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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung
der chromatischen Abweichung von Bildelementen, die in ein Videobild eingesetzt
werden, und eine elektronische Schaltung, welche die Durchführung eines
solchen Verfahrens erlaubt. Mit einer Verbesserung der chromatischen
Abweichung von Bildelementen bezeichnet man eine Vergrößerung der
Anzahl von Farben, die ein eingesetztes Bildelement bilden können.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Verfahren und einen Schaltkreis zur Verbesserung
der chromatischen Abweichung von Bildelementen digitalen Ursprungs,
die in ein Videobild eingesetzt sind und unter Vergrößerung der
Anzahl von verfügbaren Farben
zum Erzeugen der Einfügungen
die Qualität der
Einfügungen
in ein herkömmliches
Videobild verbessern können.
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Ein
Videobild wird aus einer Folge von Zeilen von Bildpunkten gebildet.
Die Bildpunkte sind elementarisierte Bildelemente. In Farbfernsehsystemen ist
jeder Bildpunkt Träger
von Informationen zur Leuchtdichte und zum Farbton, die es erlauben,
die Helligkeit und die Farbe jedes Bildpunktes zu bestimmen. In
den gebräuchlichsten
Fernsehsystemen wird das Bild nach einem Prinzip der horizontalen
Bildschirmabtastung verbessert. Ob es sich um das Fernsehsystem
NTSC, das Fernsehsystem PAL oder auch das Fernsehsystem SECAM handelt,
jedes dargestellte Bild resultiert aus der alternativen Darstellung
von zwei partiell unterschiedlichen Bildern, den sogenannten Halbbildern.
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Ganz
allgemein existiert ein erstes Halbbild, das sogenannte ungerade
Halbbild, und ein zweites Halbbild, das sogenannte gerade Halbbild.
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Die
gleiche Natur der Fernsehbilder, nämlich die Verflechtung von
zwei partiellen Bildern ist Ursprung von Problemen hinsichtlich
der Bildqualität und
insbesondere eines Flimmerproblems (FLICKER in der englischsprachigen
Literatur). So wird in einem äußersten
Falle eine Zeile von schwarzen Bildpunkten auf einem weißen Bildhintergrund
den unangenehmen Eindruck für
das menschliche Auge erzeugen, zu erscheinen und zu verschwinden,
insbesondere dann, wenn diese Zeile von Nahem betrachtet wird.
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Im Übrigen werden
immer häufiger
eingefügte
Bildelemente digitalen Ursprungs auf den Videobildern dargestellt.
Diese eingefügten
Bildelemente werden mit OSD (On Screen Display in der englischsprachigen
Literatur) bezeichnet. Jeder Bildpunkt eines OSD ist durch drei
Werte Y, U und V für
die Bestimmung der Helligkeit und der Farbe und durch einen Transparenzwert
MW gekennzeichnet.
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Die
OSD dienen zum Beispiel dazu, mehr oder weniger dauerhaft das Fortschreiten
eines sportlichen Ereignisses anzuzeigen. Sie zeigen insbesondere
den Spielstand an. Sie werden auch von bestimmten Fernsehkanälen verwendet,
die mit Hilfe eines OSD, das ihr Logo wiedergibt, anzeigen, welcher
Fernsehkanal auf dem Bildschirm zu sehen ist.
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Die 1 zeigt
schematisch die gegenwärtige
Struktur der Kodierung eines OSD. Ein binärer Zug 10, der die
notwendigen Kodierungen zur Darstellung eines OSD enthält, ist
ganz häufig
aus drei Biteinheiten mit unterschiedlichen Funktionen zusammengesetzt.
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Eine
erste Biteinheit 12 bildet den Kopf des OSD (OSD – Header
in der englischsprachigen Literatur).
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Der
Kopf 12 des OSD umfasst insbesondere Informationen in Bezug
auf die Anzahl von notwendigen Bits, um einen Bildpunkt an den Koordinaten
bestimmter charakteristischer Punkte des OSD zu definieren ...
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Eine
zweite Biteinheit 14 dient dazu, die Farbskala zu definieren,
die bei der Anzeige des OSD verwendet werden wird. Alle die Farben,
die verwendet werden, sind in einem spezifischen Speicher gespeichert,
einer sogenannten Tabelle verfügbarer
Farben (Color Look-Up Table bzw. CLUT in der englischsprachigen
Literatur). Sie ist sehr häufig
auf 256 Speicherzeilen beschränkt,
wobei jede Speicherzeile die Werte der Bits enthält, die einer aufgrund der zweiten
Biteinheit 14 in der Tabelle programmierten Farbe entsprechen.
Die Wahl des begrenzten Zuschnitts der Tabelle von verfügbaren Farben
resultiert aus einem Kompromiss zwischen der Schnelligkeit eines
Zugriffs auf die Tabelle und der Anzahl von Farben, die notwendig
sind, um eine korrekte Qualität
für den
OSD zu gewährleisten.
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Schließlich wird
eine dritte Biteinheit 16 aus Adressen von Speicherzeilen
der Tabelle verfügbarer Farben
gebildet, welche die geeignete Farbe für jeden Bildpunkt des OSD enthält.
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Wenn
die Probleme eines Flimmerns in den rein analogen Fernsehbildern
auftreten, wie bereits gesagt, sind diese schwach im Vergleich zu
den Flimmerphänomenen,
die auftreten können,
wenn auf ein Videobildhintergrund eingefügte Bildelemente dargestellt
werden.
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Eine
systematische Dämpfung
der Kontraste in den Videobildern in Folge des Vorhandenseins einer
Kamera im Zyklus der Bilderzeugung erfolgt bei der Erzeugung einem
OSD nicht. Zwei Motive von im sichtbaren Frequenzspektrum entfernter
Farben können
nebeneinander liegen. So können
dann, wenn Bildelemente digitalen Ursprungs in das Videobild eingefügt werden,
erhebliche Kontraste zwischen zwei aufeinander folgenden Zeilen
auftreten. Wenn nämlich
ein OSD erzeugt wird, wird der Hintergrund des Videobildes, auf
welchem der OSD angezeigt werden wird, im Allgemeinen nicht bekannt
sein können.
So kann in äußersten
Fällen
ein blauer OSD angezeigt werden, während der Hintergrund des Videobildes
rot ist. Andererseits hindert den Entwickler des OSD nichts daran,
im Inneren ein und desgleichen OSD zwei Zeilen nebeneinander anzuordnen,
die sich stark kontrastieren.
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Die 2a und 2b sind
Darstellungen von Problemen, die man bei der Darstellung eines OSD
vor dem Hintergrund eines Videobildes antreffen kann.
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In 2a ist
ein Fernsehbildschirm 10 dargestellt, der einen OSD 21 vor
dem Hintergrund eines Videobildes 20 anzeigt. Der OSD 21 präsentiert
insbesondere eine Zone mit weißem
Hintergrund, auf welcher sich ein feiner schwarzer Strich in Größe eines
Bildpunktes abhebt. Das ist der typische Fall, bei welchem der Flimmereffekt
am stärksten
sichtbar wird. In Folge der Verschachtelung von geraden und ungeraden
Bildern erscheint und verschwindet der feine schwarze Strich 22 in
ausreichend langsamer Weise, so dass dieses Phänomen durch das menschliche
Auge erfasst wird.
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Die 2b zeigt
einen weiteren Typ von Problemen, die mit der Anzeige eines OSD
vor dem Hintergrund eines Videobildes verbunden sind.
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Vor
dem Hintergrund eines Videobildes 20 erzeugt ein OSD 21,
die aus einem ersten Motiv 24, das mit dem geraden Halbbild
angezeigt wird, und aus einem zweiten Motiv 25, das mit
dem ungeraden Halbbild angezeigt wird, einen Eindruck 26 des
Zitterns. Der OSD scheint mit der Amplitude eines Bildpunktes in
einem Rhythmus, der durch die Auffrischungsfrequenz der Halbbilder
aufgegeben wird, zu fallen und zu steigen.
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Dieses
Problem des Zitterns ("flutter" in der englischsprachigen
Literatur) hat die gleichen Ursachen wie diejenigen, welche das
Problem des Flimmerns erzeugen. Das Phänomen des Zitterns tritt auf,
wenn ein und dasselbe Bild durch das gerade Halbbild und das ungerade
Halbbild angezeigt wird. Je nach dem verwendeten Fernsehsystem tritt
das gerade Halbbild alle 1/25 Sekunden oder 1/30 Sekunden abwechselnd
mit dem ungeraden Teilbild auf. Das menschliche Auge erfasst dann
eine Zitterbewegung aufgrund des abwechselnden Auftretens der OSD über einer
Gruppe von Zeilen und dann über
einer Gruppe von direkt benachbarten Zeilen.
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Diese
Phänomene
des Flimmerns und des Zitterns sind besonders spürbar, wenn lange horizontale
Striche auf dem Bildschirm angezeigt werden, wie dies häufig in
den OSD der Fall ist.
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Um
diese Probleme zu lösen,
was sogenannte Probleme der Vertikalübergänge in der Bildauflösung bei
der Anzeige ein oder mehrerer OSD sind, gibt es unterschiedliche
bekannte Lösungsansätze. Es
ist zum Beispiel möglich,
mathematische Filter anzuwenden, die die Werte bestimmter Bildpunkte
modifizieren, indem sie nach Gewichtungen die Werte benachbarter
Bildpunkte für
die Berechnung neuer Werte der betreffenden Bildpunkte einbeziehen.
Es existieren im Übrigen
Schaltkreise, die eine automatische Erfassung von zu starken Farbkontrasten
zwischen den aufeinander folgenden Zeilen erlauben. Diese Schaltkreise
wirken dann automatisch die mit dem geeigneten mathematischen Filter
verbundenen Gewichtsoperationen.
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Um
die krassen Übergänge von
Farben zu vermeiden, die die vorher ausgeführten Phänomene hervor rufen, ist es
auch möglich,
auf die Transparenz des Bildpunktes eines OSD einzuwirken. Diese Lösung wird
an Zeilen oder an Gruppen von Zeilen angewendet, welche den Grenzbereich
zwischen einem OSD und einem Videobild bilden. Wenn auf eine einzelne
Grenzzeile zwischen dem OSD und dem Videobild eingewirkt wird, beträgt die Transparenz
des Bildpunktes des OSD ganz häufig
50%. Jeder Bildpunkt des Endbildes, der auf der betreffenden Grenze
liegt, weist somit einen Ausgleichsanteil von Punkten des Videobildes
und Bildpunkten des OSD auf. Wenn mehrere aufeinander folgende Zeilen
des Grenzbereichs betroffen sind, nimmt die Transparenz der Bildpunkte
der OSD zu, wenn man sich den Bildpunkten des Videobildes nähert.
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Ein
Beispiel einer solchen Technik ist in 3 dargestellt.
In 3 wird ein OSD 30 aus Zeilenabschnitten
von Bildpunkten gebildet: Drei erste Zeilen des OSD 30,
die mit L1, L2 und L3 bezeichnet sind, haben die gleichen Werte
Y, U und V, welche die Leuchtdichte und den Farbton jedes Bildpunktes kennzeichnen.
Die Zeilen von Bildpunkten unterscheiden sich nur durch ihre Transparenz
MW. Die Transparenz der Bildpunkte der Zeile L3 liegt zum Beispiel
in der Größenordnung
von 25%. Die Transparenz von Bildpunkten der Zeile L2 liegt zum
Beispiel in der Größenordnung
von 50%. Die Transparenz der Bildpunkte der Zeile L1 liegt zum Beispiel
in der Größenordnung
von 75%. Diese Übergänge sind zum
Beispiel in einer Zone 31 sichtbar, die einem Bereich des
Bildschirms entspricht und zur besseren Darstellung vergrößert ist.
Die Bildpunkte OSD, die in 3 durch
Quadrate symbolisiert sind, lassen somit fortlaufend Platz für Bildpunkte
des Videobildes, die durch Kreise symbolisiert sind, welche nach
und nach durch die Transparenz sichtbar werden.
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Diese
Technik der Einfügung
eines Bildes ist bekannt und erlaubt es, die Effekte des Flimmerns und
des Zitterns zu beschränken,
wenn man die OSD vor einem Videobild anzeigt. Wenn mehrere Zeilen einer
OSD die gleichen Werte hinsichtlich der Informationen von Leuchtdichte
und Farbton haben, und sich diese nur durch ihren Transparenzwert
unterscheiden, muss ganz ungeachtet davon jeder dieser Werte in
der Tabelle verfügbarer
Farben gespeichert werden. Zum Beispiel wird es in 3,
wenn die drei Zeilen der OSD 30 L1, L2, L3, rot sind, nötig sein,
für jede
Zeile L1, L2, L3 in der Tabelle verfügbarer Farben die Werte festzuhalten,
welche es erlauben, diese Farbe Rot in Verbindung mit ihrer jeweiligen Transparenz
zu definieren. Eine Tabelle verfügbarer Farben
hat aber einen sehr reduzierten Umfang. Sie ist sehr häufig hinsichtlich
der Speicherkapazität
auf 256 Farben begrenzt, wobei jede Farbe gewöhnlich über 30 Bits codiert ist: Drei
Gruppen von 8 Bits für die
Werte Y, U und V und eine Gruppe von 6 Bits für die Transparenz MW.
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Im
vorstehenden Beispiel werden daher drei Speicherzeilen für die OSD
für die
alleinige Definition eines Rottons mit den unterschiedlichen Transparenzen
belegt. Um so mehr man die Transparenz der Bildpunkte einer OSD
einbeziehen will, um so mehr wird die Anzahl verfügbarer Farben
beschränkt.
Die Qualität
einer OSD wird folglich gemindert.
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Im
Stand der Technik können
die Druckschriften US-A-5,282,037 und EP-A-0 330 732 genannt werden,
die sich auf eine Einfügungstechnik beziehen,
welche auf der Verwendung einer Tabelle von verfügbaren Farben Transparenzkoeffizienten basieren,
die in einer Tabelle gespeichert sind. Jedoch ist jeder der Koeffizienten
einer spezifischen aus den in der Tabelle gespeicherten verfügbaren Farben
zugeordnet.
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Das
Problem wird durch die Erfindung dadurch gelöst, dass diese ein Verfahren
zur Verbesserung der chromatischen Abweichung von OSDs auf einem
Videobild liefert, wobei die Anzahl von verfügbaren Farben zum Erzeugen
der OSD unter Bewahrung der Möglichkeit,
auf die Transparenz jeder Farbe einzuwirken, erhöht wird.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
bezieht ein programmierbares Register ein, das auf die Transparenz
einer Zeile von Bildpunkten einer OSD einwirkt. Die Transparenz
jedes Bildpunktes muss nicht mehr in der Tabelle verfügbarer Farben
gespeichert werden. Es ist mit dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich, bei
der Anzeige eines OSD die allgemeine Transparenz der Zeile von Bildpunkten der
OSD zu definieren. Das Verfahren gemäß der Erfindung wendet sich
insbesondere an Verfahren zur Verbesserung des Vertikalübergangs,
welcher sich durch die OSD ergibt, wenn die Zeilen der OSD, welche
die Grenzen zwischen der OSD und dem Videobild bilden, durch eine
einzelne Farbe aus der Tabelle verfügbarer Farben gebildet werden.
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Die
Erfindung hat somit ein Verfahren zur Verbesserung der chromatischen
Abweichung von OSDs auf einem Videobild zum Gegenstand, welches
gekennzeichnet ist, dass dieses die folgenden Schritte umfasst:
- – Farben,
die verwendet werden, um jeden Bildpunkt eines OSD darzustellen,
werden in einer Tabelle verfügbarer
Farben in Form von drei Werten gespeichert, die für den Farbwert
und die Leuchtdichte signifikant sind;
- – Jede
Zeile von Bildpunkten des OSD wird mit einem Koeffizienten der spezifischen
Transparenz verbunden, der dieser vor einer Einfügung in das Videobild zugeordnet
wird und der in einem Register zur Transparenzprogrammierung gespeichert
wird; wobei die gespeicherten Koeffizienten dazu verwendet werden,
mit Hilfe von Bildzeilen die Transparenz der Bildpunkte des darzustellenden
OSD zu steuern.
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Es
muss präzisiert
werden, dass eine Zeile eines OSD ganz häufig einem Zeilenabschnitt
des Bildschirms entspricht.
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Die
unterschiedlichen Aspekte und Vorteile der Erfindung werden im Verlauf
der Beschreibung mit Bezug auf die Figuren deutlich, die nur beispielhaft
und nicht beschränkend
für die
Erfindung gegeben werden und die nun eingeführt werden:
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1,
wie schon beschrieben, zeigt eine heutige Strukturdecodierung eines
OSD.
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Die 2a und 2b,
wie bereits beschrieben, stellen jeweils Probleme des Flimmerns und
des Zitterns bei der Anzeige eines OSD vor einem Hintergrund eines
Videobildes dar.
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3,
wie auch schon beschrieben, zeigt ein Beispiel zur Verbesserung
des Vertikalübergangs zwischen
einem OSD und einem Videobild, indem die Transparenz der Bildpunkte
OSD beeinflusst werden.
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4 ist
eine bevorzugte Ausführungsform eines
Schaltkreises, der es erlaubt, das Verfahren gemäß der Erfindung durchzuführen.
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In 4 ist
eine Programmierschnittstelle 400 des OSD mit Hilfe eines
ersten Datenbusses 404 mit einem Speichermodul 402 verbunden.
Ein zweiter Datenbus 406 stellt andererseits die Verbindung zwischen
der Programmierschnittstelle 400 und einer Bearbeitungsschnittstelle 408 sicher.
An dem Ausgang des Speichermoduls 402 ist ein Kommunikationsbus 410 mit
einer Tabelle verfügbarer
Farben 412 verbunden. Eine dritter Datenbus 414 und
ein vierter Datenbus 416, die jeweils die Be arbeitungsschnittstelle 408 und
die Tabelle verfügbarer
Farben 412 verlassen, bilden die Eingänge eines Multiplexers 418.
An dem Ausgang des Multiplexers 418 werden die Daten durch
einen fünften
Datenbus 420 zu einem Bearbeitungsmodul 422 transportiert.
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Ein
Steuerbus 424 stellt die Verbindung zwischen einem Register 426 zur
Programmierung der Transparenz und dem Bearbeitungsmodul 422 sicher.
Die vom Bearbeitungsmodul 420 ausgehenden Daten werden
an ein Modul 427 zur Einfügung des OSD mit Hilfe eines
sechsten Datenbusses 428 gebracht. Ein Videosignal 430 wird über eine
Leitung 429 auch an das Modul 427 zur Einfügung des
OSD geliefert. Schließlich
stellt eine Verbindung 431 den Austausch von Informationen
zwischen dem Modul 427 zur Einfügung des OSD und einem Fernsehempfänger 432.
Eine Steuereinheit 433 erzeugt die Operationen, die durch
Programmierschnittstelle 400, den Multiplexer 418,
das Register zur Programmierung der Transparenz 426 und
das Modul 427 zur Einfügung
des OSD ausgeführt
werden.
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Der
Schaltkreis aus 4 erlaubt es, das Verfahren
gemäß vorliegender
Erfindung in folgender Weise auszuführen: Ein OSD wird mit Hilfe
der Programmierschnittstelle 400 programmiert.
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Die
Programmierschnittstelle erlaubt es, den Kopf des OSD, die Farben,
die zum Anzeigen des OSD verwendet werden sollen und, für jeden
Bildpunkt des OSD, die Werte Y, U und V der Leuchtdichte und des
Farbtones zu definieren. Im Übrigen
werden in der Tabelle 412 der verfügbaren Farben nur die Werte
der Leuchtdichte und des Farbtones gespeichert. Ein Platzgewinn
im Speicher wird wie folgt bewirkt: Einerseits werden die Bits zur
Programmierung der Transparenz nicht mehr in der Tabelle 412 gespeichert.
Dies macht im Allgemeinen einen Platzgewinn im Speicher in der Größenordnung
20% möglich.
Andererseits ist es nicht mehr notwendig, im Speicher mehrmals ein
und dieselbe Farbe, die die unterschiedlichen Transparenzstufen
haben könnte, festzuhalten.
Der Platzgewinn im Speicher ist somit sehr erheblich.
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Die
Zeilen von Bildpunkten des OSD, die der Anwendung eines mathematischen
Filters unterzogen werden können,
werden durch die Bearbeitungsschnittstelle 408 bearbeitet.
Die Zeilen von Bildpunkten des OSD, die solchen Behandlungen nicht
unterzogen werden können,
werden in dem Speichermodul 402 gespeichert. Im Grunde
wird für
jeden Bildpunkt eine einzige Adresse der geeigneten Speicherzeile
aus der Tabelle verfügbarer
Farben gespeichert. Für
jeden Bildpunkt des OSD, der nicht durch die Bearbeitungsschnittstelle 408 behandelt
wird, wird die Tabelle verfügbarer
Farben 412 durch die Adressen der in dem Speichermodul 402 enthaltenden
Speicherzeilen bestimmt.
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Der
vierte Datenbus 416 am Ausgang der Tabelle der verfügbaren Farben
transportiert die Werte Y, U und V für jeden Bildpunkt in Form von
binären Daten.
Der Multiplexer 418, der durch die Steuereinheit 403 gesteuert
wird, überträgt sowohl
die an der Bearbeitungsschnittstelle 408 ausgegebenen Werte Y,
U und V der Luminanz und der Chrominanz als auch die aus der Tabelle
der verfügbaren
Farben 412 ausgegebenen Werte Y, U und V der Leuchtdichte und
des Farbtones an das Bearbeitungsmodul 422. Das Register
zur Programmierung der Transparenz 426, das durch den Entwickler
des OSD direkt programmierbar ist, erlaubt es dann, aufgrund des
Steuerbusses 424 auf die Transparenz jeder der Zeilen des
OSD einzuwirken.
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Eine
spezifische Transparenz ist somit jeder Bildpunktzeile des OSD zugeordnet.
Jede Zeile des OSD, die in dem Bearbeitungsmodul 422 bearbeitet wurde,
kann mit bekannten Mitteln auf dem Videobild angezeigt werden: Das
OSD wird als ein Videobild in das Modul 427 zur Einfügung des
OSD eingefügt, wird
dann durch die Verbindung 431, die eine Kabel- oder Funkverbindung
sein kann, an einen Fernsehempfänger 432 übertragen.
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Das
Bearbeitungsmodul 422 erlaubt somit, die Transparenzstufe
einer Zeile von Bildpunkten des OSD Zeile für Zeile zu behandeln. Auf diese
Weise hat gemäß dem Verfahren
der Erfindung jede Zeile des OSD eine durch das Register zur Programmierung
der Transparenz bestimmte Transparenz. Ganz allgemein ausgedrückt, nur
die Zeilen von Bildpunkten des OSD, die sich nahe der Zeilen von
Bildpunkten des ursprünglichen
Videobildes befinden, erhalten eine Transparenz von nicht Null.
Die Zuweisung der Transparenz für
jede Zeile des OSD kann automatisch durch das Register zur Programmierung
der Transparenz ausgeführt
werden. Denn dieses kann nämlich
im Speicher möglicherweise
fehlerhafte Werte enthalten. Die Transparenzwerte können somit n-Zeilen
des OSD zugewiesen werden, welche die vorher definierte Grenzzone
bilden, derart, dass ein Übergang
in der Weise erzeugt wird, wie er in 3 dargestellt
ist. Die Anzahl von Zeilen der Grenzzone ist nicht unbedingt auf
drei begrenzt. Andererseits können
die Transparenzkoeffizienten entsprechend im Register zur Programmierung
der Transparenz voretablierter und gespeicherter Regeln zugeordnet werden.
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Die
wesentlichen Elemente des elektronischen Schaltkreises, welche die
Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
erlauben, sind insbesondere:
- – die Tabelle
verfügbarer
Farben, um für
jeden Bildpunkt des darzustellenden OSD die Farbe des Bildpunktes
in Form einer Information über
Luminanz und Chrominanz zu speichern;
- – das
Register 426 zur Transparenzprogrammierung, um einen spezifischen
Transparenzkoeffizienten zu speichern, der mit jeder Bildzeile des OSD
verbunden ist.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
erlaubt somit die Qualität
der Vertikalübergänge zwischen den
Zeilen von Bildpunkten eines OSD und den Zeilen von Bildpunktes
eines ursprünglichen
Videobildes zu verbessern und dabei dennoch einen großen Bereich
von Farben zur Definition des OSD verfügbar zu machen.