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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Konturverbesserung in
einem Videobild. Sie ist insbesondere geeignet für Kathodenstrahlröhren-Digitalfernseher.
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In
analogen Röhrenfernsehern
wird herkömmlicherweise
die Funktion BSVM (gleichbedeutend mit Beam Scan Velocity Modulation)
eingesetzt, um die Konturen der vom Fernsehgerät angezeigten Bilder zu verbessern.
Diese Technologie beruht darauf, die Abtastgeschwindigkeit des Elektronenstrahls oder
der Elektronenstrahlen während
der Anzeige der Konturen zu reduzieren. Dazu werden zunächst die
starken Übergänge des
Videosignals erfasst. Danach werden die Strahlen in den Momenten,
die den erkannten Konturen entsprechen, verlangsamt und gleich davor
beziehungsweise gleich danach beschleunigt, damit die Bildfrequenz
wiederhergestellt ist. Diese Verlangsamung der Strahlen hat zweierlei zur
Folge: Die Flanke des Übergangs
ist steiler und die Übergangsstärke hat
sich erhöht.
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In
Digitalfernsehern werden bestimmte Funktionen, die bisher von analogen
Schaltungen ausgeführt
wurden, von digitalen Schaltungen ausgeführt. Jedoch können durch
manche dieser digitalen Funktionen gewisse möglicherweise immer noch vorhandene
analoge Funktionen überflüssig werden. Dies
trifft zum Beispiel auf die Funktion BSVM zu. Werden die Verzerrungen
für jede
Farbe digital korrigiert, wird die Funktion BSVM in digitalen Röhrenfernsehern überflüssig. Da
die Korrektur für
jede der drei Farben unterschiedlich sein kann, bedeutet dies insbesondere,
dass gleichzeitig drei verschiedene Bilder auf den Fernsehschirm
zurückgebracht
werden müssen.
Die Konturen in den roten, grünen
und blauen Bildern überlagern
sich nicht, da diese Bilder auf unterschiedliche Weise verzerrt
werden. Da die drei Farben gleichzeitig abgetastet werden, kann man
unmöglich
wissen, wann die Strahlen verlangsamt werden müssen, da eine in ei nem Bild
erfasste Kontur nicht unbedingt auch in den anderen beiden Farbbildern
wieder auftaucht. Erfolgt eine Verlangsamung phasengleich mit einer
der Farben, werden die aufeinanderfolgenden Beschleunigungen möglicherweise
bezüglich
der anderen Farben schlecht platziert, so dass deren Auflösung geringer
wird. Daher ist die Funktion BSVM für digitale Röhrenfernseher wegen
der digitalen Verzerrungskorrektur nicht geeignet.
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In
der Schrift WO-A-00/22573 wird ein Bildgebungsverfahren beschrieben,
mit dem man eine scharfe Definition von Bildkonturen erhält und bei dem
die optimale Flankenposition einer Unstetigkeit in einem verwischten
Bild mittels einer Bildverarbeitung geschätzt wird, die auf der Konvolution
des Bildobjekts mit einer Punktverbreiterungsfunktion gründet.
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Ein
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren für die Konturverbesserung bei
digitalen Röhrenfernsehern
vorzuschlagen.
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Gegenstand
der Erfindung ist ein Verfahren für die Verbesserung der Konturen
eines durch eine Kathodenstrahlröhre
angezeigten Videobildes, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden
Schritte umfasst:
- – Erfassen der Konturen in
dem Bild,
- – Abtasten
des Signals des Bilds bei einer Frequenz, die einem Vielfachen der
Bildpunktfrequenz entspricht,
- – Modifizieren
des abgetasteten Signals, so dass der Videopegel von wenigstens
einem der Abtastwerte des der Kontur entsprechenden Bildpunktes für jede erfasste
Kontur angehoben wird, wobei die Gesamtleuchtstärke des Bildpunktes erhalten bleibt,
und
- – Umwandeln
des modifizierten abgetasteten Signals in ein analoges Signal, das
zur Kathodenstrahlröhre
geliefert wird.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung wird/werden zum Modifizieren des Signals
N ein Abtastwert/Abtastwerte aus dem jeder erfassten Kontur entsprechenden
Bildpunkt entfernt, wobei N größer gleich
1 und kleiner als die Gesamtanzahl der Abtastwerte des Bildpunktes
ist, wobei der Videopegel des entfernten Abtastwerts oder der entfernten
Abtastwerte unter den anderen Abtastwerten des Bildpunktes verteilt
werden, so dass die Leuchtstärke
des Bildpunktes erhalten bleibt, und wobei Abtastwerte wenigstens
einem der benachbarten Bildpunkte, die zu der gleichen Bildpunktreihe
wie der Konturbildpunkt gehören,
hinzugefügt
werden, wobei die Gesamtanzahl der hinzugefügten Abtastwerte gleich N ist
und die Gesamtleuchtstärke
jedes benachbarten Bildpunktes erhalten bleibt.
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Vorzugsweise
werden die N Abtastwerte einem einzigen benachbarten Bildpunkt hinzugefügt, wobei
dieser Bildpunkt vorteilhafterweise jener ist, dessen Videopegel
den größten Unterschied
zu dem des Konturbildpunktes aufweist.
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Nach
einer zweiten Ausgestaltung wird zum Modifizieren des Signals der
Videopegel der ersten M oder letzten M Abtastwerte des einer erfassten
Kontur entsprechenden Bildpunktes angehoben, wobei M größer gleich
1 und kleiner als die Gesamtanzahl von Abtastwerten des Bildpunktes
ist und der Videopegel der übrigen
Abtastwerte des Bildpunktes so weit gesenkt wird, dass die Leuchtstärke des
Bildpunktes erhalten bleibt. Der Videopegel der M Abtastwerte wird
vorzugsweise um den gleichen Betrag angehoben.
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In
dieser Ausgestaltung wird der Videopegel der ersten M Abtastwerte
angehoben, wenn der Unterschied des Videopegels zwischen dem Bildpunkt der
Kontur und dem Bildpunkt, der diesem in der gleichen Reihe vorangeht,
größer ist
als der Unterschied zwischen dem Konturbildpunkt und dem Bildpunkt, der
diesem in der gleichen Reihe nachfolgt, wobei der Videopegel der
letzten M Abtastwerte des Bildpunktes auf andere Weise angehoben
wird.
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Die
Erfindung bezieht sich außerdem
auf ein Gerät
für die
Verbesserung der Konturen eines Videobildes, dadurch gekennzeichnet,
dass es Folgendes umfasst:
- – einen Detektor, der die Konturen
in dem Bild erfasst,
- – ein
Abtastglied für
das Abtasten des Signals des Bildes bei einer Frequenz, die einem
Vielfachen der Bildpunktfrequenz entspricht,
- – eine
Recheneinheit zum Modifizieren des abgetasteten Signals, so dass
der Videopegel von wenigstens einem der Abtastwerte des der Kontur entsprechenden
Bildpunktes für
jede erfasste Kontur angehoben wird, wobei die Gesamtleuchtstärke des
Bildpunktes erhalten bleibt, und
- – einen
Digital-Analog-Wandler zum Umwandeln des modifizierten abgetasteten
Signals in ein analoges Signal, das zur Kathodenstrahlröhre geliefert
wird.
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Die
Erfindung wird durch die folgende Beschreibung anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels
und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren besser verständlich.
Es zeigen:
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1 veranschaulicht
eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 veranschaulicht
eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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3 veranschaulicht
ein Gerät
zur Durchführung
des Verfahrens aus 1 oder 2.
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Im
Allgemeinen besteht die Erfindung in der Erfassung der Konturen
in den Bildern, im Überabtasten
des an die Röhre
zu liefernden Bildsignals, im Anheben des Videopegels wenigstens
eines der Abtastwerte des einer Kontur entsprechenden Bildpunktes,
wobei die Leuchtstärke
jedes Bildpunktes erhalten bleibt, und im anschließenden Umwandeln
des modifizierten Signals in ein für die Kathodenstrahlröhre bestimmtes
analoges Signal. Daraufhin erscheinen die Konturen auf dem Fernsehschirm
feiner und sichtbarer.
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Die
verbesserten Konturen sind vertikal oder schräg angeordnet, wenn das Bild
in der Kathodenstrahlröhre
von links nach rechts abgetastet wird, und horizontal sowie ebenfalls
schräg
angeordnet, wenn das Bild von oben nach unten abgetastet wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
besteht insbesondere aus der Erfassung der Konturen im aktuellen
Bild. Dazu wird das Bild durch einen helle Konturen erfassenden
Filter gefiltert, beispielsweise einen Filter vom Type (–1, 2, –1), und
danach vorteilhafterweise durch eine Schwellwertoperation verarbeitet.
Diese Operation ermöglicht
eine präzise
Definition der von der Konturverbesserung betroffenen Zone. Es können auch
kompliziertere Filter eingesetzt werden. Der in der Videoverarbeitung
bekannte Canny-Deriche-Filter ist beispielsweise ein hervorragender
Konturendetektor.
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Anschließend wird
das Videosignal Zeile für Zeile
bei einer Frequenz abgetastet, die einem Vielfachen der Bildpunktfrequenz
des ersten Videosignals entspricht. Das Signal wird beispielsweise
vier Mal pro Bildpunkt abgetastet. Die Abtastwerte oder Unterbildpunkte
des abgetasteten, den er fassten Konturen entsprechenden Signals
werden daraufhin nach einem der folgenden Prozesse modifiziert.
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Nach
einer ersten Ausgestaltung verringert sich die Anzahl der Abtastwerte
des/der den erfassten Konturen entsprechenden Bildpunktes/Bildpunkte,
während
ihre Intensität
so verbessert wird, dass die Leuchtstärke der Konturen erhalten bleibt.
Dieses Prinzip ist in 1 veranschaulicht. Im linken
Teil dieser Figur sind drei aufeinander folgende Bildpunkte P1,
P2, P3 ein und derselben Reihe mit den entsprechenden Intensitäten I1, I2 und I3 dargestellt. Bildpunkt P2 stellt eine Kontur
dar und besitzt dazu eine größere Intensität als die
Bildpunkte P1 und P3. Diese Bildpunkte werden bei einer Frequenz
abgetastet, die vier Mal so groß ist
wie die Bildpunktfrequenz. Daher umfassen sie jeweils vier Abtastwerte.
Erfindungsgemäß wird die
Anzahl der Abtastwerte von Bildpunkt P2 auf drei reduziert, weshalb
die Intensität
seiner Abtastwerte von I2 auf 4/3·I2 wechselt. Diese Operation wird im rechten
Teil der Figur veranschaulicht. Die Anzahl der Abtastwerte eines
der Bildpunkte P1, P3 wird um 1 inkrementiert, um den Verlust eines
Abtastwertes für
Bildpunkt P2 auszugleichen. Im Beispiel von 1 wird Bildpunkt
P3 ein Abtastwert hinzugefügt.
Die Intensität
der Abtastwerte von Bildpunkt P3 wird dann von I3 auf
4/5·I3 reduziert, so dass die zu diesem Bildpunkt
gehörende
Leuchtstärke
erhalten bleibt.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Bildpunkt, dessen Anzahl von Abtastwerten
zum Ausgleichen des weggenommenen Abtastwerts in dem Konturbildpunkt
inkrementiert wird, um jenen Bildpunkt, dessen Intensität den größten Unterschied
zu der des Konturbildpunktes aufweist. Dies ist beispielsweise bei
Bildpunkt P3 in 1 der Fall.
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Es
ist selbstverständlich
auch möglich,
die Wegnahme mehrerer Abtastwerte aus Bildpunkt P2 und das Hinzufügen der
gleichen Anzahl zu Bildpunkt P1 und/oder Bildpunkt P3 vorzusehen.
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Anstatt
die Anzahl der Abtastwerte des Bildpunktes zu verringern, kann nach
einer zweiten Ausgestaltung diese Anzahl erhalten bleiben. Der Videopegel
der ersten M oder letzten M Abtastwerte des Bildpunktes der erfassten
Kontur wird in diesem Fall angehoben, wobei M kleiner als die Gesamtanzahl der
Abtastwerte pro Bildpunkt ist; und der Pegel der übrigen Abtastwerte
des Bildpunktes gesenkt wird, so dass die Leuchtstärke des
Bildpunktes erhalten bleibt.
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Diese
Ausgestaltung wird insbesondere dann verwendet, wenn die erste Ausgestaltung
nicht geeignet ist, beispielsweise wenn der Wert von 4/3·I2 die maximale von dem Fernsehgerät anzeigbare
Intensität
Imax übersteigt.
Dieser Fall ist in 2 veranschaulicht. Bei dieser
Ausgestaltung ist die Intensität Imax den ersten drei Abtastwerten von Bildpunkt
P2 zugeordnet, während
die Intensität
I'2 =
4·I2 – 3·Imax dem letzten Abtastwert des Bildpunktes
zugeordnet ist. Die Bildpunkte P1 und P3 werden nicht modifiziert.
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Es
ist auch möglich,
die Zuordnung einer Intensität
I''2 zu
den ersten drei Abtastwerten von Bildpunkt P2 mit I2<I''2<Imax sowie
die Zuordnung einer Intensität
I'2 =
4·I2 – 3·I''2 zum letzten
Abtastwert des Bildpunktes vorzusehen. Der Wert I''2 wird vorteilhafterweise
so festgelegt, dass 4·I2 – 3·I''2 größer als
I3 ist.
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Im
letzten Schritt wird das modifizierte Signal durch einen Digital-Analog-Wandler,
der bei einer Bildpunktfrequenz arbeitet, die vier Mal so hoch ist wie
die ursprüngliche
Bildpunktfrequenz, in ein analoges Signal umgewandelt. Die ses analoge
Signal wird zu der Kathodenstrahlröhre geliefert.
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Selbstverständlich sind
der Wert für
die Abtastfrequenz und die Anzahl M der in dem Konturbildpunkt modifizierten
Abtastwerte, die in 1 und 2 angegeben
sind, hier nur beispielhaft zu verstehen.
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Schließlich sollte
in der Praxis beachtet werden, dass die erfindungsgemäße Verarbeitung
in einem Raum durchgeführt
werden sollte, der bezüglich des
Betrachtungsraums linear ist. Dazu findet eine Gamma-Korrektur Anwendung,
die zu der bereits auf das Videosignal angewendeten Gamma-Korrektur invers
ist; nach der erfindungsgemäßen Verarbeitung findet
dann eine Gamma-Korrektur Anwendung, die zu der der Röhre invers
ist.
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3 zeigt
ein Gerät
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Da die Verarbeitung in einem Raum durchgeführt werden sollte, der bezüglich des
Betrachtungsraums linear ist, umfasst das Gerät eine erste LUT 10,
Invers-Gamma-LUT
genannt, damit auf das Videosignal eine Gamma-Korrektur angewendet werden kann, die
zu der bereits auf das Videosignal durch eine Kamera angewendeten
Gamma-Korrektur
invers ist. Daraufhin wird das Signal von einem Konturendetektor 11 verarbeitet, beispielsweise
von einem Filter, der dem oben erwähnten Filter zum Erfassen der
Konturen in dem Bild entspricht. Dann erfolgt eine Überabtastung
des Signals durch ein Abtastglied 12 bei einer Frequenz, die
einem Vielfachen der Bildpunktfrequenz entspricht. Danach wird das
abgetastete Signal durch eine Recheneinheit 13 modifiziert,
um den Videopegel mindestens eines der Abtastwerte des Signals anzuheben.
Anschließend
wird durch eine zweite LUT 14, Gamma-LUT genannt, eine
Gamma-Korrektur auf das Signal angewendet. Schließlich wird das Signal
durch einen D-A-Wandler 14 in ein analoges Signal umgewandelt
und zu der Kathodenstrahlröhre geliefert.