DE69802255T2 - Verfahren und Gerät zur Einführung von Referenzstörungen in Videosignalen - Google Patents

Description

• Die Erfindung befaßt sich mit Verarbeitungssystemen für digitale Videosignale und betrifft speziell ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einführen von Referenz- Störungen in eine Folge von digitalen Bildern zur Verwendung in subjektiven Tests an digitalen Videosignalen. Diese Folge bildet aufeinanderfolgende Rahmen.
• Auf dem Gebiet der digitalen Videosignalübertragung werden ständig Untersuchungen zum Auffinden von Kodier- (oder Kompressions-)Algorithmen durchgeführt, die die zu übertragende Informationsmenge soweit als möglich zu reduzieren erlauben, während gleichzeitig eine gute Qualität des kodierten Signals sichergestellt wird. Die Signalqualität wird allgemein durch subjektive Tests erfaßt, bei denen die Folge von verarbeiteten Bildern mit einer Referenzfolge verglichen wird. Im Fall einer angemessen hohen Qualität (nur beispielhaft, für den Fall des Kodierens mit einer Bitrate in der komprimierten Sequenz in der Größenordnung von einigen Mbit/s) wird die Referenz-Folge durch die ursprüngliche unverarbeitete Folge ersetzt. Im Fall von Kompressionsalgorithmen mit sehr niedrigen Bitraten (stets beispielhaft, Bitraten in der Größenordnung von einigen kbit/s), die eine größere Qualitätsreduktion in Bezug auf die ursprüngliche Folge bewirken, wird bevorzugt, als Referenzbilder Testbildrahmen zu verwenden, die einer Verzerrung unterworfen worden sind, anstelle der Rahmen der ursprünglichen Folge, so daß die Qualität der Referenz-Folge sich nicht extrem von der der auszuwertenden Folge unterscheidet.
• Um die Wiederholbarkeit subjektiver Tests in der Zeit und in verschiedenen Meßzentren sicherzustellen, schreibt die Norm ITU T, Entwurfsempfehlung P930 "Principles of a Reference Impairment System for Video" eine Gruppe von Verzerrungen vor, die - individuell oder gemeinsam - in eine Folge von Testbildern zum Erzeugen einer Referenzfolge einzuführen sind. Die obige Empfehlung katalogisiert die Haupttypen der Verzerrung, die an einem Videosignal beobachtet werden, das der digitalen Verarbeitung unterworfen wird, und liefert eine kurze Beschreibung des Ursprungs dieser Verzerrungen.
• Mehr im einzelnen, sind die Verzerrungen, die in der Empfehlung berücksichtigt werden, die folgenden:
• - "Blockiness" (oder Blockverzerrung): sie wird verursacht durch eine grobe Quantisierung der räumlichen Frequenzkomponenten während des Kodiervorgangs und ist allgemein besser sichtbar in den weichsten Bildbereichen, die in der Nähe sich bewegender Kanten befindlich sind;
• - "Unschärfe": dies ist die Verminderung der Schärfe von Kanten und in räumlichen Einzelheiten, die verursacht wird durch die Notwendigkeit, bei Kompressionsalgorithmen einen Kompromiß zwischen der Zahl der verwendbaren Bits einerseits und der durch den Kode und die Bewegungsdarstellung gegebenen Auflösung andererseits zu finden;
• - Kantenverzerrung (Echos oder Pixel-Replicas mit sich zeitlich verändernden Positionen und Stärken): dies ist eine Verzerrung, die auf Objektkanten konzentriert ist, und sie wird verursacht durch die Anwendung relativ grober Quantisierungspegel beim Kodieren eines Blocks, der sowohl Kanten, die eher weiche Bereiche begrenzen, als auch Pixel mit einem völlig unterschiedlichen mittleren Luminanzpegel enthält;
• - Rauschen um sich bewegende Kanten (bekannt als Moskitorauschen): es handelt sich um ein Rauschen, das dem vorher Beschriebenen im wesentlichen gleicht und gekennzeichnet ist durch hinzugefügte sich bewegende Artifakte oder durch "Blotchy"-Muster, die den Kanten überlagert sind;
• - "Pfeifer und Satz"-Effekt oder Quantisierungsrauschen: dies ist ein typisches Rauschen der digitalen Umwandlungsprozesse und seine Erscheinung gleicht dem bekannten "Schnei-Effekt" des analogen Fernsehens, wenngleich es über das Bild in nicht-gleichförmiger Weise verteilt ist;
• - "Ruckbewegung": wie der Name sagt, besteht es aus der Wahrnehmung einer ursprünglich sanften Bewegung als einer Serie von Momentaufnahmen.
• Ein Anhang an die Empfehlung offenbart auch die Art und Weise des Simulierens der obigen Verzerrungen hinsichtlich Luminanz und enthält einen Vorschlag zum Implementieren eines Systems zu ihrer Erzeugung. Dieses bekannte System arbeitet folgendermaßen:
• - Blockverzerrung: sie wird erhalten durch Identifizieren der Testbildkanten zum Erkennen von Bereichen, in denen diese Verzerrung allgemeiner sichtbar ist; in diesen Bereichen wird eine Anzahl von Blöcken mit N·N Pixeln, in denen die Verzerrung eingeführt werden muß, über eine Analyse der Versatzcharakteristiken in Bezug zum vorhergehenden Rahmen gewählt; zum tatsächlichen Einführen der Verzerrung wird dann der Pixelluminanzwert in jedem ausgewählten Block durch einen neuen Wert ersetzt, den man durch Addieren eines willkürlichen Werts, welcher im Bereich zwischen -2 und +2 liegt, zum Mittelwert zwischen der ursprünglichen Pixelluminanz und der ursprünglichen Blockluminanz erhält; jeder Block enthält diese Verzerrung für eine feste Anzahl von Rahmen (beispielsweise 15), um diesen Effekt leichter wahrnehmbar zu machen;
• - "Unschärfe": dies wird dadurch implementiert, daß man Rahmen um Rahmen eine eindimensionale digitale Tiefpaßfilterung an jeder Rahmenzeile anwendet und die gefilterten Abtastwerte mit einem Normalisierungskoeffizienten multipliziert, um die korrekten Amplitudendynamiken wieder herzustellen;
• Kantenverzerrung (oder Kantengeschäftigkeit): diese wird durch eine bidimensionale Filterung mit Filtern, die Wellen in der Paßbandamplitudenantwort aufweisen, implementiert: die Wellenamplitude bestimmt die Amplitude oder Intensität der Echos, die zum Simulieren der Verzerrung hinzuaddiert werden, die Wellenfrequenz bestimmt den Echoversatz in Bezug zum Bild, und die Phase bestimmt die Echopolarität;
• - Quantisierungsrauschen: es wird simuliert durch willkürlich-zufälliges Wählen einer vorgegebenen Zahl von Pixeln und durch Ersetzen des Luminanzwerts durch einen willkürlich-zufälligen Wert innerhalb eines Bereichs zulässiger Werte;
• - Moskitorauschen: es wird simuliert durch Hinzuaddieren eines willkürlichen Werts, der innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gewählt wird, zum Luminanzwert für jedes Pixel, das als zu Kanten gehörig und eine zugeordnete Bewegung habend klassifiziert wird;
• - Ruckbewegung: sie wird simuliert durch Wiederholen eines selben Rahmens für eine bestimmte Anzahl von Malen.
• Die durchgeführten Tests haben ergeben, daß das im Anhang zur Empfehlung vorgeschlagene System nicht voll zufriedenstellend ist - d. h. es ermöglicht keine leichte Verzerrungserkennung -, zumindest was die Kantenverzerrungen und die Blockverzerrungen angeht.
• Demgegenüber werden gemäß der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, durch die die genannten Verzerrungen so erzeugt werden, daß ihre Wahrnehmung während der Tests erleichtert ist.
• Die Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgenden Ansprüchen I bis 12 angegeben, soweit das Verfahren betroffen ist, und in den Ansprüchen 13 bis 15, soweit die Vorrichtung betroffen ist.
• Zum besseren Verständnis wird auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen zeigen:
• - Fig. 1 einen Gesamt-Blockschaltplan eines Systems zum Durchführen subjektiver Tests an Videobildern, umfassend ein Referenzbild-Erzeugungssystem, das gemäß der Erfindung arbeitet;
• - Fig. 2, die in zwei mit 2A und 2B bezeichnete Teile geteilt ist, ein Ablaufdiagramm der Vorgänge, die sich auf die Einführung der Blockiness Verzerrung beziehen;
• - Fig. 3, die in zwei mit 3A und 3B bezeichnete Teile geteilt ist, ein Ablaufdiagramm der Vorgänge, die sich auf die Einführung der Kantenbelegungsverzerrung beziehen.
• Gemäß Fig. 1 umfaßt ein System zum Durchführen subjektiver Tests an digitalen Bildverarbeitungsvorrichtungen eine Quelle 1, die eine Folge von Rahmen von Testbildern erzeugt, welche in einem Analog-Digital-Umsetzer 2 digital konvertiert werden und dann sowohl einer Testvorrichtung 3, beispielsweise einem digitalen Kodierer/Dekoder, als auch einem Referenz-Testbild-Erzeugungssystem 4 eingegeben werden. Das letztere System ist dazu ausgebildet, in ein Bild bestimmte Verzerrungen einzuführen, die allgemein unter denen ausgewählt sind, die durch die Verarbeitung eingeführt werden. Die Ausgänge der Blöcke 3, 4 werden einem Digital/Anlog-Umsetzer 5 eingegeben, der die rekonstruierten Folgen an einen Monitor 6 zum Vergleich durch einen Betrachter liefert. Die Umsetzer 2 und 5 können auch direkt miteinander verbunden sein, so daß die von der Quelle 1 abgegebene Folge als eine Referenz verwendet werden kann: dies ist dann möglich, wenn die Verarbeitungsvorrichtung 3 ein verarbeitetes Bild liefert, dessen Qualität relativ hoch ist und mit der ursprünglichen Bildqualität vergleichbar ist. Sollte das System nicht in der Lage sein, in Echtzeit zu arbeiten, so können die von den Blocks 3, 4 gelieferten Bilder mit Hilfe eines Aufzeichnungsgeräts aufgenommen werden und später zur Lieferung an den Monitor in analoge Form zurück-umgesetzt werden.
• Prinzipiell kann das Referenztestbild-Erzeugungssystem 4 schematisch durch eine geeignet programmierte Verarbeitungseinheit 7 wiedergegeben werden (beispielsweise durch einen üblichen digitalen Signalprozessor), der einerseits ein erster Speicher 8 zugeordnet ist, in dem ein oder mehrere Rahmen der zu verarbeitenden Testfolge vorübergehend gespeichert werden und aus dem die verarbeiteten Rahmen heruntergeladen werden, und andererseits ein zweiter Speicher 9 zugeordnet ist, der die erforderliche Information (beispielsweise Digitalfilter-Koeffizientendateien, Echodateien, Operationsparameter usw) speichert, damit die Verarbeitungseinheit 7 die erforderliche Verarbeitung durchführen kann, um die verschiedenen Verzerrungen einzuführen. Eine mit der Verarbeitungseinheit 7 verbundene Eingabebasis 10 ermöglicht es dem Betreiber, einen gewünschten Betriebsmodus zu wählen (beispielsweise die individuelle Einführung von einer oder mehreren Verzerrungen oder die sequentielle Anwendung, in vorgegebener Reihenfolge, von allen zugelassenen Verzerrungen), die Betriebsparameter für die einzelnen Verzerrungen einzustellen und mit den eingeführten Verzerrungen und mit den für die verschiedenen Parameter gewählten Werten Schritt zu halten usw.
• Diese Art von System kann nicht nur dazu verwendet werden, Standardtest-Ausführungsbedingungen und Standardverzerrungsbedingungen zu erzeugen und so vergleichende Tests zu ermöglichen, die zu verschiedenen Zeiten und in verschiedenen Laboratorien durchgeführt werden, sondern auch dazu, in gewissem Umfang die Testergebnisse hinsichtlich des Grads der eingeführten Verzerrung zu quantifizieren: tatsächlich kann der Betreiber aufeinanderfolgend bei einer Standardfolge von Testbildern verschiedene Verzerrungen einführen, indem er die Parameter für jedes von ihnen modifiziert (dies entspricht der Modifikation der Höhe der eingeführten Verzerrung), bis ein Referenzbild erhalten wird, dessen Qualität nach Ansicht des Betrachters der Qualität des von der Vorrichtung 3 erzeugten Bilds entspricht, und kann Informationen aufzeichnen, die sich auf die Testdurchführung beziehen.
• Zur besseren Klarheit sei im folgenden angenommen, daß die durch das System 4 eingeführten Verzerrungen tatsächlich diejenigen Verzerrungen sind, die in der ITU- T-Empfehlung P930 beschrieben sind. In diesem Fall gleichen die Operationen, die sich auf das Aufbringen von Unschärfe-, Quantisierungsrauschen- und Moskitorauschen Verzerrungen beziehen, im wesentlichen den im Anhang zur Empfehlung beschriebenen und oben kurz angegebenen Operationen. Die Erzeugung der Block- und der Kantenverzerrungen, obwohl sie die in der Empfehlung angegebenen Prinzipien erfüllen, wird stattdessen in einer Weise durchgeführt, die Gegenstand der Erfindung ist. Die Erfindung verbessert auch die Erzeugung von ruckartigen Bewegungen.
• Die Erzeugung der Blockverzerrung erfordert die folgenden Operationen:
• - Es werden Bereiche definiert, in denen es wahrscheinlich ist, daß Verzerrungen in der Testfolge aufgrund der Verarbeitung in der getesteten Vorrichtung 3 auftreten;
• - durch eine Analyse der Bewegungscharakteristiken wird eine bestimmte Anzahl von Pixelblöcken, an denen die Verzerrung aufgebracht werden soll, innerhalb dieser Bereiche gewählt;
• - die Verzerrung wird tatsächlich aufgebracht durch Ersetzen des Pixelluminanzwerts für jeden gewählten Block durch einen vom Algorithmus berechneten Wert.
• Für jeden gewählten Block wird die Verzerrung auf den gegenwärtigen Rahmen und auf eine Anzahl von folgenden Rahmen aufgebracht, wodurch ein Andauer-Effekt erzeugt wird. Bei einer bevorzugten Durchführung der Erfindung ist die Andauerungsperiode relativ begrenzt, beispielsweise auf weniger als zehn Rahmen und noch bevorzugter zwischen eins und fünf Rahmen.
• Speziell sind bei jedem Rahmen die Vorgänge die folgenden:
• Die erste Operation besteht aus einem Teilen des Rahmens in Blöcke von N·N Pixel, wobei N ein. Parameter ist, der vom Betreiber durch die Eingabebasis 10 eingegeben wird. Dann werden vor dem Fortschreiten mit dem Verfahren alle Blöcke, auf die in vorhergehenden Rahmen eine Verzerrung aufgebracht wurde und für die die Andauerungszeit noch nicht abgelaufen ist, entfernt, da diese Blöcke nicht weiter verzerrt werden dürfen, auf daß nicht der Andauerungseffekt zum Verschwinden gebracht wird.
• Sodann werden die Bereiche identifiziert, in denen die Verzerrung eingeführt werden muß. Wie oben dargelegt, erscheint diese Art von Verzerrung allgemein in eher ausgeglichenen Flächen, die nahe an Kanten liegen und durch eine Bewegung beeinflußt werden, und ein erster Schritt besteht deshalb darin, die Kanten zu identifizieren. Dieser Vorgang enthält seinerseits zwei aufeinanderfolgende Schritte. Der erste Schritt besteht darin, die Kantenposition dadurch zu erfassen, daß man die sogenannten horizontalen und vertikalen Sobel-Filter auf das gesamte Bild anwendet und dann eine Mittelwertbildung der Ergebnisse durchführt. Sobel-Filter sind Algorithmen, die die Luminanzableitung entlang der horizontalen und der vertikalen Richtung annähern und hierdurch die Erkennung von Bereichen wie Bildkanten ermöglichen, an denen die Luminanz eine plötzliche Änderung in Bezug zu benachbarten Bereichen hat. Diese Algorithmen sind dem Fachmann bekannt. Weitere Einzelheiten sind zu finden in den Buch "Digital image processing" von R. C. Gonzalez and R.E. Woods, Addison-Wesley Ed., Seiten 197 bis 200 und 418 bis 420. Das Ergebnis dieser Verarbeitung wird dann in einem zweiten Schritt mit einer Eingangsschwelle verglichen: Pixel, für die das Verarbeitungsergebnis einen Wert ergeben hat, der größer als diese Schwelle ist, werden als zu Kanten gehörend klassifiziert. Als Ergebnis des Kantenfeststellungsalgorithmus wird ein Rahmen erzeugt, in dem der Luminanzwert erzwungenermaßen auf einen bestimmten vorgegebenen Wert für als Kantenpixel klassifizierte Pixel gesetzt wird und für die anderen Pixel auf null gesetzt wird.
• Das Vorgehen ist das selbe wie das für die Kantenfeststellung verwendete, wenn Quantisierungsrauschenverzerrung angewandt wird, selbst wenn die Schwelle und der vorgegebene Luminanzwert unterschiedlich sein können.
• Nachdem die Kanten identifiziert worden sind, muß die Bewegung erkannt werden, wobei jedoch unterschieden werden muß zwischen einer Bewegung des Gegenstands und einer Bewegung der Kamera; die Verzerrung wird nur auf Blöcke angewandt, die durch eine tatsächliche Gegenstandsbewegung beeinflußt werden. Die Zahl der Blöcke, auf die die Verzerrung in einem Rahmen anzuwenden ist, und die Zahl der Rahmen, in denen die Verzerrung auf die verschiedenen Blöcke anzuwenden ist, sind weitere Algorithmusparameter, die von der Bedienungsperson eingestellt werden. Vor der tatsächlichen Bewegungsidentifizierung wird eine erste Blockauswahl durchgeführt, um diejenigen zu entfernen, die unmittelbar der Bildkante zugehören, und nur solche Blöcke in Betracht zu ziehen, die an Kanten angrenzen oder in einer Entfernung von ihnen liegen. Für diesen Zweck wird die Zahl Nb der Pixel, die als Kantenpixel klassifiziert werden, für jeden Block berechnet und diese Zahl wird mit drei Schwellenwerten k1, k2 und k3 verglichen (mit k1 > k2 > k3), die ebenfalls drei vom Betreiber einstellbare Parameter sind. Die Schwellen grenzen einen oberen Wertebereich (k2 - k1) und einen unteren Wertebereich (0 - k3) ab. Die betroffenen Blöcke sind solche, für die Nb die Bedingung k2 < Nb &le; k1 erfüllt, und solche, für die Nb die Bedingung 0 &le; Nb &le; k3 erfüllt, also Blöcke, die eine Anzahl von Kantenpixeln aufweisen, die in den oberen Bereich fallen, und solche, die eine Anzahl von Kantenpixeln aufweisen, die in den unteren Bereich fallen. Es ist unmittelbar ersichtlich, daß der Vergleich mit dem oberen Wertebereich eine Identifizierung der Blöcke erlaubt, die nahe den Kanten liegen, und der Vergleich mit der unteren Schwelle die Identifizierung der Blöcke erlaubt, die von den Kanten relativ weit entfernt sind. Geeignete Werte für die Schwellen können im Fall eines 8·8-Pixelblocks folgende Werte sein: 40 bis 64 für k1, 4 bis 20 für k2 und 0 bis 3 für k3.
• Zum Identifizieren der Bewegung der verbleibenden Blöcke wird die Änderung in der sogenannten temporalen Information in Bezug auf den gleichbezeichneten Block im vorhergehenden Rahmen berechnet. Die temporale Information wird bekanntlich wiedergegeben durch die Differenz zwischen der Luminanz von gleichnamigen Pixeln in aufeinanderfolgenden Rahmen und ist ein Indikator, der die Bewegung angibt. Die Berechnung wird auch mit Bezug auf eine bestimmte Zahl von weiteren Blöcken wiederholt, die erhalten werden, indem man den gleichbezeichneten Block im vorhergehenden Rahmen innerhalb einer bestimmten Nachbarschaft um Schritte mit einer gewünschten Zahl von Pixeln verschiebt. Dies erlaubt die Ermittlung der Bildbewegung und der Bewegungsrichtung. Für jeden Block im gegenwärtigen Rahmen wird unter den berechneten Werten der temporale Mininum-Informationswert gewählt, das ist derjenige, der die beste Bewegungsauswertung ergibt, und werden Blöcke entfernt, deren absoluter temporaler Informationswert niedriger ist als eine weitere Schwelle. Dies ist die Bedingung, die das Erkennen von Bewegungen ermöglicht, die durch einen Kameraversatz gegeben sind, und deren Vernachlässigung: diese Bewegungen sind im allgemeinen langsame Querbewegungen, die deshalb durch begrenzte Veränderungen charakterisiert sind. Auch die Größe des Nachbarschaftsbereichs, die Schrittamplitude und die Schwelle der temporalen Information sind Parameter, die vom Betreiber eingestellt werden können.
• Nachdem hierdurch die Blöcke festgestellt worden sind, die durch die tatsächliche Bewegung beeinflußt sind, werden diese nach abnehmender temporaler Information geordnet. Ist ein Wert m für die Zahl der zu verzerrenden Blöcke festgesetzt worden, so erlaubt deren Ordnen nach abnehmender temporaler Information das Aufbringen der Verzerrung auf diejenigen Blöcke, die eine höhere temperale Information haben, also derjenigen mit größerem Versatz, sofern es nicht möglich ist, die Verzerrung auf alle Blöcke aufzubringen. Tatsächlich kann in einem gegebenen Rahmen eine bestimmte Zahl n0 von Blöcken verzerrt werden, wobei n0 die Differenz zwischen der Zahl m der Blöcke, für die die Verzerrung gefordert wird, und der Zahl mp der bereits verzerrten Blöcke ist, zum Erzeugen des Verweileffekts in Bezug auf die vorhergehenden Rahmen: übersteigt also die Zahl der über die Analyse der temporalen Information ermittelten Blöcke nicht n0, so wird die Verzerrung auf alle Blöcke aufgebracht, und im andern Fall wird sie nur auf die ersten n0 Blöcke aufgebracht.
• Für die tatsächliche Verzerrungsaufbringung wird schließlich für jeden zu verzerrenden Block die mittlere Luminanz innerhalb des Blocks berechnet, und wird die Luminanz für jedes Pixel durch ein gewichtetes Mittel zwischen der mittleren Luminanz und der tatsächlichen Luminanz des untersuchten Pixels ersetzt. Das gewichtete Mittel wird dadurch erhalten, daß man auf die beiden Werte jeweilige Gewichtungen aufbringt, die Algorithmusparameter sind, welche durch den Betreiber eingestellt werden. Vorteilhafterweise sind die Gewichtungen, die der Pixelluininanz und der mittleren Blockluminanz zuzuordnen sind, zueinander das 1-Komplement, und somit genügt es, die Werte für einen einzigen Gewichtungskoeffizienten zu speichern. Geeignete Werte für einen Gewichtungskoeffizienten liegen im Bereich zwischen 0,2 und 0,6. Der durch den gewichteten Mittelwert erhaltene Wert wird dann noch modifiziert durch Hinzufügen eines willkürlichen Ausdrucks mit dem Mittelwert 0 und mit einem Maximumwert, der ein weiterer vom Betreiber eingestellter Algorithmusparameter ist.
• Die Fig. 2A, 2B zeigen schematisch den beschriebenen Algorithmus. In diesen Figuren sind i und j die Indizes der untersuchten Blöcke. Unter Berücksichtung der oberen Darlegungen ist das Diagramm aus sich selbst heraus verständlich.
• Was die Kantenbelegungsverzerrung angeht, werden bei der Initialisierung des Tests eine Gruppe von Echos, die zum Bild hinzuaddiert werden können, für jedes Bild gespeichert. Jedes Echo wird durch seine Koordinaten identifiziert, also durch den vertikalen und den horizontalen Abstand (ausgedrückt durch die Zahl von Pixeln) vom Bildrand, durch eine Stärkeangabe (Verstärkung oder Dämpfung) und durch eine Verweildauer Der Betreiber kann in der Initialisierungsphase die Zahl der anzuwendenden Echos festlegen. Im Fall, daß mehrfache Echos angewandt werden, werden ihre Verweilperioden festgelegt, um zu vermeiden, daß sich mehr als ein Echo in einem gegebenen Rahmen gleichzeitig ändern. Bei einer bevorzugten Ausführung wird ein Echo mit gegebenen Koordinaten, das willkürlich innerhalb der vorgewählten Gruppe ausgewählt wird, zusammen mit dem in Bezug zum Bildrand symmetrischen Echo angewandt (d. h., wenn das gewählte Echo die Koordinaten xk, yk hat, wird auch das Echo mit den Koordinaten -xk, -yk verwendet). Offensichtlich haben die beiden Echos dieses Paars die gleiche Verweildauer. Am Ende der Verweilperiode für ein Echo oder ein Echopaar werden auch die Koordinaten für das oder ein neues Paar willkürlich gewählt.
• Der beschriebene Algorithmus ist im einzelnen im Ablaufdiagramm in den Fig. 3A und 3B gezeigt. Hierin sind: i = der Rahmenindex, j = der Echoindex, P1... pk die Verweilzeiten für die verschiedenen Echos; und k1.., kn sind die Indizes für bereits verwendete Echos. Die Angaben xp = xkj, yp = ykj, xd = -xkj, yd = -ykj, pj = p in Fig. 3B geben nur die Wahl eines Echos mit dem Index kj an, der sich von den Indizes der Echos unterscheidet die in vorhergehendem Rahmen angewandt wurden und noch andauern, bzw die gleichzeitige Aufbringung von symmetrischen Echos, bzw die Verwendung der selben Verweildauer pj für die symmetrischen Echos. Unter Berücksichtigung dieser Darlegungen ist das Diagramm aus sich selbst heraus verständlich.
• Soweit die Blockverzerrung betroffen ist, sind die durch die Erfindung gegebenen Neuheitseigenschaften die folgenden: a) die Erfindung erlaubt die Unterscheidung zwischen der Gegenstandsbewegung und der Kamerabewegung, wodurch die Einführung von Verzerrung in den Bereichen, die durch eine starre und langsame Verschiebung charakterisiert sind, worin die Kamerabewegung erkannt wird, vermieden wird; b) um die Verzerrung aufzubringen, nachdem die Kamerabewegung kompensiert worden ist, werden nicht alle Blöcke, die sich nahe den Kanten befinden, in Betracht gezogen, sondern eine feinere Auswahl durchgeführt, indem zwei Gruppen von Blöcken betrachtet werden, von denen die erste Gruppe Blöcke mit einer Anzahl von Kantenpixeln umfaßt, die innerhalb eines oberen Bereichs liegen, und die zweite Gruppe aus Blöcken mit einer Zahl von Kantenpixeln zusammengesetzt ist, die innerhalb eines niedrigeren Bereichs liegen; c) beim tatsächlichen Aufbringen der Verzerrung sind die der ursprünglichen Pixelluminanz und der mittleren Blockluminanz zugeteilten Gewichtungen veränderlich und zueinander unterschiedlich.
• Was die Kantenverzerrung betrifft, wird eine willkürliche Zahl von Echos hinzuaddiert und diese können in beliebiger Position angeordnet sein, zufällig/willkürlich auftreten und variable Verweildauer haben. Durchgeführte Tests haben gezeigt, daß diese neuen Eigenschaften tatsächlich die eingeführte Verzerrung für einen Betrachter besser wahrnehmbar machen.
• Eine weitere Verbesserung in der Wahrnehmbarkeit kann auch im Hinblick auf die Bewegungs-Ruckhaftigkeit erhalten werden; für diese Verzerrung kann zusätzlich zur Reduzierung der Rahmenfrequenz durch Ersetzen einer bestimmten Zahl von Rahmen mit einer gleichen Zahl von Wiederholungen des früheren Rahmens im Fall von Teilbildern die Teilbildalternierung weggelassen werden, indem beispielsweise die ungeraden Teilbilder durch die geraden Teilbilder ersetzt werden.
• Im Vorhergehenden wurden nur Verzerrungen im Detail beschrieben, die tatsächlich durch die Erfindung betroffen sind, ohne ihre gegenseitigen Beeinflussungen untereinander und mit anderen möglicherweise aufgebrachten Verzerrungen zu untersuchen. Diese gegenseitigen Beeinflussungen ergeben sich ohnehin aus der obengenannten Empfehlung, die auch Angaben liefert, die sich auf die Reihenfolge der Verzerrungsaufbringung und deren Modus beziehen, wenn mehr als eine Verzerrung aufzubringen ist.
• Ersichtlich ist das Dargelegte als nicht beschränkendes Beispiel angegeben worden und sind Variationen und Modifikationen einführbar, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Speziell können, obwohl nur die Verzerrungsaufbringung auf Luminanzpixel diskutiert worden ist, ähnliche Verzerrungskriterien zusätzlich für die Chrominanz angewandt werden.

Claims (14)

1. Verfähren zum Einführen von Referenz-Störungen in eine Folge von digitalen Bildern, die bei subjektiven Tests an digitalen Videosignalen verwendet werden sollen, wobei man in die Folge der Bilder wenigstens eine erste Verzerrung einführt, die durch eine Wertmodifikation wenigstens von Luminanzpixeln von Pixelblöcken wiedergegeben wird, die in nächster Nähe von Bildkanten(strichen) liegen und die von einer Bewegung des Bildinhalts betroffen sind, und wobei man für diese Modifikation in jedem Bild folgende Vorgänge durchführt:

a) man identifiziert die Bildkanten;

b) man wählt an diese Kanten angrenzende Flächenbereiche, die diese Pixelblöcke enthalten, aus und identifiziert unter den zu diesen Flächenbereichen gehörenden Blöcken über eine Analyse der Bewegungscharakteristiken Blöcke, die potentiell verzerrbar sind;

c) man ersetzt den Pixelluminanzwert der Pixel in jedem Block, der tatsächlich der Verzerrung unterworfen werden soll, durch einen Wert, der mit der individuellen Pixelluminanz und mit der mittleren Blockluminanz zusammenhängt;

dadurch gekennzeichnet, daß man für die Identifizierung der potentiell verzerrbaren Blöcke solche Blöcke, die eine Anzahl von Kantenpixeln aufweisen, die innerhalb eines oberen Bereichs liegen, und solche Blöcke, die eine Anzahl von Kantenpixeln aufweisen, die innerhalb eines unteren Bereichs liegen, ermittelt und für die ermittelten Blöcke bei jedem bild in der Folge einen Verschiebungsindikator in Bezug zu einer Gruppe von entsprechenden Blöcken in einem vorherigen Bild bestimmt; daß man den Verschiebungsindikator mit einer ersten Schwelle vergleicht und die Verzerrung nur auf Blöcke aufbringt, für die der Verschiebungsindikator nicht niedriger ist als die erste Schwelle, um die Aufbringung der Verzerrung auf Blöcke zu verhindern, bei denen die Bewegung sich nur auf die Bewegungen einer Kamera bezieht, die die Bilder aufnimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luminanzwert-Ersetzung den Ersatz des Luminanzwerts für jedes Pixel in einem zu verzerrenden Block durch einen Mittelwert zwischen dem ursprünglichen Pixelluminanzwert und einem mittleren Blockluminanzwert umfaßt, wobei man diese Werte mit jeweiligen variablen Gewichtungen gewichtet, die man aus einer Gruppe wählt, die während eines Verfahrens- Initialisierungsschritts gespeichert wurde.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungen für den ursprünglichen Pixelluminanzwert und für den mittleren Blockluminanzwert unterschiedlich und zueinander komplementär sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Grenzen des oberen Bereichs und des unteren Bereichs für die Anzahl der Kantenpixel innerhalb jeweiliger Bereiche wählt, die während eines Verfahrens-Initialisierungsschritts gespeichert wurde.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verzerrung an einer Maximalzahl von Blöcken aufbringt, die innerhalb eines Wertebereichs gewählt wird, der während des Verfahrens-Initialisierungsschritts festgelegt wurde, und man für jeden verzerrten Block die Verzerrung für eine Anzahl aufeinanderfolgender Bilder aufrechterhält, deren Zahl von Block zu Block variiert, wobei auch diese Anzahl von Bildern im Verfahrens-Initialisierungsschritt festgelegt wurde und wobei ein Block von der weiteren Verzerrungsaufbringung für die gesamte Aufrechterhaltungsperiode ausgeschlossen wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man für den Vergleich mit der ersten Schwelle den Minimumverschiebungsindikator für den gegenwärtigen Block wählt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man Blöcke, deren Verschiebungsindikator nicht geringer ist als die Schwelle und für die die Aufrechterhaltungsperiode noch nicht abgelaufen ist, nach abnehmenden Verschiebungsindikatorwerten ordnet und, wenn die Anzahl dieser Blöcke höher ist als die Differenz zwischen der Maximalzahl von gesetzten Blöcken und der Zahl von Blöcken, für die die Aufrechterhaltungsperiode der in vorhergehenden Rahmen aufgebrachten Verzerrung noch nicht abgelaufen ist, die Verzerrung an denjenigen mit höheren Verschiebungsindikatoren in einer Zahl gleich dieser Differenz durchführt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man alternativ oder zusätzlich zur ersten Verzerrung jedem Bild in der Folge eine zweite Verzerrung aufbringt, die wiedergegeben wird durch Hinzufügen von Pixeln, die in einem Abstand von den Bildkanten angeordnet sind, und die für eine Anzahl von Bildern andauern kann, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem gegenwärtigen Bild wenigstens ein Pixelpaar einführt, das zusammengesetzt ist aus einem ersten Pixel, dessen Abstand von den Bildkanten man sowohl entlang einer vertikalen Bildkoordinate als auch entlang einer horizontalen Bildkoordinate willkürlich innerhalb einer Gruppe von möglichen horizontalen und vertikalen Abständen, die im Verfahrens-Initialisierungsschritt festgelegt wurde, wählt, und aus einem zweiten Pixel, das das zum ersten Pixel symmetrische Pixel in Bezug zur Bildkante ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein einziges Paar von Pixeln einführt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mehrzahl von Paaren von Pixeln einführt und jedes von diesen für eine Anzahl von Bildern aufrechterhält, die von Paar zu Paar variiert und im Verfahrens- Initialisierungsschritt festgelegt wurde, und zwar so, daß verschiedene Paare zu verschiedenen Zeiten wechseln.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man am Ende der Aufrechterhaltungsperiode für ein Pixelpaar die Koordinaten für ein neues Pixelpaar, das auf die folgenden Bilder anzuwenden ist, willkürlich in der selben Gruppe von horizontalen und vertikalen Abständen wählt.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man alternativ oder zusätzlich zur ersten und/oder zur zweiten Verzerrung eine dritte Verzerrung aufbringt, die wiedergegeben ist durch eine Reduktion der Bildvisualisierungsrate und die man durch einmaliges oder mehrmaliges Wiederholen des selben Bilds erhält, dadurch gekennzeichnet, daß man im Fall, daß die Folge von Bildern aus ineinandergeschachtelten Halbbildern aufgebaut ist, die Halbbildalternierung beseitigt, indem man zweimal ein gleiches Halbbild präsentiert.

13. Vorrichtung zum Ein führen von Bezugsstörungen in eine Folge von digitalen Videobildern, die bei subjektiven Tests an digitalen Videosignalen verwendet werden sollen, mit:

- einer ersten Speichereinrichtung (8) für die vorübergehende Speicherung von einem oder mehreren der zu verzerrenden Bilder dieser Folge und von Bildern, die aus der Verzerrungsaufbringung resultieren;

- einer Verarbeitungseinheit (7), die Zugriff auf die erste Speichereinrichtung hat, zum Lesen von Teilen der zu verzerrenden Bilder, zum Identifizieren, in diesen Bildteilen, von Flächenbereichen, in denen eine oder mehrere der Verzerrungen einzuführen ist, zum Modifizieren dieser Flächenbereiche nach Bedarf durch die Verzerrungen und zum Schreiben der Bilder mit den modifizierten Flächenbereichen, die an eine Darstelleinrichtung (6) zu liefern sind;

- einer zweiten Speichereinrichtung (9), die zum Speichern von zum Aufbringen der Verzerrungen notwendigen Operationsinformationen ausgebildet ist; und

- einer Steuereinheit (10), die zum Wählen von Betriebsvorrichtungsmoden und Parameterwerten, die verwendet werden sollen, und zum Speichern von Ausführungsmoden und Parameterwerten, die gerade verwendet werden, ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (7) programmiert ist zum Einführen wenigstens einer ersten Verzerrung, die durch eine Wertemodifikation wenigstens von Luminanzpixeln in einer Anzahl von Pixelblöcken, die nahe an Bildkanten angeordnet sind und einer Bewegung des Bildinhalts unterworfen sind, wiedergegeben ist, in die Folge von Bildern, und zwar durch eine Folge von Operationen, die durch die folgenden Einrichtungen durchgeführt werden:

a) Einrichtungen zum Identifizieren der Bildkanten in jedem Bild der Folge;

b) Einrichtungen zum Identifizieren von Pixelblöcken mit einer Anzahl von Kantenpixeln, die innerhalb eines oberen Wertebereichs liegen, und von Pixelblöcken mit einer Anzahl von Kantenpixeln, die innerhalb eines unteren Wertebereichs liegen;

c) Einrichtungen zum Berechnen, für jeden im Schritt b) identifizierten Pixelblock, der Verschiebung in Bezug zu jedem Block einer vorgegebenen Gruppe von Pixelblöcken in einem vorhergehenden Bild, Erzeugen eines jeweiligen Verschiebungsindikators und Feststellen des Minimumverschiebungsindikators für den gegenwärtigen Block;

d) Einrichtungen zur Auswahl der Pixelblöcke mit einem Minimumverschiebungsindikator, der höher als eine Schwelle liegt;

e) Einrichtungen zum Ordnen der im Schritt d) ausgewählten Pixelblöcke gemäß dem Wert des Verschiebungsindikators;

f) Einrichtungen zum Berechnen der Maximalzahl von Blöcken, auf die die Rahmenverzerrung angewendet werden kann;

g) Einrichtungen zum Modifizieren des Luminanzwerts für die Pixel in einem Block durch Ersetzen des ursprünglichen Werts durch einen Mittelwert zwischen dem ursprünglichen Wert und einem mittleren Blockluminanzwert, wobei diese Werte mit jeweiligen Gewichtungsfaktoren gewichtet sind, und Hinzufügen eines innerhalb eines mit Hilfe der Steuereinheit (10) vorgebbaren Bereichs gewählten Zufallswerts zu diesem Mittelwert; wobei die Modifikationsoperationen für alle durch die Auswahleinrichtungen von Punkt d) ausgewählten Blöcke durchgeführt wird, wenn deren Zahl nicht die Maximalzahl überschreitet, oder nur für diejenigen mit höheren Verschiebungsindikatoren in einer Zahl gleich der Maximalzahl, wenn die Zahl der durch die Auswahleinrichtungen von Punkt d) ausgewählten Blöcke die Maximalzahl übertrifft.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (7) programmiert ist zum Einführen auch einer zweiten Verzerrung alternativ oder zusätzlich zur ersten Verzerrung in die Folge der Bilder, wobei die zweite Verzerrung wiedergegeben wird durch eine Zufallsaddition von Pixeln, die von den Bildkanten durch einen horizontalen und/oder einen vertikalen Abstand beabstandet sind, der innerhalb einer vorgegebenen Gruppe von möglichen Abständen gewählt ist, und die für eine Periode anhalten können, die innerhalb einer vorgegebenen Gruppe von möglichen Aufrechterhaltungsperioden gewählt ist, wobei die hinzugefügten Pixel wenigstens ein Pixelpaar enthalten, dessen Abstände von den Bildkanten gleichen Absolutwert und entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen.

15, Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (7) programmiert ist zum Einführen noch einer dritten Verzerrung alternativ oder zusätzlich zur ersten und/oder zweiten Verzerrung in die Folge der Bilde, wobei auch die dritte Verzerrung wiedergegeben ist durch eine Reduktion der Bildvisualisierungsrate, und, wenn diese dritte Verzerrung auf eine Folge von Bildern aus ineinandergeschachtelten Halbbildern aufgebracht wird, zum Unterdrücken der Halbbildalternierung durch zweimalige Wiedergabe des selben Halbbilds.