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Technisches
Umfeld
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Fernsehsignalverarbeitung.
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine verbesserte
Signalverarbeitungsvorrichtung und Detektieren von Bewegtbildfilmquellen
in Fernsehsignalen.
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Stand der
Technik
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Gemäß dem United
States-Patent 4,876,976 ist es bekannt zu erkennen, dass ein 60
Hz NTSC-Fernsehsignal als seine Quelle einen 24 Bilder/Sekunde Bewegtbildfilm
aufweist. Ein 24 Bilder/Sekunde-Film wird auf ein 60 Hz NTSC-Video
aufgebracht und damit synchronisiert, indem ein 3-2-Filmfortschaltverhältnis derart verwendet
wird, dass drei Videohalbbilder von einem Filmvollbild gebildet
werden und die nachfolgenden zwei Videohalbbilder von dem nächsten Filmvollbild
gebildet werden (zum Beispiel AABBBCCDDDEE, usw., wobei „A", „B" usw. aufeinander
folgende Filmvollbilder sind). Videohalbbilder der gleichen Parität in benachbarten Videovollbildern
werden verglichen. Wenn Bewegung vorhanden ist, erhält man nur
dann ein charakteristisches Wiederholungsmuster, wenn die Videoquelle
ein Film ist (das heißt,
1101111011, usw., wobei „1" eine Bewegung anzeigt
und „0" keine Bewegung anzeigt).
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Das
United States-Patent 4,982,280 offenbart eine Anordnung zum Detektieren
einer 30 Hz progressiv abtastenden Quelle, welche eine Videokamera
oder ein Film sein kann, in einem 60 Hz progressiv abgetasteten
zeilensprungfreien Fernsehsystem. Bei Vorhandensein einer Bewegung
von Vollbild zu Vollbild innerhalb der 30 Hz progressiv abgetasteten
Videobildabfolgen ergibt sich ein 010101 usw. Muster, welches eine
30 Hz progressiv abgetastete Quelle anzeigt, wenn die Videoabfolgen
in benachbarten Videohalbbildern verglichen werden. Ein Vergleich
eines jeden zweiten Videohalbbilds, um ein 111111 usw. Muster hervorzubringen,
bestätigt
außerdem
die 30 Hz progressiv abtastende Quelle. Um zu wirken, beruht die
Anordnung auf der räumlichen Übereinstimmung
von Bildpunkten in aufeinander folgenden identischen Paaren von
Halbbildern des progressiv abgetasteten Fernsehsignals.
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Die
veröffentlichte
internationale Patentanmeldung WO 94/30006 offenbart eine Vorrichtung
zum Detektieren von 25 Vollbildern/Sekunde Bewegtbildfilmquellen
in 50 Hz-Fernsehsignalen,
wie zum Beispiel PAL, SECAM, 50 Hz NTSC, 50 Hz HDTV und 50 Hz-Schwarzweiß-Fernsehsignalen.
Das Detektionsschema sucht nach Bewegungsunterschieden zwischen
einem Halbbild und dem vorhergehenden Halbbild einerseits und andererseits
zwischen dem gleichen Halbbild und dem nachfolgenden Halbbild.
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Die
Detektion von Bewegtbildfilmquellen in Fernsehsignalen ist in verschiedenen
Umgebungen nützlich,
zum Beispiel in einem Zeilenverdoppler, einem Fernsehstandardumwandler,
einem Fernsehzeitlupenprozessor und einer Videoinformationskompressionsvorrichtung.
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Eine
bekannte „Zeilenverdopplungs"-Technik sieht die
Umwandlung eines Fernsehsignals nach dem Zeilensprungverfahren (wie
zum Beispiel in den NTSC, PAL und SECAM-Systemen verwendet), in
welchem zwei zeitlich aufeinander folgende verschachtelte Halbbilder
von Abtastlinien ein Vollbild darstellen, in ein zeilensprungfreies
oder progressiv abgetastetes Fernsehsignal vor, in welchem alle
Abtastzeilen des Vollbilds sequentiell abgetastet sind. Im Fall
von NTSC ist das Ergebnis, dass 525 Abtastzeilen jede sechzigstel
Sekunde dargestellt werden an statt der 262,5 Abtastzeilen, und so
möglicherweise
die vertikale Auflösung
auf die ganze Vollbildauflösung
von 525 Zeilen verdoppelt. Typischerweise verwenden Zeilenverdoppler,
zumindest zeitweise, eine Halbbildzusammenlegung oder eine Interpolation
zwischen Halbbildern, welche ein gesamtes Aufdoppeln der vertikalen
Auflösung
bereitstellt. Halbbildpaare werden kombiniert, um ein einzelnes
progressiv abgetastetes Vollbild zu bilden. Derartige Anordnungen
sind in den US-Patenten
4,876,954; 4,967,271; 4,982,280; 4,989,090; 5,159,451 und 5,291,280
beschrieben.
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Ein
Problem, welches sich aus einem Zusammenlegen von Halbbildern ergibt,
ist, dass eine Zeitdifferenz zwischen Halbbildern in dem Fernsehsignal
nach dem Zeilensprungverfahren vorhanden ist. Somit kann ein sich
bewegendes Objekt von Halbbild zu Halbbild an verschiedenen Orten
sein und, wenn zwei derartige Halbbilder kombiniert werden, um ein
einzelnes Vollbild zu bilden, erscheinen die vertikalen und diagonalen Kanten
der Objekte, welche sich horizontal oder diagonal bewegen, eher
als zackige Sägezähne anstatt
glatte Kurven. Zeilenverdopplung ist erfolglos entlang derartiger Übergänge. Der
Sägezahneffekt
wird verschlimmert, wenn das Wiedergabesystem vertikale Verstärkungen
vorsieht. Ein Sägezahnmuster
ist ein Produkt, welches durch fehlerhaftes Verschachteln von zwei
Halbbildern, welche von unterschiedlichen Filmvollbildern stammen,
erzeugt wird. Optisch erscheint das, was eine durchgängige vertikale
oder diagonale Linie sein sollte, als ein Zickzack auf der Kante.
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Eine
Lösung
für dieses
Problem ist, irgendeinen Typ einer Abtastzeileninterpolation oder
Interpolation innerhalb des Halbbilds in Bereichen der Fernsehbildanzeige,
in welchen Bewegung auftritt, anzuwenden. Eine verbesserte Technik
zum Be reitstellen einer Interpolation innerhalb eines Halbbilds
in Bereichen des Bildes mit Bewegung ist in dem US-Patent 4,989,090
dargelegt.
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Ein
mögliches
Problem von schaltbaren Zeilenverdopplern mit Interpolation zwischen
Halbbildern/innerhalb eines Halbbildes ist, dass Bewegung nicht
immer richtig detektiert wird, was somit ermöglicht, dass die oben erwähnten gezackten
vertikalen oder diagonalen Übergangsartefakte
kurz und sporadisch erscheinen. Derartige Anordnungen können speziell
Probleme beim lückenlosen
richtigen Umschalten zwischen Betriebssystemen aufweisen, wenn sie
auf einem Fernsehsignal nach dem Zeilensprungverfahren arbeiten,
das einer Datenkompression oder einer Standardumwandlung (wie zum
Beispiel von PAL nach NTSC) unterworden wurde.
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Eine
weitere bekannten Lösung
für das
Problem ist, zu erkennen, wenn die Quelle des Zeilensprungfernsehsignals
ein Bewegtbildfilm ist. Wie oben erwähnt, werden in den Vereinigten
Staaten Bewegtbildfilme mit 24 Vollbildern pro Sekunde mittels eines „3-2-Filmfortschaltungsverhältnisses" auf das NTSC-Fernsehsignal
mit 30 Vollbildern pro Sekunde gebracht, so dass eine Abfolge gestaltet
aus drei Filmvollbildern, zwei Filmvollbildern, drei Filmvollbildern,
usw. von aufeinander folgenden Fernsehhalbbildern aufgenommen werden. Durch
Identifizieren von Paaren von Halbbildern nach dem Zeilensprungverfahren,
welche das gleiche Filmvollbild tragen, können die Paare zusammengeführt werden,
um im Wesentlichen perfekte progressiv abgetastete Vollbilder mit
gedoppelten Zeilen zu erzeugen, welche jeweils ein Bewegtbildvollbild
darstellen. Derartige Techniken sind in den US-Patenten 4,876,596,
4,982,280 und 5,291,280 beschrieben.
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Die
Bewegtbildfilmerkennungsanordnung unterliegt jedoch auch Problemen.
Beispielsweise kann ein Videoschnitt (anders als ein Filmschnitt)
das 3-2-Filmfortschaltungsverhältnis
unterbrechen, wodurch ein Zusammenführen von Fernsehhalbbildern,
welche von unterschiedlichen Filmvollbildern stammen, bewirkt wird. Somit
können
die oben beschriebenen zackigen Sägezahnübergangsartefakte an den Kanten
von sich bewegenden Objekten erscheinen, bis die Filmfortschaltungsverhältniserkennungsschaltung
sich selbst wieder synchronisiert (typischerweise ein bis vier Halbbilder
des Eingangsfernsehsignals nach dem Zeilensprungverfahren). Obwohl
der unerwünschte
Effekt vergänglich
ist, ist er für
das Auge bemerkbar und stört
gelegentlich eine anderenfalls fast perfekte Zeilenverdopplungsanordnung.
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Das
zuletzt diskutierte Problem kann auch bei Bewegtbildfilmquellenzeilenverdopplungsanordnungen auftreten,
wenn das Eingangsfernsehsignal nach dem Zeilensprungverfahren von
einer Filmquelle in eine Videoquelle übergeht. In diesem Fall arbeitet
das System, wie zum Beispiel in dem US-Patent 4,982,280 beschrieben,
in seinem „Filmmodus" für einige
Halbbilder weiter, bevor es den Verlust des 3-2-Filmfortschaltungsmusters
erkennt und auf eine Anordnung für
Interpolation zwischen Halbbildern/innerhalb von Halbbildern der
oben beschriebenen Art schaltet. Während dieser einigen Halbbilder
vor dem Wechsel von dem Filmmodusbetrieb können die gleiche Art von zackigen
Sägezahnartefakten
erzeugt werden, wenn Bewegung zwischen den Halbbildern ist. Außerdem kann
das Problem auch auftreten, wenn das Fernsehsignal nach dem Zeilensprungverfahren,
welches von einer Bewegtbildquelle abgeleitet ist, mangelhaft Daten
komprimiert oder zwischen Standards umgewandelt wurde.
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Eine
Lösung
für das
Problem der Videoschnitte, welche das 3-2-Filmfortschaltungsverhältnis stören, wird
in dem US-Patent 5,291,280 dargelegt. Die Lösung verwendet einen Halbbildbewegungsdetektor
und weist Schaltkreise zum „Vorausschauen" nach Videoschnitten
auf. Es existieren jedoch, wie in Verbindung mit verschiedenen Aspekten
der vorliegenden Erfindung erklärt,
Unzulänglichkeiten
in dem Patent 5,291,280 und in dem Stand der Technik derart, dass
immer noch ein Bedarf zum Bereitstellen eines besseren Filmbewegungsdetektors
zur Verwendung in Zeilenverdopplern und in anderen wie zuvor erwähnten Anwendungen
vorhanden ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein sägezahnbasierter
Schnittdetektor bereitgestellt, welcher einen Bewegte-Kanten-Detektorabschnitt
umfasst, wobei der Bewegte-Kanten-Detektorabschnitt einen Horizontalübergangsdetektor,
welcher ein Eingangsvideosignal nach dem Zeilensprungverfahren und
ein Signal zur Anzeige des Vorhandenseins einer Vollbildbewegung
in dem Videosignal an dem detektierten Übergang empfängt und
nur auf horizontal bewegte Kanten reagierend ein Signal ausgibt,
und einen Sammler für
horizontale Kanten, welcher die horizontal bewegten Kanten empfängt und
eine Anzeige der Anzahl der horizontal bewegten Kanten während eines
Abschnitts des Videosignals ausgibt, und einen Sägezahndetektorabschnitt aufweist,
wobei der Sägezahndetektorabschnitt
die Ausgaben von zwei Detektoren empfängt, welche jeweils anzeigen,
dass das Verschachteln des ersten Paares oder des zweiten Dreierpaares
von aufeinander folgenden Halbbildern nach dem Zeilensprungverfahren
die Erzeugung von Sägezahnartefakten
zur Folge haben würden,
und wobei der Sägezahndetektorabschnitt
außerdem
ein Signal empfängt,
welches das Paar von Halbbildern nach dem Zeilensprungverfahren
in einer Folge von drei Halbbildern anzeigt, die zusammengeführt sind,
wenn das Videosignal eine Filmquelle aufweist, wobei der Sägezahndetektorabschnitt
erste und zweite Sägezahnsammler,
welche die Ausgaben der zwei Detektoren empfangen und jeder eine
Anzeige der Anzahl der Sägezahnartefakte,
die eine minimale Länge
während
des Abschnitts des Videosignals aufweisen, ausgibt, einen ersten
Komparator und einen ersten Zähler,
wobei der erste Komparator die Anzahl der Sägezähne von dem ersten Sägezahnsammler
mit der Anzahl der horizontalen bewegten Flanken vergleicht, wobei der
erste Zähler
erhöht
wird, wenn ein vorbestimmtes Verhältnis während des Abschnitts des Videosignals überschritten
wird, und wobei der erste Zähler
zurückgesetzt
wird, wenn das vorbestimmte Verhältnis
während des
Abschnitts des Videosignals nicht überschritten wird, einen ersten
Schwellenwert, wobei der Schwellenwert ein erstes Schnitterkennungssignal
ausgibt, wenn der erste Zähler
einen vorbestimmten Zählwert
erreicht, einen zweiten Komparator und einen zweiten Zähler, welcher
die Anzahl der Sägezähne von
dem zweiten Sägezahnsammler
empfängt,
wenn der erste Sägezahnsammler
das Auftreten eines Sägezahnartefakts
in dem Halbbild, welches von dem ersten Sägezahnsammler erfasst wird,
anzeigt und anderenfalls eine Eingabe von 0 empfängt, wobei der zweite Komparator
die Anzahl der Sägezähne von
dem zweiten Sägezahnsammler oder
0 mit der Anzahl der horizontal bewegten Kanten vergleicht, wobei
der Zähler
erhöht
wird, wenn ein vorbestimmtes Verhältnis während des Abschnitts des Videosignals überschritten
wird, und wobei der Zähler
zurückgesetzt
wird, wenn das vorbestimmte Verhältnis
während
des Abschnitts des Videosignals nicht überschritten wird, einen zweiten
Schwellenwert, wobei der zweite Schwellenwert ein zweites Schnitterkennungssignal
ausgibt, wenn der zweite Zähler
einen vorbestimmten Zählwert
erreicht, eine Schnittausgabe, welche ein Schnittsignal aufgrund
des Auftretens des ers ten Schnitterkennungssignals oder des zweiten
Schnitterkennungssignals ausgibt, umfasst.
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1 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches eine gesamte Ansicht der
vorliegenden Erfindung mit ihren verschiedenen Aspekten zeigt.
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2 ist
eine gewissermaßen
dreidimensionale Darstellung der drei aufeinander folgenden Fernsehhalbbilder
nach dem Zeilensprungverfahren, welche relative Bildpunktpositionen
innerhalb der jeweiligen Halbbilder zeigt.
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3 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches eine Umgebung für einen
Konverter vom Zeilensprungverfahren zum progressiven Abtasten mit
verdoppelten Zeilen zeigt, in welcher die vorliegende Erfindung
oder Aspekte davon verwendet werden können.
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4 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches Details des Halbbildbewegungsdetektors
der 1 zeigt.
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5A–F sind
eine Folge von idealisierten Diagrammen, welche Bildpunktamplituden
in Videodatenströmen
im Falle eines Halbbildbewegungsdetektors gemäß dem Stand der Technik mit
einem hochfrequenten (scharfen) vertikalen Übergang ohne Bewegung zeigen.
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6A–F sind
eine Folge von idealisierten Diagrammen, welche Bildpunktamplituden
in Videodatenströmen
im Falle eines Halbbildbewegungsdetektors gemäß dem Stand der Technik mit
einem hochfrequenten (scharfen) vertikalen Übergang mit Bewegung zeigen.
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7A–F sind
eine Folge von idealisierten Diagrammen, welche Bildpunktamplituden
in Videodatenströmen
im Falle eines Halbbildbewegunsdetektors gemäß dem Stand der Technik mit
einem niederfrequenten (breiten) vertikalen Übergang ohne Bewegung zeigen.
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8A–F sind
eine Folge von idealisierten Diagrammen, welche Bildpunktamplituden
in Videodatenströmen
im Falle eines Halbbildbewegungsdetektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung mit einem hochfrequenten (scharfen) vertikalen Übergang
ohne Bewegung zeigen.
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9A–F sind
eine Folge von idealisierten Diagrammen, welche Bildpunktamplituden
in Videodatenströmen
im Falle eines Halbbildbewegungsdetektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung mit einem hochfrequenten (scharfen) vertikalen Übergang
mit Bewegung zeigen.
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10A–F
sind eine Folge von idealisierten Diagrammen, welche Bildpunktamplituden
in Videodatenströmen
im Falle eines Halbbildbewegungsdetektors gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung mit einem niederfrequenten (breiten) vertikalen Übergang
ohne Bewegung zeigen.
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11 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches Details des Vollbildbewegungsdetektors
der 1 zeigt.
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12 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches Details des NTSC-Filmdetektors
der 1 zeigt.
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13 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches Details des PAL-Filmdetektors
der 1 zeigt.
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14 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches Details des Sägezahndetektors
der 1 zeigt.
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15A–D
sind idealisierte Darstellungen von richtig und fehlerhaft verschachtelten
Abtastzeilen, wobei die fehlerhaft verschachtelten Abtastzeilen
das Sägezahnartefakt
zeigen.
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16 ist
ein funktionales Blockdiagramm, welches Details des sägezahnbasierten
Schnittdetektors der 1 zeigt.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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Außer wie
hierin bemerkt, können
praktische Ausführungsformen
der Erfindung unter Verwendung analoger, digitaler (einschließlich digitaler
Signalverarbeitung mit Software) oder hybrider Analog/Digitaltechniken
ausgeführt
werden. Die Gleichwertigkeit analoger und digitaler Ausführungen
ist in den meisten Zusammenhängen
den Fachleuten wohl bekannt.
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Zur
Vereinfachung sind überall
in dieser Druckschrift Signaleingänge und -ausgänge als
einzelne Punkte gezeichnet und signalübertragende Leitungen als einzelne
Leitungen gezeichnet. Es ist selbstverständlich, dass in der Praxis
mehr als ein Eingangs- oder Ausgangspunkt oder mehr als eine signaltragende Leitung,
abhängig
von dem Format des Signals und der Art und Weise, in welcher die
praktischen Ausführungsformen
der Erfindung physikalisch hergestellt sind, benötigt werden können.
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Es
sollte auch klar sein, dass Funktionen, welche separat gezeigt sind,
insgesamt oder teilweise mit anderen kombiniert werden können. Zusätzlich ist
für Fachleute
verständlich,
dass in der Praxis Schalter, welche überall in den verschie denen
Figuren gezeigt sind, elektronisch oder in Software anstatt mechanisch
ausgeführt
werden.
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Die
Erfindung oder Aspekte der Erfindung können vorteilhaft in Verbindung
mit einem Umwandler von einem Zeilensprungverfahren zu einer progressiven
Abtastung mit Zeilenverdoppelung verwendet werden, welcher zum Beispiel
einer Videodatenkompressionsvorrichtung oder einem Umwandler für Standards
vorgeschaltet ist. Sowohl Videokompression als auch Umwandlung von
Standards werden genauer und leichter durchgeführt, wenn sie auf einem progressiv
abgetasteten Fernsehsignal anstatt auf einem Fernsehsignal nach
dem Zeilensprungverfahren betrieben werden. Durch Verwenden der
vorliegenden Erfindung in einem Umwandler zum progressiven Abtasten,
welcher einer derartigen Videokompression oder Umwandlung des Standards
vorgeschaltet ist, wird sichergestellt, dass derartige Verfahren
auf optimaleren Signalquellen betrieben werden.
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Eine
Gesamtdarstellung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer
verschiedenen Aspekte ist in 1 gezeigt. 3,
welche nachfolgend beschrieben ist, zeigt eine Umgebung für einen
Umwandler von einem Zeilensprungverfahren zu einem progressiven
Abtasten mit Zeilenverdoppelung, in welcher die vorliegende Erfindung
oder Aspekte davon verwendet werden können.
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Nun
Bezug nehmen auf 1, wird ein Signal Yin einer Anordnung von Halbbild- und Zeilenspeichern 102 zugeführt. Das
Signal Yin kann ein Schwarz-Weiß-Videosignal
oder die Helligkeitskomponenten eines Komponentenfarbvideosignals
sein. Für
Fachleute ist es klar, dass ein Komponentenvideosignal analoge oder digitale
Komponenten umfassen kann, wie zum Beispiel RGB (aus welchem Helligkeit
und Farbartkomponenten abgeleitet werden können), Y/I/Q, Y/U/V, Y/R-Y/B-Y,
Y/Cr/Cb usw. Im Falle von digitalen Komponenten kann das empfangene
digitale Komponentenvideosignal weiterhin in einem von einer Anzahl
von komprimierten oder unkomprimierten Formaten sein, einschließlich zum
Beispiel verschiedenen der digitalen Komponenten Videoformaten gemäß den Empfehlungen,
Standards oder Kompressionsalgorithmen der CCIR (International Radio
Consultive Committee) (wie zum Beispiel der Hierarchien des digitalen
Videokodierformats gemäß CCIR Empfehlung 601,
wobei das 4:2:2-Format häufig
als ein CCIR 601-Videosignal bezeichnet wird), ISO/MPEG
(the Motion Picture Experts Group of the International Standards
Organization), SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers),
EBU (European Broadcasting Union) und/oder der Empfehlungen oder
Standards industrieller, staatlicher oder quasi-staatlicher Gremien.
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Die
Anordnung der Speicher 102 stellt fünf Ausgaben bereit, welche
zeitverzögerte
Versionen von Yin umfassen, welche zusammen
mit Yin selbst zeitlich beabstandete Versionen
des Eingangshelligkeitssignals bereitstellen: zwei in einem ersten
Fernsehhalbbild F0, zwei in einem zweiten Fernsehhalbbild F1 zwei
in einem dritten Fernsehhalbbild F2.
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Der
Zeitabstand der sechs Signaldatenströme bezogen auf die örtliche
Position der Bildpunkte (Fernsehbildelemente) in den drei aufeinander
folgenden Halbbildern kann unter Bezugnahme auf die Darstellung der 2 besser
verstanden werden. 2 ist eine quasi dreidimensionale
Darstellung, in welcher die vertikalen und horizontalen Dimensionen
derart in der Ebene eines Fernsehbildhalbbildes liegen, dass die
vertikale Achse die vertikale Richtung eines Fernsehbildhalbbildes
senkrecht zu den Abtastzeilen ist, die horizontale Achse die horizonale
Richtung des Fernsehbildhalbbildes parallel zu den Abtastzeilen
ist, und die Richtung senkrecht zu der Ebene eines jeden Halbbildes
eine quasi Zeitachse ist, in welcher jedes aufeinander folgende Halbbild
zu einer separaten Zeit gezeigt ist. Zu einer beliebigen Zeit während der
aktiven Bildinformation eines Fernsehhalbbildes kann ein Bildpunkt
als ein Punkt P(F0 – 1H)
in dem Halbbild F0 dargestellt werden. Dieser Bildpunkt ist in 2 als
ein Punkt in einer horizontalen Abtastlinie gezeigt. Ein zweiter
Bildpunkt in dem Halbbild F0, Bildpunkt PF0, welcher zeitlich eine
Zeile später
auftritt, ist vertikal direkt unterhalb des Bildpunkts P(F0 – 1H) und
als ein Punkt auf der nächstniedrigeren
horizontalen Abtastzeile gezeigt. Ein erster Bildpunkt in Halbbild
F1, welcher 262 Zeilen (im Fall von NTSC, für PAL 312 Zeilen) nach Bildpunkt
P(F0) auftritt, und ein zweiter Bildpunkt im Halbbild F1, welcher
263 Zeilen (im Fall von NTSC, für
PAL 313 Zeilen) nach Bildpunkt P(F0) auftritt, können als Bildpunkt P(F1 – ½H) bzw.
Bildpunkt P(F1 + ½H)
bezeichnet werden. Bildpunkt P(F1 – ½H), welcher als ein Punkt
auf einer ersten horizontalen Abtastlinie gezeigt ist, ist vertikal
direkt oberhalb von Bildpunkt P(F1 + ½H), welcher als ein Punkt
in der nächstniedrigeren
horizontalen Abtastzeile gezeigt ist. Ein Punkt P(F1) in Halbbild
F1, welcher räumlich
der Stelle, an welcher Bildpunkt P(F0) des Halbbildes F0 liegt, entspricht,
befindet sich auf halbem Weg zwischen Bildpunkt P(F1 – ½H) und
Bildpunkt P(F1 + ½H)
aufgrund des Verschachtelungsversatzes der horizontalen Abtastzeilen
von Halbbild zu Halbbild. Somit geht Bildpunkt P(F1 – ½H) dem
Punkt P(F1) um die Zeit einer halben Linie voraus, während Bildpunkt
P(F1 + ½H)
um die Zeit einer halben Linie hinter dem Punkt P(F1) ist. Der räumliche
Punkt im Halbbild F2, welcher F0 und F1 entspricht, ist die Stelle
des Bildpunktes P(F2), welcher 525 Zeilen, genau ein Vollbild oder
zwei Halbbilder, nach Bildpunkt P(F0) auftritt. Bildpunkt P(F2)
ist als ein Punkt in einer horizontalen Ab tastzeile in Halbbild
F2 gezeigt. Ein zweiter Bildpunkt in Halbbild F2, P(F2 – 1H), welcher
eine Zeit einer horizontalen Zeile früher auftritt, ist als ein Punkt
in der horizontalen Abtastzeile direkt über der Abtastzeile, welche
Bildpunkt P(F0) enthält,
gezeigt.
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Wieder
zurückkehrend
zu 1, in welcher die Details der Anordnung der Halbbild-
und Zeilenspeicher 102 gezeigt sind, liefert der unverzögerte Eingangshelligkeitssignaldatenstrom
Yin selbst den F0 – 1H-Ausgangsdatenstrom. Der
Eingangshelligkeitssignaldatenstrom Yin wird
einer ersten 1H (eine Horizontalzeilendauer) Verzögerung 104 zugeführt, um
den F0-Ausgabedatenstrom
bereitzustellen. Die Ausgabe der Verzögerung 104 wird auch
einer ersten nH-Verzögerung 106 (wobei
n 262 Zeilen für
NTSC ist, 312 Zeilen für PAL)
zugeführt,
um den F1 – ½H-Ausgabedatenstrom
bereitzustellen. Der Ausgang der Verzögerung 106 ist einer
weiteren 1H-Verzögerung 108,
um den F1 + ½H-Ausgabedatenstrom
bereitzustellen, und einer weiteren nH-Verzögerung 110 (wobei
n 262 Zeilen für
NTSC ist, 312 Zeilen für
PAL) zugeführt,
um den F2 – 1H-Ausgabedatenstrom
bereitzustellen. Der Ausgang der Verzögerung 110 ist ferner
noch einer weiteren 1H-Verzögerung 112 zugeführt, um
den F2-Ausgabedatenstrom
bereitzustellen. Die Verzögerungen
können
durch verschiedenartige Hardware-, Software- und hybride Hardware-/Softwaretechniken
realisiert werden, die Fachleuten wohl bekannt sind. Obwohl die
Verzögerungen
als aufeinander folgende Verzögerungen
gezeigt sind, können
sie durch andere Methoden realisiert werden, wie zum Beispiel durch
einen Mehrtorspeicher mit wahlfreiem Zugriff (Multiport Random Access
Memory), in welchem der Signaldatenstrom einmal eingelesen wird und
mehrere Male ausgelesen wird, oder durch andere vergleichbare Methoden.
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Somit
stellt die Anordnung der Speicher 102 sechs Signalausgabedatenströme entsprechend
der sechs Bildpunktpositionen bereit, zwei in jeder der drei aufeinander
folgenden Halbbilder: Bildpunkte zu Zeitpunkten F0 – 1H und
F0 in Halbbild F0, Bildpunkte zu Zeitpunkten F1 – ½H und F1 + ½H in Halbbild
F1 und Bildpunkte zu Zeitpunkten F2 – 1H und F2 in Halbbild 2.
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Ein
nachfolgend beschriebener Halbbildbewegungsdetektor 114 empfängt die
F0, F1 – ½H und
F1 + ½H-Signaldatenströme, wobei
die Signale zeitlich getrennt um ein Halbbild minus eine halbe Zeile
und um ein Halbbild plus eine halbe Zeile beabstandet sind. Derartige
Eingaben Halbbildbewegungsdetektoren zuzuführen ist bekannt – siehe
zum Beispiel US-Patente 4,982,280 und 5,291,280. Die Aufgabe des
Halbbildbewegungsdetektors ist, Bewegung (mit einer Geschwindigkeit
größer als
zum Beispiel eine halbe Zeile pro Halbbild) von verschachteltem
Halbbild zu verschachteltem Halbbild zu detektieren, ohne fälschlicherweise
eine Bewegung zu detektieren, wenn ein vertikaler Übergang
auftritt (zum Beispiel wenn der Abschnitt des Bildes unterhalb einer
horizontalen Zeile schwarz ist und der Abschnitt des Bildes oberhalb
der Zeile weiß ist,
oder umgekehrt). Obwohl ein Halbbildbewegungsdetektor des Typs,
welcher in dem Patent 5,291,280 offenbart ist, in Aspekten der vorliegenden
Erfindung verwendet werden kann, wird bevorzugt, den unten beschriebenen verbesserten
Halbbildbewegungsdetektor, welcher einen Aspekt der vorliegenden
Erfindung bildet, aufgrund seiner größeren Beständigkeit gegen falsche Detektion,
welche durch bestimmte Typen von vertikalen Übergängen bedingt sind, zu verwenden.
Während
ein Halbbildbewegungsdetektor, wie zum Beispiel der des Patents
4,982,280, in Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet werden
kann, ist der Halbbildbewegungsdetektor des Patents 5,291,280 dem
des 4,982,280-Patents vorzuziehen, da das vorangegangene Patent keine
Sicherheit gegen falsche Detektion, welche aus vertikalen Übergängen resultiert,
bereitstellt. Die Ausgabe des Halbbildbewegungsdetektors 114,
F0mtn ist einem NTSC-Filmdetektor 118 und einem
PAL-Filmdetektor 120, welche jeweils nachfolgend beschrieben
sind, zugeführt.
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Wahlweise
kann ein zweiter (nicht gezeigter) Halbbildbewegungsdetektor nachfolgend
die F2, F1 – ½H und
F1 + ½H
Signaldatenströme
empfangen, wobei Signale auch zeitlich getrennt um ein Halbbild
minus eine halbe Zeile und um ein Halbbild plus eine halbe Zeile
beabstandet sind. Ein derartiger zweiter Halbbildbewegungsdetektor
kann verwendet werden, um zusätzliche
Redundanz bereitzustellen oder um eine erhöhte Genauigkeit der Verarbeitung
bereitzustellen.
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Die
F0- und F2-Ausgaben der Speicher 102 sind einem Vollbildbewegungsdetektor 114 zugeführt, wo die
beiden Signale auf einer Bildpunkt-für-Bildpunkt-Basis verglichen
werden. Die Ausgabe des Vollbildbewegungsdetektors, „Bewegung", ist dem NTSC-Filmdetektor 118,
dem PAL-Filmdetektor 120 und dem nachfolgend beschriebenen
sägezahnbasierten
Schnittdetektor 126 zugeführt. Das Bewegungs-Signal kann
ferner, wie in 3 gezeigt, als eine Eingabe
einem Umwandler zum Umwandeln vom Zeilensprungverfahren zum progressiven
Abtasten mit Zeilenverdoppelung zugeführt werden. Vollbildbewegungsdetektoren,
welche F0- und F2-Signaldatenstromeingaben empfangen, sind im Stand
der Technik bekannt – siehe
zum Beispiel das US-Patent 4,982,280, das US-Patent 4,967,271 und
das US-Patent 5,291,280. Verschiedene Vollbildbewegungsdetektoren,
einschließlich
derer der Patente 4,982,280, 4,967,271 und 5,291,280, können als
Vollbildbewegungsdetektor in Aspekten der vorliegenden Erfindung
verwendet werden. Es wird jedoch bevorzugt, den nachfolgend beschriebenen
verbesserten Voll bildbewegungsdetektor zu verwenden, welcher einen
Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet.
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Die
F0 – 1H,
F0, F1 – 1H
und F1 + 1H-Signaldatenströme
bzw. die F2, F2 – 1H,
F1 – 1H
und F1 + 1H Signaldatenströme
sind einem F0-Sägezahndetektor 128 und
einem F2-Sägezahndetektor 130 zugeführt. Jeder
Sägezahndetektor
sucht nach dem Zickzackartefakt, welches ein fehlerhaftes Verschachteln
des Halbbilds 1 und Halbbilds 0 oder des Halbbilds 1 und Halbbilds
2 hervorbringen würde.
Die Ausgaben dieser zwei Detektoren, F0saw bzw.
F2saw, werden dem sägezahnbasierten Schnittdetektor 126 zugeführt. Sägezahndetektoren
sind in dem United States-Patent 5,625,421 offenbart. Die Sägezahndetektionstechniken,
welche einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bilden, unterscheiden
sich von denen in dem 5,625,421-Patent, indem die Sägezahndetektoren
des Patents nach einer Wandlung vom Zeilensprungverfahren zum progressiven
Abtasten (nach Zeilenverdopplung) anstatt vor einer solchen Umwandlung
arbeiten.
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Wie
weiter unten erklärt,
untersuchen die NTSC- und PAL-Filmdetektoren
(118 bzw. 120) die gesammelten Halbbildbewegungen
zwischen Halbbild 0 und Halbbild 1 und suchen dann nach dem Halbbildbewegungsfilmablaufmuster
(ein „10100"-Muster bei NTSC und ein „10"-Muster bei PAL)
bevor sie bestimmen, dass das Material ein Film und kein Video ist.
In dem 4,982,280-Patent werden Vollbilder anstatt der Halbbilder
in den Filmdetektoren verglichen. Die Filmdetektoren des 4,982,280-Patents
verwenden eine Minimalgrößenbedingung
anstatt Bildpunktunterschiede zu sammeln. Nichtsdestotrotz kann
eine Zustandsmaschine wie in dem 4,982,280-Patent in den Filmdetektoren
der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Filmdetektoren werden
durch ein Schnittsignal J/N (Ja/Nein) zurückgesetzt, wenn ein „schlechter
Schnitt" detek tiert
wird. Ein schlechter Schnitt bedeutet einen Schnitt, welcher in
einem Video auf Filmmaterial durchgeführt wird, wenn zwei gesamte
Filmvollbilder nicht entfernt wurden, wodurch das 3-2-Filmfortschaltungsverhältnis durchbrochen
wird. Eine Filmsequenz könnte
aussehen wie
AAABBCCCDEEEFF,
ein guter Schnitt könnte aussehen
wie
AAABBEEEFF, und
ein schlechter Schnitt könnte aussehen
wie
AAACCCDDEEEFF,
wobei A, B usw. Videohalbbilder sind,
welche von bestimmten Bewegtbildvollbildern (Vollbild A, B usw.)
abgeleitet sind.
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Die
Ausgaben der Filmdetektoren sind zwei Signale, ein Film J/N-(Ja/Nein)
Signal und ein F0/F2-Signal. Der Film J/N wählt den Modus, nach welchem
der Zeilenverdoppler arbeitet (siehe 3). Das
F0/F2-Signal wählt,
welcher Halbbildsignaldatenstrom, F0 oder F2, für den Zeilenverdoppler (siehe 3)
mit F1 – ½H zu verschachteln
(zusammenzufügen)
ist, wenn das Material ein Film ist. Das Film-J/N- und das F0/F2-Signal können als
Eingaben einem Umwandler zum Umwandeln eines Zeilensprungverfahrens
zu einer progressiven Abtastung mit gedoppelten Zeilen, wie in 3 gezeigt,
zugeführt
werden.
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Die
Ausgaben von einem der zwei Filmdetektoren werden von einem zweipoligen
Umschalter 132 gewählt.
Der Schalter wird von einem extern zugeführten NTSC-/PAL-Signal gesteuert.
Dies aktiviert den geeigneten Filmdetektor abhängig von dem Eingabevideoformat.
Der PAL-Filmdetektor kann ferner verwendet werden, 30 Vollbilder/Sekunde-Quellen
in NTSC-Signalen zu detektieren, in welchem Fall der Schalter 132 in
die PAL-Schaltposition
gestellt wird.
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Die
Ausgabe des F0- und F2-Sägezahndetektors
(128 und 130), F0saw und
F2saw, werden in dem sägezahnbasierten Schnittdetektor 126 zusammen
mit dem Bewegtsignal, Film-J/N- und F0/F2-Signalen kombiniert, um das Schnitt-J/N-Signal
zu erzeugen, welches zum Zurücksetzen
der Filmdetektoren 118 und 120 verwendet wird.
Ein Schnitt-J-Signal setzt unverzüglich das Film-J/N-Signal auf
N zurück.
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Bezug
nehmend nun auf 3, welche eine Umgebung eines
Wandlers zum Wandeln eines Zeilensprungverfahrens in ein progressives
Abtasten mit Zeilenverdoppelung zeigt, in welchem die vorliegende
Erfindung oder Aspekte davon verwendet werden können, ist das Eingangssignal
Yin (siehe obige Kommentare bezüglich der
Beschaffenheit von Yin) dem Block 302 zugeführt, welcher
verschiedene Funktionen der Anordnung von 1 aufweist.
Block 302 stellt einen ersten Videodatenstrom mit der F0-Zeitsteuerung,
einen zweiten Videodatenstrom mit der F1 – ½H-Zeitsteuerung (das heißt, nominell
eine Halbbilddauer nach der F0-Datenstromzeitsteuerung) und einen
dritten Videodatenstrom mit der F2-Zeitsteuerung bereit (wobei F0,
F1 – ½H und
F2 in Verbindung mit 1 und 2 beschrieben
sind). Der F1 – ½H-Videodatenstrom
stellt das „direkte" Halbbild Ydir einem Eingang eines Zeilenverdopplerpaares 304 bereit.
Die F0- und F1-Videodatenströme
werden einem Nicht-Filmvideoprozessor 306 und
einem Filmvideoprozessor 308 zugeführt. Block 302 führt seine F0/F2-Ausgabe
dem Filmvideoprozessor 308 und seine Film-J/N-Ausgabe dem
Steuereingang eines einpoligen Umschalters 310 zu. Der
Ausgang des Schalters 310 liefert das „interpolierte" Halbbild, Yint, zu dem anderen Eingang des Zeilenverdopplerpaares 304.
Die Ausgaben des Zeilenverdopplerpaares 304 werden kombiniert,
um das Ausgabesignal Yout bereitzustellen.
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Im
Betrieb werden Abtastzeilen von dem interpolierten Halbbild Yint mit den Abtastzeilen des direkten Halbbilds
Ydir verschachtelt. Die Abtastzeilen des
interpolierten Halbbilds werden im Falle einer Bewegtbildfilmquelle
entweder von dem F0- oder dem F2-Videodatenstrom entnommen, oder,
wenn die Quelle kein Bewegtbildfilm ist, durch eine der verschiedenen
bekannten Techniken synthetisiert, wie zum Beispiel Interpolation
innerhalb eines Halbbildes, Interpolation zwischen Halbbildern,
einer Kombination aus Interpolation innerhalb eines Halbbildes und
zwischen Halbbildern oder eine andere bekannte Technik. Das Beispiel
der 3 setzt voraus, dass der Nicht-Filmvideoprozessor 306 adpativ
in Abhängigkeit
der zugeführten
Bewegtsignale derart arbeitet, dass er eine Interpolation zwischen
Halbbildern für
Zustände
keiner Bewegung oder geringer Bewegung (zum Beispiel durch Mitteln
von F0 und F2) und Interpolation innerhalb eines Halbbilds für Zustände mittlerer
bis hoher Bewegung verwendet. Der Filmvideoprozessor wählt in Abhängigkeit
von dem F0/F2-Signal entweder den F0- oder F2-Videodatenstrom, wenn
eine Filmquelle detektiert ist, um sicherzustellen, dass das richtige
Halbbild mit dem direkten Halbbild zusammengeführt wird.
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Halbbildbewegungsdetektor
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Details
des Halbbildbewegungsdetektors der 1 sind in 4 gezeigt.
Der Halbbildbewegungsdetektor vergleicht zeitlich benachbarte Bildpunktinformationen
von entgegengesetzter Halbildparität (zum Beispiel Halbbild 0
und Halbbild 1) und differenziert Halbbild-zu-Halbbild-Bewegung
von vertikalen Bildübergängen, um
ein Halbbildbewegungssignal bereitzustellen.
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Jeder
Halbbildbewegungsdetektor weist drei Subtrahierer (402, 404 und 406),
eine Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408,
einen Größenvergleicher 410 und
einen Bewegungs-/Nicht-Bewegungsschalter 412 auf. Subtrahierer 402 empfängt die
F1 – ½H- und
F0-Signale. Subtrahierer 404 empfängt die F0- und F1 – ½H-Signale.
Subtrahierer 406 empfängt
die F1-½H- und
F1 + ½H-Signale.
Der in dem US-Patent 5,291,280 beschriebene Halbbildbewegungsdetektor
(siehe zum Beispiel 3) verwendet Subtrahierer 402 und 404,
welche die gleichen Eingaben wie gerade beschrieben empfangen, und
die Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408.
Die Halbbildbewegungsdetektoren der vorliegenden Erfindung können die gleiche
Funktionsanordnung zum Erhalten des kleineren Absolutwerts wie in
dem 5,291,280-Patent verwenden.
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Subtraktionen
zwischen Halbbildern ergeben Halbbildbewegung, aber detektieren
fälschlicherweise auch
vertikale Übergänge als
Bewegung. Die Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts wählt die
kleinere der zwei Subtraktionen zwischen den Halbbildern aus und
unterscheidet dadurch hochfrequente vertikale Übergänge von Bewegung. Leider werden
niederfrequente vertikale Übergänge noch
als Bewegung detektiert. Um diese Schwäche zu überwinden, fügt der Halbbildbewegungsdetektor
der vorliegenden Erfindung einen Einzelzeilenvertikaldifferenzierer
(der dritte Subtrahierer 406) hinzu, dessen Ausgabe, ein
Maß der
vertikalen Energie, in dem Größenvergleicher 410 mit
der Ausgabe der Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408,
ein Maß der
Halbbildbewegung, verglichen wird. Subtrahierer 406, welcher
als ein Einzelzeilenvertikaldifferenzierer arbeitet, sucht nach
einem vertikalen Übergang
innerhalb eines Halbbildes. Wenn die Größe des vertikalen Übergangs
größer ist
als die Größe der Halbbildbewegung,
dann war ein vertikaler Übergang fälschlicherweise als
eine Bewegung bestimmt worden, also geht der Ausgabeschalter auf
die NEIN-Position und keine Bewegung wurde detektiert. Wenn jedoch
die Halbbildbewegung größer als
die vertikale Energie ist, wird der Bewegungswert JA ausgegeben.
Dies ergibt eine genauere Bewegungsdetektion. Es wird angemerkt, dass
Vorzeichen der Bewegungsinformationssignale von den Subtrahierern
unbedeutend im Hinblick auf die Funktion zum Erhalten des kleineren
Absolutwerts sind.
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Das
Unvermögen
des Bewegungsdetektors gemäß dem Stand
der Technik, zwischen niederfrequenten vertikalen Übergängen und
Bewegung zu unterscheiden, gegenüber
der Wirkung des verbesserten Halbbildbewegungsdetektors der vorliegenden
Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 5–10 verständlicher, welche idealisierte
Darstellungen von Bildpunktamplituden (in aufeinander folgenden
Zeilen) (das heißt,
vertikale Bildpunkte anstatt horizontale Bildpunkte) über der
Zeit in zeitlich beabstandeten Videodatenströmen für verschiedene Signalzustände und
die resultierenden Halbbildbewegungsdetektorsignalausgaben darstellen. 5–7 beziehen sich auf einen Halbbildbewegungsdetektor
nach dem Stand der Technik, wie er in dem 5,291,280-Patent offenbart
ist (welches, wie oben bemerkt, einen Anteil des verbesserten Halbbildbewegungsdetektors
der vorliegenden Erfindung bildet), während sich 8–10 auf den verbesserten Halbbildbewegungsdetektor
der vorliegenden Erfindung beziehen. Bei Bezugnahme auf die 5–10 kann Bezug auf 2 genommen
werden, um vollständiger
die relative Position der verschiedenen Bildpunkte in den Videohalbbildern
nach dem Zeilensprungverfahren zu verstehen.
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Nun
Bezug nehmend auf 5 (Stand der Technik – hochfrequenter
vertikaler Übergang,
keine Bewegung) zeigt 5A Bildpunktamplituden in aufeinander
folgenden Zeilen in dem Videodatenstrom F0; 5B zeigt
Bildpunktamplituden in dem Videodatenstrom F1 – ½H (262 Zeilen zeitlich nachfolgend
dem F0-Videodatenstrom); und 5C zeigt
Bildpunktamplitudenwerte in dem Videodatenstrom F1 + ½H (263
Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom). Subtrahierer 402 erzeugt
die in 5D (ein Bildpunkt) gezeigte Ausgabe,
während
Subtrahierer 404 die in 5E (keine
Bildpunkte) gezeigte Ausgabe erzeugt. Die Funktion zum Erhalten
des kleineren Absolutwerts 408 erzeugt somit die in 5F (keine
Bildpunkte) gezeigte Ausgabe. Diese Ausgabe, die Ausgabe, welche
von dem Halbbildbewegungsdetektor des 5,291,280-Patents bereitgestellt
werden würde,
ist die richtige Ausgabe – der
Hochfrequenzübergang
bei Vorhandensein keiner Bewegung resultiert in der richtigen „keine
Bewegung"-Ausgabe
für jede
der Bildpunktpositionen.
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Bezug
nehmend nun auf 6 (Stand der Technik – hochfrequenter
vertikaler Übergang,
Bewegung) zeigt 6A Bildpunktamplituden in aufeinander
folgenden Zeilen in dem Videodatenstrom F0; zeigt 6B Bildpunktamplituden
in dem Videodatenstrom F1 – ½H (262
Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom); und
zeigt 6C Bildpunktamplitudenwerte
in dem Videodatenstrom F1 + ½H
(263 Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom). Subtrahierer 402 erzeugt
die in 6D (zwei Bildpunkte) gezeigte
Ausgabe, während Subtrahierer 404 die
in 6E (drei Bildpunkte) gezeigte Ausgabe erzeugt.
Die Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408 erzeugt
daher die in 6F (zwei Bildpunkte) gezeigte
Ausgabe. Diese Ausgabe, die Ausgabe, welche von dem Halbbildbewegungsdetektor
des 5,291,280-Patents bereitgestellt werden würde, ist die richtige Ausgabe – der Hochfrequenzübergang
bei Vorhandensein von Bewegung resultiert in der richtigen „Bewegungs"-Ausgabe (Bewegungssignale
bei Bildpunktpositionen in zwei Zeilen, welche die Amplitude der
relativen Halbbildzu-Halbbild-Bewegung anzeigen).
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Bezug
nehmend nun auf 7 (Stand der Technik – niederfrequenter Übergang,
keine Bewegung) zeigt 7A Bildpunktamplituden in aufeinander
folgenden Zeilen in dem Videodatenstrom F0; zeigt 7B Bildpunktamplituden
in dem Videodatenstrom F1 – ½H (262
Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom); und zeigt 7C Bildpunktamplitudenwerte
in dem Videodatenstrom F1 + ½H
(263 Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom).
Jede zeigt langsam ansteigende Bildpunktwerte, wie es im Falle eines
niederfrequenten vertikalen Übergangs
(ein Überblenden
von schwarz nach weiß)
auftreten würde.
Subtrahierer 402 erzeugt die in 7D (vier
Bildpunkte niedrigen Pegels) gezeigte Ausgabe, während Subtrahierer 404 die
in 7E (vier Bildpunkte niedrigen Pegels) gezeigte
Ausgabe erzeugt. Die Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408 erzeugt
somit die in 7F (drei Bildpunkte niedrigen
Pegels) gezeigte Ausgabe. Diese Ausgabe, welche in 7F gezeigt
ist, die Ausgabe, welche von dem Halbbildbewegungsdetektor des 5,291,280-Patents
bereitgestellt werden würde,
ist eine fehlerhafte Ausgabe – der
niederfrequente Übergang
bei Vorhandensein keiner Bewegung resultiert in einer fehlerhaften „Bewegungs"-Ausgabe (niedrige
Amplitude bei Bewegungssignalen bei Bildpositionen in drei Zeilen).
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Nun
Bezug nehmend auf 8 (vorliegende Erfindung – hochfrequenter
vertikaler Übergang,
keine Bewegung) zeigt 8A Bildpunktamplituden in aufeinander
folgenden Zeilen in dem Videodatenstrom F0; zeigt 8B Bildpunktamplituden
in dem Videodatenstrom F1 – ½H (262
Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom)
und zeigt 8C Bildpunktamplitudenwerte in
dem Videodatenstrom F1 + ½H
(263 Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom). Subtrahierer 402 erzeugt
die in 8D (ein Bildpunkt) gezeigte
Ausgabe, während
der Subtrahierer 404 die in 8E (keine
Bildpunkte) gezeigte Ausgabe erzeugt. Die Funktion zum Erhalten
des kleineren Absolutwerts 408 erzeugt somit die in 8F (keine
Bildpunkte) gezeigte Ausgabe. Subtrahierer 406 erzeugt
die in 8G (ein Bildpunkt) gezeigte
Ausgabe. Da die Ausgabe des Subtrahierers 406, welche vertikale
Energie anzeigt, größer ist
als die Ausgabe der Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408 ist,
schaltet der Größenvergleicher
den Schalter 412 auf seine Nein-Position, was zu einer Nein-Ausgabe
führt,
welche keine Bewegung anzeigt. Die in 8H gezeigte
Ausgabe ist die gleiche wie die nach dem Stand der Technik (siehe 5).
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Bezug
nehmend nun auf 9 (vorliegende Erfindung – hochfrequenter
vertikaler Übergang,
Bewegung) zeigt 9A Bildpunktamplituden in aufeinander
folgenden Zeilen in dem Videodatenstrom F0; zeigt 9B Bildpunktamplituden
in dem Videodatenstrom F1 – ½H (262
Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom);
und zeigt 9C Bildpunktamplitudenwerte
in dem Videodatenstrom F1 + ½H
(263 Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom). Subtrahierer 402 erzeugt
die in 9D (zwei Bildpunkte) gezeigte
Ausgabe, während
Subtrahierer 404 die in 9E (drei
Bildpunkte) gezeigte Ausgabe erzeugt. Die Funktion zum Erhalten des
kleineren Absolutwerts 480 erzeugt somit die in 9F (zwei
Bildpunkte) gezeigte Ausgabe. Subtrahierer 406 erzeugt
die in 9G (ein Bildpunkt) gezeigte
Ausgabe. Da die Ausgabe des Subtrahierers 406, welche vertikale
Energie anzeigt, kleiner als die Ausgabe der Funktion zum Erhalten
des kleineren Absolutwerts 408 ist, bewegt der Größenvergleicher
den Schalter 412 für
zwei Bild punktzeiten auf seine Ja-Position, was dazu führt, dass
die Ausgabe zum Erhalten des kleineren Absolutwerts als Halbbildbewegungsdetektorausgabe
bereitgestellt wird, welches eine Bewegung mit diesen Amplituden
an den zwei Bildpunktpositionen anzeigt. Für die übrigen Bildpunktpositionen
ist die Ausgabe des Subtrahierers 406 größer als
die Ausgabe der Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408,
so dass der Größenvergleicher
den Schalter 412 in seiner Nein-Position anordnet, was
zu einer Nein-Ausgabe führt,
welche keine Bewegung anzeigt. Diese in 9H gezeigten
Ergebnisse sind die gleichen wie die gemäß dem Stand der Technik (siehe 6).
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Jetzt
Bezug nehmend auf 10 (vorliegende
Erfindung – niederfrequenter
vertikaler Übergang,
keine Bewegung) zeigt 10A Bildpunktamplituden
in dem Videodatenstrom F0; zeigt 10B Bildpunktamplituden
in aufeinander folgenden Zeilen in dem Videodatenstrom F1 – ½H (262
Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom); und zeigt 10C Bildpunktamplitudenwerte in dem Videodatenstrom
F1 + ½H
(263 Zeilen zeitlich nach dem F0-Videodatenstrom). Subtrahierer 402 erzeugt
die in 10D (vier Bildpunkte niedrigen Pegels)
gezeigte Ausgabe, während
Subtrahierer 404 die in 10E (auch
vier Bildpunkte niedrigen Pegels) gezeigte Ausgabe erzeugt. Die
Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408 erzeugt
somit die in 10F (vier Bildpunkte niedrigen
Pegels gezeigte Ausgabe). Subtrahierer 406 erzeugt die
in 10G (vier Bildpunkte hohen Pegels) gezeigte Ausgabe.
Da die Ausgabe des Subtrahierers 406, welche vertikale
Energie anzeigt, größer ist
als die Ausgabe der Funktion zum Erhalten des kleineren Absolutwerts 408,
bewegt der Größenvergleicher
den Schalter 412 auf seine Nein-Position, was zu einer
Nein-Ausgabe führt, welche
keine Bewegung anzeigt. Die in 10H gezeigte
Ausgabe ist richtig und unterschiedlich zu der gemäß dem Stand der
Technik (siehe 8). Somit behält der verbesserte
Halbbildbewegungsdetektor der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit
des Stands der Technik zum Unterscheiden hochfrequenter Übergänge von
Bewegung bei, während
die Fähigkeit
zum Unterscheiden niederfrequenter vertikaler Übergänge von Bewegung hinzugefügt wird.
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Vollbildbewegungsdetektor
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Der
Vollbildbewegungsdetektor 124 (1), welcher
im Detail in 11 gezeigt ist, vergleicht die
F0- und F2-Videodatenstromsignale
auf einer Bilpunkt-für-Bildpunkt-Basis, um zu bestimmen,
ob der entsprechende Bildpunkt in dem Halbbild F1 wahrscheinlich
in Bewegung ist. Viele Vollbilddetektoren gemäß dem Stand der Technik können in
Aspekten der vorliegenden Erfindung verwendet werden, obwohl der
verbesserte Vollbildbewegungsdetektor, welcher nun zu beschreiben
ist, bevorzugt wird.
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In
dem Vollbildbewegungsdetektor, welcher in dem US-Patent 4,982,280
beschrieben ist, werden hochfrequente Bewegungen herausgefiltert.
Dies wird durchgeführt,
um zu verhindern, dass Unterträgerreste als
Bewegung detektiert werden. Der Vollbildbewegungsdetektor, welcher
einen Aspekt der vorliegenden Erfindung bildet, stellt eine verbesserte
Unterscheidung von Bewegung und Unterträgersignalanteilen bereit.
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In
dem verbesserten Vollbildbewegungsdetektor, welcher einen Teil der
vorliegenden Erfindung bildet, wird eine Vollbildsubtraktion zwischen
F0 und F2 in dem Subtrahierer 1102 durchgeführt. Die
Ausgabe des Subtrahierers 1102 wird dann durch komplementäre Tiepass-
und Hochpassfilter, welche von einem Tiefpassfilter 1104 und
einem Subtrahierer 1106 gebil det werden, geführt. In
einer digitalen Ausführungsform
kann der Tiefpassfilter ein Fünf-Koeffizienten-FIR-Filter
mit einer 0 bei der Farbunterträgerfrequenz
sein (in einem Vollbilddetektor, welcher für sowohl NTSC als auch PAL
verwendet werden soll, kann die Filtercharakteristik umschaltbar
sein, gemäß entweder
einem NTSC- oder PAL-Signal, welches verarbeitet wird). Der horizontale
tiefpassgefilterte Pfad (wo die meiste Bewegung liegt) auf Leitung 1108 wird
im Gleichrichter 1110 gleichgerichtet und einer Schwellenwertfunktion 1112 zugeführt, welche
Rauschanteile durch Anwenden eines Bewegungs-LPF-Rauschschwellenwerts entfernt. In
einer digitalen Ausführung
kann zum Beispiel der Schwellenwert 1112 das Signal auf
vier Bits (von nehmen wir einmal an acht Bits) begrenzen. Der horizontale
hochpassgefilterte Pfad auf Leitung 1114 führt in komplementäre vertikale
Tiefpass- und Hochpassfilter, welche von Subtrahierer 1116,
Addierer 1118 und Verzögerung 1120 (welche
eine Einzeilenverzögerung
für NTSC
und eine Zweizeilenverzögerung
für PAL
bereitstellt) gebildet werden. Diese Pfade, vertikaler HPF-Pfad 1122 und
vertikaler LPF-Pfad 1124, werden dann einzeln durch Gleichrichter 1126 bzw. 1128 gleichgerichtet
und weisen ihre eigenen Schwellenwerte auf (Schwellenwertfunktionen 1130 bzw. 1132,
welche Rauschanteile durch Anwenden eines Bewegungs-HHPF-VHPF-Rauschschwellenwerts
bzw. eines Bewegungs-HHPF-VLPF-Rauschschwellenwerts entfernen) (wobei
HHPF horizontaler Hochpassfilter (Horizontal Highpass Filter), VLPF
vertikaler Tiefpassfilter (Vertikcal Low Pass Filter) usw. bedeutet).
In einer digitalen Ausführung
können die
Schwellenwerte 1130 und 1132 auch die entsprechenden
Signale auf vier Bits begrenzen.
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Somit
werden drei Pfade bereitgestellt: ein horizontal tiefpassgefilterter
(HLPF) Pfad, ein horizontal hochpassgefilterter und vertikal hochpassgefilterter
(HHPF-VHPF) Pfad und ein horizontal hochpassgefilterter und vertikal
tiefpassgefilterter (HHPF-VLPF) Pfad. Die Aufgabe der drei Pfade
ist, Farbunterträgersignalanteile von
echter Bewegungsinformation zu trennen. Die HLPF-Pfadausgabe weist
im Wesentlichen als ein Ergebnis des horizontalen Tiefpassfiltervorgangs
des LPF 1104 keine Unterträgersignalkomponenten auf. Die
zwei HHPF-Pfade, welche das Komplement des HLPF-Pfads tragen, benötigen vertikales
Filtern, um die Unterträgersignalkomponenten,
welche in dem Hochfrequenzanteil des Spektrums vorhanden sind, zu
reduzieren. Derartige Komponenten haben das Erscheinungsbild eines
Musters einer vertikalen Linie, welches in echten Fernsehszenen
auftreten kann. Der Filtervorgang des HHPF-VHPF-Pfades lässt Unterträgersignalkomponenten mit niedrigem
Amplitudenpegel passieren. Durch ausreichend hohes Setzen des HHPF-VHPF-Schwellenwerts
wird echte Bewegung von Unterträgerkomponenten
unterschieden. Der Filtervorgang des HHPF-VLPF-Pfads weist Unterträgerkomponenten (welche eine
vertikale Komponente aufweisen, da sie von Zeile zu Zeile phasenverschoben
sind) zurück,
aber lässt
sich horizontal bewegende Linienmuster passieren (welche als „sich bewegende
Vielfachhäufungen", „Moving
Multibursts" bezeichnet
werden), welche als Bewegung detektiert werden müssen (ein derartiges Muster
wird von den anderen beiden Pfaden zurückgewiesen). Der HHPF-VLPF-Pfad kann einen
niedrigeren Schwellenwertpegel als der HHPF-VHPF-Pfad aufweisen,
da der HHPF-VLPF-Pfad nicht gewünschte
von ungewünschten
Signalkomponenten basierend auf einer Amplitude unterscheidet. Die
HLPF- und HHPF-VLPF-Schwellenwertpegel
sind nach Rauschunanfälligkeit
ausgewählt.
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Die
drei unterschiedlich gefilterten Bewegungspfade werden dann im Summierer 1134 kombiniert
und in einer Erweiterungsfunktion 1136 erweitert. Vorzugsweise
werden sie horizontal um fünf
Bildpunkte, zeitlich um ein Halbbild und vertikal um eine Zeile
erweitert. Techniken für
derartige Horizonal-, Vertikal- und Zeiterweiterungen sind bekannt.
Siehe zum Beispiel das US-Patent 5,488,422. Die Ausgabe des Blocks 1136 wird einem
Eingang der Funktion zum Behalten des größeren Wertes 1138 und
einer 262H/312H (262 Zeilen für NTSC,
312 Zeilen für
PAL) Verzögerung
zugeführt,
deren Ausgabe als eine zweite Eingabe dem Block 1138 und
einer 1H (eine Zeile) Verzögerung 1142 zugeführt wird,
deren Ausgabe als eine dritte Eingabe dem Block 1138 zugeführt wird.
Blöcke 1136 bis 1142 stellen
ein zeitlich und vertikal erweitertes Bewegungssignal bereit. Es
gibt zwei Zwecke für
die zeitliche und vertikale Erweiterung – um die Situation zu vermeiden,
wenn ein schnell bewegendes Objekt ein „Loch" zwischen Vollbildern zurücklässt (zum
Beispiel ein schwingendes Pendel) und, im Fall eines NTSC-Signals,
um ein Erscheinen von Flattern zwischen scharfen und weichen Bildern zu
vermeiden, wenn Filmmaterial nicht als Filmmaterial detektiert ist.
Ferner stellt ein Erweitern sicher, dass das Vollbildbewegungssignal
das Halbbildbewegungssignal in den Filmdetektoren „umgibt".
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Der
Vollbildbewegungsdetektor weist drei einstellbare Parameter auf:
den Bewegungs-LPF-Rauschschwellenwert, den Bewegungs-HHPF-VLPF-Rauschschwellenwert
und den Bewegungs-HHPF-VHPF-Rauschschwellenwert.
Die Parameter sollten eingestellt werden, um eine Detektion von
Bewegung aufgrund von Rauschen und Unterträgersignalkomponenten zu minimieren.
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Filmdetektoren
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Funktional
wird ein NTSC-Filmdetektor 118 getrennt von einem PAL-Filmdetektor 120 bereitgestellt.
In praktischen Ausführungsformen
teilen die beiden Detektoren wahrscheinlich Schaltkreise und/oder
Funktionen. Beide Filmdetektoren haben den gleichen Zweck, den Beginn
eines Filmmusters zu bestimmen, auf diese Weise in dem Filmmodus
einzutreten (angezeigt durch Setzen des Film-J/N-Signals in seinen
J-(Ja) Zustand und, nach einem Eintreten in den Filmmodus, wenn
das Filmmuster unterbrochen wird, folglich den Filmmodus zu verlassen
(angezeigt durch Setzen des Film-J/N-Signals in seinen N-(Nein) Zustand).
Ein unterschiedliches Filmmuster ist jedem Videoformat (NTSC oder
PAL) arteigen (resultierend aus 24 Vollbildern pro Sekunde Filmquellen
bei NTSC und 25 Vollbildern pro Sekunde Filmquellen bei PAL). Beide
Filmdetektoren haben bestimmte Merkmale und Prinzipien des Betriebs
gemeinsam. Beide empfangen die F0mtn-Ausgabe
des Halbbildbewegungsdetektors 114, die Bewegungsausgabe
des Vollbildbewegungsdetektors 124 und das Schnitt-J/N-Signal
von dem sägezahnbasierten
Schnittdetektor 126. Die grundlegende Eingabe ist das F0mtn-Signal des Halbbildbewegungsdetektors.
Das Vollbildbewegungssignal dient als eine Überprüfung des Halbbildbewegungssignals.
Das Schnitt-J/N-Signal stellt eine frühe Anzeige, basierend auf der
Detektion von Signalzuständen,
welche Sägezahnartefakte
erzeugen, bereit, dass das Filmmuster unterbrochen wurde.
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Typische
Filmdetektoren nach dem Stand der Technik, welche bestimmt sind,
24 Vollbilder pro Sekunde Bewegtbildquellen in NTSC-Fernsehsignalen
zu detektieren (siehe zum Beispiel die 4,982,280- und 5,291,280-Patente),
sind eher vollbildbasiert als halbbildbasiert. Ein halbbildbasierter
Filmdetektor zum Detektieren von 25 Bildern pro Sekunde Bewegung
in PAL-Fernsehsignalen
ist jedoch in der veröffentlichten
internationalen Patentanmeldung WO 94/30006 offenbart. Die vorliegenden
NTSC- und PAL-Filmdetektoren sind eine Verbesserung des halbbildbasierten
PAL-Filmdetektors der internationalen Anmeldung. Demnach ist zum Beispiel
das vollbildbasierte Film muster für NTSC eine Fünf-Vollbild-Sequenz – Null gefolgt
von vier Einsen (wie bekannt tritt dieses Muster bei Zuständen der
Bewegung in der Bewegtbildquelle auf, wobei keine Bewegung bewirkt,
dass Einsen Nullen werden, aber die besondere Nullposition muss
unter allen Umständen
eine Null bleiben, um eine Filmquelle zu garantieren). In der verbesserten
halbbildbasierten Detektionstechnik der vorliegenden Erfindung müssen drei
Nullpositionen in einer Fünf-Halbbild-Abfolge
unter allen Filmbewegungsbedingungen Null bleiben (die zwei Eins-Positionen
können
entweder eine Eins- oder eine Null-Bedingung annehmen), was folglich eine
schnellere Detektion einer Unterbrechung in dem Filmmuster ermöglicht.
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Zusätzlich reagiert
der vorliegende Filmdetektor auf ein Schnitt-J/N-Signal, welches
von den sägezahnbasierten
Schnittdetektionsfunktionen bereitgestellt wird, derart, dass, wenn
das Signal auf seinen J-Zustand geht, der Filmdetektor sofort den
Filmmodus verlässt
und die Film-J/N-Signalausgabe
des Detektors sofort auf N geht. Das Schnitt-J-Signal stellt eine Anzeige innerhalb
eines Halbbildes bereit, dass das Filmablaufmuster unterbrochen
ist, welches auf diese Weise eine frühe Anzeige bereitstellt, bevor
der Filmablaufmusterdetektor eine derartige Bestimmung durchführen kann
(der Musterdetektor benötigt
mindestens ein Halbbild um einen Fehler zu detektieren). Somit stellt
das Schnitt-J/N-signal ein zweites Verfahren (das erste ist eine Unterbrechung
des Filmmusters) zum Verlassen des Filmmodus bereit.
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Bei
vollbildbasierter Schnittdetektion gibt es einen Schnitttyp, welcher
nicht detektiert wird, da die Abfolge nicht unterbrochen ist (die
Abfolge AAABB122233 – siehe
die nachfolgende Erörterung
unter der Überschrift „Sägezahndetektoren"). Alle Schnitte
werden als schlechte Schnitte bei der halbbild basierten Detektion detektiert
(mit Ausnahme von dem einen „guten" Schnitt, welcher
zulässig
ist – siehe
obiges Beispiel eines „guten
Schnitts").
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NTSC-Filmdetektor
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Der
NTSC-Filmdetektor 118 (1) empfängt die
F0mtn-Ausgabe des Halbbildbewegungsdetektors 114,
die Bewegungsausgabe des Vollbildbewegungsdetektors 124 und
das Schnitt-J/N-Signal von dem sägezahnbasierten
Schnittdetektor. Ein NTSC-Filmdetektor 118 sucht nach 24
Vollbildern/Sekunde-Quellen in NTSC-Fernsehsignalen. Er untersucht gesammelte
Halbbildbewegungen zwischen Halbbild 0 und Halbbild 1 und sucht
dann nach dem Halbbildbewegungsfilmablaufmuster „1 0 1 0 0" bevor er bestimmt, dass das Material ein
Film und kein Video ist. 12 zeigt
die Details des NTSC-Filmdetektors.
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Die
hauptsächliche
Eingabe in den NTSC-Filmdetektor ist die F0mtn-Ausgabe
des Halbbildbewegungsdetektors 114 (1). Das
F0mtn-Signal wird in einem Tiefpassfilter 1202 gefiltert,
um Unterträgerreste
zu entfernen, im Gleichrichter 1204 gleichgerichtet und
von der Filmbewegungsaustastfunktion 1206 ausgetastet, um
zu verhindern, dass Bildkantenartefakte und Untertitel als Bewegung
detektiert werden. Das gleichgerichtete und ausgetastete Bewegungssignal
wird dann einem Schwellenwert 1208 zugeführt, um
Rauschartefakte zu reduzieren. Der Schwellenwert wird von einem
festen und vorbestimmten Filmrauschschwellenwert festgesetzt. In
einem parallelen Pfad wird die Bewegungseingabe von dem Vollbildbewegungsdetektor
durch einen Schwellenwert 1210 in einer digitalen Ausführung in
ein Ein-Bit-Bewegungs-Ja/Nein-Signal gewandelt. Dieser Schwellenwert
wird von einem Bewegungsschwellenwert festgesetzt. Das Ein-Bit-Bewegungs-Ja/Nein-Signal wird
dann verwen det, um einen Bewegungs-Nicht-Bewegungsschalter 1212 zu
steuern. Die Vollbildbewegungsanzeige dient als eine Kontrolle der
Halbbildbewegungsanzeige – wenn
keine Vollbildbewegung für
einen vorgegebenen Bildpunkt vorhanden ist, dann kann keine Halbbildbewegung
für den
gleichen Bildpunkt vorhanden sein (die Vollbildbewegung wurde horizontal
und vertikal erweitert, um sicherzustellen, dass der Bereich der
Vollbildbewegung die Halbbildbewegung umgibt). Das Ein-Bit-Halbbildbewegungssignal
von dem Schalter 1212 wird dann über das gesamte Halbbild in
einem Halbbildmengensammler 1214 gesammelt.
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An
dem Ende eines jeden Halbbilds werden die Daten verriegelt und der
Bewegungswert wird dann auf drei parallelen Pfaden 1216, 1218 und 1220 weitergeleitet:
1) Pfad 1216 zu einem Detektor für ein Minimum aus fünf Halbbildern 1222 (obwohl
ein Minimum aus fünf
Halbbildern wünschenswert
ist, um einen Sicherheitsbereich bereitzustellen, ist ein Minimum
aus drei Halbbildern durchführbar),
2) Pfad 1218 zu einem gewichteten Mittelwertbildner 1224 für drei Halbbilder,
und 3) Pfad 1220 zu einer Seite des Subtrahierers 1226,
an welchem Ende-des-Halbbilds-Berechnungen
durchgeführt
werden. Zu Beginn eines jeden Halbbilds werden die Sammler zurückgesetzt.
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Da
die Halbbildbewegung nicht genau ist, kann ein nichtbewegendes Halbbild
einen ihm zugeordneten Nicht-Null-Wert aufweisen. Der Detektor für ein Minimum
aus fünf
Halbbildern 1222 sucht in fünf benachbarten Halbbildern
nach der minimalen Bewegung. Bei einem Film wird in fünf benachbarten
Halbbildern immer ein nicht bewegendes Halbbild sein und daher wird
der minimale Bewegungswert diesem entsprechen. Diese Ausgabe stellt
die andere Eingabe für
den Subtrahierer 1226 bereit, um den Basisbewegungswert,
welcher einem nicht bewe genden Halbbild von der Sammler 1214 Ausgabe
auf Pfad 1220 zugeordnet ist, zu entfernen. Die Subtrahierer 1226 Ausgabe
wird dann einem veränderlichen
Schwellenwert 1228 zugeführt, dessen Schwellenwert von
der Ausgabe des Blocks 1224, dem gewichteten Mittelwert
von drei Halbbildern, bestimmt wird.
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Insofern,
da der Bewegungsschwellenwert abhängig von der Bewegung der Bildinformation
ist, wird eine Bildinformation mit geringer Bewegung einen niedrigeren
Schwellenwert aufweisen als Material mit viel Bewegung. Der Minimalbewegungsdetektor 1222 und
der gewichtete Mittelwertbildner 1224 erhöhen die
Empfindlichkeit der Filmdetektion bei Szenen mit geringer Bewegung
bedeutend und klammern computererzeugtes Material, welches das Nyquist-Kriterium
verletzt, aus. Die Ausgabe des veränderlichen Schwellenwerts 1228, eine „1" für ein bewegendes
Halbbild und eine „0" für ein nicht
bewegendes Halbbild, wird dann in eine Zustandsmaschine 1230 geführt, welche
nach der wiederfolgenden Abfolge 10100 sucht. Die Zustandsmaschine 1230 kann
von dem Typ sein, welcher in dem 4,982,280-Patent beschrieben ist.
Sobald die Anzahl der detektierten Filmabläufe die Filmablauferfassungsanzahl
erreicht, wird der Filmmodus aktiviert. Die Filmablauferfassungsanzahl,
die Anzahl der Male die das Muster sich wiederholen muss, um eine
Detektion eines Filmablaufs anzuzeigen, wird von dem Systemdesigner
festgelegt. Die Anzahl kann zum Beispiel drei für NTSC (obwohl eins genügen könnte) und
fünf oder
sechs für
PAL, welches ein weniger eindeutiges Filmmuster aufweist, sein.
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Der Übergang
zum Videomodus tritt bei einer von zwei Bedingungen auf: 1) wenn
der Filmablauf von einer „0", welche von einer „1" ersetzt wird, gestört wird
(es ist zu beachten, dass im Filmmodus ein „1"-Halbbild mit einem „0"-Halbbild ersetzt werden kann, wie es
im Fall eines nicht-bewegenden Halbbildes ist, aber ein nicht bewegendes
Halbbild kann nicht in ein bewegendes umgedreht werden) oder 2)
wenn das Schnitt-J/N-Signal
aktiv wird (Ja).
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Da
der NTSC-Filmdetektor der vorliegenden Erfindung halbbildbasiert
ist, gibt es drei Stellen in der Fünf-Halbbild-Abfolge, an denen ein schlechter Schnitt
den Filmdetektor zum Herausfallen aus dem Filmmodus veranlassen
kann, verglichen mit der einen Stelle in dem Vollbildbewegungsfilmdetektionsschema – 01111. Wie
zuvor erklärt,
eine „0" kann nicht eine „1" werden, aber eine „1" kann eine „0" werden, weist somit
die Halbbildbewegungsabfolge drei „0"en auf, welche als ein Schnittdetektor
verwendet werden können,
im Vergleich zu der einen „0" in der vollbildbasierten
Filmabfolge. Dies hat die Wirkung, die negativen optischen Effekte
von schlechten Schnitten zu minimieren.
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Der
NTSC-Filmdetektor weist sieben Parameter auf: einen Filmrauschschwellenwert,
einen Bewegungsschwellenwert, eine NTSC-Filmabfolgenerfassungsanzahl und vier
Filmaustastparameter, welche Bereiche der Filmbewegungsdetektion
definieren, um Kanteneffekte zu minimieren: Filmaustastung obere
Zeile, Filmaustastung untere Zeile, Filmaustastung rechte Seite
und Filmaustastung linke Seite.
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PAL-Filmdetektor
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Der
PAL-Filmdetektor 120 (1) sucht
nach 25 Vollbilder/Sekunde-Quellen in PAL-Fernsehsignalen und er
kann ferner nach 30 Vollbilder/Sekunden-Quellen in NTSC-Fernsehsignalen
suchen. Er untersucht die gesammelte Halbbildbewegung zwischen Halbbild
1 und Halbbild 1 und sucht dann nach dem Halbbildbewegungsfilmabfolgemuster „1 0" bevor er bestimmt,
ob das Material Film und nicht Video ist. Details des PAL-Filmdetektors sind
in 13 gezeigt.
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Der
PAL-Filmdetektor empfängt
das gleiche F0-Halbbildbewegungssignal F0mtn an
seinem Eingang und führt
die gleiche Bildpunktverhältnisbearbeitung
wie der NTSC-Filmdetektor 118 (1) der 6 aus. In der Praxis sind der Tiefpassfilter 1202,
der Gleichrichter 1204, der Austastschaltkreis 1206,
der Rauschschwellenwert 1208, der Bewegungsschwellenwert 1210,
der Bewegungs-/Nicht-Bewegungsschalter 1212 und der Halbbildmengensammler 1219 gemeinsam
für die
NTSC- und PAL-Filmdetektoren. Entsprechende Elemente in dem PAL-Filmdetektor sind
mit entsprechenden „13xx"-Bezugszeichen bezeichnet.
Die gemeinsamen Elemente, welche in Verbindung mit dem NTSC-Filmdetektor
der 6 beschrieben sind, werden nicht
noch einmal beschrieben.
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Die
Ende-des-Halbbilds-Berechnungen, welche in PAL durchgeführt werden,
unterscheiden sich von NTSC, da die Abfolge, welche in NTSC detektiert
wird, sich von der, welche in PAL detektiert wird, unterscheidet.
Die wiederkehrende PAL-Filmabfolge
ist „1
0". Diese Abfolge
kann auf Videomaterial für
einige Vollbilder hintereinander auftreten, infolgedessen muss aufgepasst
werden, diesen Fall zu unterscheiden. Zuerst wird die aktuelle Halbbildbewegung
(B) des Halbbildmengensammlers 1314 im Vergleicher 1340 größenmäßig mit der
letzten Halbbildbewegung (A) verglichen, welche durch Verzögern der
Halbbildmengensammlerausgabe 1314 in einer Ein-Halbbild-Verzögerung 1342 (welche
als ein Flipflop ausgeführt
sein kann, welches mit der Halbbildfrequenz durch das vertikale
Synchronisationssignal getaktet ist) abgeleitet wird, um ein Bewegungsanzeigesignal
an der Vergleicherausgabe 1340 auszubilden. Wenn der aktuelle
Wert größer als
der vorhergehende Bewegungswert ist, wird eine „1" ausgegeben, umgekehrt wird eine „0" ausgegeben, wenn
der aktuelle Wert kleiner oder gleich der vorigen Bewegung ist.
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In
einem parallelen Pfad werden die beiden Bewegungen, die aktuelle
Halbbildbewegung (B) und die letzte Halbbildbewegung (A) durch einen
Operator 1344 verändert,
um das Verhältnis
|(A – B)/[(A
+ B)/2]| auszubilden. Diese Funktion, der Absolutbetrag der Differenz
geteilt durch das Mittel, entspricht einem benachbarten Halbbildbewegungsverhältnis, welches
dann einem Schwellenwert 1346 zugeführt wird, dessen Ausgabe in
dem UND-Gatter 1348 mit
dem Bewegungsanzeigesignal verknüpft
wird. Die Einführung
der minimalen Bewegungsbedingung ist notwendig, da das Bewegungsanzeigesignal
sich nicht darum kümmert,
ob der Unterschied zwischen A und B 1 oder 1000 ist. Für Videomaterial
ist es nicht unüblich,
Bewegungswerte wie zum Beispiel die folgenden zu erhalten: 1000,
1410, 1400 und 1510. Diese würden
ein „0
1 0 1" von dem Bewegungsanzeigesignal
ergeben – ein
filmähnliches
Muster. Eine Filmquelle mit geringer Bewegung könnte die Werte wie folgt aufweisen:
6,100, 5, 110. Somit hilft ein PAL-Minimum-Bewegungsverhältnis zwischen Film und Video
zu unterscheiden. Alternativ, aber weniger wünschenswert, kann die Anordnung
in dem NTSC-Filmdetektor zwischen dem Halbbildmengensammler (1214 in 12, 1314 in 13)
und der Zustandsmaschine (1230 in 12, 1350 in 13)
verwendet werden.
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Wenn
die minimale Bewegungs-Verhältnis-Bedingung
erfüllt
ist, dann wird die Bewegungsanzeige der PAL-Filmzustandsmaschine 1350 zugeführt, welche
von dem gleichen Typ Zustandsmaschine wie in dem 4,982,280-Patent
sein kann. Wenn nicht, wird eine 0 eingegeben. Der PAL-Filmmodus
wird betreten, sobald die An zahl der Filmabläufe die PAL-Filmablauferfassungsanzahl
erreicht.
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Wie
im Falle von NTSC tritt der Übergang
in den Videomodus aufgrund einer von zwei Bedingungen auf: 1) wenn
die Filmabfolge gestört
ist oder 2) wenn das Schnitt-J/N-Signal aktiv wird. Es sollte beachtet
werden, dass eine einzige Filmzustandsmaschine für die NTSC- und PAL-Filmdetektoren
verwendet werden kann, vorausgesetzt, dass eine Nachschlagetabelle
verwendet wird, welche für
den entsprechenden Videostandard geeignet ist.
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Der
PAL-Filmdetektor hat wie der NTSC-Filmdetektor acht einstellbare
Parameter: einen Filmrauschschwellenwert, einen Bewegungsschwellenwert,
eine PAL-Filmabfolgeerfassungsanzahl, ein PAL-Minimalbewegungsverhältnis und
vier Filmaustastparameter, welche den Bereich der Filmbewegungsdetektion
definieren: Filmaustastung obere Zeile, Filmaustastung untere Zeile,
Filmaustastung rechte Seite, Filmaustastung linke Seite.
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Sägezahndetektoren
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Die
Sägezahndetektoren 128 und 130 (1)
suchen nach dem „Sägezahn"-Artefakt, welches
sich aus einem fehlerhaften Verschachteln von F1 und F0 oder F1
und F2 ergibt. Details des Sägezahndetektors sind
in 14 gezeigt.
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Ein
Sägezahn
ist durch die geradzahligen Zeilen mit ähnlichem vertikalen Inhalt
und die ungeradzahligen Zeilen mit ebenfalls ähnlichem vertikalen Inhalt
charakterisiert – die
ungeradzahligen Zeilen sind horizontal von den geradzahligen Zeilen
versetzt, wie in 15A–15D dargestellt.
Sägezahnartefakte
sind ferner in dem 5,625,421-Patent erklärt. 15A zeigt
das angezeigte Erscheinungsbild eines vertikalen Balkens, wenn die
Zeilen richtig verschachtelt sind. 15B zeigt
den gleichen vertikalen Balken, wenn die Zeilen fehlerhaft verschachtelt
sind. 15C zeigt einen diagonalen Balken,
wenn die Zeilen richtig verschachtelt sind. 15D zeigt
einen diagonalen Balken, wenn die Zeilen fehlerhaft verschachtelt
sind.
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Jeder
Sägezahndetektor
weist eine Reihe von vier Subtrahierern 1402, 1404, 1406 und 1408 auf.
Zum einfacheren Verständnis
wird angenommen, dass geradzahlige Zeilen in Halbbild 0 sind und
ungeradzahlige Zeilen in Halbbild 1 sind (unter Bezugnahme auf 2 wird
vergeben, dass die Zeile, welche Bildpunkt PF0-1H enthält, Zeile
0 ist, die Zeile, welche Bildpunkt PF0 enthält, Zeile
2 ist, die Zeile, welche Bildpunkt PF1-½H enthält, Zeile
1 ist und die Zeile, welche Bildpunkt PF1+½H enthält, Zeile
3 ist)
-
-
14 und
die obige Tabelle zeigen Signale, welche in dem F0-Sägezahndetektor
vorhanden sind. Für
den F2-Sägezahndetektor
ist „F0 – ½H" durch „F2 – ½H" und „F0" durch „F2" zu ersetzen.
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Die
Ausgabe der Subtrahierer 1402–1408 geht weiter
durch vier identische parallele Pfade 1410–1416,
welche jeweils vier E- lemente
umfassen: einen Tiefpassfilter (1418, 1420, 1422 bzw. 1424),
um jegliche Unterträgerreste
und Rauschen zu entfernen; einen Gleichrichter (1426, 1428, 1430 bzw. 1432);
einen Schnittaustaster (1434, 1436, 1438 bzw. 1440),
um jegliche Bildkantenartefakte vor einer Detektion als ein Sägezahn zu
bewahren, und einen Schwellenwert (1442, 1444, 1446 bzw. 1448).
Die Schwellenwerte der Subtraktionen innerhalb eines Halbbildes 1402 und 1406 sind
die gleichen und erfordern, dass die Ausgaben klein sind, welche
dadurch zeigen, dass sie sich vertikal ausrichten. Die Schwellenwerte
der Subtraktionen 1404 und 1408 zwischen Halbbilder
sind die gleichen und erfordern, dass die Ausgabe groß ist, welche
anzeigt, dass eine horizontale Versetzung des Übergangs von Halbbild zu Halbbild
vorhanden ist. Die Ausgaben der vier Schwellenwertschaltkreise werden
einem UND-Gatter 1450 zugeführt: Die Ausgaben der Schwellenwerte 1442 und 1446 werden
durch invertierende Eingänge
zugeführt.
Somit sind die vier Signale derart kombiniert, dass, wenn die Ausgaben
der Subtrahierer 1402 und 1406 unterhalb des Schwellenwerts
sind und die Ausgaben der Subtrahierer 1404 und 1408 über dem
Schwellenwert sind, ein Sägezahn
vorausgesagt wird. Die Ausgabe des UND-Gatters 1450 ist
F0saw (F2saw von
dem F2-Sägezahndetektor).
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Die
Sägezahndetektoren
weisen sechs einstellbare Parameter auf: einen Sägezahn-2H-Ähnlichkeitsschwellenwert, einen
Sägezahn-1H-Differenzschwellenwert
und vier Schnittaustastparameter, welche den Bereich der Schnittbewegungsdetektion
definieren: Schnittaustastung obere Zeile, Schnittaustastung untere
Zeile, Schnittaustastung rechte Seite und Schnittaustastung linke
Seite.
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Obwohl
die F0saw- und F2saw-Signale
anzeigen, wenn eine einzelne Sägezahnartefaktsignalbedingung auftritt,
wird mehr Infor mation benötigt,
um zu bestimmen, dass ein schlechter Schnitt aufgetreten ist. Der Zweck
des sägezahnbasierten
Schnittdetektors 126 ist, die F0saw-
und F2saw-Signale zusammen mit anderen Information
zu verarbeiten, um einen schlechten Schnitt mit angemessener Zuverlässigkeit
zu erkennen.
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Der
sägezahnbasierte
Schnittdetektor 126 (1), welcher
die F0saw- und F2saw-Signale,
das F1 – ½H-Signal
und das Vollbildbewegungssignal empfängt, sucht nach vorausgesagten
Sägezahnartefakten
in Halbbild 0 und Halbbild 2 bezogen auf Halbbild 1. Die Anzahl
der Sägezähne pro
Zeile werden gesammelt und mit der Anzahl der horizontal bewegten Übergänge in dem
F1 – ½H-Signal
verglichen. In dem aktuell dargestellten Halbbild (F1) wird dann
ein Schnitt detektiert, wenn das Verhältnis der Sägezähne gegenüber der bewegten Kanten das
minimale Verhältnis
trifft und dieses Verhältnis über eine
vordefinierte Anzahl von benachbarten Zeilen getroffen wird. In
dem nicht dargestellten oder alternierenden Halbbild (F0 oder F2)
wird ein Schnitt detektiert, wenn mehr Sägezähne als bewegte Kanten vorhanden
sind und auf dem aktuell angezeigten Halbbild detektierte Sägezähne vorhanden
sind und dies über
eine vordefinierte Anzahl von benachbarten Zeilen auftritt. Die
Details des sägezahnbasierten
Schnittdetektors sind in 16 gezeigt.
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Der
sägezahnbasierte
Schnittdetektor weist zwei getrennte Eingabeabschnitte auf: einen
Bewegte-Kanten-Detektionseingabeabschnitt
und einen Sägezahndetektionseingabeabschnitt.
Der Bewegte-Kanten-Detektionseingabeabschnitt empfängt die
F1 – ½H-Signaleingabe
und führt
sie einem Horizontaldifferenzierer 1602 zu, welcher nach
horizontalen Übergängen sucht.
Dies kann durch eine Eintakt-Verzögerung 1604 (ein Bildpunkt)
und einen Subtrahierer 1606 ausgeführt werden. Die Differenzierer-1602-Ausgabe
wird dann von einem Tiefpassfilter 1608 gefiltert, von
einem Gleichrichter 1610 gleichgerichtet, von einer Schnittaustastung 1612 ausgetastet
und einem Schwellenwert 1614 zugeführt, welcher einen Rauschschwellenwert
unter der Steuerung eines H-Kanten-(Horizontalkanten) Schwellenwerts
bereitstellt. In einem parallelen Pfad wird das Vollbildbewegungssignal
auch dem Schwellenwert 1616 unter einer Steuerung eines
Bewegungsschwellenwerts zugeführt,
um ein Bewegungs-Ja/Nein-Signal auszubilden, welches dann in einem
UND-Gatter 1618 mit dem Horizontalübergangssignal verknüpft wird,
um zu ermöglichen,
dass nur bewegte horizontale Kanten weitergegeben werden. Bewegte
horizontale Kanten werden einem H-Menge-(Horizontalmenge) Sammler 1620 für bewegte
horizontale Kanten zugeführt,
in welchem die Anzahl getrennter bewegter Kanten, welche durch Detektieren
ihrer Spitzen bestimmt wurden, über
dem Verlauf einer Zeile gesammelt werden.
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Der
Sägezahndetektionseingabeabschnitt
empfängt
die F0saw- und F2saw-Ausgaben
von dem F0-Sägezahndetektor
bzw. den F2-Sägezahndetektoren.
Die F0saw- und F2saw-Signale
werden entsprechenden H min-(horizontales Minimum) Detektoren 1622 und 1624 zugeführt. Damit
ein Sägezahn
detektiert wird, muss er eine minimale horizontale Dauer von zwei
Bildpunkten aufweisen. Die Anzahl der Sägezahnvorgänge, welche mehr als die minimale
Zwei-Bildpunkte-Dauer aufweisen, werden während des Zeitraums einer jeden
horizontalen Zeile in entsprechenden H-Mengen-Sägezahnvorgangsammlern 1626 und 1628 gesammelt.
Die Anzahl der Vorgänge
für die
F0- und F2-Signale werden zwei parallelen Pfaden, 1630 und 1632,
welche das aktuell dargestellte Halbbild bzw. das alternierende
Halbbild darstellen, zugeführt.
Die Festlegung, welches F0 ist und welches F2 ist, hängt von
dem Zustand des F0-/F2-Schalters in dem System ab (wie von dem NTSC- oder
PAL-Filmdetektor bestimmt). Das F0/F2-Signal von den NTSC- oder
PAL-Filmdetektoren steuert einen zweipoligen Umschalter 1629,
welcher die F0saw- und F2saw-Signaleingaben
in Abhängigkeit
von der Polarität des
F0/F2-Signals umschaltet.
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In
dem aktuell angezeigten Pfad 1630 wird die Anzahl der Sägezähne in dem
aktuell angezeigten Halbbild durch die Anzahl der bewegten Kanten
in einem Teiler 1634 geteilt. Wenn der Quotient größer als
das Sägezahn-zu-bewegte-Kantenverhältnis, wie
von einem Schwellenwert 1636 bestimmt, ist, dann wird ein
Zähler 1638 erhöht. Wenn
die nächste
Zeile nicht die gleichen Kriterien erfüllt, wird der Zähler 1638 zurückgesetzt. Sobald
der Zähler
den Sägezahnschwellenwert
des aktuellen Halbbilds V min, welcher von einem Schwellenwert 1640 bestimmt
ist, erreicht, ist ein Schnitt detektiert.
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Es
gibt bestimmte Fälle,
in denen der Schnittdetektorpfad 1630 für das aktuell angezeigte versagt. Dies
tritt auf, wenn Bewegungsdetektion zwischen Halbbildern verschiedener
Szenen auftritt, was bewirkt, dass das meiste des Halbbildes in
Bewegung zu sein scheint. Dies erhöht die Anzahl der horizontalen Übergänge, welche
als bewegt angesehen werden, bedeutend, was zur Folge hat, dass
sich das Verhältnis
von horizontalen Übergängen zu
Sägezähnen verringert,
und verhindert, dass ein Schnitt detektiert wird. Dies ist prinzipiell
ein Problem, wenn die beiden Halbbilder, welche verschachtelt werden,
von der gleichen Information kommen – im Allgemeinen die Nacheditierungsinformation
(siehe nachstehendes Beispiel). Der Schnittdetektor des alternierenden
Halbbildes im Pfad 1632 geht dieses Problem an.
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Der
Schnittdetektorabschnitt des alternierenden Halbbilds des sägezahnbasierten
Schnittdetektors nimmt als seine Eingabe die Anzahl der detektierten
Sägezähne von
dem aktuell nicht dargestellten Halbbild. Die Anzahl sollte im Allgemeinen
groß sein,
wenn das Halbbild in Bewegung ist. Das Signal wird durch einen Schalter 1642 geleitet,
welcher von dem Auftreten jeglicher Sägezähne in dem aktuell angezeigten
Halbbild gesteuert wird. Wenn keine vorhanden sind, dann gibt der
Schalter 0 aus, anderenfalls gibt er die Anzahl der detektierten
Sägezähne aus.
Diese Anzahl wird dann mit der Anzahl der bewegten Kanten in einem
Vergleicher 1644 verglichen. Wenn sie gleich oder größer als
die Anzahl der bewegten Kanten ist, wird der Zähler 1646 erhöht. Wenn
die nächste
Zeile nicht die gleichen Kriterien erfüllt, wird der Zähler zurückgesetzt.
Sobald der Zähler 1646 den
Sägezahnschwellenwert
des alternierenden Halbbildes V min, welcher von einem Schwellenwert 1648 bestimmt
ist, erreicht, ist ein Schnitt detektiert. Die Ausgaben der zwei
verarbeitenden Zweige werden einem ODER-Gatter 950 derart zugeführt, dass,
welcher Zweig auch immer einen Schnitt detektiert, diese Ausgabe
einem letzten Schalter 1652 zugeführt wird, welcher sicherstellt,
dass der Schnittdetektor nur Schnitte auf Filmmaterial detektiert.
-
Um
den Betrieb des sägezahnbasierten
Schnittdetektors besser zu verstehen, wird das folgende Beispiel
betrachtet. Ein Filmdatenstrom mit einem Schnitt könnte wie
AAABB122233 aussehen, wobei die Buchstaben Informationen vor dem
Schnitt darstellen und die Zahlen Material nach dem Schnitt darstellen.
Angenommen dass der Filmdetektor 1 und 2 verschachtelt und dass
Bewegung zwischen diesen Halbbildern vorhanden ist. Deshalb sind
Sägezähne sichtbar
(angenommen fünf
Sägezähne pro
Zeile). Dies schließt
auch ein, dass fünf
bewegte Kanten pro Zeile vorhanden sind. Der Vollbildbewegungspfad
subtra hiert B-2, so dass alles des Vollbilds als bewegt angesehen
wird. Nun wird jede Kante in Halbbild 1 als bewegt angesehen. Wenn 20
Kanten vorhanden sind, werden alle 20 als bewegt angesehen. Das
Verhältnis
von Sägezähnen zu
bewegten Kanten ist nicht mehr 5/5, sondern 5/20, was unterhalb
des Schwellenwerts liegt, infolgedessen wird kein Schnitt detektiert.
Der alternierende Halbbildpfad detektiert jetzt Sägezähne zwischen
B und 1. Dies wird eine Anzahl im Allgemeinen größer oder gleich der eigentlichen
Anzahl der Übergänge in Halbbild
1 sein. (Bemerkung: dies ist für
einen bewegenden Film auch der Fall). Für unser Beispiel wird angenommen,
dass 30 Sägezähne pro
Zeile detektiert wurden. 30 Sägezähne sind
mehr als 20 bewegte Kanten und es sind fünf Sägezähne in dem aktuell angezeigten
Halbbild vorhanden, infolgedessen ist ein Schnitt detektiert. Bei
einem Standardfilm würden
keine Sägezähne in dem
aktuell angezeigten Halbbild vorhanden sein, infolgedessen würde kein
Schnitt detektiert werden. Da computererzeugtes Einzelzeilenmaterial
diese Anforderungen erfüllen
kann, wurde ein vertikaler Minimumschwellenwert eingeführt.
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Der
sägezahnbasierte
Schnittdetektor weist neun einstellbare Parameter auf: einen H-Kantenschwellenwert,
einen Bewegungsschwellenwert, ein Sägezahn-zu-Bewegte-Kante-Verhältnis, einen
Sägezahnschwellenwert
des aktuellen Halbbilds V min, einen Sägezahnschwellenwert des alternierenden
Halbbilds V min und vier Schnittaustastparameter, welche den Bereich
der Schnittdetektion definieren: Schnittaustastung obere Zeile,
Schnittaustastung untere Zeile, Schnittaustastung rechte Seite,
Schnittaustastung linke Seite.