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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Videosignal-Format-Umwandlung im Allgemeinen,
und insbesondere die Umwandlung von 3:2-Pulldown-Halbbild-Video-Signalen
in ein Vollbild-Format.
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Hintergrund
der Erfindung
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Video-Bilderzeugungsvorrichtungen
stellen Eingangsszenen bzw. Eingangssignale als zeitvariierende Signale
dar, die durch elektronische, magnetische, optische oder andere
Mittel übertragen
oder gespeichert werden können.
Videosignale setzen sich aus einer Folge "ruhiger" Frames zusammen, die die Eingangsszene darstellen,
wobei eine Frame-Rate so gewählt
wird, dass Bewegungen fließend
erscheinen, wenn die Frames schnell hintereinander einem menschlichen
Betrachter gezeigt werden. In 1 ist (grob
vereinfacht) ein Verfahren zum Erzeugen und Abspielen eines Video-Signal-Frames
gezeigt, bekannt als Vollbild-Video-Signal. In diesem Verfahren
stellt das Video-Zeitsignal die Bildintensität dar bei einem Rasterpunkt,
der von links nach rechts und von oben nach unten, über den
Frame 20 mit einer konstanten Rate fährt, und ein Zeilenmuster (im Folgenden
auch als Linienmuster bezeichnet) 1–8 während einer Frame-Zeit erzeugt.
Am Ende dieser Frame-Zeit hat der Punkt das Bild eines Frames erzeugt
und kehrt zum Anfang der Linie 1 zurück, um einen neuen Frame zu
erzeugen.
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Moderne
Video-Bilderzeugungssysteme benutzen eine Vielzahl von "Tricks", um Video-Bandbreitenerfordernisse
zu minimieren und gleichzeitig eine akzeptable Bildqualität zu erhalten.
Ein Trick, der benutzt wird, um detektierbares Schirmflackern zu
minimieren, das durch einen Raster-Scan-Vorgang einer Kathodenstrahlröhre bei
einer niedrigen Frame-Rate erzeugt wird, ist Halbbild-(Interlaced)Video.
Der momentane Video-Standard der Vereinigten Staaten, gemeinhin
als NTSC-Video (National Television System Committee) bezeichnet,
benutzt das Halbbild-Verfahren.
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In 2 ist
der Halbbildaufbau eines Frames 22 gezeigt. Wie in Frame 20 bilden sechs
Voll-Scan-Linien und zwei Halb-Scan-Linien den Frame 22.
Im Gegensatz zum Frame 20 sind die Scan-Linien nicht zu
einer Gesamtlinie von oben nach unten zusammengefasst. Stattdessen
fasst der Frame 22 die Hälfte der Linien (Linien 1–4) zu einem
ersten Durchlauf von oben nach unten, und die andere Hälfte (Linien
5–8) zu
einem zweiten Durchlauf zusammen.
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Jeder
Halbbild-Scan-Durchlauf wird als Feld bezeichnet. Zwei zeitlich
benachbarte Felder 24 und 26 markieren jede Linie
in dem Frame 22. Diese Felder werden gemeinhin als "Top" (oben) und "Bottom" (unten) bezeichnet.
Im Rahmen der Beschreibung ist das Topfeld definiert dahingehend,
dass es die oberste volle Scan-Linie
des Frames enthält – im Allgemeinen
ist die Bezeichnungskonvention nicht wichtig hinsichtlich der Systemimplementierung.
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Wenn
in einer Eingangsszene Bewegung auftritt, wird der Halbbild-Frame
2 nicht dieselbe Information wie der Vollbild-Frame enthalten, der
für die
gleiche Eingangsszene bei der gleichen Frame-Rate aufgenommen wird.
Diese Tatsache wird deutlich aus einem Vergleich der 1 und 2.
Beispielsweise wird die Scan-Linie 1 in 1 zuerst
aufgenommen. In 2 wird deren korrespondierende
Scan-Linie 5 als Fünfte oder
einen halben Frame später
aufgenommen. Wenn sich die Scan-Linie während dieses Intervalls ändert, werden
die Vollbilddaten und die Zwischenbilddaten voneinander differieren.
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In
einigen Applikationen ist es wünschenswert,
Zwischenbild-Video-Signale in Vollbild-Video-Signale umzuwandeln.
Beispielsweise benutzen einige Großformat-Video-Anzeigevorrichtungen das Vollbildformat, um
die Bildqualität
zu verbessern, wohingegen einige digitale Systeme die Nicht-Zwischenbild-Bildpräsentation
bevorzugen. Typischerweise kommt bei der Umwandlung von Halbbild-Video-Daten
in Vollbild-Video-Daten Linienverdopplung zum Einsatz, d. h., zwei
benachbarte Vollbild-Scan-Linien werden während einer einzelnen Zwischenbild-Video-Scan-Linienperiode
ausgegeben. Die erste der beiden Scan-Linien wird von dem oberen Zwischenbildfeld
genommen, und die zweite wird von dem unteren Zwischenbildfeld genommen.
Dieses Verfahren verdoppelt die Frame-Rate der Vollbild-Video-Daten, verglichen
zur Frame-Rate der Zwischenbild-Video-Daten, obwohl keine zusätzliche
Information hinzugefügt
wird.
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In 3 ist
ein Halbbild-/Vollbild-Umwandlungsprozess gezeigt. Gezeigt ist eine
Zwischenbild-Video-Sequenz mit vier oberen Feldern A, C, E, G und
drei unteren Feldern B, D, F. Jeder linienverdoppelte Vollbild-Frame
wird erzeugt durch Kombinieren eines oberen Feldes mit einem benachbarten
unteren Feld, wie in 3 gezeigt ist.
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Beispielsweise
wird das obere Feld B zuerst mit dem oberen Feld A kombiniert, um
einen Vollbild-Video-Frame AB zu erzeugen. Wenn das obere Feld C
eintrifft, kann B mit C kombiniert werden, um einen zweiten Vollbild-Video-Frame
zu erzeugen.
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Um
auf diese Art und Weise Vollbild-Video-Daten zu erzeugen, muss eines
der beiden Felder stets um eine Feldzeit verzögert werden, um die Kombination
mit dem momentanen Feld zu ermöglichen.
Die Umwandlungsschaltung 28 in 4 verwirklicht
dies unter Verwendung eines Feldspeichers 32. Der Video-Input 30 wird
in dem Feldspeicher 32 für eine Feldzeit verzögert, was
es erlaubt, jedes Feld im Input 30 für die Erzeugung zweier aufeinander
folgender Vollbild-Frames zu benutzen. Eine Feldsynchronisationslinie
steuert einen oberen Schalter 34 und einen unteren Schalter 36 derart,
dass das obere Feld stets zum Feld-Linienspeicher 38 geleitet
wird und ein oberes Feld stets zu dem unteren Feld-Linienspeicher
geleitet wird. Die Linienspeicher 38 und 40 werden
durch ein Liniensynchronisationssignal gesteuert, derart, dass das
linienverdoppelte Vollbild-Video-Signal korrekt ausgegeben wird.
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Bewegungsbildfilme
und Video werden typischerweise bei unterschiedlichen Frame-Raten
aufgenommen. Die meisten Bewegungsbildfilme werden bei einer Frame-Rate
von 24 Frames pro Sekunde (d. h. einer 24 Hz Frame-Rate) aufgenommen.
In dem NTSC-System wird für
Videodaten typischerweise eine Aufnahmerate von 59.94 Halbbildfeldern
pro Sekunde gewählt
(im Rahmen dieser Beschreibung wird diese Rate aufgerundet als 60-Feld-pro-Sekunden-Rate
bzw. als 60-Hz-Feldrate
bezeichnet). Da zwei Zwischenfelder benötigt werden, um einen gesamten
Frame zu zeichnen, beträgt
die Frame-Rate von 60-Hz-Zwischenbild-Video 30 Hz.
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Da
Bewegungsbildfilm und Video-Frame-Raten voneinander differieren,
kann ein Bewegungsbildfilm durch Television oder aufgezeichnete
Video-Daten ohne Ratenumwandlung verteilt bzw. ausgestrahlt werden. Das
gängigste
Verfahren zum Umwandeln eines 24-Hz-Frame-Raten-Bewegungsbildfilms
auf 60-Hz-Feldraten-Video-Daten
wird als 3:2-Pulldown bezeichnet.
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Das
grundliegende Konzept von 3:2-Pulldown ist in 5 gezeigt.
Die Hälfte
der Bewegungsbild-Frames (beispielsweise die Frames A und C in 5)
werden als drei Zwischenbild-Video-Felder übertragen, und die Hälfte der
Bewegungsbild-Frames
(z. B. die Frames B und D) werden als zwei Zwischenbild-Video-Felder übertragen.
Drei- und Zwei-Feldübertragungen
alternieren miteinander, so dass ein 3,2,3,2,3,2-Muster entsteht,
das Bewegungsbild-Frames unter Verwendung von fünf Video-Feldern überträgt. Nach
vier Film-Frames (und zehn Video-Feldern) wiederholt sich das Pulldown-Muster.
Zu beachten ist, dass für
den Film-Frame A zwei obere Video-Felder und ein unteres Video-Feld
erzeugt werden, wohingegen für
den Film-Frame C zwei untere Video-Felder und ein oberes Video-Feld
erzeugt werden.
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Der
Zwischenbild-/Vollbild-Umwandler 28 aus 4 erzeugt
Umwandlungsartefakte, wenn das Video-Signal, das diesen zugeführt wird,
ein 3:2-Pulldown-Signal ist. 6 zeigt
das 3:2-Pulldown-Video-Muster von 5 zusammen
mit einer Vollbild-Umwandlung, die durch den Umwandler 28 erzeugt
wurde. In dem Pulldown-Video-Signal tritt Bewegung zwischen zwei
aufeinander folgenden Feldern nicht über 1/60 eines Sekundenintervalls
auf, wie das bei herkömmlichen
Video-Daten der
Fall ist. Stattdessen haben aufeinander folgende Felder entweder
keine Bewegung (da diese von demselben Film-Frame erzeugt wurden)
oder weisen Bewegung bei der Film-Frame-Rate von 1/24 einer Sekunde
auf. Nichtübereinstimmungen
in der Vollbild-Umwandlung eines 3:2-Pulldown-Prozesses treten auf,
wenn Felder kombiniert werden, die von unterschiedlichen Film-Frames
stammen. In 6 werden diese als Vollbild-Frames
A2/B3, B4/C5, D8/C7 und E10/D9 bezeichnet. Die Frame-Nichtübereinstimmung
erzeugt unerwünschte
Umwandlungs-Artefakte.
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Yves
Faroudja erkannte, dass durch die Modifikation eines Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlers das
Entstehen dieser Umwandlungs-Artefakte vermieden werden kann. Im
US-Patent 4,876,596 von Faroudja, erteilt am 24. Oktober 1989 unter
dem Titel "Film-to-Video
Converter With Scan Line Doubling", wird ein System offenbart, das die
Erzeugung von Bewegungsartefakten während einer Linienverdopplung
von 3:2-Pulldown-Material vermeidet. Das System ist in 7 gezeigt.
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Faroudja
entwickelte ein modifiziertes NTSC-System, das dazu im Stande war,
anzuzeigen, ob 3:2-Pulldown-Anteile innerhalb des NTSC-Signals vorhanden
sind. In Faroudjas Umwandlungssystem 46 wurde dieses modifizierte
NTSC-Video- Signal
einem speziellen NTSC-Dekoder 42 zugeführt, der rote, grüne und blaue
(R-, G- und B-)Zwischenbild-Videokanäle erzeugte, sowie ein Sequenzsteuersignal,
das anzeigt, wo innerhalb des Prozessierens des 10-Feld-Wiederholungsmusters
(3:2-Pulldown) sich das System momentan befand. Jeder der RGB-Kanäle wurde
einem separaten Zwischenbild-/Vollbild-Umwandler 44 zugeführt. Jeder Umwandler 44 speicherte
Kopien der beiden vorherigen Felder. Durch geeignetes Sequenzieren
im Multiplexer 60 wurden das momentane Feld und die beiden
vorherigen Felder zu jeder Feldzeit in einen Vollbild-Frame kombiniert.
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In 8 ist
der Umwandlungsprozess dargestellt, der in dem '596-Patent gezeigt ist. Zur Feldzeit
1 werden das obere Feld A0 und das untere Feld A1 kombiniert, um
einen Vollbild-Frame A0/A1 zu bilden. Zur Feldzeit 2 werden das
obere Feld A2 und das untere Feld A1 kombiniert, um einen Vollbild-Frame
A2/A1 zu bilden. Beide Schritte sind identisch zu einer Normal-Vollbild-Frame-Formation,
wie in 3 gezeigt. Jedoch wird zur Framezeit 3 anstelle
des Kombinierens des oberen Feldes 2 mit dem unteren Feld B3 die
in Frame 2 benutzte Kombination wiederholt. Dazu wird der zusätzliche
Feldspeicher 50 des Umwandlers 44 benötigt, der es
erlaubt, das untere Feld A2 für
eine zusätzliche
Feldzeit zu verzögern.
Die resultierende Vollbild-Frame-Sequenz enthält keine Felder, die Nichtübereinstimmungen
aufweisen, und resultiert in einer verbesserten Bildqualität für 3:2-Pulldown-Video-Daten.
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In
der US-Patentschrift 4,881,125, erteilt auf Edward Krause am 14.
November 1989 und tituliert unter "Progressive Scan Display of Video Derviced
From Film", ist
ein Verfahren zum Implementieren eines Rausch-Mittelungs-Zeilenverdopplungs-Systems
für 3:2-Pulldown-Signale
bzw. -Anteile offenbart. Wie in 9 gezeigt
ist, erfordert das '125-Verfahren
eine Zwei-Feld-Verschiebung. Durch das Abwarten von zwei Feldzeiten
erlaubt dieses Verfahren das Sammeln aller drei "A"-Felder
von dem 3:2-Pulldown-Video-Signal. Das Verfahren mittelt anschließend die
identischen (mit Ausnahme des Rauschens), wiederholten oberen "A"-Felder A0 und A2, um ein 3 dB-rauschreduziertes
oberes Feld A0/2 zu erhalten. Drei identische Vollbild-Frames A0/2/A1
werden dann zu den Feldzeiten 2, 3 und 4 ausgegeben. Dieses Verfahren
erfordert einen zusätzlichen
Feldspeicher und einen Mittler für
jeden Kanal und führt
ein extra Verzögerungsfeld
(verglichen zu dem '596-Patent)
ein. Damit kann eine 3 dB-Rauschreduktion auf der Hälfte der
Scan-Linien des Vollbild-Video-Outputs für drei aus jeden fünf Feldzeiten
beobachtet werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Umwandlung mit niedriger Verzögerung von
3:2-Pulldown-Video ins Vollbildformat mit Feldmittelung. Die Erfindung
kann mit denselben Latent- und Speichererfordernissen wie bei dem '596-Patent implementiert
werden. Gleichzeitig nutzt die Erfindung redundante Felder im 3:2-Pulldown-Video zur
Reduzierung von Rauschen aus.
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Obwohl
nicht direkt ersichtlich, so ist jedoch das Erfordernis des '125-Patents für zwei Verzögerungsfelder
während
des 3:2-Pulldown-Prozesses nachteilig. Ein Nachteil der 3:2-Verzögerung ist
die Erzeugung von wahrnehmbaren Verzögerungs-Artefakten während des
Schaltens in den und aus dem 3:2-Pulldown-Prozessmodus. Diese Verzögerungs-Artefakte
sind bereits beobachtbar, wenn Programme betrachtet werden, die eine
Mischung aus Zwischenbild-Video und 3:2-Pulldown-Anteilen enthalten.
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Ein
weiterer Nachteil der Zwei-Feld-Verzögerung ist, dass Chroma-Signale
zusammen mit Luma-Signalen über
zwei Frames verzögert
werden müssen,
um Bewegungs-Farb-Artefakte zu vermeiden. Dieses Erfordernis verhindert,
dass ein Zwei-Feld-Verzögerungssystem
gewinnbringend in einer stark vereinfachten Anordnung der Erfindung
eingesetzt wird, wo lediglich Luma-Signale einem 3:2-Pulldown-Prozess unterzogen werden.
Beispielsweise erfordert eine Ausführungsform der Erfindung unter
Verwendung eines Nur-Luma-Pulldown-Prozesses und eines normalen
Vollbild-Prozesses für
zwei Chroma-Kanäle
insgesamt vier Feldspeicher, einen Mittler und einen Pulldown-Multiplexer.
Wenn ein ähnliches
System mit einem ZweiFeld-Verzögerungs-Pulldown-Prozess
für sowohl
Luma- und Chroma-Kanäle implementiert
wäre, so
wären neun
Feldspeicher, drei Mittler sowie drei Pulldown-Multiplexer erforderlich.
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Bisher
wurde außer
Acht gelassen, dass das Feldmitteln kombiniert werden könnte mit
minimalen Latenz- und Feldspeichererfordernissen. Die Erfindung
kombiniert diese Konzepte, indem keine Latenz zum Zwecke des Rauschmittelns
erzeugt wird. Gleichzeitig stellt die Erfindung einen Mittler bereit,
der bei Bedarf mit einem Feldspeicher gekoppelt ist und es erlaubt,
gemittelte Felder länger
zu halten als eine Feldzeit. Unter Verwendung dieser Konzepte mittelt
die Erfindung sich wiederholende Felder zu 40% der Zeit während eines 3:2-Pulldown-Prozesses,
verglichen zu 60% der Zeit für
einen Zwei-Feld-Verzögerungsprozess.
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Unterschiedliche
Aspekte der Erfindung sind in den Ansprüchen formuliert.
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Kurzbeschreibung
der Figuren
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Die
Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in
beispielsweiser Ausführungsform
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Vollbild-Video-Scan-Muster;
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2 ein
Zwischenbild-Video-Scan-Muster;
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3 eine
Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlungssequenz;
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4 einen
Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandler gemäß dem Stand der Technik;
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5 eine
Film-zu-3:2-Pulldown-Zwischenbild-Video-Umwandlungssequenz;
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6 eine
unkompensierte 3:2-Pulldown-zu-Vollbild-Video-Umwandlungssequenz;
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7 einen
herkömmlichen
3:2-Pulldown-Zwischenbild-zu-Vollbild-Video-Umwandler;
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8 und 9 herkömmliche
3:2-Pulldown-Zwischenbild-zu-Vollbild-Video-Umwandlungssequenzen;
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10 eine
3:2-Pulldown-Zwischenbild-zu-Vollbild-Video-Umwandlungssequenz gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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11 eine
Ausführungsform
eines 3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlers gemäß der Erfindung;
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12 ein
Zustandsübergangsdiagramm
für einen
3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandler
gemäß der Erfindung;
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13 eine
Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlungssequenz, die mit der Erfindung
unter Modusschaltbedingungen erreichbar ist.
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14 und 15 alternative
Ausführungsformen
eines 3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlers gemäß der Erfindung;
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16 einen
Video-Scan-Umwandler gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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17 einen
Vergleich von Luma-/Chroma-Feld-Offsets für eine Ausführungsform der Erfindung und einen
Zwei-Feld-Verzögerungskonverter;
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18 eine
sub-optimale Ausführungsform
eines 3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlers
gemäß der Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die
folgenden Ausführungsformen
nehmen an, dass ein NTSC-Basisband-Video-Signal in ein YUV- oder YIQ-Drei-Kanal-Format
umgewandelt und digital gesampelt wurde. Die Erfindung kann jedoch
in Zusammenhang mit jedem Zwischenbild-Video-Signal, Farbraum bzw.
Farbtiefe, Format, Anzahl an Kanälen
verwendet werden und kann auch implementiert werden unter Verwendung
von analogen Komponenten einerseits oder unter Verwendung einer
Kombination von analogen und digitalen Komponenten. Digitales Verarbeiten kann
unter Verwendung von In-Line-Hardware-Komponenten
oder eines Software-konfigurierten digitalen Signalprozessors erfolgen,
der die angegebenen Funktionen ausführt.
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Die
durch die Erfindung bewirkten operativen Effekte können am
besten durch einen Vergleich von dessen. Output mit dem des Standes
der Technik verdeutlicht werden. 8 und 9 zeigen
jeweils eine 3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlung in Übereinstimmung der Offenbarung
des '596-Patents
und in Übereinstimmung
mit der Offenbarung des '125-Patents. 10 zeigt
ein 3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video für eine 3:2-Pulldown-Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Er findung. Die in 10 gezeigten Vollbild-Video-Frames
1, 4, 5, 6, 9 und 10 sind identisch zu den entsprechenden Minimum-Latenz-Video-Frames
von 8. Die in 10 gezeigten
Vollbild-Video-Frames 2, 3, 7 und 8 sind identisch mit den korrespondierenden
rauschreduzierten Video-Frames von 9 – jedoch
sind in der Erfindung diese Frames Teil einer Ein-Feld-Verzögerungssequenz
anstelle einer Zwei-Feld-Verzögerungssequenz.
Damit benutzt die Erfindung minimale Latenz und verwendet Rauschreduktion,
wenn dessen Verwendung zu keiner Verzögerungs-Penalty führt. Auf
diese Art und Weise können
sowohl bessere Latenzeigenschaften als in 9 und bessere
Rauscheigenschaften als in 8 erzielt
werden.
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11 zeigt
eine Ausführungsform
eines Zwischenbild-/Vollbild-Video-Umwandlers 70 gemäß der Erfindung.
Zentral für
diese Ausführungsform
ist ein 3:2-Multiplexer 80, der zwei Felder einer Vollbild-Ausgangsstufe
(Linienspeicher 82 und 84) gemäß der Erfindung zuführt.
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Die
drei Feld-Inputs W, X und X des Multiplexers 80 sind jeweils
mit einem Input-Video-Strom 72,
einem Zwei-Signal-Mittler 74 und einem Feldspeicher 76 verbunden.
Der Multiplexer kann jeden dieser drei Feld-Inputs für den SENDE-Feld-Output wählen. Der
Multiplexer kann auch einen der Feld-Inputs W und X für den STORE-Feld-Output
wählen.
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Die
Feldspeicher 76 und 78 sind in Serie mit dem STORE-Feld-Ausgang
des Multiplexers 80 verbunden. Der Feldspeicher 78 führt eine
um eine Feldzeit verzögerte
Version des STORE-Feld-Outputs dem Zeilenspeicher 84 zu.
Der Feldspeicher 76 führt
eine um zwei Feldzeiten verzögerte
Version des STORE-Feld-Outputs zurück zu dem Feld-Input Y des
Multiplexers 80.
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Das
um zwei Feldzeiten verzögerte
STORE-Feld des Feldspeichers 78 wird zusammen mit dem Input-Videostrom 72 als
Inputs dem Zwei-Signal-Mittler 74 zugeführt. Der Zwei-Signal-Mittler 74 kombiniert
diese beiden Inputs beispielsweise durch Summieren der Zwei-Feld-Signale
und durch Teilen des Ergebnisses durch zwei. In einer digitalen
Implementierung, bei der die beiden Inputs digitale Pixeldatenströme darstellen,
können Pixel,
die derselben Feld-Position in jedem Input entsprechen, summiert
werden und dann um ein Bit nach rechts geschoben werden, mit oder
ohne Aufrunden, um das gemittelte Signal zu erzeugen, das dem Feld-Eingang
X zugeführt
wird. Der Mittler kann kontinuierlich betrieben werden oder durch
ein Signal von dem Multiplexer während
der Feldzeiten aktiviert werden, bei denen das Mittelungsfeld-Eingangssignal
X erforderlich ist.
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Zwei
Steuersignale, Pulldown-Aktivierungssignal 86 und Feldsynchronisation 88,
steuern den Betrieb des Multiplexers. Das Feldsynchronisationssignal 88 signalisiert
dem Multiplexer 80, wo die Positionen der Feldgrenzen in
dem Input-Videostrom 72 liegen; der Multiplexer 80 benutzt
dieses Signal, um dessen Input-Schaltvorgang zeitlich abzustimmen.
Das Pulldown-Aktivierungssignal 86 signalisiert dem Multiplexer 80, ob
der normale Video-Modus oder der 3:2-Pulldown-Video-Modus benutzt wird.
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Der
Multiplexer 80 benutzt diese beiden Signale, um durch eine
bestimmte Anzahl von Zuständen
zu laufen, um den geeigneten Vollbild-Video-Output zu erzeugen.
Die Vorrichtung, die das Pulldown-Aktivierungssignal 86 erzeugt,
sollte Kenntnis hinsichtlich des Anfangszustands des Multiplexers 80 nach
Erzeugung haben, und sollte das Pulldown-Aktivierungssignal 86 zeitlich
so erzeugen, dass dieser Zustand geeignet mit den 3:2-Pulldown-Anteilen
ausgerichtet wird.
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12 zeigt
ein Zustandsübergangsdiagramm 96 für den Multiplexer 80.
Das Pulldown-Zustandsübergangsdiagramm 96 geht
in den nächsten
Zustand über,
wenn dieses ein Feldsynchronisationssignal empfängt. Der nächste Zustand basiert ausschließlich auf
dem momentanen Zustand und dem Wert des Pulldown-Aktivierungssignals 86.
Der Multiplexer verbleibt in dem "Video-Modus" solange, bis das Pulldown-Aktivierungssignal 86 nicht
mehr erzeugt wird bzw. anliegt. Bei Erzeugung des Pulldown-Aktivierungssignals 86 geht
der Multiplexer 80 in den "3:2-Pulldown-Modus" über.
In diesem Modus durchläuft
der Multiplexer fünf
Zustände
in kreisförmiger
Art und Weise.
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Jeder
Zustand entspricht einem Feld in einer Fünf-Feld-3:2-Pulldown-Sequenz,
die von zwei Bewegungs-Bild-Film-Frames genommen wird, wobei der
erste Bewegungsbild-Film-Frame ein Drei-Feld-Frame, und der zweite
Bewegungs-Film-Frame
eine Zwei-Feld-Frame ist. Der Name jedes Zustands deutet dessen Position
in der Sequenz an durch das Stromfeld, das während des Zustands erscheinen
sollte. Zu bemerken ist, dass der Multiplexer 80 im 3:2-Pulldown-Modus
für ein
Minimum von 6 Feldzeiten in diesem Zustandsdiagramm verbleiben wird.
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Mehrere
Variationen bezüglich
dieses grundlegenden Zustandsdiagramms sind möglich. Ein weiterer vorteilhafter
Eingangspunkt ist der Frame-2-1-Zustand. Obwohl andere Eingangspunkte
bzw. Startpunkte möglich
sind, können
diese Artefake erzeugen. Mehrere Ausgangspunkte sind auch möglich. Wiederum
ist der Frame-2-l-Zustand eine gute Alternative, und andere können Artefakte
erzeugen. Es sollte erwähnt
werden, dass das Zustandsdiagramm auf zehn Zustände umgewandelt werden kann,
eines für
jedes Feld in der sich wiederholenden 3:2-Pulldown-Sequenz. Dies
ist am nützlichsten,
wenn der Multiplexer dessen Output in obere und untere Felder aufteilt,
wie beispielsweise die alternative Ausführungsform von 15.
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In
der in 11 gezeigten Ausführungsform
ist es für
den Multiplexer 80 unerheblich, ob die Felder, die dieser
verarbeitet, "obere" oder "untere" Felder sind. Erfindungsgemäß sollte
der Multiplexer jedoch stets zwei obere Felder und zwei untere Felder
gleichzeitig auf dessen SEND- und STORE-Ausgängen ausgeben. Da die STORE-Ausgabe
um eine Feldzeit verzögert
wird, bevor diese zu dem Zeilenspeicher 84 passiert, wird ein
oberes und ein unteres Feld stets den Zeilenspeichern 82 und 84 präsentiert.
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Die
Linienspeicher 82 und 84 alternieren beim Ausgeben
einer Scan-Linie zu dem Vollbildausgang 96. Um dies in
Echtzeit durchzuführen,
muss eine Scan-Linie von jedem Linienspeicher während einer einzelnen Scan-Linien-Zeit
des Zwischenfeld-Inputs
ausgegeben werden. Das Linien-Synchronisationssignal 19 taktet bei
dieser Linien-verdoppelten Linienrate, so dass einer der Linienspeicher 82 und 84,
und dann der andere der Linienspeicher 82 und 84 deren
Stromlinien während
einer einzelnen Zwischenbild-Scan-Linienzeit ausgibt. Zu beachten
ist, dass die "oberen" und "unteren Linienspeicher
darin alternieren, wer zuerst an der Reihe ist nach jeder Zwischenbild-Feld-Grenze – durch
Kombinieren des Zwischenbild-Feld-Synchronisationssignals 88 mit
dem Linien-Synchronisationssignal 90, wobei das XNOR-Gate 92 ein
Taktsignal für
die Linienspeicher 82 und 84 (auch als "Zeilenspeicher" bezeichnet) generiert,
das ungefähr
die Position der oberen Felddaten und der unteren Felddaten innerhalb
der Linienspeicher erklärt.
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13 zeigt
die Operationsweise des Umwandlers 70 unter Verwendung
des Zustandsübergangsmodells 96 für ein Zwischenbild-Input-Signal.
Zur Feldzeit 0 wird das Pulldown-Aktivierungssignal 86 erzeugt,
das den Multiplexer 86 in den 3:2-Pulldown-Modus versetzt.
Zwischen den Feldzeiten 6 und 9 wird kein Pulldown-Aktivierungssignal 86 erzeugt. 13 zeigt,
wie sich der Vollbild-Ausgangs- Frame-Übergang
mit dem Modus ändert.
Beim Feldzeit-O-Übergang
ist der Multiplexer 80 in dem Frame-1-1-3:2-Pulldown-Zustand
und zeigt somit die beiden letzten Video-Felder V(2) und V(1) für eine zusätzliche
Feldzeit an. Zum Feldzeit-10-Übergang
ist der Multiplexer 80 wiederum in dem Frame-1-1-3:2-Pulldown-Zustand und zeigt
den endgültigen
Vollbild-Frame des Film-Frames D an. Beim Übergang zurück zum Video-Modus hat das
Feld V10 eine Feldzeit dessen Anzeige ausgelassen, jedoch sind keine
anderen Videofelder davon betroffen.
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Die
Tabelle 1 fasst Feldwerte zusammen, die bei mehreren Orten im Konverter 70 während der
Schaltoperation des Multiplexers 80 auftreten (für die Zwischenbild-Feld-Umwandlungssequenz
aus 13). Zu beachten ist, dass die obere Feld-Ausgabe
alternierend mit entweder der Sende-Feld-Ausgabe oder mit der Ausgabe
des Feldspeichers 78 korrespondiert, und die untere Feld-Ausgabe
derselben Korrespondenz folgt mit einem Ein-Feld-Zeit-Offset.
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Weitere Ausführungsformen
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In 14 ist
eine Multiplexer-/Mittler-Kombination 104 gezeigt, die
die äquivalenten
Funktionen von sowohl dem Multiplexer 80 als auch dem Zwei-Signal-Mittler 74 ausführt. In
dieser Ausführungsform
betrifft der "X"-Input interne Vorgänge.
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Ein
Vorteil des Multiplexers/Mittlers 104 ist, dass der Mittler
direkt durch den Multiplexer gesteuert werden kann und nur dann
aktiviert wird, wenn dieser tatsächlich
benötigt
wird.
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In 5 ist
eine Ausführungsform
gezeigt, in der innerhalb des Multiplexers 116 das Obere-
und Untere-Feld-Schalten, das durch das XNOR-Gate 92 in 11 ausgeführt wird,
als interner Vorgang ausgeführt wird.
Dies wird erreicht durch Rückführen der
Ausgabe des Feldspeichers 78 zurück zu einem vierten Multiplexer-Feld-Eingang
Z. Der Eingang Z und der SEND-Ausgang des Multiplexers 8 werden
zwischen zwei Ausgängen,
TOP und BOTTOM, hin- und hergeschaltet. Der Linienspeicher 82 erhält stets
ein oberes Feld von dem Multiplexer 116, und der Linienspeicher 74 erhält stets
ein unteres Feld.
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Ein teilweises 3:2-Pulldown-Umwandlungs-System
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Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass diese in einem System einsetzbar
ist, dass in einem 3:2-Pulldown-Modus für lediglich einen Abschnitt
eines zusammengesetzten Video-Signals verwendbar ist.
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Farb-Video
verwendet im Allgemeinen "Farbraum"-Darstellungen, wie
beispielsweise RGB, YIQ oder YUV. NTSC-Video benutzt entweder eine
YIQ- oder YUV-Darstellung, wobei Y ein Luminanz-Signal und I, Q oder
U, V Chrominanz-Signale sind. Luminanz (Luma) ist eine Kombination
aus Rot, Grün
und Blau, die so an das menschliche visuelle System angepasst ist,
dass diese schwarz und weiß erscheinen
und wird typischerweise ausgedrückt
durch Y = 0,299R + 0,587G + 0,114B.
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Die
Luma-Komponente nimmt eine große
Bandbreite innerhalb des NTSC-Signals ein. Die I,Q- oder U,V-Chrom-Komponenten
tragen Farbinformation und nehmen sehr viel weniger Bandbreite ein.
Da die feinen Details vornehmlich in dem Y-Kanal transportiert werden, kann ein
System mit geringerer Komplexität
eine 3:2-Pulldown-Umwandlung
nur für
den Y-Kanal bereitstellen, und verarbeitet stets die Chroma-Komponente unter
Verwendung von herkömmlicher
Video-Scan-Linien-Verdopplung.
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Ein
Teil-Pulldown-Verarbeitungssystem 120 ist in 16 gezeigt.
Ein NTSC-Input- Signal 122 wird durch
den NTSC-Empfänger 124 in
drei (vorzugsweise digitalisierte) Feldkomponenten YI,
II und QI aufgespalten.
Die Chroma-Komponenten II und QI werden
in Vollbild-Video-Komponenten IP und QP umgewandelt unter Verwendung von Scan-Linien-Verdopplern 130 und 128 (siehe 3 und 4 sowie
dazugehörige
Beschreibung). Die Luma-Komponente YI wird
an den Multiplexer/Mittler 140 sowie an den 3:2-Pulldown-Detektor 136 weitergeleitet.
Der Multiplexer/ Mittler 140 operiert in Zusammenarbeit
mit Feldspeichern 142 und 144 sowie den Linienspeichern 147 und 148,
um eine Vollbild-Video-Luma-Komponente YP zu
generieren, wie in den 10 bis 14 sowie
der dazugehörigen
Beschreibung gezeigt ist (aus Gründen
der Einfachheit ist die Linienspeicher-Umschaltlogik in 16 nicht
gezeigt).
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Der
Multiplexer/Mittler 140 weist sowohl einen Video-Modus
als auch einen 3:2-Pulldown-Modus
auf. Im Video-Modus ist der Adressierungsvorgang sowie die zeitliche
Abstimmung des Prozessierungsvorgangs ähnlich zu der der Scan-Linien-Verdoppler 128 und 130.
Im 3:2-Pulldown-Modus stellt der Multiplexer/Mittler 140 eine
3:2-Pulldown-prozessierte Luma-Komponente YP bereit,
die gegenüber
den Chroma-Komponenten IP und QP leicht
verzögert
ist. Für
die meisten 3:2-Pulldown-Signale
ist diese Verzögerung
von einem menschlichen Beobachter nicht wahrnehmbar.
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Das
Pulldown-Aktivierungssignal 138 wird vorzugsweise durch
einen 3:2-Pulldown-Detektor 136 bereitgestellt.
Der Detektor 136 kann das YI-Signal
und dessen verzögerte
Versionen, die durch die Feldspeicher 142 und 144 erzeugt
werden, benutzen, um das Vorliegen eines 3:2-Signals zu detektieren.
Wenn 3:2-Pulldown-Signale
vorhanden sind, so kann das Pulldown-Aktivierungssignal 138 bei
einer geeigneten Position in der Feldprozessierung erzeugt werden,
um in den 3:2-Pulldown-Modus umzuschalten.
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Ein
bevorzugtes Verfahren der Funktionsweise für einen Pulldown-Detektor 136 ist
in der parallel anhängigen
US-Patentanmeldung 09/052,711 beschrieben, deren Inhalt hiermit
in die Beschreibung aufgenommen ist. Die Anmeldung ist tituliert
mit "System for
Identifying Video Fields Generated from Film Sources" und wurde von Larry
Westerman und Prasanna Modem am 30. März 1998 angemeldet. Es wird
ein Detektor beschrieben, der Pixel eines Feldes mit denen eines
zweiten vorangehenden vergleicht und die Anzahl der Pixelunterschiede,
die oberhalb eines gewissen Schwellenwerts liegen, zählt. Ein
Adaptiv-Sequenz-Analysator sucht nach einem Muster in der Unterschiedsverteilung über eine
Anzahl von Feldzeiten, womit 3:2-Pulldown-Signale aufgespürt werden
können.
Wenn ein 3:2-Pulldown-Muster
gefunden wird, erzeugt der Detektor ein Pulldown-Aktivierungssignal.
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In 17 werden
die Vollbild-Luminanz- und Chrominanz-Outputs des Systems 120 für die Video-3:2-Pulldown/Video-Übergangssequenz
von 13 verglichen. Im 3:2-Pulldown-Modus stimmt zumindest
ein Feld, das in jedem Vollbild-Luminanz-Frame benutzt wird, mit
dessen korrespondierendem Feld, das in dem Vollbild-Chrominanz-Frames-Output
verwendet wird, bei dieser Feldzeit überein. Beide Felder des Luminanz-Frames
stimmen mit den Feldern der Chrominanz-Frames über 60% der Zeit überein.
Für die
anderen 40% der Frames kann das Chrominanz-Signal für die Hälfte der
Linien in dem Frame leicht fehlregistriert werden, wobei der Grad
der Fehlregistrierung von dem Grad der Bewegung abhängt, der
in der Sequenz vorhanden ist.
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In 17 werden
auch das Chrominanz-Output-Timing mit dem Luminanz-Output-Timing eines
Vergleichssystems verglichen, das zwei Verzögerungsfelder erfordert. Für diese
Kombination stimmen beide Felder nur über 20% der Zeit überein,
ein Feld stimmt über
40% der Zeit überein,
und beide Felder werden komplett fehlregistriert über die
verbleibenden 40% der Zeit. Diese fast perpetuum-artige Fehlregistrierung
kann wahrnehmbare Farb-Artefakte bei Sequenzen mit Bewegung hervorrufen.
Diese Artefakte machen ein derartiges System unakzeptabel.
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Ein
weiterer Nachteil eines Zwei-Feld-Verzögerungssystems kann der 17 entnommen
werden. Während
der Übergänge zwischen
dem Video- und dem 3:2-Modus
erfordert die Zwei-Feld-Verzögerung,
dass zumindest ein Feld für
vier aufeinanderfolgende Feldzeiten wiederholt wird, womit ein "Stop-Start"-Artefakt erzeugt
wird, der während
des Übergangs
wahrnehmbar ist. Ein ähnlicher
Artefakt kann im Audioteil des Programms erzeugt werden. Weiterhin
ist es möglich,
dass der Audioteil einen wahrnehmbaren Offset während eines 3:2-Pulldown-Prozesses
mit zwei Feld-Verzögerungen
erfährt.
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Weitere Ausführungsformen
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Zahlreiche
Variationen der offenbarten Ausführungsformen
sind möglich.
Beispielsweise kann das System 120 einen dritten Scan-Linienverdoppler
enthalten, der parallel zum Multiplexer/Mittler 140 angeordnet ist.
Das Pulldown-Enable-Signal 138 wählt in einem
derartigen System eine dieser parallelen Einheiten aus, um YP zu erzeugen, und deaktiviert die andere
Einheit basierend auf einer 3:2-Pulldown-Detektierung.
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Eine
sub-optimale Anordnung eines Multiplexers 160, Feldspeichern 76 und 78 sowie
eines Zwei-Signal-Mittlers 74 ist in 18 gezeigt.
Diese Ausführungsform
weist keinen STORE-Pfad aus dem Multiplexer 160 auf, womit
der Feldspeicher 78 direkt mit dem Input-Video-Signal 72 kommuniziert.
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Der
Nachteil dieses System ist, dass es keinen Mechanismus aufweist,
der eine Mittelung von zwei Feldern speichert. Da die Mittelung
nur für
eine Feldzeit gilt und nicht anhält,
kann das Mitteln von Rauschen nur bei einem von fünf Frames
benutzt werden, verglichen zu der Zwei-aus-Fünf-Frame-Rausch-Mittelung,
die einsetzbar ist, wenn ein STORE-Pfad verfügbar ist.
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Der
Fachmann erkennt beim Lesen der Beschreibung, dass viele andere
vorteilhafte Modifikationen aus den beschriebenen Ausführungsformen
und Konzepten ableitbar sind. Beispielsweise können die Feldspeicher 76 und 78 parallel
zueinander angeordnet sein, obwohl dies zusätzliche Schaltpfade erfordern
würde. Der
Multiplexer 80 aus 11 oder
der Multiplexer 104 aus 12 kann
herkömmliche
Adresslinien mit separat lokalisierten Modus-Kontrollschaltungen
aufweisen. Eine andere Art und Weise der Integration sowie der Diskretisierung
der offenbarten Komponenten ist auch möglich. Derartige Modifikationen
fallen unter den Schutzbereich der Erfindung wie nachstehend beansprucht.
