DE60037169T2

DE60037169T2 - Chrominanzsignalinterpolation

Info

Publication number: DE60037169T2
Application number: DE60037169T
Authority: DE
Inventors: Gerard De Haan; Erwin B. Bellers
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Entropic Communications LLC
Priority date: 1999-05-04
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: US6498609B1; KR100823856B1; EP1095522B1; KR20010071737A; JP4472878B2; WO2000067489A1; JP2002543716A; DE60037169D1; EP1095522A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Farbartsignalinterpolation. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Wiedergabeanordnung mit einer derartigen Anordnung.
Der Artikel "ROBUST MOTION-COMPENSATED VIDEO UPCONVERSION" von Olukayode Anthony Ojo und Gerard de Haan, "IEEE Tr. CE-43, Nr. 4, Seiten 1-45-1056, beschreibt einen Aufwärtsmischungsalgorithmus, basiert auf einer nicht linearen Filterannäherung. Er schätzt Bewegungsvektorzuverlässigkeit und benutzt diese Information zur Steuerung des Filterprozesses.
Aus der Literatur [3] ist es bekannt, dass das menschliche Sehsystem ("Human Visual System" HVS) empfindlicher ist für Leuchtdichtestimuli als für Farbartstimuli. Deswegen ist in vielen Videoverarbeitungsalgorithmen der auf das Leuchtdichtesignal angewandte Algorithmus viel weiter entwickelt als der auf das Farbartsignal angewandte Algorithmus.
In einem Abtastratenumwandlungsalgorithmus, wie PROZONIC [1] und MELZONIC [2], ist Farbverarbeitung nicht bewegungskompensiert. Bewegungsartefakte in dem Farbartsignal, verursacht durch die Umwandlung von beispielsweise 50 Hz im Zeilensprung in 100 Hz Zeilensprung werden zu einem wesentlichen Teil maskiert durch die Tatsache, dass das HVS weniger empfindlich für das Farbartsignal ist, wie oben erwähnt. Für sehr gesättigte Farben aber können die Artefakte sichtbar werden und störend wirken.
Wenn das Leuchtdichtesignal bewegungskompensiert wird (MC), während das Farbartsignal dies nicht ist, tritt für zeitlich interpolierte Bilder eine Fehlausrichtung bei bewegenden Objekten auf. Diese Fehlausrichtung ist besonders störend für sehr dunkle gesättigte Farben, wobei das konstante Leuchtdichteprinzip stark gefährdet wird, und zwar durch die Gammakorrektur einzelner R-, G- und B-Signale.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Farbartsignalinterpolation zu schaffen. Dazu schafft die vorliegende Erfindung ein Farbartsignalinterpolationsverfahren und eine Anordnung, sowie eine Wiedergabeanordnung mit einer derartigen Anordnung, wie in den Patentansprüchen definiert.
Diese und andere Aspekte der vorliegenden Erfindung dürften aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen hervorgehen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ausführungsform einer Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung eliminiert Farbfehlausrichtungen, wodurch ein störendes Artefakt reduziert wird. Die wesentliche Erkenntnis, auf der die vorliegende Erfindung beruht, ist, dass es besser ist, keine Farbe zu haben, oder eine Farbe mit einer verminderten Sättigung als eine gesättigte Farbe an einer falschen Stelle, was zu Leuchtdichtefehlern führen kann. Kurz gesagt: "Besser wenig oder keine Farbe als eine falsche Farbe".
Es wird nun die Situation der Umwandlung von 50 Hz verschachtelt in 100 Hz verschachtelt beschrieben. Dies ist in 1 schematisch dargestellt. In der vorliegenden Erfindung kann das Farbartsignal verschiedenartig geschaffen werden. Ein erster Vorschlag zum Schaffen von U(x →, n – ½), der intuitiven Notierung für das einstweilig interpolierte Feld zwischen U(x →, n) und U(x →, n – 1), und V(x →, n – ½) wird wie folgt definiert: U(x →, n – ½) = MED(U(x →, n – 1), ref, U(x →, n)) V(x →, n – ½) = MED(V(x →, n – 1), ref, V(x →, n)) (1)wobei MED der Medianfilteroperator ist und wobei ref ein Bezugssignalpegel ist, beispielsweise Null, was angibt: Keine Farbe. U(x →, n – 1) und V(x →, n – 1) können vertikal interpolierte Abtastwerte sein.
Nachstehend wird U(N – 1) als eine verkürzte Notierung für U(x →, n – 1), usw. sein. Folglich wird, wenn U(N – 1) und U(N) auf der einen Seite des Bezugswertes ref sind, derjenige, der dem Bezugswert am nächsten ist, dem Ausgang zugeführt. Deswegen wird eine einstweilige Interpolation nur dann zu dem gleichen Farbartanteil führen, wenn die beiden Abtastwerte (aus dem vorhergehenden und dem aktuellen Bild) einander nahezu gleich sind, was in Standbildteilen der Fall ist. In Bewegtbildteilen wird der Farbartanteil, der dem Bezugswert am nächsten liegt, gewählt, d. h. derjenige, der die niedrigste Sättigung erzielt, was das störende Artefakt der oben genannten Fehlausrichtung eliminiert. Die einstweilig interpolierten Bilder enthalten aber weniger Farbinformation in bewegten Teilen, dies im Vergleich zu den nicht einstweilig interpolierten Bildern. Obschon die Ausgangsfarbartsignale weniger Farbinformation enthalten als bisher, erzeugen sie dennoch eine subjektiv bessere Bildqualität. Die bisherige Fehlausrichtung, wobei einfach zeitlich gemittelt wurde, stört viel mehr als der Verlust an Farbkontrast für die Hälfte der Bilder in der 100 Hz verschachtelten Sequenz.
1 zeigt eine Ausführungsform einer Wiedergabeanordnung nach der vorliegenden Erfindung. Ein Eingangsleuchtdichtesignal IN_Y wird einem ersten Leuchtdichtebildspeicher MEM-Y-1 zugeführt, und zwar zum Erzeugen eines Leuchtdichtesignals IN_Y(N) mit einer doppelten Teilbildfrequenz. Das Leuchtdichtesignal IN_Y(N) wird einem zweiten Leuchtdichtebildspeicher MEM-Y-2 zugeführt, und zwar zum Erzeugen eines verzögerten Leuchtdichtesignals IN_Y(N – 1). Das Leuchtdichtesignal IN_Y(N) und das verzögerte Leuchtdichtesignal IN_Y(N – 1) werden betreffenden Eingängen eines Bewegungsvektorschätzers ME und einer bewegungskompensierten räumlichzeitlichen Interpolationsschaltung MCI zugeführt. Bewegungsvektoren MV, geschätzt durch den Bewegungsschätzer ME werden der bewegungskompensierten räumlichzeitlichen Interpolationsschaltung MCI zugeführt. Die bewegungskompensierte räumlichzeitliche Interpolationsschaltung MCI liefert ein Ausgangsleuchtdichtesignal OUT_Y.
Ein Eingangsfarbartsignal IN_UV, wird einem ersten Farbartbildspeicher MEM-UV-1 zugeführt, und zwar zum Erzeugen eines Farbartsignals IN_UV(N) mit einer verdoppelten Teilbildfrequenz. Das Farbartsignal IN_UV(N) wird einem zweiten Farbartbildspeicher MEM-UV-2 zugeführt zum Erzeugen eines verzögerten Farbartsignals IN_UV(N – 1). Das Farbartsignal IN_UV(N) und das verzögerte Farbartsignal IN_UV(N – 1) werden Eingängen eines Medianfilters MED zugeführt, das ebenfalls ein Bezugssignal REF empfangt. Das Medianfilter liefert ein Ausgangsfarbartsignal OUT_UV.
Das Ausgangsleuchtdichtesignal OUT_Y und das Ausgangsfarbartsignal OUT_UV werden einer Matrixschaltung MX zugeführt zum Erhalten von RGB Signalen, die einer Wiedergabeanordnung D zugeführt werden.
Ein primärer Aspekt der vorliegenden Erfindung kann wie folgt zusammengefasst werden. Bei künftigen Fernsehsystemen wird bewegungskompensierte Abtastratenumwandlung angewandt, und zwar zum Reduzieren des Großbereich- und Zeilenflimmerns ohne Einführung von Bewegungsartefakten. Obschon die Leuchtdichte- und die Farbartinformation umgewandelt werden kann, ist der Vorteil der Bewegungskompensation für die Farbart relativ gering. Diese Beschreibung beschreibt eine erfinderische Farbverarbeitung, die preisgünstiger ist als Bewegungskompensation, aber besser als linear Interpolation oder einfache Wiederholung. Ein Verfahren und eine Anordnung zum verwirklichen dieses Ver fahrens zur Videoformatumwandlung, wobei die Farbsignale für ein Pixel in einem interpolierten Ausgangsbild (U/V(x →, n – ½)) von dem Wert dieser Signale in den benachbarten ursprünglichen Teilbildern (U/V(x →, n – 1) und U/V(x →, n)) abhängig sind, weisen das Kennzeichen auf, dass in dem Fall, wo die Werte in den benachbarten Teilbildern anders sind, wenigstens manchmal der kleiner Wert der beiden oder der Wert Null (neutrale Farbe) dem Ausgang zugeführt wird. Bei alternativen Ausführungsformen reichen die Farbartsignale von 0 bis 255, wobei der neutrale Bezugswert 217 ist.
Es sei bemerkt, dass die oben genannten Ausführungsformen die vorliegende Erfindung illustrieren statt begrenzen und dass der Fachmann imstande sein wird, viele alternative Ausführungsformen im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche zu entwerfen. In den Patentansprüchen sollen eingeklammerte Bezugszeichen nicht als den Anspruch beschränkend betrachtet werden. Das Wort "enthalten" schließt das Vorhandensein von Elementen oder Verfahrensschritten anders als diejenigen, die genannt wurden, nicht aus. Das Wort "ein" vor einem Element schließt das Vorhandensein einer Anzahl derartiger Elemente nicht aus. Die vorliegende Erfindung kann mit Hilfe von Hardware mit verschiedenen einzelnen Elementen, und mit Hilfe eines auf geeignete Art und Weise programmierten Computers implementiert werden. In dem Anordnungsanspruch, wobei mehrere Mittel genannt werden, können verschiedene dieser Mittel von ein und demselben Hardwareitem verkörpert werden.
Bezugsmaterial

[1] Datasheet SAA4990, PROZONIC, 1995.
[2] G. de Haan, J. Kettenis, A. Löning, und B. De Loore. "IC for Motion-Compensated 100 Hz TV with natural-motion movie-mode". "IEEE Tr. on Consumer Electronics" Heft 42, Nr. 2, Mai 1996, Seiten 165-174.
[3] A. K. Jain. "Fundamentals of Digital Image Processing." Prentice-Hall International Inc., Englewood Cliffs, NJ, 1989.

Claims

Verfahren zur Farbartsignalinterpolation, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Liefern (MEM-UV-2) einander entsprechender Eingangfarbartsignale (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)) von aneinander grenzenden Eingangsbildern, wobei der Ausdruck "entsprechend" bedeutet, dass die betreffenden Farbartsignale (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)) mit den räumlichen Positionen in den aneinander grenzenden Eingangsbildern sowie mit dem Farbarttyp übereinstimmen, d. h. entweder U/I oder V/Q; und – das Interpolieren (MED) der Ausgangsfarbartsignale (OUT_UV) von den einander entsprechenden Eingangsfarbartsignalen (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)), indem ein Mittelwert der einander entsprechenden Eingangsfarbartsignale (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)), der dem Ausgangsfarbartsignal (OUT_UV) entspricht, und einem Bezugswert (REF), der keine Sättigung entspricht, genommen wird.
Anordnung zur Farbartsignalinterpolation, wobei diese Anordnung Folgendes umfasst: – Mittel zum Liefern (MEM-UV-2) einander entsprechender Eingangfarbartsignale (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)) von aneinander grenzenden Eingangsbildern, wobei der Ausdruck "entsprechend" bedeutet, dass die betreffenden Farbartsignale (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)) mit den räumlichen Positionen in den aneinander grenzenden Eingangsbildern sowie mit dem Farbarttyp übereinstimmen, d. h. entweder U/I oder V/Q; und – Mittel zum Interpolieren (MED) der Ausgangsfarbartsignale (OUT_UV) von den einander entsprechenden Eingangsfarbartsignalen (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)), indem ein Mittelwert der einander entsprechenden Eingangsfarbartsignale (IN_UV(N – 1), IN_UV(N)), der dem Ausgangsfarbartsignal (OUT_UV) entspricht, und einem Bezugswert (REF), der keine Sättigung entspricht, genommen wird.
Wiedergabeanordnung, die Folgendes umfasst: – eine Farbartsignalinterpolationsanordnung nach Anspruch 2, und – eine Wiedergabeanordnung (D), die mit der genannten Farbartsignalinterpolationsanordnung gekoppelt ist.