgabe weiterverarbeitet. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden dort festgestellte diagonale Kanten in einer Einrichtung 31 versteilert. Hierdurch wird insbesondere das Auftreten von Stufenstrukturen an diagonal bewegten Helligkleitskanten verringert. Gemäß 2 wird hierzu für jede zu interpolierende Zeile die Lage der Helligkeitskante festgestellt. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Filterbank, die aus einer Anzahl diagonaler Filter mit den Koeffizienten 1, 0, –1 besteht, erreicht werden. In dem in der 2 gezeigten Beispiel wird gerade die Zeile 100 bearbeitet. Im Bereich einer Kante wird nun für jeden Bildpunkt ein Interpolationswert aus entsprechenden Bildpunkten der darüber und darunter liegenden Zeile durchgeführt. Für den beispielhaft gezeigten Bildpunkt 101 wird die Richtung mit dem geringsten Helligkeitsunterschied der Bildpunkte der aktuellen Zeile 100 und der benachbarten Zeilen 102 und 103 festgestellt. Durch entsprechende Filtermaßnahmen ergibt sich schließlich die diagonale 104. Der Bildpunkt 101 wird dann durch den Mittelwert der Bildpunkte 105 und 106 ersetzt. Die Filterfunktion zur Berechnung der Werte L(x – n, y – 1) und L(x + n, y + 1), aus denen der Mittelwert L(x, y) gebildet wird, kann folgendermaßen beschrieben werden: |L(x – n, y – 1) – L(x + n, y + 1)| < |L(x – (n – k), y – 1) – L(x + (n – k, y + 1)|für alle k = –1 ... n bzw. k = –n ... 1 und k ∊ Z.
• Die notwendige Länge der Filterbank ist also von der Neigung der Kante abhängig. Bereits zwei Iterationen erhöhen deutlich die Bildqualität. Das mittels des oben beschriebenen Verfahrens der Kantenversteilerung erzeugte progressive zeitmittlere Bild liegt am Abgriff 32 der Einrichtung 31 an.
• In den Einrichtungen 33 für die Intrafield-Verarbeitung und 34 für die Interfield-Verarbeitung werden die an den Anschlüssen 32 bzw. 30 vorliegenden progressiven Bilder mit entsprechenden Gewichtungsfaktoren, die in den Einrichtungen 27, 28 erzeugt wurden, bewertet. In der Gewichtungseinrichtung 34 wird dabei der als Betragsminimum erzeugte Gewichtungsfaktor der Einrichtung 27 verwendet. In der Gewichtungseinrichtung 33 wird ein Gewichtungsfaktor aus der Einrichtung 28 verwendet. Dieser wird aus den dort vorliegenden cos²-förmigen Filtersignalen der Bildsignale der Anschlüsse 25, 26 erhalten, indem diese außerdem zeit lich mittels eines cos-förmigen Hochpaßfilters gefiltert werden, wobei anschließend das Betragsminimum aus der Differenz der Argumente und der Differenz der cos-förmigen Hochpaßfilterergebnisse gebildet wird. Die Gewichtungsfaktoren für die Einrichtungen 33 bzw. 34 werden jeweils normiert. Die an den Einrichtungen 33, 34 ausgangsseitig anliegenden gewichteten Bilder werden addiert, so daß am Anschluß 2 ein einziges progressives, weitgehend störungsbefreites Bild vorliegt.
• Insgesamt wird also ein Vergleich der Qualität einer Bewegungskompensation mit der Qualität einer alternativen Intrafield-Verarbeitung ausgeführt. Es wird das Verfahren mit der besseren Qualität ausgewählt, wobei in Abhängigkeit von der festgestellten Güte zwischen den beiden Interpolationsmethoden gleitend übergeblendet wird, so daß Umschalteffekte vermieden werden. Dieses progressive Konvertierungsverfahren reagiert weitgehend unempfindlich auf Fehler des Bewegungsvektors. Eine Bewegungskompensation und zeitliche Interpolation wird nur dann verwendet, wenn die Güte der Kompensation hoch ist. Ist dies nicht der Fall, wird eine Intrafield-Verarbeitung ausgehend vom zeitmittleren Halbbild durchgeführt.
• Das Verfahren benötigt nur ein Bewegungsvektorfeld und zwei Halbbildspeicher. Die durchgeführten Interpolationen und hochpaßförmigen Filterungen können relativ einfach als cos-förmige oder cos²-förmige Hochpaßfilter ausgeführt werden. Der Schaltungsaufwand ist demnach im Vergleich zur gesteigerten Bildqualität relativ gering.

Claims (7)

1. Verfahren zur Umsetzung einer Bildfolge von Halbbildern mit Zeilensprung auf eine Bildfolge mit zeilensprungfreien Bildern, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – für die Bewegung zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden Halbbildern wird mindestens ein Bewegungsvektor ermittelt, – aus den zeitlich aufeinanderfolgenden Halbbildern werden unter Verwendung des Bewegungsvektors Halbbilder erzeugt, deren Inhalt in Bezug auf die enthaltene Bewegung auf den Zeitpunkt eines der Halbbilder kompensiert ist, – aus den bewegungskompensierten Halbbildern werden a) erste zeilensprungfreie Bilder durch im wesentlichen vertikal wirkende Interpolation (20) innerhalb jedes Halbbildes erzeugt, b) zweite zeilensprungfreie Bilder durch im wesentlichen zeitlich wirkende Interpolation (24) zwischen benachbarten Halbbildern erzeugt, – für die ersten und zweiten zeilensprungfreien Bilder wird jeweils ein Maß für die Bildqualität (27, 28) ermittelt, – mindestens eines der ersten und zweiten zeilensprungfreien Bilder werden in Abhängigkeit vom ermittelten Qualitätsmaß gewichtet (33, 34) und zu einem zeilensprungfreien Bild der Bildfolge zusammengefaßt (35).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungskompensation zwischen drei zeitlich aufeinanderfolgenden Halbbildern durchgeführt wird und daß nur ein einziger Bewegungsvektor zur Kompensation der Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Halbbild und in umgekehrter Richtung zwischen dem zweiten und dritten Halbbild verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Bildqualitätsmaß für die ersten zeilensprungfreien Bilder eine vertikal und zeitlich wirkende Hochpaßfilterung (27) durchgeführt wird und für die zweiten zeilensprungfreien Bilder eine vertikal wirkende Hochpaßfilterung (28).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf das zweite Halbbild auf diagonale Helligkeitskanten wirkende Kantenversteilerung (31) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kantenversteilerung in jeder Zeile (100) die Lage der Helligkeitskante ermittelt wird, dann für eine Anzahl (101) von Bildpunkten derselben Zeile (100) unmittelbar vor und nach der Helligkeitskante diejenigen Bildpunkte der unmittelbar oberhalb und unterhalb liegenden Zeile (102, 103) ermittelt werden, die den geringsten Helligkeitsunterschied zum Bildpunkt (101) derselben Zeile (100) aufweisen, dann eine Interpolation der derart ermittelten Bildpunkte der unmittelbar oberhalb und unterhalb liegenden Zeile ermittelt wird und dann der Bildpunkt (101) derselben Zeile (100) durch den Interpolationswert ersetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten zeilensprungfreien Bilder vor der Zusammenfassung zum zeilensprungfreien Bild der Bildfolge in Abhängigkeit vom Bildqualitätsmaß der zweiten zeilensprungfreien Bilder gewichtet und zusammengefaßt (29) werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vertikal wirkende Filter eine cos²-Verhalten aufweisen und zeitlich wirkende Filter ein cos-Verhalten.