DE69222752T2

DE69222752T2 - Verfahren und Einrichtung zur kompatiblen Kodierung von hoch aufgelösten Bildsignalen

Info

Publication number: DE69222752T2
Application number: DE1992622752
Authority: DE
Inventors: Werner Boie
Original assignee: Thomson Multimedia SA
Current assignee: Vantiva SA
Priority date: 1992-03-16
Filing date: 1992-03-16
Publication date: 1998-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-17
Also published as: DE69222752D1; EP0561084B1; EP0561084A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur kompatiblen Kodierung von hochauflösenden Bildsignalen.

Hintergrund

Kurzliche Ergebnisse einer bewegungskompensierten 100 Hz- Aufwärts-Umwandlung eines rekonstruierten HD-MAC-Signals zeigen, daß die Bildqualität stark von den HD-MAC-Artefakten beherrscht wird, die sogar betont durch die 100 Hz-Aufwärts-Umwandlung im Vergleich mit den 50 Hz-Bildern auftreten. Entweder entstehen blockstrukturierte Muster, oder Untertitel erscheinen stark verschlechtert, wenn sich der Hintergrund bewegt. Sowohl die gegenwärtigen EUREKA-Vorschläge innerhalb der Untergruppe PG 5/6 WPU, nämlich der RME (Empfänger-Bewegungsabschätzer) oder der TME (Sender-Bewegungsabschätzer) -Algorithmus weisen diese Artefakte auf. Bei den Algorithmen ist gemein, daß sie auf einer a-priori-Entscheidung beruhen, d.h. daß die Qualität der rekonstruierten 100 Hz-Bilder nicht geprüft oder mit einem Bezug verglichen wird. Derzeit gibt es keine Gelegenheit dies zu tun, weil die Verarbeitung der Bewegungsinformation (Bewegungsvektoren, Zweig-Entscheidung) innerhalb der HD-MAC-Norm auf einem 50 Hz- System beruht. WC-A-9111073 beschreibt einen Kodierer, der eine 100 Hz-Aufwärts-Umwandlung der auszusendenden Pixel durchführt, gefolgt von einer 50 Hz- und räumlichen Unterabtastung. Ein weiterer 10 ms-Zweig mit den bezogenen DATV (digital unterstützte TV)-Daten ist erforderlich.

Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ermöglichung einer verbesserten Bildqualität in einem Empfänger mit 100 Hz-Aufwärts-Umwandlung zu offenbaren. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 offenbarte erfindungsgemäße Verfahren gelöst.
Im Prinzip sieht die Erfindung ein Verfahren zum kompatiblen Kodieren von hochauflösenden Bildsignalen vor, bei dem ein Quellensignal in zwei oder mehr parallelen Zweigen mit zeitlich unterschiedlicher Auflösung vorgefiltert und abwärts abgetastet wird, und bei dem für jeden Block von Pixelwerten des abwärts abgetasteten Quellensignals ein von einem der Zweige ausgewähltes Ausgangssignal zusammen mit einer Entscheidungs-Information, die den aktuellen Zweig darstellt, und mit einer Bewegungsvektor-Information, die auf die Blöcke bezogen ist, ausgesendet und/oder aufgezeichnet wird, wobei das abwärts abgetastete Quellensignal entsprechend den Zweigen aufwärts abgetastet, interpoliert und aufwärts umgewandelt wird und für eine beste Anpassung auf der Basis der Blöcke mit dem Quellensignal verglichen wird, das mit Studioqualität aufwärts umgewandelt worden ist, wobei räumlich begrenzte Bewegungsvektoren für die Aufwärts-Umwandlung des interpolierten Quellensignals verwendet werden, und wobei die räumlich begrenzten Bewegungsvektoren für die Bewegungsvektor-Information verwendet werden, und wobei die Entscheidungs- Information der besten Anpassung entspricht.
Vorteilhafte zusätzliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu offenbaren, die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Diese Aufgabe wird durch die in dem unabhängigen Anspruch 9 offenbarte erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst.
Im Prinzip umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Quellensignal Vorfiltermittel und Abwärts-Abtastmittel in zwei oder mehr parallelen Zweigen mit zeitlich unterschiedlicher Auflösung, die für jeden Block von Pixelwerten des abwärts abgetasteten Quellensignals ein Ausgangssignal liefern, das aus einem der Zweige ausgewählt wird, und sie umfaßt für das abwärts abgetastete Quellensignal Aufwärts-Abtastmittel, Interpolationsmittel und Aufwärts-Umwandlungsmittel, die den Zweigen entsprechen, wobei die Ausgangssignale der Aufwärts-Umwandlungsmittel für eine beste Anpassung in einer Fehlerverarbeitungs-Schaltung auf der Basis der Blöcke mit dem entsprechenden aufwärts umgewandelten Quellensignal verglichen werden, das in Aufwärts-Umwandlungsmitteln in Studioqualität umgewandelt worden ist, wobei in einer Vektor-Verarbeitungsschaltung aus in Studioqualität in aufwärtsumwandelnden Mitteln erzeugten Bewegungsvektoren räumlich begrenzte Bewegungsvektoren erzeugt und für die Aufwärts- Umwandlung des interpolierten Quellensignals verwendet werden, und wobei die räumlich begrenzten Bewegungsvektoren in einem DATV-Kodierer mit einer Entscheidungs-Information kombiniert werden, die den aktuellen Zweig darstellt, der der besten Anpassung entspricht.
Vorteilhafte zusätzliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus dem entsprechenden abhängigen Anspruch.
Um die ungünstige a-priori-Entscheidung in dem HD-MAC-System für die 100 Hz-Aufwärts-Umwandlung zu überwinden, ist eine 100 Hz-Bezugsquelle für die A-posteriori-Entscheidung in dem HD-MAC- Kodierer erforderlich. Da es nicht sehr wahrscheinlich ist, daß 100 Hz-Aufnahmevorrichtungen in der nahen Zukunft aufkommen werden, kann eine gewisse Art von bewegungskompensierter Aufwärts- Umwandlung mit HDTV-Qualität in die H-MAC-Kette eingeführt werden. Diese Aufwärts-Umwandlung mit Studioqualität wird mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt, die jedem Pixel einen getrennten Bewegungsvektor oder eine andere Bewegungs-Information zuordnet.
Der Eingang dieses Aufwärts-Umwandlers akzeptiert HDTV-Kamerasignale mit 1250 Zeilen, mit Zeilensprung oder vorzugsweise progressiv, 50 Hz oder Signale, die von einem HDTV-Filmabtaster stammen, die eine zeitliche Auflösung von fünfundzwanzig oder sogar fünfzig Bildern pro Sekunde haben. Der Aufwärts-Umwandler liefert Signale mit 1250 Zeilen, progressiv, 50 Hz für die HD- MAC-Vorverarbeitung (Kodierungsprozeß) und ein Signal mit 1250 Zeilen, mit Zeilensprung, 100 Hz als Bezugsquelle für die Fehlerverarbeitung innerhalb des HD-MAC-Kodierers, und Bewegungsvektoren, die dem progressiven 50 Hz-Signal zugeordnet sind.
Der HD-MAC-Kodierer enthält einen modifizierten Aufwärts-Umwandler für jeden Verarbeitungszweig (20/40/80 ms-Zweig), was für die Fehlerverarbeitung (a-posteriori-Entscheidung) benötigt wird. Da die Fehlerverarbeitung auf einem 100 Hz-Bezugssignal beruhen soll, werden die gemäß der HD-MAC-Norm regenerierten Signale bewegungsvektoradaptiv auf 100 Hz aufwärts gewandelt. Aus diesem Grunde werden die von dem HDTV-Aufwärts-Umwandler kommenden Bewegungsvektoren einer Vektorverarbeitung unterworfen, die die begrenzte räumlich-zeitliche Auflösung, die in dem H-MAC-Systern aufgrund der Blockstruktur und der verminderten zeitlichen Auflösung (ein Vektor pro 40 ms) berücksichtigt.

Zeichnung

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen HD-MAC-Kodierers.

Bevorzugte Ausführungsformen

Ein bewegungskompensierter Aufwärts-Urnwandler 114 mit HDTV- Qualität empfängt HDTV-Signale mit 1250 Zeilen, mit Zeilensprung oder progressiv, 50 Hz, die beispielsweise von einer HDTV-Kamera 111 stammen, oder progressive HDTV-Signale mit einer zeitlichen Auflösung von fünfundzwanzig oder sogar fünfzig Bildern pro Sekunde, die beispielsweise von einem HDTV-Filmabtaster 112 stammen. Die entsprechende Eingangsquelle wird mit einem Schalter 113 ausgewählt. Diese Aufwärts-Umwandlung wird mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt, wobei jedem Pixel ein getrennter Bewegungsvektor oder eine andere Bewegungs-Information zugeordnet wird. Der Aufwärts-Umwandler 114 liefert an Vorfilter 121, 123 und 125 HDTV-Signale mit 1250 Zeilen, progressiv, 50 Hz, für die HD-MAC-Vorverarbeitung (Kodierungsprozeß) und an eine Fehlerverarbeitungs-Schaltung 15 ein Signal mit 1250 Zeilen, mit Zeilensprung, 100 Hz als Bezugsquelle für die Fehlerverarbeitung innerhalb des HD-MAC-Kodierers und an eine Vektorverarbeitungs- Schaltung Bewegungsvektoren 141, die dem progressiven 50 Hz-Signal zugeordnet werden.
Das Ausgangssignal des Vorfilters 121 wird durch einen Abwärts-Abtaster 120 zu einem Schalter 16 und zu einem Aufwärts- Abtaster 130 geführt und stellt den 80 ms-Zweig dar (statische Bildinhalte, keine Bewegungskompensation). Das Ausgangssignal des Vorfilters 123 wird über einen Abwärts-Abtaster 124 zu einem Schalter 60 und zu einem Aufwärts-Abtaster 132 geführt und stellt den 40 ms-Zweig dar. Das Ausgangssignal des Vorfilters 125 wird durch einen Abwärts-Abtaster 126 zu dem Schalter 16 und zu einem Aufwärts-Abtaster 131 geführt und stellt den 20 ms- Zweig dar. Der Schalter 16 ist entsprechend dem in der Fehlerverarbeitungs-Schaltung 15 erzeugten Entscheidungssignal 151 positioniert und liefert ein D2-MAC-kompatibles HD-MAC-Signal.
Das Ausgangssignal des Aufwärts-Abtasters 131 wird über ein Nachfilter 134 einem bewegungsadaptiven 50/100 Hz-Aufwärts-Umwandler 137 zugeführt. Das Ausgangssignal des Aufwärts-Abtasters 132 wird über ein Nachfilter 135 einschließlich der HD-MAC-40 ms-Bewegungskompensation einem bewegungsadaptiven 50/100 Hz-Aufwärts-Umwandler 138 zugeführt. Das Ausgangssignal des Aufwärts- Abtasters 133 wird über ein Nachfilter 136 einem 50/100 Hz-Aufwärts-Umwandler 139 zugeführt. Die drei Aufwärts-Umwandler 137, 138 und 139 arbeiten ohne Blockgrenzen.
Die 100 Hz-Ausgangssignale der drei Aufwärts-Umwandler 137, 138 und 139 für jeden Verarbeitungszweig (20/40/80 ms) werden für die fehlerbezogene Entscheidungsberechnung (a-posteriori- Entscheidung) in der Fehlerverarbeitungs-Schaltung 15 benötigt.
Da die Fehlerverarbeitung auf einem 100 Hz-Bezugssignal beruhen soll, werden die gemäß der HD-MAC-Norm regenerierten 50 Hz-Signale bewegungsvektoradaptiv auf 100 Hz aufwärtsgewandelt.
Aus diesem Grunde werden die von dem Aufwärts-Umwandler 114 kommenden Bewegungsvektoren 141 in der Vektorverarbeitungs- Schaltung 14 einer Verarbeitung unterworfen, die die begrenzte räumlich-zeitliche Auflösung berücksichtigt, die in dem HD-MAC- System aufgrund der Blockstruktur und der verminderten zeitlichen Auflösung (ein Vektor pro vierzig ms) gegeben ist. Die Bewegungsvektoren 141 werden in 20 ms- und 40 ms-Vektoren getrennt. Räumlich begrenzte 40 ms-Vektoren 142 werden einem Nachfilter 135 und einem Aufwärts-Umwandler 138 zugeführt. Sie werden im Nachfilter 135 für die bekannte HD-MAC-40 ms-Bewegungskompensation verwendet. Räumlich begrenzte 20 ms-Vektoren 143 werden einem Aufwärts-Umwandler 137 zugeführt.
Die 40 ms-Bewegungsvektoren 145 und die 20 ms-Bewegungsvektoren 144, die von den Bewegungsvektoren 141 abgeleitet sind, werden den HDMAC-Pixelblöcken zugeordnet und werden räumlich auf ± 16 Pixel/Vollbild in der Vektorverarbeitungs-Schaltung 14 begrenzt und zusammen mit dem Entscheidungssignal 151 einem DATV-(digital unterstützter TV)-Kodierer 18 zugeführt, an dessen Ausgang das DA-Signal für die Aussendung ansteht. Für eine bessere Bewegungswiedergabe in dem 20 ms-Betrieb kann der Vektorbereich vergrößert werden, beispielsweise um einen Faktor 2 (± 32 Pixel/Vollbild), während die Auflösung der Vektoren um denselben Faktor (Genauigkeit von zwei Pixeln) vermindert werden kann. Dies ist wegen der verminderten horizontalen Auflösung in dem kodierten Videosignal in dem 20 ms-Betrieb möglich.
In der Fehlerverarbeitungs-Schaltung 15 werden die ideal aufwärts umgewandelten Bilder der drei Zweige in HDMAC-Pixelblöcke unterteilt und mit dem 1250 Zeilen/2:1/100 Hz-Bezugssignal verglichen, das von dem Aufwärts-Umwandler 114 kommt. Der am besten angepaßte (z.B. durch die niedrigste Energie eines Pixel-Differenzblocks) Zweigblock wird dann dazu verwendet, das Entscheidungssignal 151 zu bestimmen.
Die verwendeten Zahlen können entsprechend auch an andere TV-Systeme mit beispielsweise 60 Hz Halbbildfrequenz angepaßt werden.

Claims

1.) Verfahren zum kompatiblen Kodieren von hochauflösenden Bildsignalen, wobei ein diesen Bildsignalen entsprechendes Quellensignal in zwei oder mehr parallelen Zweigen mit zeitlich unterschiedlicher Auflösung vorgefiltert (121, 123, 125) und abwärts abgetastet (122, 124, 126) wird, und für jeden Block von Pixelwerten des abwärts abgetasteten Quellensignals ein von einem der Zweige ausgewähltes (16) Ausgangssignal (17) zusammen mit einer Entscheidungs-Information (151), die den aktuellen Zweig darstellt, und mit einer Bewegungsvektor-Information (144, 145), die auf die Blöcke bezogen ist, ausgesendet und/oder aufgezeichnet wird, dadurch gekennzeichnet,

daß das abwärts abgetastete Quellensignal entsprechend den Zweigen aufwärts abgetastet (131, 132, 133) , interpoliert (134, 135, 136) und aufwärts umgewandelt (137, 138, 139) wird und für eine beste Anpassung auf der Basis der Blöcke mit dem Quellensignal verglichen (14) wird, das mit Studioqualität aufwärts umgewandelt (114) worden ist, um dadurch Bewegungsvektoren (141) zu erzeugen;

daß in wenigstens einem der Zweige räumlich begrenzte Bewegungsvektoren (142, 143), die von den Bewegungsvektoren (141) abgeleitet werden, die in Verbindung mit der Quellensignal-Aufwärtsumwandlung (114) erzeugt werden, für die Zweig- Aufwärts-Umwandlung (137) verwendet werden;

daß andere räumlich begrenzte, - insbesondere auf ± 16 Pixel/Vollbild - Bewegungsvektoren (144, 145), die von den Bewegungsvektoren (141) abgeleitet werden, in Verbindung mit der Quellensignal-Aufwärts-Umwandlung (114) für die Bewegungsvektor- Information verwendet werden;

daß die Entscheidungs-Information der besten Anpassung entspricht.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Zweige - insbesondere in einem Zweig (40) mit einer mittleren zeitlichen Auflösung - die Interpolation (135) bewegungsadaptiv ist, wodurch für die Interpolation (135) und die Aufwärts-Umwandlung (138) dieselben räumlich begrenzten Bewegungsvektoren (142) verwendet werden, die von den Bewegungsvektoren (141) abgeleitet werden, die in Verbindung mit der Quellensignal-Aufwärts-Umwandlung (114) erzeugt werden.

3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zweige (80) für stationären Bildinhalt verwendet wird.

4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Auflösungen 80 ms, 40 ms und 20 ms entsprechen.

5.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Quellensignal ein Zeilensprungsignal oder progressiv mit 1250 Zeilen und einer Bildfrequenz von 50 Hz ist.

6.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet. daß das Quellensignal von einem Filmabtaster stammt und 1250 Zeilen und eine Bildfrequenz von 25 Hz oder 50 Hz hat.

7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bewegungsvektor (141) jedem Pixel in der Quellensignal-Aufwärts-Umwandlung zugeordnet ist.

8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung durch Berechnung der Energie von Pixel-Differenzblöcken und durch Feststellung des Zweiges desjenigen Differenzblocks festgestellt wird, der die kleinste Energie hat.

9.) Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur kompatiblen Kodierung von hochauflösenden Bildsignalen nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfassend:

Vorfiltermittel (121, 123, 125) für ein Quellensignal, das diesen Bildsignalen entspricht, und Abwärts-Abtastmittel (122, 124, 126) in zwei oder mehr parallelen Zweigen mit zeitlich unterschiedlicher Auflösung, die für jeden Block von Pixelwerten des abwärts abgetasteten Quellensignals ein Ausgangssignal (17) liefern, das aus einem der Zweige ausgewählt wird (16);

für das abwärts abgetastete Quellensignal: Aufwärts-Abtastmittel (131, 132, 133), Interpolationsmittel (137, 138, 139) und Aufwärts-Umwandlungsmittel (137, 138, 139), die den Zweigen entsprechen, wobei die Ausgangssignale der Aufwärts-Umwandlungsmittel (137, 138, 139) für eine beste Anpassung in einer Fehlerverarbeitungs-Schaltung (15) auf der Basis der Blöcke mit dem Quellensignal verglichen werden, das mit Studioqualität in den Quellensignal-Aufwärts-Umwandlungsmitteln (194) aufwärts umgewandelt worden ist, um dadurch Bewegungsvektoren (141) zu erzeugen;

und wobei in wenigstens einem der Zweige räumlich begrenzte Bewegungsvektoren (142, 143), die in einer Vektorverarbeitungs- Schaltung (14) von den Bewegungsvektoren (141), die in den Quellensignal-Aufwärts-Umwandlungsmitteln (114) erzeugt werden, für die Zweig-Aufwärts-Umwandlung (137) verwendet werden;

einen DATV-Kodierer (18), in dem andere räumlich begrenzte, - insbesondere auf ± 16 Pixel/Vollbild - Bewegungsvektoren (144, 145), die von den Bewegungsvektoren (141) abgeleitet werden, die in den Quellensignal-Aufwärts-Umwandlungsmitteln (114) erzeugt werden, mit einer Entscheidungs-Information kombiniert werden, die der besten Anpassung entspricht.

10.) Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Zweige - insbesondere in einem Zweig (40) mit einer mittleren zeitlichen Auflösung - die Interpolationsmittel (135) bewegungsadaptiv arbeiten, wobei für die Interpolation (135) und die Aufwärts-Umwandlung (138) dieselben räumlich begrenzten Bewegungsvektoren (142) verwendet werden, die von den Bewegungsvektoren (141) abgeleitet werden, die in den Quellensignal-Aufwärts-Umwandlungsmitteln erzeugt werden.