DE69434467T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bilden eines Videosignals durch Bewegungsschätzung und Signalwege mit verschiedenen Interpolationsverarbeitungen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Bilden eines Videosignals durch Bewegungsschätzung und Signalwege mit verschiedenen Interpolationsverarbeitungen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Bildung eines Videosignals unter Verwendung von Bewegungsabschätzung und Signalwegen mit unterschiedlicher Interpolationsverarbeitung.
  • Hintergrund
  • Die hier beschriebene Erfindung ist Teil eines bewegungskompensierten Halbbbildraten-Aufwärts-Umwandlungssystems, bei dem Zwischen-Halbbilder eines Fernsehbildes, die am Eingang nicht vorhanden sind, mittels bewegungskompensierter Interpolation berechnet werden. Eine übliche Anwendung ist die Umwandlung zwischen 50 Hz- und 100 Hz-Fernsehsignalen für die Verminderung des Flimmerns der Anzeige.
  • US-A-4,967,271 offenbart einen Fernseh-Abtastzeilen-Verdoppler, bei dem Pixelwerte gesteuert durch einen Bewegungsdetektor interpoliert werden. Das Bewegungsdetektor-Signal schaltet zwischen zwei verschiedenen Interpolationsarten, die jeweils eine gleiche Interpolationsqualität darstellen. Die Halbbildunterschiede für mehrere horizontal benachbarte Pixel werden zur Erzeugung des Bewegungsdetektor-Signals berücksichtigt.
  • In Signal Processing of HDTV, II; 30. August bis 1. September 1989; Turin, IT; Seiten 649 – 655, Haghiri et al., "A Motion Compensated Field Rate Conversion Algorithm", wird eine bewegungskompensierte Halbbildraten-Aufwärts-Umwandlung für einen HDMAC-Empfänger beschrieben, in dem ein Ersatzzweig (fall-back branch) enthalten ist. Es wird ein Video-Ausgangssignal aus einem Video-Eingangssignal unter Verwendung von Signalwegen mit unterschiedlicher Interpolations-Verarbeitung gebildet, wobei bewegungskompensierte Interpolationsmittel, die das Video- Eingangssignal empfangen und Bewegungs-Informations-Herauszieh-mittel, die Informationen aus dem übertragenen Video-Eingangssignal-Datenstrom herausziehen, verwendet werden. Die Bewegungsabschätzung wird an der Senderseite ausgeführt, und entsprechende Bewegungsvektoren werden zum Empfänger zusammen mit einer 80/40/20 ms-Betriebsart-Information übertragen. Bei der 80 ms-Betriebsart, die für stationäre Bildinhalte verwendet wird, wird eine Vollbildwiederholung für die Aufwärts-Umwandlung verwendet. Bei der 40 ms-Betriebsart wird immer eine bewegungskompensierte Aufwärts-Umwandlung unter Verwendung der übertragenen Bewegungsvektoren in dem Empfänger ausgeführt. Bei der 20 ms-Betriebsart wird immer eine Ersatz-Interpolation bei der Empfänger-Aufwärts-Umwandlung ausgeführt.
  • Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Auswahl einer Interpolations-Betriebsart in Bezug auf eine Vertrauensmessung des betroffenen Bewegungsvektors aufzuzeigen. Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 offenbarte Verfahren gelöst.
  • Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 9 offenbart Vorrichtung gelöst.
  • Im Prinzip kann jedes Pixel in den Zwischen-Halbbildern der direkte Ausgang eines bewegungskompensierten Interpolators sein. In der Praxis gibt es jedoch immer Bereiche des Bildes, in denen die Bewegung zu schnell oder zu kompliziert ist, um richtig abgeschätzt zu werden. Die Patentanmeldung EP-A-0 648 046 der Anmelderin beschreibt eine „Ersatz-Verarbeitung", bei der in solchen Bereichen eine spezielle nicht kompensierte Ersatz-Betriebsart oder jede vergleichbare Betriebsart verwendet werden kann.
  • Der endgültige Ausgang ist tatsächlich das Ergebnis eines Überblendschalters oder einer Überblendung zwischen der bewegungskompensierten Interpolation und der Ersatz-Betriebsart, gesteuert durch ein Vertrauensmaß (measure of confidence) in der Zuverlässigkeit des abgeschätzten Bewegungsvektors. Das Vertrauensmaß nimmt Werte zwischen 0 und 1 an, wobei 0 (kein Vertrauen) nur die Ersatz-Betriebsart auswählt, 1 (maximales Vertrauen) nur die bewegungskompensierte Interpolation auswählt, und Zwischenwerte linear zwischen den beiden gemischt sind.
  • Vorteilhafterweise enthält das Vertrauensmaß die folgenden zwei Komponenten: ein „Basis-Vertrauensmaß", das den Fehler in der Bewegungsmessung widerspiegelt, und ein Maß auf der Basis der Bewegungsgeschwindigkeit.
  • Im Prinzip ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung eines Videosignals unter Verwendung von Bewegungsabschätzung und Signalwegen mit unterschiedlicher Interpolationsverarbeitung, insbesondere bewegungskompensierter Interpolation und Ersatz-Interpolation, geeignet, wobei die Ausgangssignale der unterschiedlichen Signalwege in Beziehung auf ein Vertrauensmaß kombiniert werden, das von einem minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler des Video-Eingangssignals abgeleitet wird, der insbesondere auf einem Block beruht.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
  • Im Prinzip enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bildung eines Videosignals unter Verwendung von Bewegungsabschätzung und von Signalwegen mit unterschiedlicher Interpolationsverarbeitung, insbesondere von bewegungskompensierter Interpolation und Ersatz-Interpolation:
    • – bewegungskompensierte Interpolationsmittel und Ersatz-Interpolationsmittel, die das Eingangs-Videosignal empfangen, und deren Ausgangs-Pixelwerte in Kombinationsmitteln in Bezug auf den Wert eines Vertrauensmaßes gemischt werden, der in Kombinationsmitteln aus einem auf einem Block beruhenden minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler des Eingangs-Videosignals und aus einem verbundenen Block-Bewegungsvektor oder seinen Komponenten abgeleitet wird;
    • – Bewegungsabschätzungsmittel, die aus dem Eingangssignal einen auf einem Pixelblock beruhenden minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler berechnen, oder Bewegungsinformations-Herausziehungsmittel, die aus dem übertragenen Eingangssignal-Datenstrom den auf einem Block beruhenden minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler und den verbundenen Block-Bewegungsvektor oder seine Komponenten herausziehen.
  • Vorteilhafte weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den entsprechenden Unteransprüchen.
  • Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen stellen dar:
  • 1 ein Beispiel eines auf ein Gesetz bezogenes Vertrauen auf einen Unterblock-Anpassungsfehler;
  • 2 ein Beispiel eines auf ein Gesetz bezogenen Vertrauens auf eine abgeschätzte Geschwindigkeit;
  • 3 ein Blockschaltbild einer Vertrauens-Mess-Schaltung.
  • Bevorzugte Ausführungsformen
  • Ein Verfahren der Bewegungsmessung ist Blockanpassung, gefolgt von Lokalisierung unter Verwendung von Unterblock-Anpassung, wie in EP-A-93402188 (EP-A-648 052) der Anmelderin beschrieben.
  • Ein solcher Unterblock-Anpassungsprozess erzeugt Bewegungsvektoren, deren Komponenten durch ein Medianfilter geschickt werden können. Bei der Berechnung der Bewegungsvektoren erzeugt der Unterblock-Anpassungsprozess oder irgendein anderer vergleichbarer Prozess einen Fehler (z.B. die Summe der absoluten oder das Quadrat von Differenzwerten zwischen den übereinstimmenden Pixelwerten in den beiden Blöcken, die für die Anpassung verwendet werden) für jeden Bewegungsvektor-Anwärter, und der Vektor, der den minimalen Fehler ergibt, wird gewählt.
  • Der Wert dieses minimalen Fehlers wird verwendet, um ein Basis-Vertrauensmaß gemäß dem in 1 veranschaulich ten Gesetz zu berechnen. Wenn dieser Unterblock-Anpassungsfehler SBME null ist, nimmt das Vertrauen CF einen maximalen Wert von 1 an. Da der Fehler auf einen Abschaltwert CV zunimmt, nimmt das Vertrauen auf seinen minimalen Wert von null ab. Andere ähnliche Beziehungen (z.B. Teil einer Sinus- oder Cosinus-Funktion oder eine Gauss'sche Funktion) zwischen Unterblock-Anpassungsfehler und Vertrauen können auch für ein solches Begrenzungsfilter verwendet werden.
  • Ein Problem bei diesem Basis-Vertrauensmaß besteht darin, dass der Unterblock-Anpassungsprozess üblicherweise hohe Fehler erzeugt, die rund um den Rand eines sich über einen detaillierten Hintergrund bewegenden Objektes zu niedrigem oder Null-Vertrauen führen. Dies bedeutet, dass der Rand bei Verwendung der Ersatz-Betriebsart interpoliert wird, obwohl die Bewegungsvektoren selbst dem Rand korrekt folgen. Eine Lösung besteht darin, die Unterblockfehler durch ein Rangordnungsfilter zu schicken, z.B. auf einem 3 × 3-Fenster. Das Filter kann ein Medianfilter oder ein anderes Rangordnungsfilter sein; z.B. kann der dritthöchste Fehlerwert in dem Fenster ausgewählt werden.
  • Vorzugsweise kann das Vertrauensmaß modifiziert werden, um die Bewegungsgeschwindigkeit ES zu berücksichtigen. Das Ziel dieser Modifizierung besteht darin, dass – wenn ein Objekt außer den Bereich von Bewegungsgeschwindigkeiten beschleunigt, die geschätzt und mit einem Bewegungsvektor kodiert werden können – gewährleistet wird, dass die Interpolation glatt in die Ersatz-Betriebsart umschaltet. Ein Beispiel eines geeigneten Gesetzes, das angewendet werden kann, ist in 2 angegeben. Wiederum können andere Beziehungen (z.B. Teil einer Sinus- oder Cosinus-Funktion oder eine Gauss'sche Funktion, unterschiedlicher Startwert SV) zwischen Bewegungsgeschwindigkeit und Vertrauen CF verwendet werden.
  • Es kann bei der echten Bewegungsgeschwindigkeit angewendet werden oder getrennt bei den beiden Bewegungsvektor-Komponenten, wobei das Minimum oder eine andere Kombination der beiden Ergebnisse genommen wird. Das Ergebnis wird mit dem Haupt-Vertrauensmaß kombiniert, z.B. durch Verwendung des Minimums oder durch Multiplikation.
  • Bei der Vertauens-Mess-Schaltung von 3 wird ein Eingangs-Videosignal, z. B. 50 Hz, 2:1 oder 60 Hz, 2:1 einem bewegungskompensierten Interpolator MCI, einem Ersatzfilter FEI und einem Bewegungsabschätzer ME zugeführt. Ein Überblendschalter SSW wirkt auf die Ausgangssignale des Interpolators MCI und des Filters FFI ein und erzeugt das endgültige Ausgangssignal 0, das das Format 100/120 Hz, 2:1 oder 50/60 Hz, 1:1 haben kann. Der Schalter SSW wird durch ein Vertrauenssignal CF gesteuert, das von einem Kombinierer CB kommt. Der Bewegungsabschätzer ME berechnet den Blockanpassungsfehler BME, eine horizontale Komponente MVX und eine vertikale Komponente MVY des betroffenen Bewegungsvektors. Diese Werte können auch übertragen werden, wenn der Bewegungsabschätzer sich innerhalb eines Senders befindet und die Schaltung von 3 Teil eines Empfängers ist, z.B. eines Fernsehempfängers. Dann kann die Schaltung ME den Anpassungsfehler und/oder den Bewegungsvektor und/oder seine Komponenten aus dem übertragenen Eingangssignal-Datenstrom herausziehen. Die Bewegungsinformationen können auch in dem Interpolator MCI verwendet werden. Der Fehler BME verläuft durch ein Rangordnungsfilter ROFI, z.B. ein Medianfilter, und ein erstes Wichtungsfilter L1, das gemäß dem Gesetz von 1 wirkt, und wird dann in einen Kombinierer CB geleitet.
  • Die horizontale Vektorkomponente MVX verläuft durch ein erstes Medianfilter MFI1 und ein zweites Wichtungsfilter L2, das gemäß dem Gesetz von 2 wirkt, und wird dann in den Kombinierer CB geleitet.
  • Der Kombinierer CB arbeitet wie oben beschrieben und kann als Nachschlagetabelle arbeiten, die in Speichermitteln gespeichert wird. Die Gesetze der Filter L2 und L3 können verschieden sein (verschiedene Funktion oder unterschiedlicher Startwert SV). Die von den Filtern L1, L2 und L3 dargestellten Gesetze können in Nachschlagetabellen gespeichert werden. Im Fall von besonderen Bilddaten-Eigenschaften (z.B. Kamera/Film-Betrieb) können verschiedene Gesetze ausgewählt oder in die Gesetzspeicher heruntergeladen werden.
  • Wenn die Chrominanzkomponenten nicht zusammen mit den Luminanzkomponenten durch das Signal CF gesteuert werden, können sie durch getrennte Mittel gemäß 3 gehandhabt werden, wobei Gesetze speziell für die Chrominanzkomponenten entwickelt werden.
  • Die Erfindung kann auch für Norm-Umwandlung, Bit-Raten-Verminderung, digitales HDTV, digitale VCR- und MPEG1- oder MPEG2-Vorrichtungen verwendet werden (IEC/ISO-Norm). Im Fall der Bit-Ratenverminderung kann die Ersatz-Verarbeitung Intra-Halbbild-Kodierung sein.

Claims (11)

  1. Verfahren zur Bildung eines Videosignals (O) aus einem Video-Eingangssignal (I) unter Verwendung von Bewegungsabschätzung (ME) und von Signalwegen mit unterschiedlicher Interpolations-Verarbeitung, die eine bewegungskompensierte Interpolation (MCI) in einem Signalweg und eine weitere Art von Interpolation (FFI) in dem anderen Signalweg umfasst, wobei die Ausgangssignale der Signalwege kombiniert werden (CB, SSW), um das Video-Ausgangssignal (O) zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Art von Interpolation eine Ersatz-(fall-back)-Interpolation (FFI) für solche Fälle ist, bei denen die Bewegung zu schnell oder zu kompliziert ist, um abgeschätzt zu werden, und dass die Ausgangssignale der Signalwege in Bezug auf ein Vertrauensmaß (CF) kombiniert werden, das von einem auf einem Pixelblock beruhenden minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler (BME) des Eingangs-Videosignals (I) abgeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Vertrauensmaß (CF) ferner von dem Wert eines Pixelblock-Bewegungsvektors oder von den Werten der horizontalen (MVX) und vertikalen (MVY) Komponenten des Pixelblock-Bewegungsvektors abgeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Werte des Bewegungsabschätzungs-Fehlers (BME) zweidimensionale Rangordnungs-Filtermittel (ROF1), insbesondere ein Medianfilter, durchlaufen, bevor sie zur Bildung (CB) des Vertrauensmaßes (CF) verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Werte des Pixelblock-Bewegungsvektors oder seiner Komponenten (MVX, MVY) durch Median-Filtermittel (MFI1, MFI2) verlaufen, bevor sie zur Bildung des Vertrauensmaßes (CF) verwendet werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Werte oder die vorverarbeiteten Werte des Bewegungsabschätzungs-Fehlers (BME) und/oder des Pixelblock-Bewegungsvektors oder seiner Komponenten (MVX, MVY) durch begrenzende Filtermittel (L1, L2, L3) verlaufen, bevor sie zur Bildung des Vertrauensmaßes (CF) verwendet werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem von den Werten oder den vorverarbeiteten Werten des Bewegungsabschätzungs-Fehlers (BME) und/oder des Pixelblock-Bewegungsvektors oder seiner Komponenten (MVX, MVY) das Minimum genommen wird oder diese Werte multipliziert werden, um das Vertrauensmaß (CF) zu bilden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zur Ableitung des Vertrauensmaßes (CF) Gesetz-Speichermittel verwendet werden, und bei dem im Fall von spezifischen Bilddaten-Eiganschaften, z.B. Kamera- oder Film-Betrieb, unterschiedliche Gesetze aus gewählt oder in die Gesetz-Speicher heruntergeladen werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Chrominanzkomponenten durch ein getrenntes Vertrauensmaß gehandhabt werden, um das entsprechende Video-Ausgangssignal unter Verwendung besonders entwickelter Gesetze zu bilden.
  9. Vorrichtung zur Bildung eines Video-Ausgangssignals (O) aus einem Video-Eingangssignal (I) unter Verwendung von Signalwegen mit unterschiedlicher Interpolations-Verarbeitung, wobei die Ausgangssignale der Signalwege kombiniert werden (CB, SSW), um das Video-Ausgangssignal zu bilden, wobei die Vorrichtung einschließt: – bewegungskompensierte Interpolationsmittel (MCI), die das Videosignal (I) empfangen; – Ersatz-(fall-back)-Interpolationsmittel (FFI) für solche Video-Eingangssignale, bei denen die Bewegung zu schnell oder zu kompliziert ist, um abgeschätzt zu werden, wobei die Ersatz-Interpolationsmittel das Video-Eingangssignal (I) empfangen; – Bewegungsabschätzungs-Mittel (ME), die aus dem Video-Eingangssignal (I) einen auf einem Pixelblock beruhenden minimalen Bewegungs-Abschätzungs-Fehler (BME) berechnen, oder Bewegungs-Informations-Herausziehmittel (ME), die aus dem übertragenen Video-Eingangssignal-Datenstrom einen auf einem Pixelblock beruhenden minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler (BME) herausziehen; – Kombinationsmittel (CB, SSW), die Pixelwerte für das Video-Ausgangssignal (O) liefern, wobei die Aus gangssignale der bewegungskompensierten Interpolationsmittel (MCI) und der Ersatz-Interpolationsmittel (FFI) in Bezug auf einen Vertrauensmaß-Wert (CF) gemischt werden, der von dem auf einem Pixelblock beruhenden minimalen Bewegungsabschätzungs-Fehler abgeleitet wird.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Vertrauensmaß (CF) ferner von dem Wert eines Pixelblock-Bewegungsvektors oder von dem Wert der horizontalen (MVX) und der vertikalen (MVY) Komponenten des Pixelblock-Bewegungsvektors abgeleitet wird.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der der auf dem Pixelblock beruhende minimale Bewegungsabschätzungs-Fehler (BME) und der betroffene Block-Bewegungsvektor oder seine Komponenten (MVX, MVY) durch Rangordnungs- oder Median-Filtermittel (ROF1, MFI1, MFI2) und/oder Begrenzungs-Filtermittel (L1, L2, L3) verlaufen, bevor sie in den Kombinationsmitteln (CB, SSW) verwendet werden, um den Vertrauensmaß-Wert (CF) zu bilden.
DE69434467T 1993-10-11 1994-10-06 Verfahren und Vorrichtung zum Bilden eines Videosignals durch Bewegungsschätzung und Signalwege mit verschiedenen Interpolationsverarbeitungen Expired - Lifetime DE69434467T2 (de)

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