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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Dekodieren
von Videodaten und insbesondere auf ein Verfahren zur Anzeige von
Bildern, die aus progressiven oder nicht-progressiven Videodaten
aufgebaut werden.
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In
einer Kathodenstrahlröhren-(CRT)-Anzeige
(z.B. Fernsehanzeige) werden mehrere hundert horizontale Zeilen
von oben nach unten und von links nach rechts abgetastet. Bei einer
progressiven Anzeige werden alle Zeilen nacheinander von oben nach
unten abgetastet, um ein Vollbild darzustellen. Bei einer Zeilensprunganzeige
werden die ungeradzahligen Zeilen und die geradzahligen Zeilen getrennt
und abwechselnd abgetastet, um ein getrenntes Halbbild darzustellen.
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Bei
einer CRT-Anzeige besteht z.B. ein Vollbild für eine progressive Anzeige
aus 480 Rasterzeilen, und die Anzeigerate (oder Bildwiederholungsrate)
ist 30 Vollbilder pro Sekunde. Im Gegensatz dazu besteht ein Halbbild
für eine
Zeilensprunganzeige aus 240 Rasterzeilen und die Anzeigerate ist
60 Halbbilder pro Sekunde. Die meisten Fernsehgeräte haben
Zeilensprunganzeigen, und die Rasterzeilen werden abwechselnd in
zwei verwebten Zeilen abgetastet, d.h. alle ungeradzahligen Zeilen
und alle geradzahligen Zeilen.
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Bei
digitalen Fernsehsendungen wird ein digitaler Video-Dekodierer (z.B.
eine Set-Top-Box) als Gerät
verwendet, das es möglich
macht, dass ein Fernsehgerät
eine Benutzer-Schnittstelle
zu einem Kommunikationskanal wird, und das es auch möglich macht,
dass ein Fernsehgerät
digitale Audio/Video-Daten empfangen und dekodieren kann. Solche digitalen
Video-Dekodierer werden auch benötigt,
um Standbilder ebenso wie normale Bilder in der digitalen Fernsehsendung
anzuzeigen. Wenn z.B. ein Fernsehbetrachter den Kanal wechselt,
arbeitet der digitale Video-Dekodierer eines Fernsehgerätes so, dass
es ein Standbild angezeigt wird, während eine Initialisierung
ausgeführt
wird und/oder andere Bedingungen erfüllt werden, die für einen Übergang
auf stationäre
Video-Dekodierung/Anzeige benötigt
werden.
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Bei
einer Zeilensprung (oder nicht-progressiven) Anzeige wird ein Standbild
durch abwechselnde Anzeige von zwei Halbbildern angezeigt, eines
für die geradzahligen
Zeilen und eines für
die ungeradzahligen Zeilen. Hierbei gibt der digitale Video-Dekodierer kontinuierlich
diese zwei Halbbilder an eine Anzeigeeinheit (z.B. eine CRT-Anzeige)
aus.
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Wenn
Videodaten als Halbbilder aufgezeichnet werden, gibt es einen zeitlichen
Versatz von 1/60 Sekunde zwischen den benachbarten Halbbildern und
einen entsprechenden räumlichen
Versatz für ein
sich bewegendes Objekt. Falls ein Standbild aus zwei benachbarten
Halbbildern aufgebaut wird, führt jede
Bewegung zu einer räumlichen
Differenz zwischen den beiden Halbbildern des Bildes, weil sie zeitlich
um eine Halbbildanzeigedauer getrennt sind. Wenn ein Standbild aus
zwei benachbarten Halbbildern aufgebaut wird, scheinen im Ergebnis
Bewegungsbereiche in dem angezeigten Standbild zu vibrieren, da
die beiden Halbbilder abwechselnd angezeigt werden. Je höher das
Maß der
Bewegung ist, umso bemerkbarer und unangenehmer ist die Vibration.
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EP 0 483 957 A1 lehrt
das Erfassen der ersten und zweiten sequentiellen Halbbilder, die
ein Vollbild definieren, das Bestimmen von infolge relativer Bewegung
beschädigter
Bereiche und den Ersatz von Werten in diesen Bereichen eines Halbbildes
auf der Basis von Abschätzungen,
die von Werten des verbleibenden Halbbildes abgeleitet werden. Bei
der Entgegenhaltung werden Teile eines der beiden Halbbilder geändert, und
jedes Halbbild wird jeweils für
die Zeitdauer eines Halbbildes angezeigt.
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EP 0 371 678 A2 offenbart
einen Fernsehempfänger
mit zwei Halbbildspeichern zur Speicherung von Bewegungs-Steuersignalen, eine ODER-Schaltung,
einen Vollbildspeicher in der Halbbildeinheit, zwei durch das Standbildsignal
gesteuerte Schalter, einen durch den Ausgang der ODER-Schaltung gesteuerten
Schalter und einen Schalter zum Umschalten des Ausgangssignals des Halbbildspeichers.
Der Wert eines Vollbildes von Videosignalen des vorhandenen Halbbildes
und des vorhergehenden Halbbildes wird in dem Vollbildspeicher durch
ein Standbildsignal gespeichert. Die Signale erzeugen ein Standbild
unter Verwendung des gegenwärtigen
Halbbildes und des vorhergehenden Halbbildes für den stillen Bildteil und
des gegenwärtigen
Halbbildes für
die sich bewegenden Bildteile des gegenwärtigen Halbbildes und des vorhergehenden Halbbildes.
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Die
Patent Abstracts von Japan Band 1998, Nr. 10, 31. August 1998 und
JP 10 136358 A (Hitache Ltd.),
22. Mai 1998, offenbaren einen Bild-Dekodierer, der Standbild-Verarbeitung von
Halbbildern ausführt,
wenn Unruhe in einem sich bewegenden Bild ein Problem ist, und der
Standbild-Verarbeitung
von Vollbildern ausführt,
wenn die Auflösungsverschlechterung
ein Problem ist. Ein Wert eines progressiven Vollbildes in einer
Erweiterung des Bild-Headers
in einem Eingangsstrom wird zur Bestimmung von Standbild-Verarbeitung
von Vollbildern oder Halbbildern verwendet.
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Der
Aufsatz von Patti, A.J. et al.: „Robust methods for high-quality
stills from interlaced video in the presence of dominant motion", IEEE transactions
on circuits and systems for video technology, IEEE Inc. New York,
US, Bd. 7, Nr. 2, 1. April 1997, Seiten 328–342, offenbart verschiedene
Algorithmen, die globale Bewegungskompensation und Bewegungsanpassung
für Zeilensprung-Beseitigung
bei Vorhandensein von dominanter Bewegung wie Kamera-Zoom, Schwenken
oder Jitter, örtliche
Bewegungen wie Objektbewegung, kombinieren. Bewegungsadaptive Filterung
von global bewegungskompensierten Bildern dient zur Feststellung
und Korrektur jener Pixel, bei denen örtliche Bewegung vorhanden ist.
Dynamische Schwellwertbildung für
Bewegungsfeststellung wird ebenfalls offenbart.
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US-Patent
5,317,399 offenbart die Speicherung nacheinander übertragener
Bilder in Vollbildspeichern für
die nachfolgende Anzeige. Wenn ein Benutzer ein gewünschtes
Bild einfriert, wird der Inhalt des das Bild speichernden Vollbildspeichers
kontinuierlich angezeigt, bis ein neues Bild in dem Speicher gespeichert
wird, wenn der Standbildbetrieb aufgehoben wird. Daten zum Einstellen
der Anzeige werden empfangen und enthalten Informationen, die das
Verfahren für
die Anzeige von Standbilddaten, die gesendet werden sollen, festlegen.
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Es
liegt ein Bedarf für
ein verbessertes Verfahren zum Aufbau von Standbildern vor, die
im wesentlichen keine Vibrationen oder dergleichen weder bei progressiver
noch bei nicht-progressiver Anzeige aufweisen.
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Bei
der vorliegenden Erfindung enthält
das Verfahren zum Aufbau eines Standbildes die Schritte des Empfangens
von Videodaten, die räumlich
und zeitlich in dem Dekodiersystem rekonstruiert werden sollen;
wobei erstens bestimmt wird, ob ein Deskriptor der Videodaten zur
Anzeige von Typen von Quellenmaterial, aus dem die Videodaten hervorgegangen
sind, im Irrtum ist; zweitens bestimmt wird, ob der Deskriptor progressive
oder nicht-progressive Daten anzeigt; Anzeigen eines Vollbildes
der Videodaten, um ein Standbild aufzubauen, wenn der Deskriptor
in dem ersten Bestimmungsschritt nicht im Irrtum ist und der Deskriptor
in dem zweiten Bestimmungsschritt progressiv anzeigt; und Anzeigen
eines von Halbbildern der Videodaten, um ein Standbild aufzubauen,
wenn der Deskriptor in dem ersten Bestimmungsschritt im Irrtum ist
oder der Deskriptor in dem zweiten Bestimmungsschritt nicht progressiv
anzeigt.
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Wenn
der Deskriptor nicht-progressiv anzeigt, kann der Schritt der Anzeige
eines der Halbbilder die Auswahl von Halbbildern, die ein Bild darstellen
und das Anzeigen des ausgewählten
einen Halbbildes für
eine Zeitdauer, um die das Vollbild darstellenden Halbbilder anzuzeigen,
einschließen.
Wenn der Deskriptor im ersten Bestimmungsschritt im Irrtum ist,
kann der Schritt der Anzeige eines der Halbbilder das Teilen eines
Vollbildes für
eine progressive Anzeige in die das Vollbild darstellenden Halbbilder einschließen, wenn
die Videodaten aus einem progressiven Quellenmaterial stammen, das
Auswählen eines
der Halbbilder und die Anzeige des ausgewählten einen Halbbildes auf
der Anzeigevorrichtung für eine
Zeitdauer, um das Vollbild anzuzeigen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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In
den Zeichnungen stellen dar:
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1 ein
Blockschaltbild, das einen digitalen Video-Dekodierer veranschaulicht, in dem die vorliegende
Erfindung ausgeführt
werden kann;
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2 ein
Flussdiagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Aufbau eines
Standbildes gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3A und 3B eine
Folge von Halbbildern und ein aus zwei benachbarten Halbbildern
rekonstruiertes Vollbild;
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4 ein
Flussdiagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Aufbau eines
Standbildes gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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5A und 5B Halbbilder
für eine
Zeilensprunganzeige.
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Bei
der Videodaten-Kompression und -Dekompression ist eine sich entfaltende
Gruppe von Normen von der Moving Pictures Experts Group (MPEG) entwickelt
worden. Sie werden auch als MPEG-Normen bezeichnet. Für den digitalen
Fernsehrundfunk enthält
ein üblicher
digitaler Video-Dekodierer (enthalten zum Beispiel in einer Set-Top-Box)
einen MPEG-Video-Dekodierer-Chip außer einem
oder mehreren Microprozessoren, um das Betriebssystem zu betreiben.
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1 ist
ein Blockschaltbild, das einen digitalen Video-Dekodierer veranschaulicht, der in Einklang
mit den MPEG-Normen
ist und in dem die Prinzipien der vorliegenden Erfindung praktiziert
werden können.
Bei dem digitalen Video-Dekodierer wird ein Video-Bitstrom, der
durch einen Kodierer komprimiert worden ist, in ein analiges Videosignal
durch verschiedene Prozesse wie variable Längenkodierung, inverse Quantisierung,
inverse diskrese Cosinus-Transformation (IDCT), Bewegungskompensation,
räumliche
und zeitliche Rekonstruktion und Video-Ausgangs-Kodierung umgewandelt.
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Von
den verschiedenen Prozessen zur Dekodierung des komprimierten Video-Bitstroms
hat die vorliegende Erfindung Bezug auf den räumlichen und zeitlichen Rekonstruktions-Prozess. Die variable Längen-Dekodierung,
die inverse Quantisierung, IDCT, Bewegungskompensation und digitale
Kodierung des digitalen Video-Dekodierers in 1 sind in der
Fachwelt bekannt, so dass eine ausführliche Beschreibung entbehrlich
ist.
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Die
räumliche
und zeitliche Rekonstruktion von digitalen Videodaten gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung enthält
die Verarbeitung von Bildinformationen, die sich auf Halb- und Vollbilder bezieht
und die ferner vertikale und horizontale Skalierung und Filterung
enthalten kann. Die räumliche und
zeitliche Rekonstruktion gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung werden in größeren Einzelheiten in Verbindung
mit der zu 2–4 gehörenden Beschreibung
erläutert.
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Kodierte
Videodaten können
als Vollbilder für eine
progressive Anzeige oder als Halbbilder für eine nicht-progressive (oder
Zeilensprung) Anzeige dekodiert werden. Im Fall von mit den MPEG-Normen konformen
Videodaten sieht eine Videodaten-Syntax einen Deskriptor vor, der „progessives
Vollbild Kennzeichen" genannt
wird, um anzuzeigen, welches Verfahren (d.h. progressiv oder nicht-progressiv) bei dem
Kodierprozess verwendet wurde. In anderen Worten wird der Deskriptor
in einer Videodaten-Syntax
zur Anzeige von Typen des Quellenmaterials verwendet, von dem die
zu dekodierenden Videodaten stammen.
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In 2 ist
ein Flussdiagramm vorgesehen, um das Verfahren des Aufbaus von Standbildern
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Unter der Annahme, dass
die Gültigkeit (oder
Vertrauenswürdigkeit)
eines Deskriptors in zu dekodierenden Videodaten bekannt ist, wird
zuerst bestimmt, ob der Deskriptor (z.B. progressives Vollbild Kennzeichen)
auf der Basis der Gültigkeit
(Schritt 201) im Irrtun sein kann.
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Wenn
bestimmt wird, dass der Deskriptor nicht im Irrtum ist, dann wird
bestimmt, ob der Deskriptor „progressiv" oder „nicht-progressiv" (Schritt 203)
anzeigt. Es sei bemerkt, dass die Bestimmung, ob der Deskriptor
progressiv oder nicht-progressiv anzeigt, vor der Bestimmung ausgeführt werden kann,
ob der Deskriptor im Irrtum sein kann.
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Falls
der Deskriptor „progressiv" anzeigt (d.h. die
kodierten Videodaten stammen von progressivem Quellenmaterial),
wird ein Standbild unter Verwendung eines passenden Vollbildes aus
zu dekodierenden Videodaten aufgebaut (Schritt 205). Um ein
Standbild anzuzeigen, gibt der Video-Dekodierer das Vollbild an
eine Anzeigevorrichtung für
die Dauer einer Vollbildanzeige aus, d.h. eine Zeitdauer zur Anzeige
eines Vollbildes bei einer progressiven Anzeige.
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Wenn
des Deskriptor beim Schritt 203 anzeigt „nicht-progressiv", oder wenn der Deskriptor beim
Schritt 201 im Irrtum sein kann, ist es erforderlich, das
Verfahren des Aufbaus von Standbildern zu modifizieren (Schritt 207).
In diesem Fall muss ein Standbild mit einem oder zwei Halbbildern
rekonstruiert werden, die bei einer nicht-progressiven Anzeige ein Vollbild darstellen.
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3A zeigt
zum Beispiel eine Sequenz von vier Halbbildern fd1, fd2, fd3, fd4
eines sich in Bewegung befindlichen Objekts für eine Zeilensprunganzeige.
Wenn in diesem Fall ein Standbild mit zwei benachbarten Halbbildern
aufgebaut wird, scheint das Objekt zwischen den Halbbild-Positionen von 3B zu
springen. Dies kann zu einer Vibration oder Flimmern des Standbildes
führen.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum
Aufbau von Standbildern wird ein Standbild durch Anzeige eines Halbbildes
während
einer Anzeigeperiode für
zwei Halbbilder aufgebaut, d.h. einer Zeitdauer zur Anzeige von
zwei Halbbildern in einer nicht-progressiven Anzeige. Gemäß 2 und 3A wird
ein Standbild durch wiederholte Anzeige eines der Halbbilder fd1
und fd2 für
die Zeitdauer der Anzeige beider Halbbilder fd1 und fd2 (Schritt 209) aufgebaut.
Dieses Verfahren beseitigt jegliche Vibration oder dergleichen in
dem Standbild.
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Beim
Aufbau eines Standbildes können
Videodaten des Standbildes gefiltert werden, um die Anzeigequalität des Bildes
zu verbessern (Schritt 211). Die Filterung kann durch Ausführung gewichteter
Interpolation in Bezug auf Videodaten von vertikal benachbarten
Halbbildern bewirkt werden.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Erfindung erfordert der Aufbau eines Standbildes die Bestimmung,
ob ein Deskriptor im Irrtum ist und/oder ob ein deskriptor progressiv
oder nicht-progressiv anzeigt. Bei einer anderen, hier nicht beanspruchten
Ausführungsform
kann jedoch ein Standbild auch ohne eine solche Bestimmung aufgebaut
werden. Dies wird nachfolgend beschrieben.
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In 4 wird
ein Standbild unter Verwendung eines Halbbildes sowohl bei progressivem
als auch nicht-progressivem
Anzeigebetrieb aufgebaut. Bei einer nicht-progressiven Anzeige wird ein Standbild
unter Verwendung desselben Verfahrens wie bei dem ersten in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel aufgebaut.
Im Falle einer Zeilensprung-Anzeige
wird eines der beiden Halbbilder (unter Bezugnahme auf 3A)
ausgewählt
(Schritt 403), und das ausgewählte Halbbild wird wiederholt
während
der Dauer einer Zwei-Halbbild-Anzeige
angezeigt (Schritt 404).
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Bei
einer progressiven Anzeige wird ein Standbild unter Verwendung eines
von zwei Halbbildern aufgebaut, die aus einem Vollbild gespalten wurden
(Schritt 401). In diesem Fall wird eines der beiden Halbbilder
ausgewählt
(Schritt 403), und das ausgewählte Halbbild wird wiederholt
für die
Dauer einer Vollbildanzeige angezeigt (Schritt 404).
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In 5A und 5B kann
ein Vollbild für eine
progressive Anzeige in zwei Halbbilder gespalten werden. Zum Beispiel
wird Vollbild F1 in Halbbilder f1 und f2 gespalten, und Vollbild
F2 wird in Halbbilder f3 und f4 gespalten.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird ein Standbild durch wiederholte Anzeige eines von zwei benachbarten
Halbbildern für
die Vollbild-Anzeigedauer oder die Zeitdauer für die Anzeige der beiden benachbarten
Halbbilder aufgebaut. Zum Beispiel wird ein Standbild durch wiederholte
Anzeige des Halbbildes f1 für
die Zeitdauer zur Anzeige des Vollbildes F1 oder beider Halbbilder
f1 und f2 aufgebaut. Dies ist möglich,
weil die Anzeige eines Halbbildes kurz und zeitlich ausreichend
ist, um zu ignorieren, ob das zu dekodierende Quellenmaterial progressiv
oder nicht-progressiv
ist. Durch Aufbau eines Standbildes unter Verwendung dieses Verfahrens
kann jegliche Vibration oder dergleichen aus dem Standbild beseitigt
werden.
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Die
besonderen Einzelheiten der Ausführung ist
nur eine Bemessungswahl für
jede gewählte
Ausführungsform
und kann sich je nach Architektur des Dekodierers, den Kosten der
Ausführung,
der Zuverlässigkeit
usw. ändern.
Es sei daher hervorgehoben, dass der Fachmann in der Lage ist, verschiedene
Anordnungen auszuführen,
die – obwohl
nicht explizit hierin beschrieben oder dargestellt – die Prinzipien der
Erfindung verkörpern
und in den Geist und den Schutzumfang eingeschlossen sind. Ferner
sollen alle hierin geschilderten Beispiele und bedingten Ausdrücke prinzipiell
nur pädagogischen
Zwecken dienen, um den Leser im Verstehen der Prinzipien der Erfindung
und der Konzepte zu unterstützen,
zu denen der Erfinder zur Erweiterung des Wissens beigetragen hat,
und die speziell geschilderten Beispiele und Bedingungen sollen
keine Beschränkung
darstellen. Ferner sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien,
Aspekte und Ausführungsformen
der Erfindung schildern, ebenso wie spezifische Beispiele davon, sowohl
strukturelle als auch funktionelle Äquivalente davon umfassen.
Außerdem
sollen solche Äquivalente
sowohl gegenwärtig
bekannte Äquivalente
als auch in der Zukunft entwickelte Äquivalente einschließen, d.h.
alle Elemente, die entwickelt werden, um unabhängig von ihrem Aufbau dieselbe
Funktion auszuführen.
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Beispielsweise
sei für
den Fachmann darauf hingewiesen, dass die Blockschaltbilder hierin
konzeptuelle Ansichten von veranschaulichenden Schaltungen sind,
die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. In gleicher Weise sei
hervorgehoben, dass alle hierin beschriebenen Prozesse, Handlungen
und Schritte verschiedene Prozesse darstellen, die im wesentlichen
in einem vom Computer lesbaren Medium dargestellt werden können und
so von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, egal,
ob ein solcher Computer oder Prozessor explizit dargestellt ist
oder nicht.
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Die
Funktionen der verschiedenen in 1, 2 und 4 gezeigten
Elemente können
durch die Verwendung von verfügbarer
Hardware ebenso wie von Hardware in Verbindung mit geeigneter Software
vorgesehen werden. Wenn ein Prozessor vorgesehen ist, können die
Funktionen durch einen einzelnen verfügbaren Prozessor, durch einen
einzelnen gemeinsamen Prozessor oder durch mehrere individuelle
Prozessoren vorgesehen werden, von denen einige gemeinsam sein können.