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Die vorliegende Erfindung ist auf
eine Videokamera und ein Verfahren zum Simulieren des Fernsehübertragungsaussehens
eines Kinofilms gerichtet. Insbesondere stellt die Erfindung eine
Videokameragestaltung und ein Verfahren zur digitalen Echtzeitvideosimulation
eines Kinofilms bereit.
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Fernsehübertragungen können sich
so vorgestellt werden, daß sie
zwei ausgesprochen unterschiedliche „Erscheinungsbilder" bereitstellen. Zuschauer
von Fernsehübertragungen
können
im allgemeinen einen Unterschied zwischen dem Aussehen einer Fernsehübertragung
von einer Videokamera und dem Aussehen der Fernsehübertragung
eines Kinofilms wahrnehmen. Zum Beispiel werden die Nachrichten.
Spielesendungen und Nachmittagsseifenopern typischerweise auf Videokameras
aufgenommen, deren Signale auf Videoband aufgezeichnet werden. Im
Gegensatz dazu werden Fernsehübetragungen
eines Programms, das von einem Kinofilm herrührt, häufig als etwas erachtet, was
ein anderes und reicheres "Aussehen" als das einer Videokamera-Fernsehübertragung
repräsentiert.
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Ein Kinofilm wird für gewöhnlich zum
Zweck der Bearbeitung und der Fernsehübertragung auf Videoband übertragen.
Jedoch behält
selbst unter solchen Umständen
der Kinofilm das einzigartige reichere Film-"Aussehen". Dieses reichere Aussehen ist mit der
höheren
Qualität,
einem kostspieligeren Produktionsprozeß des Films verbunden, verglichen mit
dem Aussehen einer Fernsehübertragung,
die von einer Videokamera aufgezeichnet wird.
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Die Produktion von Werken, die auf
einem Kinofilm beruhen, kostet typischerweise drei bis fünfmal so
viel, wie es die Produktion eines auf Video beruhenden Wertes tut.
Zusätzlich
erfordert eine Kinofilmproduktion häufig die Einstellung von Personal und
eine Filmausrüstung,
die sehr viel kostspieliger als eine Fernsehübertragungs-Videoausrüstung ist.
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Der visuell wahrnehmbare Unterschied
zwischen dem Aussehen einer Fernsehübertragung, die mit einer herkömmlichen
Videokamera hergestellt wird, und dem Aussehen einer Fernsehübertragung, die
aus einem Kinofilm hergestellt ist, der auf ein Videosignal übertragen
oder in es umgewandelt worden ist, kann für die Beschaffenheit des Werks,
das geschaffen wird, und das Medium, mit dem es beabsichtigt wird,
es auszustrahlen, ebenso wie den Markt wichtig sein, den es versucht
zu erreichen. Dieser Unterschied des Erscheinungsbildes zwischen
diesen beiden Methodiken ist teilweise den Unterschieden zwischen
der Art zuzuschreiben, in der eine herkömmliche Videokamera Bilder
aufnimmt und anzeigt, verglichen mit der Art, in der eine Filmkamera dasselbe
tut.
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Ein erster Unterschied zwischen einer
Videokamera-Fernsehübertragung
und einer Fernsehübertragung
eines Kinofilms, der auf ein Videosignal übertragen oder in es umgewandelt
wird, hängt
mit der Art und Weise zusammen, in der die Videokamera Zeit aufnimmt
oder einfriert, verglichen damit, wie die Filmkamera Zeit aufnimmt
oder einfriert. Ein zweiter Unterschied der Fernsehübertragungsausgaben zwischen
diesen beiden Methodiken betrifft den Beitrag der Filmemulsionskörnung zum
Erscheinungsbild eines Kinofilms.
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Eine herkömmliche Videokamera nimmt eine Aktion
als eine Reihe horizontaler elektronischer Abtastungen einer photosensiblen
Aufnahmeröhre
oder eines Festkörper-Bildsensors mit einer
ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) auf. Die Aktion vor der Linse
der Videokamera wird als eine Reihe von Zeilensprung-Halbbildern,
oder halber Rahmen ausgegeben. Es sind zwei Videohalbbilder erforderlich,
um einen vollständigen
Videorahmen herzustellen. Das erste Videohalbbild besteht aus ungeradzahligen
Abtastzeilen, während
das zweite Videohalbbild aus den geradzahligen Abtastzeilen besteht.
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In den Vereinigten Staaten und anderen
Ländern,
die eine Stromversorgung mit 60 Hz verwenden, beträgt eine
Fernsehübertragungs-Halbbildfrequenz
annähernd
60 Halbbilder pro Sekunde, was eine Rahmenfrequenz von etwa 30 Rahmen
pro Sekunde ergibt.
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Eine Filmkamera nimmt eine Aktion
als eine Reihe von Standphotographien auf, indem der Kameraverschluß mit einer
vorbestimmten Frequenz geöffnet
und geschlossen wird. Wenn sie in schneller Folge betrachtet werden,
erzeugen diese Standbilder die Illusion einer Bewegung. In den Vereinigten
Staaten und den meisten anderen Ländern, die eine Stromversorgung
mit 60 Hz aufweisen, beträgt
die Norm-Kamera- und Filmprojektionsgeschwindigkeit 24 Rahmen pro
Sekunde. Jene Länder,
die eine Stromversorgung mit 50 Hz aufweisen, verwenden 25 Rahmen
pro Sekunde als ihre Norm-Filmprojektionsgeschwindigkeit.
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Um einen Kinofilm auf einem herkömmlichen National
Television Standards Committee (NTSC) Videosystem anzusehen, müssen die
24 Bilder pro Sekunde des Films in 60 Videohalbbilder (oder 30 Videorahmen)
pro Sekunde umgewandelt werden. Dieser Film-Videoumwandlungsprozeß erfordert,
daß aus den
Kinofilm mit 24 Bildern pro Sekunde 6 zusätzliche Videorahmen in jeder
Sekunde erzeugt werden. Herkömmlich
werden diese 6 zusätzlichen
Videorahmen pro Sekunde erzeugt, indem jedes zweite Filmbild vielmehr
für drei
Halbbilder als für
zwei Halbbilder abgetastet wird. Dieser Prozeß der Umwandlung von 24 Bildern
pro Sekunde in 30 Videorahmen pro Sekunde wird als „3-2-Umwandlung" bezeichnet. Dieser
Prozeß ist
in der Rundfunkindustrie als die Methodik zur Umwandlung eines Kinofilms
in Video zur Ausstrahlung wohlbekannt.
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Mit einer herkömmlichen Videokamera erzeugt
eine Sekunde Zeit 60 unabhängige
Videohalbbilder. Indem jede Sekunde in 60 getrennte Videohalbbilder
unterteilt wird, liefert die herkömmliche Videokamera eine glatte
ununterbrochene Bewegungsfolge, wenn sie übetragen wird.
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Für
jene Länder
und Orte, die keine NTSC-Fernsehsysteme verwenden, wie Großbritannien und
der größte Teil
Europas, wird der 3-2-Umwandlung nicht verwendet. Dies ist so, da
der Kinofilm in diesen Ländern
mit 25 Rahmen pro Sekunde photographiert und projiziert wird, wobei
jeder Filmrahmen zwei Videohalbbilder oder einen vollständigen Videorahmen
ergibt. Hin und wieder wird ein Film für Fernsehsendungen mit einer
ehöhten
Bildaufnahmefrequenz von 30 Rahmen pro Sekunde photographiert. Wenn
dies geschieht, wird die Notwendigkeit einer 3-2-Umwandlung zur Übertragung
des Films auf Video beseitigt.
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Der 3-2-Film-Video-Umwandlungsprozeß erzeugt
eine Videosequenz, wodurch die Bewegung innerhalb der Szenen des
ursprünglichen
Kinofilms diskontinuierlich dargestellt wird. Der Betrachter einer
solchen Fernsehsendung kann eine "Stufen"- oder "Sprung"-Wirkung
auf eine schnelle Bewegung innerhalb der Szenen des ursprünglichen
Films bemerken. Im Gegensatz dazu bleibt aufgrund der Art und Weise,
in der Videokameras Bilder aufnehmen, diese Stufung oder dieser
Sprung großteils
unbemerkt.
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Wie oben angegeben, ist der zweite
Hauptfaktor, der zum Aussehen des Kinofilms beiträgt, das Filmmedium
selbst. Die Photochemie der lichtempfindlichen Filmemulsion, die
den Film überzieht,
führt zu
einem körnigen
Bild. Die Körnung
auf den Filmmedien erscheint als zufälliges Muster entsprechend großer Teilchen,
die in Bereichen ähnlicher
Belichtung und Dichte angeordnet sind. Die lokalisierten zufälligen Muster
von Teilchen erzeugen ein mikroskopisches Mosaik, das eine visuelle „Textur" erzeugt, die mit
dem Aussehen von Kinofilm verbunden wird.
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Da jedes Filmbild auf einem anderen
Stück des
Filmmaterials photographiert und aus ihm entwickelt wird, unterscheidet
sich die präzise
Anordnung der Körnungsteilchen
eindeutig von Rahmen zu Rahmen, obwohl die Intensität der Körnung dazu
neigt, ähnlich
zu sein. Als Ergebnis wird selbst die Aufnahme einer statischen
Szene eine sich konstant ändernde
Körnigkeit
auf den Filmmedien ergeben. Die Intensität des Körnungseffekts kann abhängig vom Filmmaterial
variieren. Ein Filmmaterial mit einer höheren Lichtempfindlichkeit
zeigt eine sichtbarere Körnung
als dies ein Film tut, der weniger lichtempfindlich ist.
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Es wird im allgemeinen durch alle
Videokameras elektronisches Rauschen auf einen gewissen Pegel erzeugt.
Einige Formen statistischen Hochfrequenzrauschens können als
eine Arf Körnigkeit
in Videosystemen erscheinen. Jedoch weist diese Art Körnigkeit
visuell nicht dasselbe Ausmaß und
dieselbe Beschaffenheit auf wie die Körnigkeit, die durch die Photochemie
eines Kinofilms erzeugt wird. Statistisches elektronisches Rauschen
weist keine räumliche
Abhängigkeit
auf und ist im allgemeinen nur eine Abtastzeile hoch.
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Die visuellen Unterschiede zwischen
Fernsehübertragungen
von Werken, die ursprünglich
auf Videokameras erzeugt wurden, verglichen mit jenen, die unter
Verwendung eines Kinofilms und Filmkameras erzeugt wurden, sind
Fachleuten wohlbekannt. Die prinzipiellen Gründe für diese Unterschiede, wie sie
oben beschrieben werden, werden in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung verwendet, um dabei zu helfen, eine Videokamera zur Echtzeitsimulation des
visuellen Erscheinungsbildes eines Kinofilms, der auf ein Videosignal übertragen
oder in es umgewandelt worden ist, als auch ein Verfahren zum Durchführen einer
solchen Simulation bereitzustellen. Die Erwünschtheit, Fernsehsendungen
mit Kinoqualität
durch ein Videomedium bereitzustellen, ist lange empfunden worden,
und es hat mehrere Versuche gegeben, diese und andere verwandte
Ziele zu erreichen, von denen keiner die einzigartigen Elemente
und Schritte der vorliegenden Erfindung einsetzt.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung
für eine Videobildfilmsimulation
wird im US-Patent Nr. US-A-4,935,816 von Faber beschrieben. Faber
offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Empfangen eines
herkömmlichen
Videosignals von einem voraufgezeichneten Videoband oder einer herkömmlichen
Videokamera und Verarbeiten des Signals, um das Erscheinungsbild
eines als Kinofilm aufgezeichneten Bildes bereitzustellen, das direkt
zur Fernsehübertragung
oder Aufzeichnung auf Videoband ausgegeben werden soll. Faber bemerkt,
daß Video
von aufgezeichneten Bildern keine Körnung enthält und daß Rauschen oder "Schnee" in einem Videosystem typischerweise
unerwünscht
ist. Faber stellt fest, daß eine
umfassende elektronische Filterung eingesetzt wird, um für ein klares
Bild Rauschen aus elektronischen Schaltungen und Kameras, Aufzeichnungsvorrichtungen
und Fernsehgeräten
zu beseitigen.
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Faber erkennt drei grundlegenden
Verfahren zur Aufzeichnung von Filmaufnahmen; (1) photographischer
Film, der unter Verwendung einer Filmkamera belichtet wird, der
entwickelt und auf Projektionsfilm gedruckt wird, der dann unter
Verwendung eines Projektors und einer Leinwand gezeigt werden kann;
(2) eine Videobandaufnahme, wobei Bilder direkt auf Magnetband von
einer Fernseh- oder Videokamera aufgezeichnet werden; und (3) Videokameras
und ein Videoband, die zur anfänglichen
Aufzeichnung von Filmaufnahmebildern verwendet werden, gefolgt von
der Zerlegung des aufgezeichneten Videos in rote, grüne und blaue
Komponenten, die dann auf photographischen Film abgetastet werden, der
dann verarbeitet wird und unter Verwendung des „Fernsehfilm"-Verfahrens auf Videoband zurückgebracht
wird. Faber gibt an, daß jedes
dieser Verfahren bestimmte technische Begrenzungen und unerwünschte Kosten
aufweist, die mit ihnen verbunden sind.
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Die Lösung von Faber für diese
Nachteile ist es, ein Videosignal aus einer Videokamera oder einem
voraufgezeichneten Videoband einzugeben und es aufzuspalten, um
ein erstes Echtzeitsignal zur Bildinformation und ein zweites Echtzeitsignal
zur Synchronisation und zur Farberkennungsinformation, und ein erstes
verzögertes
Signal und ein zweites verzögertes
Signal bereitzustellen. Faber versieht Begrenzerfilter-Weißrauschen
mit dem Bildanteil des ersten Echtzeitsignals, um die „Körnung" eines Films zu simulieren,
und bildet dann zwei miteinander zusammenhängende Halbbilder, die durch
eine dritte Verzögerung
geleitet werden, die in ihrer Länge gleich
der ersten Verzögerung
ist. Durch sequentielle Wiederholung der Interpolation der Halbbilder,
die mit vorbestimmten Verzögerungen
zeitlich abzustimmen sind, wenn sie verarbeitet werden, weist die
resultierende Videoausgabe fünf
Halbbildsätze
auf, wobei jedes der ersten vier Halbbilder eine Interpolation des vorausgehenden
und nachfolgenden Rahmenpaares ist, während das fünfte Halbbild eine Wiederholung des
dritten interpolierten Halbbildes ist.
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In WO-A-93/14951 offenbarte Faber
außerdem
eine zeilensprunglose Videokamera, zu deren Ausgabe eine Körnung hinzugefügt wird,
vor einer Umwandlung einer progressiven Abtastung in eine Zeilensprung-Abtastung.
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Kommerzielle Bemühungen, filmähnliche
Videokameras herzustellen, umfassen ein Produkt, das als die Ikegami
EC 35 bekannt ist, und eine CEI/Panavision-Videokamera. Diese beiden
kommerziellen Produkte wurden in den frühen achtziger Jahren eingeführt, und
beide setzten ein ähnliches
Konzept ein, eine Filmlinse an eine modifizierte Hand-Röhrenfarbkamera unzupassen.
Das äußere Erscheinungsbild dieser
beiden kommerziellen Produkte war einer Filmkamera sehr ähnlich,
jedoch waren die Ausgabebilder im allgemeinen einer hochqualitativen
Videokamera ebenbürtig
und waren nicht effektiv, das Aussehen einer Kinofilmkamera zu simulieren.
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Keinem der oben beschriebenen Versuche, ein
Videosignal zu erzeugen, das das Aussehen eines Kinofilms emulieren
kann, ist es gelungen, ein kommerzielle und effektives Produkt herzustellen, das
die Attribute der vorliegenden Erfindung aufweist, die im folgenden
beschrieben werden.
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Die Nachteile des Stands der Technik
können
wesentlich reduziert oder beseitigt werden, wenn die vorliegende
Erfindung verwendet wird. Erfindungsgemäß weist eine Videokamera auf:
- (a) ein Abbildungselement für ein zeilensprungloses Videosignal
zur Erzeugung eines zeilensprunglosen Videosignals;
- (b) eine analoge Konditionierungsschaltung zur Verstärkung und
Bandbegrenzung des zeilensprunglosen Videosignals, das durch das
Abbildungselement für
ein zeilensprungloses Videosignal erzeugt wird;
- (c) einen Analog-Digital-Wandler zur Umwandlung des zeilensprunglosen
Videosignals in ein digital dargestelltes Signal;
- (d) eine Speicherschaltung, die mehrere Speicherbänke aufweist,
zur Trennung der digitalen Daten in ungerade und gerade Zeilen und Speicherung
der getrennten Zeilen und zur Ausgabe von digitalen Zeilensprungdaten;
- (e) eine Nach-Konditionierungsschaltung zur Einführung einer
Körnung
in die digitalen Zeilensprung-Videodaten;
- (f) einen Digital-Analog-Wandler zur Umwandlung der digitalen
Zeilensprung-Videodaten
in ein analoges Zeilensprung-Videosignal; und
- (g) eine Timing- und Steuerschaltung zur Synchronisation der
Umwandlung des zeilensprunglosen Videosignals in das digital dargestellte
Signal und zur Steuerung der Umwandlung des digital dargestellten
Signals in die digitalen Zeilensprung-Videodaten durch Steuerung
der Speicherung und Wiedergewinnung des digital dargestellten Signals
in der und aus der Speicherschaltung, und zur Synchronisation der
Zugabe der Körnung.
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Es wird ein Verfahren zur Erzeugung
des Aussehens eines Fernsehkinofilms bereitgestellt, wobei das Verfahren
aufweist:
- (a) Aufnehmen eines Bildes und Ausgeben
eines zeilensprunglosen analogen Videosignals;
- (b) Umwandeln des zeilensprunglosen analogen Signals in eine
digitale Darstellung:
- (c) Trennen der digitalen Darstellung in ungeradzahlige und
geradzahlige Abtastzeilen und Speichern der getrennten Abtastzeilen
in mehreren Speicherbänken;
- (d) Wiedergewinnen der getrennten Abtastzeilen aus den mehreren
Speicherbänken,
um digitale Daten zu erzeugen, die den ungeraden und geraden Zeilensprung-Zeilen
des Bildes entsprechen, um Zeilensprung-Videodaten bereitzustellen;
- (e) Hinzufügen
einer Körnung
zu den digitalen Zeilensprung-Videodaten; und
- (f) Umwandeln der digitalen Zeilensprung-Videodaten in ein analoges
Signal.
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Der lokale Speicher und der zugehörige Steuerschaltungskomplex
der vorliegenden Erfindung stellen eine 3-2-Simulation einer Übertragung eines
Films mit 24 Rahmen pro Sekunde, ebenso wie eine 1-zu-1-Simulation
eines Kinofilms bereit, der mit 30 Rahmen pro Sekunde aufgenommen
und auf ein Videoband übertragen
wurde. Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Videospeicher
bereit, der die Fähigkeit
hat, einen Videorahmen mit voller Auflösung einzufrieren. Da das Bild
in der vorliegenden Erfindung digital gespeichert wird, kann eine
Simulation einer Filmkörnung
als eine zweidimensionale, zufällige
Mosaikstruktur hinzugefügt
werden, bevor das digitale Video in eine herkömmliches Zeilensprungausgangssignal
umgewandelt wird. Es wird ein Körnungseffekt-Schaltungskomplex
bereitgestellt, der die Einstellung der Größe und der Menge der Körnung zuläßt, um verschiedene
Filmemulsionen und Effekte zu simulieren.
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Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung
wird gemäß der beigefügten Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Vergleich, wie die Zeit mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten
auf Kinofilm und auf einer Videokamera des Stands der Technik aufgenommen
wird.
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2 wie
eine Kinofilmaufnahme mit 24 Rahmen pro Sekunde auf Videoband mit
30 Rahmen pro Sekunde übertragen
wird, was auch als 3-2-Übertragung
bekannt ist.
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3 wie
eine Kinofilmaufnahme mit 30 Rahmen pro Sekunde auf Videoband mit
30 Rahmen pro Sekunde übertragen
wird, was auch als 1-zu-1-Übertragung
bekannt ist.
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4 einen
Blockablaufplan, der die Gesamtelemente und die Schritte der vorliegenden
Endung zeigt, einschließlich
ihrer gegenseitigen Beziehung.
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5 einen
Blockablaufplan einer analogen Signaleingabe-Konditionierungsschaltung.
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6 einen
Blockablaufplan einer Analog-Digital-Wandlerschaltung.
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7 einen
Blockablaufplan einer Timing- und Steuerschaltung.
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8 einen
Blockablaufplan eines Adreßmultiplexers
und einer Speichersteuerschaltung, einschließlich dreier Hochgeschwindigkeits-Halbbildspeicherbänke.
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9 einen
Blockablaufplan einer digitalen Nach-Konditionierungs-Verarbeitungsschaltung.
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10 einen
Ablaufplan einer Digital-Analog-Wandlerschaltung.
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11 Tabellen,
die die Speicherpuffer-Lese- und Schreibzyklen der vorliegenden
Vorrichtungen beschreiben, wenn ein Film simuliert wird, der mit
30 Rahmen pro Sekunde und mit 24 Rahmen pro Sekunde aufgenommen
wurde.
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Die Kamera und das Verfahren der
vorliegenden Erfindung verwenden einen zeilensprunglosen Bildsensor,
um volle Videorahmen mit einer erhöhten Abtastfrequenz aufzunehmen,
um die Belichtungsdauer eines Kinofilmverschlusses zu simulieren.
Danach wandelt die vorliegende Erfindung die zeilensprunglosen Videobilder
von analoge in digitale Daten um. Die vorliegende Erfindung trennt
dann ungeradzahlige und geradzahlige Abtastzeilen der Daten und
schreibt diese Daten in zwei von drei Speicherbänken. Danach liest die vorliegende
Erfindung die Speicherbänke
in einer vorbestimmten Reihenfolge. Digitale Artefakte, die eine
Filmkörnung
simulieren, werden dann mit den Bilddaten kombiniert, Die resultierenden
Daten werden dann in ein Normzeilensprungvideosignal umgewandelt.
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Die folgenden Beschreibung bezieht
sich auf ein NTSC-Fernsehsystem. Wenn diese vorliegende Erfindung
in einem PAL-, SECAM- oder den verschiedenen HDTV-Systemen arbeiten
sollte, die eingesetzt werden oder weltweit in der Entwicklung sind, würden die
Geschwindigkeiten, Frequenzen, Anzahl der Horizontalzeilen, Anzahl
der Pixel pro Zeile, Speicheranforderungen und Rahmengeschwindigkeiten modifiziert
werden, um sie an die geeignete Synchronisation und Arbeitsweise
in dem geeigneten Fernsehsystem anzupassen.
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Diese detaillierte Beschreibung betrifft
die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung in einem Schwarzweiß-NTSC-Videosystem.
In einem Farbsystem arbeitet diese Erfindung an den Videosignal(en)
vor dem Farbcodierungsprozeß.
Folglich wird es einem Fachmann klar sein, daß der größte Teil des beschriebenen
Schaltungskomplexes dreimal dupliziert würde, um die getrennten Rot-,
Grün- und Blauvideosignale
unterzubringen. In einem Farbsystem wären alle Steuer- und Taktsignale
zwischen den Rot-, Grün-
und Blauvideosignalen und Datenwegen in Timing und Phase synchron.
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Das Eingabeformat des Videosignals,
das in die vorliegende Erfindung eintritt, erfordert es, daß es sehr
schnell digitalisiert und gespeichert wird. Das Ausgabeformat der
gespeicherten Videodaten erfordert eine langsamere Umwandlung. Die
ihr innewohnenden Eigenschaften dieser vorliegenden Erfindung erfordern
unterschiedliche Eingabe- und Ausgabedatengeschwindigkeiten.
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Die Hochgeschwindigkeitsanforderungen der
Eingangsstufe der vorliegenden Erfindung machen es eher durchführbar, so
viele Datenveränderungen
an der langsameren Ausgangsstufe der vorliegenden Erfindung auszuführen wie
möglich.
Dies wird klar, wenn das folgende Volumen und die Geschwindigkeiten
der Daten betrachtet werden, die durch die vorliegende Erfindung
gehen.
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In NTSC-Farb- oder Schwarzweißausführungen
tritt das Eingangssignal in die vorliegende Erfindung als ein zeilensprungloser
Videorahmen ein. Ein vollständiger
Schwarzweißvideorahmen
wird in weniger als 16,7 ms digitalisiert und im Speicher gespeichert.
Jeder Rahmen enthält
525 Horizontalabtastzeilen, die jeweils aus 756 Pixeln bestehen.
Insgesamt müssen
395850 Abtastwerte von Daten in jeder Digitalisierungsperiode von
16,7 ms digitalisiert und gespeichert werden. Die Digitalisierungsfrequenz
zur Abtastung des zeilensprunglosen Eingangsvideos wird auf 28,63636
MHz eingestellt. Diese Digitalisierungsfrequenz wird abgeleitet,
indem die Frequenz des NTSC-Farbunterträgers mit acht multipliziert wird.
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Um die NTSC-Norm zu erreichen, muß das ursprüngliche
zeilensprunglose Signal letzten Endes durch die vorlegende Erfindung
als zwei Zeilensprung-Halbbilder ausgegeben werden. Das erste Halbbild
jedes Rahmens besteht aus den ungeradzahligen Horizontalabtastzeilen.
Das zweite Halbbild besteht aus den geradzahligen Horizontalabtastzeilen.
Jedes dieser beiden Halbbilder enthält annährend 197925 Abtastwerte des
ursprünglichen
digitalisierten Rahmens. Jedoch sind von den 525 ursprünglichen
Horizontalzeilen, die den Rahmen ausmachen, annährend 486 Horizontalzeilen
der aktive Bildbereich. Die restlichen Zeilen werden in einem NTSC-System
zu Synchronisa- tionszwecken verwendet.
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Indem nur der aktive Bildbereich
gespeichert wird, werden die Speicheranforderungen der vorliegenden
Erfindung von 262 Horizontalzeilen auf 243 Horizontalzeilen pro
Halbbild reduziert. Jede Zeile eines Halbbildes wird durch eine
digitale Adresse von 8 Bit adressiert.
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Jedes Pixel innerhalb jeder Zeile
wird mit einer digitalen Adresse von 10 Bit adressiert. Jedes Halbbild
der aktiven Bildbereichs kann in einer Speichervorrichtung mit 256K
mal 10 Bit gespeichert werden. Nicht- NTSC- und hochauflösende Ausführungen
der vorliegenden Erfindung werden mehr Speicher pro Halbbild benötigen.
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Die bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist ein Abbildungselement, eine analoge
Konditionierungsschaltung, einen Analog-Digital-Wandler, eine Speicherschaltung,
eine Nachkonditionierungsschaltung, einen Digital-Analog-Wandler
und eine Timing- und Steuerschaltung auf.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt
Videoausgaben, die das Aussehen eines Kinofilms emulieren, wobei
ein Bild aufgenommen und in ein zeilensprungloses analoges Signal
umgewandelt wird, das die Schritte aufweist: Umwandlung des analogen
Signals in eine digitale Darstellung, Trennung der digitalen Darstellung
in ungeradzahlige und geradzahlige Abtastzeilen und Speichern der
getrennten digitalen Darstellung in mehreren Speicherbänken, Wiedergewinnung
der getrennten digitalen Darstellungen aus den mehreren Speicherbänke in einer
vorbestimmten Weise, Hinzufügen
einer Körnung
zu den digitalen Darstellungen und Umwandeln der digitalen Darstellung
in ein analoges Zeilensprungsignal.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf eine bestimmte Eingabe- oder Ausgabenorm beschränkt, die
die Normen NTSC, SECAM, PAL, PAL-M und das sich entwickelnde HDTV
(hochauflösendes
Fernsehen) einschließt,
aber nicht auf sie beschränkt
ist.
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1 zeigt,
wie Bilder durch eine Kinofilmkamera und mit einer herkömmlichen
Videokamera des Stands der Technik während eines Zeitintervalls
von einer Sekunde aufgenommen oder aufgezeichnet werden.
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2 zeigt,
wie eine Filmaufnahme mit 24 Bildern pro Sekunde auf 60 Videohalbbilder
pro Sekunde mit der Methodik des Stands der Technik übertragen
werden, die als 3-2-Umwandlung
gekannt ist. Insbesondere gibt es in der NTSC-Farbfernsehnorm tatsächlich 59,94
Videohalbbilder pro Sekunde, oder 29,97 Videorahmen pro Sekunde,
die zu 60 bzw. 30 aufgerundet werden.
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3 zeigt
einen ähnlichen
Umwandlungsprozeß,
wobei der Film mit der erhöhten
Frequenz von 30 Bildern pro Sekunde aufgenommen wird. Da die 30
Bilder pro Sekunde des Films auf 30 Rahmen Video (60 Halbbilder) übertragen
werden, wird die Übertragung
als eineindeutig bezeichnet, da jedes Filmbild einen vollständigen Videorahmen
ergibt. Auch das ist im Stand der Technik bekannt.
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4 zeigt
eine Übersicht
der Elemente der vorliegenden Erfindung. Die gegenseitige Beziehung dieser
Elemente wird in den folgenden Abschnitten erläutert. Es wird ein herkömmliches
Abbildungselement 401 gezeigt, das 60 Rahmen pro Sekunde
zeilensprungloses Video liefert. Das Signal 501 ist ein zeilensprungloses
1-Volt-Videosignal mit 60 Rahmen pro Sekunde. Das Signal 701 ist
ein Mischaustastsignal aus dem Abbildungselement, um Austastintervalle
zwischen horizontalen und vertikalen Hinläufen anzuzeigen. Das Signal 710 ist
das Abbildungselement-Horizontaltreibersignal. Das Signal 753 ist
das Vertikaltreibersignal. Es wird eine analoge Signalkonditionierungsschaltung 402 gezeigt,
ebenso wie ein Analog-Digital-Wandler 403 („ADC"). Es ist eine Timing-
und Steuerschaltung 404 vorgesehen, ebenso wie ein Speicherschaltung 405.
Es wird eine Nachkonditionierungsschaltung 406 gezeigt,
ebenso wie der Digital-Analog-Wandler 407. Schließlich wird
ein Zeilensprung-Videoausgang 408 gezeigt, der die Videoausgangsverbindung
mit der Normausgabe von 30 Zeilensprung-Videorahmen pro Sekunde
beliefert.
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Der Schritt der Umwandlung eines
analogen Signals in eine digitale Darstellung wird durch die Verwendung
der Konditionierungsschaltung und die Verwendung des ADC erreicht,
wie in Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
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5 zeigt
ein Blockdiagramm der analogen Signalkonditionierungsschaltung (die
in 4 Schaltung 402 entspricht),
die verwendet wird, um das zeilensprunglose Eingangsvideo für die Analog-Digital-Wandlung
vorzubereiten. Die Signalkonditionienrugsfunktionen weisen einen
Gleichspannungswiederherstellungs-/Videopuffer auf, der das analoge Eingangsvideosignal
klemmt, so daß eine
Bildaustastung gleich 0 Wandlereinheiten entspricht.
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Der Signalkonditionierungs-Schaltungskomplex
wird außerdem
das geklemmte Videosignal verstärken,
um den vollständigen
Dynamikbereich des ausgewählten
Analog-Digital-Wandlers
zu nutzen und um den Eigenverlust des Tiefpaßfilters auszugleichen. Die
Verstärkung
hängt von
den spezifischen Anforderungen des ausgewählten Analog-Digital-Wandlers und dem
ausgewählten
Tiefpaßfilter ab.
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Der Signalkonditionierungs-Schaltungskomplex
der vorliegenden Erfindung weist einen 12 MHz-Tiefpaß-Antialiasing-Filter 504 auf,
um zu verhindern, daß Signale über der
Nyquist-Frequenz
von 14,32 MHz als unerwünschte
Artefakte im digitalisierten Signal auftauchen.
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In 5 wird
ein Videosignal 501 aus einer zeilensprunglosen Videoquelle
mit 60 Rahmen pro Sekunde, wie einer Videokamera, in einen Hochohmig-/Niederohmig-Umschalter 502 zur
Impedanzanpassung eingegeben. Die Ausgabe wird zu einem Video verstärker 503 geschickt,
der eine Verstärkung von
2 liefert. Das resultierende Signal wird in den 12-Mhz-Tiefpaßfilter 504 eingegeben,
der das Signal auf weniger als die Nyquist-Frequenz der Hälfte der erforderlichen
Umwandlungsfrequenz begrenzt. Das gefilterte Signal, das aus dem
Tiefpaßfilter 504 ausgegeben
wird, wird in einen anderen Verstärker 505 eingegeben,
der den Verlust ausgleicht, der durch den Tiefpaßfilter verursacht wird. Das
Signal 508 CBLANK ist ein Mischvideoaustastsignal, das
durch die Timing-Steuerschaltung 404 bereitgestellt wird (siehe 7, Ausgang 702).
Das Signal 508 wird in den Verstärker 509 eingegeben,
der das Signal invertiert, um es an den JFET-Schalter 510 anzupassen. Es
wird ein 1,41 V-Gleichspannungsreferenzsignal 511 bereitgestellt.
Das Signal 511 wird durch einen Inverter 512 invertiert.
Das Signal aus dem Inverter 512 wird in einen Treiberverstärker 513 eingegeben und
außerdem
als Signal 515 ausgegeben. Der Verstärker 513 wird verwendet,
um den JFET-Schalter 510 anzusteuern. Der JFET-Schalter 510 verwendet das
Signal 517, um die Verbindung zwischen den Signalen 516 und 518 herzustellen
und zu unterbrechen. Die Ausgabe des Verstärkers 505, nachdem sie auf
den notwendigen Pegel wiederhergestellt worden ist, und das Signal 518 werden
in eine Widerstandnetzwerk-Summierungsschaltung 506 eingegeben,
um die Austastanteil des Videosignals 501 auf die Referenzspannung
zu klemmen. Die Ausgabe der Schaltung 506 wird in den Verstärker 507,
einem 75-Ohm-Treiber mit einer Verstärkung von 2, eingegeben. Der
Treiberverstärker 507 gibt
ein Signal 514, ein konditioniertes Videosignal, für die anschließende Analog-Digital-Wandlung aus.
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6 zeigt
ein Blockdiagramm der Analog-Digital-Wandlerschaltung, die verwendet
wird, um das konditionierte zeilensprunglose Eingangsvideo in ein
digitales Format umzuwandeln. Sie verwendet einen 10-Bit-Hochgeschwindigkeits-Bipolar-Analog-Digital-Wandler 606 (ADC).
Die ausgewählte
Umwandlungsfrequenz für
ein NTSC-System beträgt
28,6363 MHz. Diese Abtastfrequenz wurde so ausgewählt, daß sie das
8-fache der Frequenz der Farbunterträgers beträgt, der in der NTSC-Fernsehnorm
verwendet wird (3,57954 Mhz). Während
es in der Technik bekannt ist, Video mit dem 4-fachen der Frequenz
des Farbunterträgers
zu digitalisieren, verwendet die vorliegende Erfindung einen Multiplikator
von 8, da die vorliegende Erfindung in einer nicht normgerechten
Betriebsart arbeitet, die Video in den ADC-Schaltungskomplex mit
60 vollständigen Rahmen
pro Sekunde eingibt, im Gegensatz zur Norm-NTSC-Frequenz von 30
Rahmen pro Sekunde.
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Die vorliegende Erfindung setzt einen
Analog-Digital- und Digital-Analog-Datenweg mit 10-Bit ein. 10 Bit
ergeben bis zu 1024 Schritte von schwarz zu weiß. Es wäre möglich, die vorliegende Erfindung mit
einem 8-Bit-Datenweg aufzubauen, jedoch würde dies ein Maximum von nur
256 Schritten von schwarz zu weiß ergeben.
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Der ADC-Pixeltakt ist mit dem horizontalen Synchronsignal
verriegelt. Der ADC wird nicht während
des Vertikalsynchronsignals, Horizontalsynchronsignals und Austastintervalls
des zeilensprunglosen Eingangsvideosignals umwandeln. Die Umwandlung
des ADC wird durch die Timing- und Steuerschaltung 404 gesteuert,
die detaillierter in 7 gezeigt
wird.
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Wie in 6 gezeigt,
wird ein konditioniertes Videosignal 601 (das dem Signal 514 in 5 entspricht) in einen 75-Ohm-Abschlußwiderstand
605 eingegeben. Eine Eingabe 603 ist die negative Spannungsreferenz
(die dem Signal 515 in 5 entspricht)
und wird zu einer Präzisionsspannungsreferenzschaltung 607 geschickt,
die Referenzpunkte erzeugt, die als Signalsatz 613 ausgegeben
werden. Das abgeschlossene Signal 609 ist das analoge Eingangssignal
zu einem Analog-Digital- Wandler 606 („ADC"). Ein Signal 602 (das dem
Signal 703 in 7 entspricht)
liefert an den ADC 606 Umwandlungsimpulse. Der ADC 606 nimmt
das analoge Eingangssignal 609 auf und verwendet das Codiersignal 602 und
den Spannungsreferenzsignalsatz 613, um digitale Videodaten 604 und
ein Überlaufsignal 612 zu erzeugen.
Der Überlaufindikator 608 liefert
an den Bediener einen Indikator zur Einstellung des Weißpegels,
indem die Verstärkung
des Verstärkers 505 in 5 eingestellt wird.
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7 zeigt
die Timing- und Steuerschaltung 404, die das Timing der
vorliegenden Endung vom Eingang zum Ausgang steuert. Diese weist
einen Taktgenerator 719 auf. Es werden Timingsteuersignale
aus dem Taktgenerator 719 und Betriebsartauswahl-Eingangsschaltern
abgeleitet, die im folgenden beschrieben werden. Die Timing- und
Steuerschaltung wird im folgenden allgemein beschrieben, mit detaillierter
Bezugnahme auf 7, die
nach der allgemeinen Beschreibung vorgesehen ist.
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Der Taktgenerator 719 und
das Horizontalsynchronsignal des Videosignals sind phasenverriegelt.
Dies stellt sicher, daß Pixel
aus jeder Videoabtastzeile vertikal ausgerichtet sind, wobei ein
Horizontaljitter innerhalb des Videorahmens beseitigt wird. Um eine
geeignete Phasenverriegelung sicherzustellen, wird das Horizontatsynchronsignal
aus dem Taktgenerator 719 abgeleitet.
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Die Timing- und Steuerschaltung 404 kann zwei
vom Benutzer ausgewählte
digitale Eingaben aufweisen. Die Eingaben sind ein „Einzelbild"-Selektorsignal und
ein Selektorsignal für „24/30" Bilder pro Sekunde.
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Die Bedienerauswahl der Einzelbildbetriebsart
bewirkt, daß der
nächste
auftretende Videorahmen im Speicher gehalten wird und angezeigt
wird, bis die „Einzelbild"-Betriebsart geändert wird.
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Der „24/30"-Betriebsartselektorschalter 746 bestimmt
die Reihenfolge, in der der Videoeingangsdatenbus in die drei Halbbildspeicherbänke geschrieben
wird (856, 857 und 858 der 8) und aus diesen Speicherbänken in
den Videoausgangsdatenbus gelesen wird. Die Speicher-Lese- und Schreiboperationen
finden gleichzeitig statt. Daten auf dem Videoeingangsdatenbus werden
in zwei der Speicherbänke
geschrieben, während
sie aus der dritten Speicherbank in den Videoausgangsbus gelesen werden.
Diese drei Hochgeschwindigkeits-Videospeicherbänke werden in 8 gezeigt.
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Die Bedienerauswahl der „30"-Betriebsart veranlaßt die vorliegende
Erfindung, einen Zeilensprung-Videorahmen, der von jeden zweiten
zeilensprunglosen Rahmen abgeleitet wird, aus der CCD-Abbildungsvorrichtung
auszugeben. Die „30"-Betriebsart simuliert
das „Aussehen" der Bewegung, wie
sie auf einer herkömmlichen
Kinofilmkamera aufgenommen wird, die mit 30 Rahmen pro Sekunde arbeitet
(siehe 3).
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Die Timing- und Steuersignale ordnet
die Eingabe und Ausgabe in der „30"-Betriebsart der drei Halbbildspeicherbänke sequentiell
als einen Ringpuffer an. Für
jedes gegebene Bild wird eine der drei Halbbildspeicherbänke verwendet,
um die ungeradzahligen Hortzontalabtastzeilen zu speichern. Eine der
beiden restlichen Halbbildspeicherbänke wird verwendet, um die
geradzahligen Horizontalzeilen zu speichern, die einen vollständigen Videorahmen
ausmachen. Es ist eine Bemühung
unternommen worden, die drei Speicherbänke sequentiell so anzuordnen,
daß die
Anzahl der Lese- und Schreibvorgänge an
jeder der drei Speicherbänke
ausgeglichen ist. Diese Technik verteilt die Verlustleistung unter
den Speicherbänken
am besten.
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Tabelle 1 der 11 stellt das Speichertimingschema für den Betrieb
in der „30"-Betriebsart detailliert dar. Dieses
Timingschema wiederholt sich am 7. Halbbild.
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Obwohl die dritte Speicherbank nur
für die „24"-Betriebsart notwendig
ist, wird sie in der „30"-Betriebsart genutzt,
um die Wärmeausstrahlung des
Speicherschaftungskomplexes gleichmäßig zu verteilen.
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Die Bedienerauswahl der „24"-Betriebsart veranlaßt die vorliegende
Erfindung, die 3-2-Umwandlung
zu simulieren (siehe 2),
die erforderlich ist, um einen Kinofilm, der mit 24 Rahmen pro Sekunde
aufgenommen ist, auf Video zu übertragen. Das
Speicher Lese- und Schreibverfahren, das oben in der „30"-Betriebsart beschrieben
wird, wird in der „24"-Betriebsart genutzt, jedoch ist die
Abfolge der Lese- und Schreibvorgänge verändert.
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In der „24"-Betriebsart wird während der Ausgabe jedes zweiten
Videorahmens eine der Halbbildspeicherbänke zweimal gelesen. Es ist
wichtig, daß die
Reihenfolge der geraden und ungeraden Videohalbbilder erhalten wird,
um einen Vertikaljitter zu verhindern und eine vollständige Vertikalauslösung aufrechtzuerhalten.
Das 24-fps-Speichertimingschema wiederholt sich am 11. Rahmen. Tabelle
2 der 11 stellt das
Speichertimingschema für
den Betrieb in der „24"-Betriebsart detailliert
dar.
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In einem Farbvideosystem wären die
Timingsteuersignale allen drei (rot, grün und blau) Videokanälen gemeinsam.
Dies stelle eine präzise
Synchronisation zwischen den drei parallelen Videokanälen bereit.
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Wie in 7 gezeigt,
wird das Eingangssignal 701, (siehe auch 4) Mischaustastsignal, aus der zeilensprunglosen
Videoquelle durch einen 75-Ohm-Puffer 718 in ein digitales
Signal umgewandelt. Die Ausgabe des Puffers 718 ist das
Videoquellen-Mischaustastsignal
oder CBLNK-Signal 702. Das Eingangssignal 712 ist
das äußere Horizontaltreibersignal.
Das Signal 712 wird durch den 75-Ohm-Puffer 716 in
ein digitales Logikpegelsignal 742 umgewandelt. Ein Eingangssignal 713 ist
ein äußeres Vertikaltreibersignal.
Das Signal 713 wird durch den 75-Ohm-Puffer 717 in
ein digitales Logikpegelsignal 743 umgewandelt. Eine Bedienerschnittstelle 714 steuert
das Einzelbild-Steuerlogiksignal 744.
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Eine Bedienerschnittstelle 715 stellt
dem Bediener durch ein 24/30-Rahmenselektorlogiksignal 746 eine
Wahl zwischen Filmsimulationsbetriebsarten mit 24 und 30 Rahmen
pro Sekunde bereit. Das Gesamtsystem wird durch einen Taktgenerator 719 gesteuert.
Die Frequenz des Taktgenerators ist variabel und wird durch ein
Signal 740 gesteuert. Das Signal 740 wird durch
einen Phasenregelkreis 720 erzeugt. Der Phasenregelkreis 720 erzeugt
eine Steuerspannung als einen Phasenvergleich des Taktsignals 741 und
des Horizontaltreibersignals 742. Der Taktgenerator 719 erzeugt
außerdem
durch eine logische UND-Verknüpfung
des Taktsignals 741 mit dem Videoquellen-Mischaustastsignal 702 und
außerdem durch
eine logische UND-Verknüpfung
mit dem Signal 744 aus der Bedienerschnittstelle 714 ein Schreibtaktsignal 703.
Ein Lesetaktsignal 705 beträgt die Hälfte der internen Taktfrequenz.
Es wird abgeleitet, indem das Signal 742 durch 2 geteilt
wird und das Ergebnis mit dem Mischaustastsignal 708 logisch UND-verknüpft wird.
Eine Hauptsynchronsignalgeneratorschaltung 721 kombiniert das
Horizontaltreibersignal 742, das Signal 743 und
das Taktsignal 741, um ein Zeilensprung-Videohorizontaltreibersignal 748,
ein Systemvertikaltreibersignal 749, ein Zeilensprung-Videomischsynchronsignal 707,
ein Zeilensprung-Videomischaustastsignal 708, ein Vertikalsynchronsignal 751,
einen Halbbildindikator 752 und ein Kamerahorizontaltreibersignal 747 zu
erzeugen. Das Signal des Kamerahorizontaltreibersignals 747 beträgt aufgrund
der Rahmenfrequenz von 60 Rahmen pro Sekunde der Videoquelle das
Doppelte der Frequenz des Treiberhorizontalsignals 748.
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Die Zustandsschaltung 722 vrwendet
das vertikale Synchronsignal 751 und den Halbbildindikator 752.
Die Zustandsschaltung 722 verwendet außerdem das Einzelbild-Steuerlogiksignal 744 und das
24/30-Rahmenselektorsignal 746, um ein Zustandsbussignal 709 zu
erzeugen, um die Speichersequenz beruhend auf den Tabellen zu steuern,
die in 11 gezeigt werden.
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Das Signal 746 steuert,
welche Zustandtabelle verwendet werden soll. Das Signal 752 wird
verwendet, um den Start der Zustandssequenz zu synchronisieren,
wenn sie mit dem Halbbildbit verglichen wird (lese gerade oder ungerade),
das in der Zustandssequenz codiert ist, um sicherzustellen, daß das korrekte
Halbbild gelesen wird. Das Signal 744 stoppt und startet
die Sequenzierung. Das Signal 751 steuert das Timing der
Sequenzierung. Die Zustandsschaltung 722 stellt den Zustandsbus 709 während des
Vertikalaustastintervalls ein. Da diese Zustandauswahl während horizontaler
Intervalle stattfindet, läßt es diese
langsame Frequenz zu, daß zum
Beispiel ein Mikroprozessor für
die Zustandsschaltung verwendet wird.
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Ein Schreibadreßzähler 723 kombiniert
das Schreibtaktsignal 703, das Kamerahorizontaltreibersignal 747 und
das Systemvertikattreibersignal 749, um ein Schreibadresse 704 zu
erzeugen. Die Schreibadresse 704 besteht aus 10 Pixeladreßbits pro
Zeile, einen Bit, um ungerade oder gerade Halbbilder anzugeben,
und 8 Bits, um die Zeilennummer zu adressieren. Folglich ist der
Schreibadreßzähler 723 ein
19-Bit-Zähler.
Jedes Schreibtaktsignal 703 erhöht den unteren 10-Bit-Abschnitt
des Schreibadreßzählers 723.
Jeder Kamerahorizontaltreibersignalimpuls 747 löscht den
unteren 10-Bit-Abschnitt des Schreibadreßzähters 723 und erhöht die oberen 9
Bits des Schreibadreßzählers 723.
Das vertikale Systemtreibersignal 749 löscht beide Schreibadreßzähler 723,
alle 19 Bits.
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Ein Leseadreßzähler 724 kombiniert
den Lesetakt 705, das Zeilensprung-Horizontaltreibersignal 748 und
das Systemvertikaltreibersignal 749, um eine Leseadresse 706 zu
erzeugen. Die Leseadresse 706 besteht aus 10 Pixeiadreßbits pro
Zeile und 8 Bits, um die Zeilennummer zu adressieren. Folglich ist
der Leseadreßzähler 724 ein
18-Bit-Zähler.
Jedes Lesetaktimpulssignal 705 erhöht den unteren 10-Bit-Abschnitt
des Leseadreßzählers 724.
Jeder Zeilensprung-Horizontaltreibersignalimpuls 748 löscht den
unteren 10-Bit-Abschnitt
des Leseadreßzählers 724 und
erhöht
die oberen 8 Bits des Leseadreßzählers 724.
Das vertikale Systemtreibersignal 749 löscht beide Abschnitte des Zählers, alle
18 Bits. Ein 75-Ohm-Treiber 725 verstärkt das Kamerahorizontaltreibersignal 747 und
gibt ein Signal 710 aus. Der Treiber 726 verstärkt das
Mischsynchronsignal 707 und gibt das Signal 711 aus.
Der Treiber 727 verstärkt
das vertikale Treibersignal 749 und gibt das Signal 753 aus.
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8 zeigt
drei Bänke
eines Direktzugriffsspeichers, um die digitalisierten Videodaten
zu speichern. Dieser Speicher ist notwendig, um das zeilensprunglose
ankommende Vdeobild in ein Zeilensprungausgangssignal mit der gewählten effektiven Rahmenfrequenz
umzuwandeln (24fps, 30 fps oder Einzelbild). In 8 weisen die Speicherteilsysteme der
vorliegenden Erfindung den Adreßmultiplexer und
Speichersteuerungsschaltungskomplex auf. Diese Schaltungen weisen
an, welche der drei Hochgeschwindigkeits-Halbbildspeicherbänke die ankommenden Daten aus
dem Analog-Digital-Wandler 403 sichern werden. Dieser Schaltungskomplex
weist an, welche dieser Halbbildspeicherbänke an den Digital-Analog-Wandler 407 ausgegeben
wird. Außerdem
weist der Adreßmultiplexer
und der Speichersteuerungsschaltungskomplex die Lese- und die Schreibspeicheradressen
der geeigneten Speicherbank an.
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Die Hochgeschwindigkeits-Halbbildspeicherbänke der
vorliegenden Erfindung bestehen aus drei identischen Speicherbänken, die
jeweils verwendet werden, um ein Halbbild von Videodaten speichern.
Beruhend auf den Geschwindigkeitsanforderung für die vorliegende Erfindung,
muß der
Speicherschreibzyklus kleiner als 35 ns sein. Die minimalen Größenanforderungen
für ein
10-Bit-NTSC-System betragen 256 K × 10 Bits pro Halbbildspeicherbank.
Es werden insgesamt drei Halbbildspeicherbänke in einer Schwarzweißkamera
verwendet. Eine Farbausführung
der vorliegenden Erfindung setzt neun Halbbildspeicherbänke ein.
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In 8 enthält der Bus 804 die
Zustandsbusdaten (der dem Bus 709 in 7 entspricht). Das Eingangssignal 805 ist
ein Schreibtakt/Codierung (das dem Bus 703 in 7 entspricht). Der Bus 804 und
das Eingangssignal 805 werden durch die Speichersteuerung 810 verwendet,
um Signale an der Speichersteuerung zu erzeugen. Steuerbusse 850, 851, 852 legen
fest, ob eine Speicherbank zum Lesen freigegeben ist, zum Schreiben
freigegeben ist oder gesperrt ist, und liefern den Frequenztakt.
Es werden Adreßbusselektoren 811, 814 und 817,
jeweils einer für
jede Speicherbank, verwendet, um entweder einen Schreibadreßbus 802 oder
einen Leseadreßbus 803 auszuwählen und
Adressen für Adreßbusse 853, 854 und 855 zu
erzeugen, wiederum jeweils eine für jede Speicherbank. Speicherbänke 812, 815 und 818 stellen
einen 10-Bit-Hochgeschwindigkeitsdigitalspeicher bereit und verwenden die
Steuerbusse 850, 851 und 852 und die
Adreßbusse 853, 854 und 855,
um digitalisierte Videodaten über
bidirektionale Videodatenbusse 856, 857 und 858 zu
speichern und wiederzugewinnen. Beim Speicherschreiben verwenden
die Datenbusselektoren 813, 816 und 819 die
Information aus den Steuerbussen 850, 851 und 852,
um Daten zu einem Speicher vom Videodatenbus 801 (der dem
Bus 604 in 6 entspricht) über die
bidirektionalen Videodatenbusse 856, 857 und 858 zu
den Speicherbänken 812, 815 und 818 zu
bewegen. Beim Speicherlesen verwenden die Datenbusselektoren 813, 816 und 819 die
Information von den Steuerbussen 850, 851 und
852, um Daten von den Speicherbänken 812, 815 und 818 über die
bidirektionalen Videodatenbusse 856, 857 und 858 zum
Ausgabebus für
digitale Videodaten 806 zu bewegen. Andernfalls stellen
die Datenbusselektoren 813, 816 und 819 keine
Operation für
den Speicher bereit.
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Diese herausragenden Merkmale der
Speichersteuerung 810 stellen sicher, daß nur eine
Bank gelesen wird und nicht mehr als eine Bank zu irgendeiner gegeben
Zeit gelesen wird (siehe 11, Tabellen
1 und 2), ungenutzte Speicherbänke
gesperrt werden und bewirkt wird, daß digitale Videodaten in den
Speicher geschrieben werden.
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Der Schritt der Trennung der digitalen
Darstellung des Videobildes in ungeradzahlige und geradzahlige Abtastzeilen
und der Speicherung der getrennten digitalen Darstellungen in mehreren Speicherbänken wird
durch die Verwendung der Timing- und Steuerschaltung 404 und
der Speicherschaltung 405 erreicht, wie in Bezug auf die 7 und 8, beschrieben, während der Schritt der Wiedergewinnung
der getrennten digitalen Darstellungen aus den mehreren Speicherbänken in
einer vorbestimmten Weise durch dieselben Schaltungen erreicht wird
und in Bezug auf dieselben 7 und 8 beschrieben wird. 11 beschreibt die Weise,
in der Lese- und Schreibzyklen zur Simulation einer Filmaufnahme
mit 30 Rahmen pro Sekunde (fps) und 24 Rahmen pro Sekunde stattfinden.
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9 zeigt
ein Blockdiagramm der Nachkonditionierungsschaltung 406 der
vorliegenden Erfindung für
die Zugabe einer simulierten Filmkörnung und anderer Effekte.
Der Hauptzweck dieses Datenports ist es, digital eine simulierte
Filmkörnung
in den Videodatenstrom einzubringen.
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In 9 werden
ein Eingangszustandsbus 904 (der dem Bus 709 in 7 entspricht) und ein Mischaustastsignal 903 (das
dem Signal 708 in 7 entspricht)
durch einen Zufallszahlengenerator 910 verwendet, um die
Erzeugung und Anordnung einer zufälligen Startadresse für jeden
Rahmen auf einem Voreinstelladreßbus 950 zu synchronisieren. Die
Zufallszahl kann zum Beispiel durch einen Mikroprozessor erzeugt
werden. Die Anzahl wird zwischen Rahmen so erzeugt, wie es durch
den Zustandsbus 904 bestimmt wird, und wird durch das Mischaustastsignal 903 synchronisiert.
Der Voreinstellzähler 911 verwendet
ein Lesetaktsignal 902 (das dem Signal 705 in 7 entspricht), das Mischaustastsignal 903 und
den Voreinstelladreßbus 950,
um eine Adresse auf dem EPROM-Adreßbus 951 zu erzeugen
und setzen. Die Adresse wird erzeugt, indem zuerst die Adresse auf
den Wert auf dem Voreinstelladreßbus 950 beim Mischaustastsignal 903 eingestellt
wird, und dann die Adressen durch den Lesetakt 902 für jedes
Ausgabepixel im Rahmen erhöht
werden. Ein EPROM 912 ist mit Daten vorprogrammiert, die
ein sehr großes
Feld zweidimensionaler Artefakte darstellen, die eine Filmkörnung simulieren.
Das sehr große
Feld ist mehr als dreimal größer als
ein Pixelzählwert
eines Zeilensprung-Videorahmens. Um eine ausreichende Größe und Geschwindigkeit
zu erhalten, können
mehrere EPROMs parallel verwendet werden. Die zu lesende Adresse
wird aus dem Adreßbus 951 entnommen.
Die Daten an der Adresse, die durch den Adreßbus 951 angegeben
wird, werden auf dem Satz paralleler Datenbusse 952 ausgegeben.
Die Daten auf den parallelen Datenbussen 952 werden zu
4-Bit-Daten auf einem Digitalkörnungsbus 953 reduziert,
wobei die niedrigeren Adreßbits
auf dem EPROM-Adreßbus 951 verwendet
werden. Die Intensität
der Körnung
wird durch einen Körnungsintensitätsselektor 905 angegeben
und auf dem Bus 954 ausgegeben.
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Eine digitale Addiererschaltung 914 addiert
0 bis 4 Bits, die durch den Bus 954 bestimmt werden, der
digitalen Körnungsdaten
aus dem Bus 953 zu den digitalen Videodaten auf einem Bus 901 (der dem
Bus 806 in 8 entspricht)
und gibt das Ergebnis auf dem Ausgabebus 906 für digitale
Videodaten aus. Die Intensität
der Körnung
wird durch die Anzahl der Bits der digitalen Körnungsdaten aus dem Bus 953 bestimmt,
die addiert werden. Zum Beispiel wählt der Bediener die Körnungsintensität mit einem
Mehrpositionsdrehschalter des Selektors 905 aus.
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Der Schritt, zu den digitalen Darstellungen eine
Körnung
hinzuzufügen,
wird durch die Verwendung einer Nachkonditionierungsschaltung 406 erreicht,
wie in Bezug auf 9 beschrieben.
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10 zeigt
den Digital-Analog-Videowandler 407 (DAC) der vorliegenden
Erfindung, der den nachkonditionierten Videodatenstrom von 9 in ein herkömmliches,
monochromatisches analoges Mischvideosignal umwandelt.
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In einen Schwarz-/Weißsystem
stellt die Ausgabe des DAC das Leuchtdichtesignal dar. In ein Farbsystem
stellt die Ausgabe der DACs die einzelnen roten, grünen und
blauen Videosignale vor dem Farbcodierungsprozeß dar.
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In 10 erzeugt
eine Spannungsreferenz 1005 ein Signal 1048, das
als eine Referenz für
den spezifischen Digital-Analog-Wandler verwendet werden soll, der
verwendet wird. Eine Bereichsendwert-Einstellung 1006 gibt
ein Signal 1049 aus, das verwendet wird, um den Weißpegel einer
analogen Videoausgabe 1007 einzustellen. Ein Digital-Analog-Wandler 1010 wandelt
die digitalen Videodaten auf einem Bus 1001 (der dem Bus 906 in 9 entspricht) in ein analoges
Videosignal 1050 um. Der Digital-Analog-Wandler 1010 wandelt
die Daten auf dem Bus 1001 um, wenn dies durch einen Lesetakt 1002 signalisiert
wird (der dem Signal 705 in 7 entspricht).
Ein Spannungsreferenzsignal 1048 und ein Bereichsendwert-Einstellungssignal 1049 werden verwendet,
um den Bereichsendwert der analogen Ausgabe 1050 des Digital-Analog-Wandlers 1010 festzulegen.
Der Digital-Analog-Wandler 1010 fügt ein Austastpegel
ein, wenn dies durch ein Mischaustastsignal 1003 signalisiert
wird (das dem Signal 708 in 7 entspricht)
und fügt
einen Videosynchronisationsimpuls ein, wenn dies durch ein Mischsynchronsignal 1004 signalisiert
wird (das dem Signal 707 in 7 entspricht).
Das Analogsignal 1050 wird durch einen Tiefpaßfilter 1011 bandgegrenzt
und als analoges Videosignal 1051 ausgegeben. Das analoge
Videosignal 1051 wird durch einen 75-Ohm-Treiber 1012 verstärkt und
als eine herkömmliche
analoge Zeilensprung-Videoausgabe 1007 ausgegeben.
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Der Schritt der Umwandlung der digitalen Darstellung
in ein analoges Zeilensprungsignal wird durch die Verwendung des
Digital-Analog-Wandlers 407 erreicht, wie in Bezug auf 10 beschrieben.