EP1290896A1 - Videosignal-decoder und verfahren zur beseitigung von bildstörungen in einem videobild - Google Patents

Videosignal-decoder und verfahren zur beseitigung von bildstörungen in einem videobild

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EP1290896A1
EP1290896A1 EP01945091A EP01945091A EP1290896A1 EP 1290896 A1 EP1290896 A1 EP 1290896A1 EP 01945091 A EP01945091 A EP 01945091A EP 01945091 A EP01945091 A EP 01945091A EP 1290896 A1 EP1290896 A1 EP 1290896A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image data
data blocks
video signal
reference image
signal decoder
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01945091A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Kutka
Jürgen PANDEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Micronas GmbH
Original Assignee
TDK Micronas GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Micronas GmbH filed Critical TDK Micronas GmbH
Publication of EP1290896A1 publication Critical patent/EP1290896A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/85—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using pre-processing or post-processing specially adapted for video compression
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/42—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation
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    • H04N19/423—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation characterised by memory arrangements
    • H04N19/426—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation characterised by memory arrangements using memory downsizing methods
    • H04N19/428—Recompression, e.g. by spatial or temporal decimation
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    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/60—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding
    • H04N19/61—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/80—Details of filtering operations specially adapted for video compression, e.g. for pixel interpolation

Definitions

  • the invention relates to a video signal decoder for generating a interference-free video image and a method for eliminating image interference, in particular image blurring and bar artifacts.
  • HDTV televisions (HDTV: High Definition Television) produce television pictures in a 16: 9 picture format which is best adapted to the human range of vision.
  • HDTV televisions have television pictures with 1125 or 1250 lines, which are much sharper than conventional TV pictures with only 625 picture lines.
  • Conventional television pictures have a conventional PAL system
  • video images are constructed using motion-compensated prediction.
  • the video signal encoder contained in the transmitter stores the previous picture or reference picture in a reference picture memory.
  • the current successor picture and the previous picture are compared in the transmitter in a motion detector which generates coded motion information in the form of motion vectors.
  • the difference image between the previous image and the current successor image as well as the motion vectors are sent to the HDTV receiver.
  • the receiver can Make a prediction for the successor image.
  • image data blocks which for example consist of 16 ⁇ 16 image pixels, can be shifted from the previous image in order to ensure the best possible prediction of the successor image.
  • conventional video signal decoders are provided with a reference picture memory which has an HDTV picture format.
  • Fig. 2 shows schematically the formation of an image bar artifact in such a conventional video signal decoder.
  • the images to be written into the reference image data memory are initially subsampled (downsampling), so that only every nth pixel in every row and in every mth column is stored, whereby a compression factor of nxm is achieved.
  • the compressed image data is stored in the small NEN or reduced reference image data memory and buffered after reading from the reference image memory. expanded to their original data size (upsampling).
  • the missing image data or pixels are interpolated from the neighboring pixels using an oversampling filter. If an object happens to be exactly on the edge of a reference block, image bar artifacts can occur, as can be seen from FIG. 2.
  • the invention provides a video signal decoder for generating a video image, which consists of sum image data blocks, from a difference image, which has difference image data blocks and motion vectors, with a subsampling device which subsamples the sum image data blocks to form reduced reference image data blocks, one Reference image data memory for temporary storage of the reduced reference image data blocks, an oversampling device which oversamples the reduced reference image data blocks read from the reference image data memory and motion-compensated by means of the motion vectors to form reference image data blocks, a reconstruction filter which by oversampling filters formed reference image data blocks for generating predecessor image data blocks, the reference image data blocks being filtered by interpolation within data block boundaries, and with a summation circuit for summing ation of the predecessor image data blocks generated and the difference image data blocks for generating the sum image data blocks.
  • the video signal decoder preferably has a video signal processing circuit for signal processing of a received video signal to the difference image.
  • the video signal processing circuit preferably has a decoding device for decoding transmitted coded video data words with a variable data word length.
  • the video signal processing circuit also preferably has an inverse signal quantification device for signal amplitude spreading.
  • the video signal processing circuit preferably also has an inverse transformation device.
  • the inverse transformation device preferably carries out an IDCT transformation.
  • the summation circuit is followed by a first low-pass filter for filtering block edges of the sum image data blocks.
  • This first low-pass filter is preferably an FIR low-pass filter.
  • the FIR low-pass filter is preferably a third-order FIR filter.
  • a second low-pass filter for smoothing the sum image data blocks is preferably connected upstream of the subsampling device.
  • This second low-pass filter is preferably also an FIR low-pass filter.
  • the image data blocks preferably consist of 16 ⁇ 16 image pixels.
  • the reduced reference image data blocks temporarily stored in the reference image data memory preferably have 8x8 image pixels.
  • the subsampling device scans each supplied sum image data block with an adjustable compression factor.
  • This compression factor is preferably four.
  • the video signal decoder according to the invention is preferably used for video signal decoding within an HDTV. used.
  • the video signal decoder according to the invention is used in mobile telephones which have a screen.
  • the invention also provides a method for eliminating image interference in a video image consisting of aggregate image data blocks, the method comprising the following steps, namely
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of the video signal decoder according to the invention
  • 4a to 4d show the occurrence of an image disturbance in a reference data block during sub-sampling if the pixel to be stored is located on the edge of the reference block;
  • FIG. 3 shows a block diagram of a preferred embodiment of the video signal decoder 1 according to the invention.
  • the video signal decoder 1 has a signal input 2, via which it receives a video signal.
  • the video signal reaches a three-stage video signal processing circuit 4 via a signal line 3.
  • the video signal processing circuit 4 has on the input side a decoding device 5 for decoding the received coded video data words with variable data word length.
  • the decoding device 5 is connected via a line 6 to an inverse signal quantification device 7, which carries out a signal amplitude spread of the video signal.
  • the video signal with the spread signal amplitude reaches an inverse transformation device 9 via a signal line 8. that performs a decorrelation.
  • the inverse transformation device 9 is preferably an IDCT transformation device.
  • the inverse transformation device 9 outputs the transformed video signal via a signal line 10 to a first input 11 of a summation circuit 12.
  • the summation circuit 12 is connected via a line 13 to an input 14 of a controlled switching device 15.
  • the controlled switching device 15 has two signal outputs 16, 17.
  • the first output 16 of the controllable switching device 15 is connected via a line 18 to a signal output 19 of the video signal decoder 1 according to the invention.
  • the signal output 19 is used to deliver a high-definition HDTV television signal.
  • the second signal output 17 of the controllable switching device 15 is connected via a signal line 20 to a device 21 for low-pass filtering and undersampling. This outputs a standard SDTV television signal via a line 22 and a second signal output 23 of the video signal decoder 1 according to the invention.
  • the summation circuit 12 is preferably followed by a first (not shown) low-pass filter for filtering block edges of the sum image data blocks formed.
  • This low-pass filter is preferably a third-order FIR low-pass filter.
  • the image data are fed via a line 25 to a further low-pass filter 26 for smoothing the sum image data blocks. This smoothing avoids alias artifacts in the form of steps, flickering or moiree patterns.
  • the low pass filter 26 is preferably a third order FIR low pass filter. The filtering through the low-pass filter 26 takes place horizontally and vertically.
  • the filter coefficients for pixels that are not on block edges are:
  • pl represents an image pixel to be filtered and ⁇ 0 and ⁇ 2 are the neighboring pixels adjacent to it, then the image pixel pl is replaced by
  • pl cl * p0 + l / 2 * pl + l / 4 * p2,
  • pl l / 4 * p0 + l / 2 * pl + l / 4 * p2 (1)
  • the filter coefficients are set as follows:
  • pl represents an edge pixel and p2 is a neighboring pixel inside the block, the edge pixel pl is replaced by:
  • pl cl * pl + c2 * p2
  • pl l / 2 * pl + l / 2 * p2 (2)
  • the low-pass filter 26 is connected on the output side to a subsampling device 28 via a line 27.
  • the subsampling 28 undersamples the supplied sum image data blocks to form reduced reference image data blocks.
  • the subsampler scans each supplied sum image data block with an adjustable compression factor.
  • the supplied image data blocks preferably have 16 ⁇ 16 image pixels.
  • reduced reference image data blocks are formed by the subsampling, which consist of 8x8 image pixels.
  • the reduced reference image data blocks are written into a reference image data memory 30 via a line 29 and temporarily stored there.
  • the reference image data memory 30 has a memory size that is reduced compared to the HDTV format.
  • the reference image data memory 30 is connected via lines 31 to an obligatory block edge filter 32, by means of which filtering is carried out in the direction transverse to the edges of the data block.
  • the block edge filter 32 is preferably an FIR filter with the following filter coefficients:
  • pl represents an edge pixel and pO and p2 are neighboring pixels, then the edge pixel pl is replaced by:
  • pl l / 4 * p0 + l / 2 * pl + l / 4 * p2
  • pl l / 4 * p0 + l / 2 * pl + l / 4 * p2 (3)
  • the reduced reference image data blocks filtered in this way are written back into the reference image data memory 30 and reach an oversampling device 34 via a line 33.
  • the reference image data blocks read out from the reference image data memory 30 are motion-compensated depending on the motion vectors and then oversampled by the oversampler 34, ie expanded to the original size.
  • the reference image data blocks generated by oversampling are fed to a reconstruction filter 36 via a line 35.
  • the reconstruction filter 36 filters the supplied reference image data blocks to generate previous image data blocks, the reference reference image data blocks are filtered by interpolation within the data block boundaries. This prevents the influence of image disturbances, in particular of bar artifacts from neighboring blocks.
  • the reconstruction filter 36 filters the reference image data blocks by a factor of two as well as horizontally and vertically. Unsaved image pixels are initially set to zero.
  • the filter coefficients of the reconstruction filter 36 that are not on the block edges are:
  • the filter coefficients of the reconstruction filter 36 for edge pixels are:
  • edge pixel If pl represents an edge pixel and p2 a neighboring pixel inside the block, the edge pixel is replaced by:
  • pl cl * pl + c2 * p2
  • pl pl + p2 (4)
  • the predecessor image data blocks are generated, which are fed via a line 37 to a second input 38 of the summation circuit 12.
  • the summation circuit 12 sums the predecessor image data blocks generated and the reference image data blocks applied to the first input 11 to form sum image data blocks.
  • an object to be displayed of high image intensity is located directly next to a reference block.
  • the low-pass filtering produces the image intensity distribution shown in FIG. 4B.
  • Sub-sampling is then carried out by the subsampling device 28, the image intensity distribution shown in FIG. 4C being generated.
  • the image intensity distribution shown in FIG. 4D is finally generated by oversampling by the oversampling device 34 and subsequent interpolation in the reconstruction filter 36.
  • the image disturbance migrates, i.e. the blurred object edge, already through the undersampling into the interior of the reference block and can no longer be avoided by subsequent oversampling.
  • FIG. 5B shows a case constellation in which the pixel to be stored is not on the edge of the reference block.
  • the bar artifacts produced in the case constellation shown in FIG. 4 at the edge of the reference block can be filtered out by the reconstruction filter 36 by targeted filtering of the block edges in the current image after the movement compensation. 4D, the disturbing image artifact can be seen at the edge of the reference block by means of an image pixel which has an increased image intensity in comparison to the other image pixels of the reference block.
  • the reconstruction filter 36 attacks at the block edge and filters out the bar artifact. This minimal filtering changes only a small fraction of real image structures, but the bar artifacts are almost completely suppressed.
  • the filtering by the reconstruction filter 36 is preferably only carried out if the motion vectors of the blocks adjacent to the block edge are different, since only in this case is there a risk that blurred optical edges will be moved away from the objects.
  • the video signal decoder according to the invention shown in FIG. 3 for generating a video image can be used in many ways.
  • the video signal decoder 1 according to the invention can be used to improve the picture quality of digital TV decoders when receiving HDTV video signals. It is also suitable for format conversion in video cell phones and personal agents. On these mini displays, the video signal decoder according to the invention enables the decoding and display of television signals with a simultaneously reduced memory.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Videosignal-Decoder zur Erzeugung eines Videobildes, das aus Summen-Bilddatenblöcken besteht, aus einem Differenzbild, das Differenz-Bilddatenblöcke und Bewegungsvektoren aufweist, mit einer Unterabtasteinrichtung (28), welche die Summen-Bilddatenblöcke zur Bildung von reduzierten Referenz-Bilddatenblöcken unterabtastet, einem Referenz-Bilddatenspeicher (30) zum Zwischenspeichern der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke, einer Überabtasteinrichtung, welche die aus dem Referenz-Bilddatenspeicher ausgelesenen und mittels der Bewegungsvektoren bewegungskompensierten, reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke zur Bildung von Referenz-Bilddatenblöcken überabtastet, einem Rekonstruktionsfilter (36), das die durch die Überabtastung gebildeten Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Vorgänger-Bilddatenblöcken filtert, wobei die Referenz-Bilddatenblöcke mittels Interpolation innerhalb von Datenblockgrenzen gefiltert werden, und mit einer Summationsschaltung (12) zur Summation der erzeugten Vorgänger-Bilddatenblöcke und der Differenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung der Summen-Bilddatenblöcke.

Description

Beschreibung
Videosignal-Decoder und Verfahren zur Beseitigung von Bildstörungen in einem Videobild
Die Erfindung betrifft einen Videosignal-Decoder zur Erzeugung eines störungsfreien Videobildes sowie ein Verfahren zur Beseitigung von Bildstörungen, insbesondere von Bildunschär- fen und Balkenartefakten.
Digitale Videosignal-Decoder, insbesondere für Fernseher, können neben CCIR- oder PAL-Bildformaten auch hochauflösende Videosignale empfangen und in reduzierter Bildgröße auf herkömmlichen Bildschirmen wiedergeben. HDTV-Fernseher (HDTV: High Definition Television) ergeben Fernsehbilder in einem 16 : 9-Bildformat wieder, das der menschlichen Sichtweite am besten angepaßt ist. HDTV-Fernseher weisen Fernsehbilder mit 1125 oder 1250 Zeilen auf, die wesentlich schärfer sind als herkömmliche Fernsehbilder mit nur 625 Bildzeilen. Herkömmli- ehe Fernsehbilder besitzen bei herkömmlichen PAL-Systemen ein
4:3-Bildformat, das die sich in das 16 : 9-Bildformat eines HDTV-Fernseher umwandeln lässt. Das japanische Gegenstück zum HDTV-Fernsehen ist das MOSE-Fernsehsystem (MOSE: Multiple Sub-Nyquist Encoding) .
Videobilder werden bei den heutigen Videocodierstandards, wie beispielsweise H26 oder MPEG, mittels bewegungskompensierter Prädiktion aufgebaut. Der in dem Sender enthaltene Videosignal-Codierer speichert in einem Referenzbildspeicher das Vor- gängerbild bzw. Referenzbild. Das derzeitige Nachfolgerbild und das Vorgängerbild werden im Sender in einem Bewegungsdetektor verglichen, der eine codierte Bewegungsinformation in Form von Bewegungsvektoren erzeugt. Das Differenzbild zwischen Vorgängerbild und dem aktuellen Nachfolgerbild sowie die Bewegungsvektoren werden an den HDTV-Empfänger gesendet.
Der Empfänger kann auf der Grundlage des empfangenen Differenzbildes und der empfangenen Bewegungsvektoren eine Vorher- sage bzw. Prädiktion für das Nachfolgerbild durchführen. Hierzu können auf der Grundlage der Bewegungsvektoren Bilddatenblöcke, die beispielsweise aus 16xl6-Bildpixeln bestehen, aus dem Vorgängerbild verschoben werden, um eine möglichst gute Vorhersage des Nachfolgebildes zu gewährleisten. Zur Prädiktion erhalten herkömmliche Videosignal-Decoder einen Referenzbildspeicher, der ein HDTV-Bildformat aufweist.
Fig. 1 zeigt schematisch die Prädiktion bzw. Berechnung eines Nachfolgebildes aus einem Vorgängerbild, bei dem ein darzustellendes Objekt direkt neben einem Referenzblock liegt, der mittels des übertragenen Bewegungsvektors verschoben wird. Hierbei entstehen keine sogenannten Balkenartefakte. Derartige herkömmliche HDTV-Videosignal-Decoder weisen jedoch den Nachteil auf, daß der notwendige Referenzbildspeicher aufgrund des hochauflösenden HDTV-Bildformats einen sehr großen Speicherplatz benötigt und somit relativ teuer ist.
Zur Einsparung von Speichervolumen bei dem Referenzbildspei- eher innerhalb des Videosignal-Decoders werden daher zunehmend kleinere Referenzbildspeicher mit geringerem Speichervolumen eingesetzt. Dies wird durch Unterabtastung des Fernsehbildes und durch Kompressionsverfahren erreicht. Derartige Videosignal-Decoder nach dem Stand der Technik, die Referenz- bildspeicher mit reduzierter Speichergröße einsetzen, weisen jedoch den gravierenden Nachteil auf, daß durch die notwendigen Unter- und Überabtastvorgänge Bildunschärfen und Bild- Balkenartefakte entstehen.
Fig. 2 zeigt schematisch die Entstehung eines Bild- Balkenartefakts bei einem derartigen herkömmlichen Videosignal-Decoder. Bei der bewegungskompensierten Prädiktion werden die in den Referenz-Bilddatenspeicher einzuschreibenden Bilder zunächst unterabgetastet (Downsampling) , so daß nur jeder n-te Bildpunkt in jeder Zeile und in jeder m-ten Spalte gespeichert werden, wodurch ein Kompressionsfaktor von nxm erreicht wird. Die komprimierten Bilddaten werden in dem klei- nen bzw. reduzierten Referenz-Bilddatenspeicher zwischengespeichert und nach dem Auslesen aus dem Referenzbildspeicher. auf ihre ursprüngliche Datengröße ausgedehnt (Upsampling) . Die fehlenden Bilddaten bzw. Bildpunkte werden über ein Über- abtastfilter aus den benachbarten Bildpunkte interpoliert. Wenn ein Objekt zufällig genau am Rand eines Referenzblocks liegt, kann es zu Bild-Balkenartefakten kommen, wie man aus Fig. 2 erkennen kann. Aufgrund der Unter- und Überabtastung entsteht ein unscharfer ausgeweiteter Objektrand, der in dem unmittelbar benachbarten Referenzblock liegt bzw. sich in diesen ausdehnt. Wird dieser Referenzblock nunmehr durch Prädiktion auf der Grundlage der übertragenen Bewegungsvektoren zur Bildung des Nachfolgebildes verschoben, entsteht ein Bild-Balkenartefakt. Das Bild-Balkenartefakt ist der in dem Referenzblock ausgeweitete und verschobene unscharfe Objektrand. Diese so verschobenen Objektränder sind störende Balkenstrukturen, die bei herkömmlichen Videosignal-Decodern nicht mehr korrigiert werden können. Da die Objektränder im wesentlichen durch die Tiefpaßfilterung des Referenzbildes hervorgerufen werden, hat man bisher versucht, die Balkenartefakte zu vermeiden, indem man die Tiefpaßfilterung abschwächt. Durch die Abschwächung der Tiefpaßfilterung wird jedoch die Glättung des Bildsignals geringer, so daß Alias- Artefakte in Form von Treppenstufen, Flimmern oder Moiree- Mustern entstehen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Videosignal-Decoder mit einem Referenz-Bilddatenspeicher sowie ein Verfahren zur Beseitigung von Bildstörungen zu schaf- fen, bei dem der vorgesehene Referenz-Bilddatenspeicher eine geringere Speichergröße als das darzustellende Bildformat aufweist und bei dem keine Bildstörungen auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Videosignal- Decoder mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen und durch ein Verfahren mit den in Patentanspruch 18 angegebenen Merkmalen gelöst. Die Erfindung schafft einen Videosignal-Decoder zur Erzeugung eines Videobildes, das aus Summen-Bilddatenblöcken besteht, aus einem Differenzbild, welches Differenz-Bilddatenblöcke und Bewegungsvektoren aufweist, mit einer Unterabtasteinrichtung, welche die Summen-Bilddatenblöcke zur Bildung von reduzierten Referenz-Bilddatenblöcken unterabtastet, einem Referenz-Bilddatenspeicher zum Zwischenspeichern der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke, einer Überabtasteinrichtung, welche die aus dem Referenz- Bilddatenspeicher ausgelesenen und mittels der Bewegungsvektoren bewegungsko pensierten, reduzierten Referenz- Bilddatenblöcke zur Bildung von Referenz-Bilddatenblöcken ü- berabtastet, einem Rekonstruktionsfilter, das die durch Überabtastung gebildeten Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Vorgänger-Bilddatenblöcken filtert, wobei die Referenz-Bilddatenblöcke mittels Interpolation innerhalb von Datenblockgrenzen gefiltert werden, und mit einer Summationsschaltung zur Summation der erzeugten Vorgänger-Bilddatenblöcke und der Differenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung der Summen-Bilddatenblöcke.
Der Videosignal-Decoder weist vorzugsweise eine Videosignal- Aufbereitungsschaltung zur Signalaufbereitung eines empfangenen Videosignals zu dem Differenzbild auf.
Die Videosignal-Aufbereitungsschaltung weist vorzugsweise ei- ne Decodiereinrichtung zur Decodierung übertragener codierter Videodatenwörter mit variabler Datenwortlänge auf.
Die Videosignal-Aufbereitungsschaltung weist ferner vorzugsweise eine inverse Signal-Quantifizierungseinrichtung zur Signalamplitudenspreizung auf. Die Videosignal-Aufbereitungsschaltung weist vorzugsweise weiterhin eine inverse Transformationseinrichtung auf .
Die inverse Transformationseinrichtung führt vorzugsweise ei- ne IDCT-Transformation durch.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Summationsschaltung ein erstes Tiefpaßfilter zur Filterung von Blockrändern der Summen-Bilddatenblöcke nachgeschaltet.
Dieses erste Tiefpaßfilter ist vorzugsweise ein FIR-Tiefpaß- filter.
Das FIR-Tiefpaßfilter ist dabei vorzugsweise ein FIR-Filter dritter Ordnung.
Der Unterabtasteinrichtung ist vorzugsweise ein zweites Tiefpaßfilter zur Glättung der Summen-Bilddatenblöcke vorgeschaltet.
Dieses zweite Tiefpaßfilter ist vorzugsweise ebenfalls ein FIR-Tiefpaßfilter .
Die Bilddatenblöcke bestehen vorzugsweise aus 16xl6-Bild- pixeln.
Die in dem Referenz-Bilddatenspeicher zwischengespeicherten reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke weisen vorzugsweise 8x8- Bildpixel auf.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform tastet die Unterabtasteinrichtung jeden zugeführten Summen-Bilddaten- block mit einem einstellbaren Kompressionsfaktor ab.
Dieser Kompressionsfaktor ist vorzugsweise vier. Der erfindungsgemäße Videosignal-Decoder wird vorzugsweise zur Videosignal-Decodierung innerhalb eines HDTV-Fernsehers . eingesetzt.
Weiterhin wird der erfindungsgemäße Videosignal-Decoder bei mobilen Telefonen eingesetzt, die einen Bildschirm aufweisen.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Beseitigung von Bildstörungen in einem Videobild, das aus Summen- Bilddatenblöcken besteht, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist, nämlich
Umwandeln eines empfangenen Differenz-Videosignals in ein Differenzbild, das Differenz-Bilddatenblöcke und Bewegungsvektoren enthält, Unterabtasten der Summen-Bilddatenblöcke zur Erzeugung reduzierter Referenz-Bilddatenblöcke,
Speichern der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke, blockweises Auslesen der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke, Ausführen einer Bewegungskompensation an den ausgelesenen, reduzierten Referenz-Bilddatenblöcken in Abhängigkeit von den Bewegungsvektoren,
Überabtasten der bewegungskompensierten, reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Referenz-Bilddaten- blocken,
Filtern der erzeugten Referenz-Bilddatenblöcke mittels Interpolation innerhalb der Blockgrenzen der Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Vorgänger-Bilddatenblöcken, Summieren der Vorgänger-Bilddatenblöcke und der Differenz- Bilddatenblöcke zu Summen-Bilddatenblöcken, die das Videobild bilden.
Im weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Videosignal-Decoders und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Beseitigung von Bildstörungen in einem Videobild unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 die Erzeugung eines Nachfolgebildes aus einem Vorgän- gerbild mittels Prädiktion bei einem herkömmlichen Videosignal-Decoder ohne reduzierten Referenz-Bilddatenspeicher;
Fig. 2 die Erzeugung eines Nachfolgebildes aus einem Vorgängerbild durch Prädiktion bei einem herkömmlichen Videosignal- Decoder mit reduziertem Referenz-Bilddatenspeicher zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems;
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Videosignal-Decoders ;
Fig. 4a bis 4d die Entstehung einer Bildstörung in einem Referenzdatenblock beim Unterabtasten, wenn sich der zu speichernde Bildpunkt auf dem Rand des Referenzblocks befindet;
Fig. 5a bis 5d einen Fall, bei dem die zu speichernden Bildpunkte sich nicht auf dem Rand des Referenzblocks befinden.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Videosignal-Decoders 1.
Der Videosignal-Decoder 1 weist einen Signaleingang 2 auf, über den er ein Videosignal empfängt. Das Videosignal gelangt über eine Signalleitung 3 in eine dreistufige Videosignal- Aufbereitungsschaltung 4. Die Videosignal-Aufbereitungs- Schaltung 4 weist eingangsseitig eine Decodiereinrichtung 5 zur Decodierung der empfangenen codierten Videodatenwörter mit variabler Datenwortlänge auf. Ausgangsseitig ist die Decodiereinrichtung 5 über eine Leitung 6 mit einer inversen Signal-Quantifizierungseinrichtung 7 verbunden, die eine Sig- nalamplitudenspreizung des Videosignals vornimmt. Das Videosignal mit gespreizter Signalamplitude gelangt über eine Signalleitung 8 zu einer inversen Transformationseinrichtung 9, die eine Dekorrelation durchführt. Die inverse Transformationseinrichtung 9 ist vorzugsweise eine IDCT-Transforma- tionseinr chtung. Die inverse Transformationseinrichtung 9 gibt das transformierte Videosignal über eine Signalleitung 10 an einen ersten Eingang 11 einer Summationsschaltung 12 ab. Die Summationsschaltung 12 ist über eine Leitung 13 mit einem Eingang 14 einer gesteuerten Schalteinrichtung 15 verbunden. Die gesteuerte Schalteinrichtung 15 weist zwei Signalausgänge 16, 17 auf. Der erste Ausgang 16 der steuerbaren Schalteinrichtung 15 liegt über eine Leitung 18 an einem Signalausgang 19 des erfindungsgemäßen Videosignal-Decoders 1 an. Der Signalausgang 19 dient zur Abgabe eines hochauflösenden HDTV-Fernsehsignals. Der zweite Signalausgang 17 der steuerbaren Schalteinrichtung 15 ist über eine Signalleitung 20 mit einer Einrichtung 21 zur Tiefpaßfilterung und Unterabtastung verbunden. Diese gibt über eine Leitung 22 und einen zweiten Signalausgang 23 des erfindungsgemäßen Videosignal- Decoders 1 ein Standard-SDTV-Fernsehsignal ab.
Der Summationsschaltung 12 ist vorzugsweise ein erstes (nicht gezeigtes) Tiefpaßfilter zur Filterung von Blockrändern der gebildeten Summen-Bilddatenblöcke nachgeschaltet. Bei diesem Tiefpaßfilter handelt es sich vorzugsweise um ein FIR- Tiefpaßfilter dritter Ordnung. An einem Signalabzweigungskno- ten 24 werden die Bilddaten über eine Leitung 25 einem weiteren Tiefpaßfilter 26 zur Glättung der Summen-Bilddatenblöcke zugeführt. Durch diese Glättung werden Alias-Artefakten in Form von Treppenstufen, Flimmern oder Moiree-Mustern vermieden. Das Tiefpaßfilter 26 ist vorzugsweise ein FIR- Tiefpaßfilter dritter Ordnung. Die Filterung durch das Tiefpaßfilter 26 erfolgt horizontal und vertikal.
Die Filterkoeffizienten für Pixel, die nicht auf Blockrändern liegen, betragen:
cl = 1/4 c2 = 1/2 c3 = 1/4
Wenn pl ein zu filterndes Bildpixel darstellt und ρ0 und ρ2 die dazu benachbart liegenden Nachbarpixel sind, so wird das Bildpixel pl ersetzt durch
pl = cl*p0 + l/2*pl + l/4*p2,
und somit mit den oben genannten Filterkoeffizienten gilt:
pl = l/4*p0 + l/2*pl + l/4*p2 (1)
Für Bildpixel, die auf dem Blockrand liegen, werden die Filterkoeffizienten wie folgt eingestellt:
cl = 1/2 c2 = 1/2
Wenn pl ein Randpixel darstellt und p2 ein Nachbarpixel im Blockinneren ist, so wird das Randpixel pl ersetzt durch:
pl = cl*pl + c2*p2
und somit mit den oben Koeffizienten gilt
pl = l/2*pl + l/2*p2 (2)
Das Tiefpaßfilter 26 wird ausgangsseitig über eine Leitung 27 an eine Unterabtasteinrichtung 28 angeschlossen. Die Unterab- tastung 28 führt eine Unterabtastung der zugeführten Summen- Bilddatenblöcke zur Bildung von reduzierten Referenz- Bilddatenblöcken durch. Die Unterabtasteinrichtung tastet jeden zugeführten Summen-Bilddatenblock mit einem einstellbaren Kompressionsfaktor ab. Die zugeführten Bilddatenblöcke weisen vorzugsweise 16xl6-Bildpixel auf. Durch die Unterabtastung mit einem Kompressionsfaktor von vier werden durch die Unterabtastung reduzierte Referenz-Bilddatenblöcke gebildet, die aus 8x8-Bildpixeln bestehen. Die reduzierten Referenz- Bilddatenblöcke werden über eine Leitung 29 in einen Referenz-Bilddatenspeicher 30 eingeschrieben und dort zwischenge- speichert. Der Referenz-Bilddatenspeicher 30 weist eine ge- genüber dem HDTV-Format reduzierte Speichergröße auf. Der Referenz-Bilddatenspeicher 30 ist über Leitungen 31 mit einem obligatorischen Blockkantenfilter 32 verbunden, durch den eine Filterung in Querrichtung zu den Datenblockrändern durchgeführt wird. Der Blockkantenfilter 32 ist vorzugsweise ein FIR-Filter mit folgenden Filterkoeffizienten:
cl = 1/4 c2 = 1/2 c3 = 1/4
Wenn pl ein Randpixel darstellt und pO sowie p2 Nachbarpixel sind, so wird das Randpixel pl ersetzt durch:
pl = l/4*p0 + l/2*pl + l/4*p2
Mit den oben angegebenen bevorzugten Filterkoeffizienten ergibt sich somit:
pl = l/4*p0 + l/2*pl + l/4*p2 (3)
Die derart gefilterten reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke werden in den Referenz-Bilddatenspeicher 30 zurückgeschrieben und gelangen über eine Leitung 33 in eine Überabtasteinrich- tung 34. Die aus dem Referenz-Bilddatenspeicher 30 ausgelese- nen Referenz-Bilddatenblöcke werden in Abhängigkeit von den Bewegungsvektoren bewegungskompensiert und anschließend durch die Überabtasteinrichtung 34 überabgetastet, d.h. auf die ursprüngliche Größe ausgedehnt. Die durch Überabtastung erzeugten Referenz-Bilddatenblöcke werden über eine Leitung 35 ei- nem Rekonstruktionsfilter 36 zugeführt. Das Rekonstruktions- filter 36 filtert die zugeführten Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Vorgänger-Bilddatenblöcken, wobei die Refe- renz-Bilddatenblöcke mittels Interpolation innerhalb der Datenblockgrenzen gefiltert werden. Hierdurch wird der Einfluß von Bildstörungen, insbesondere von Balken-Artefakten aus benachbarten Blöcken unterbunden.
Das Rekonstruktionsfilter 36 filtert für den Fall des Überab- tastens die Referenz-Bilddatenblöcke mit einem Faktor zwei sowie horizontal als auch vertikal. Nicht gespeicherte Bildpixel werden zunächst auf null gesetzt.
Die Filterkoeffizienten des Rekonstruktionsfilters 36, die nicht auf den Blockrändern liegen, lauten:
cl = 1/2 c2 = 1 c3 = 1/2
Die Filterkoef fizienten des Rekonstruktionsfilters 36 für Randpixel betragen :
cl = 1 c2 = 1
Wenn pl ein Randpixel und p2 ein Nachbarpixel im Blockinneren darstellt, so wird das Randpixel ersetzt durch:
pl = cl*pl + c2*p2
Mit den oben angegebenen Koeffizienten ergibt sich somit:
pl = pl + p2 (4)
Durch die Filterung der Referenz-Bilddatenblöcke durch das Rekonstruktionsfilter 36 werden die Vorgänger-Bilddatenblöcke erzeugt , die über eine Leitung 37 einen zweiten Eingang 38 der Summationsschaltung 12 zugeführt werden . Die Summationsschaltung 12 summiert die erzeugten Vorgänger-Bilddatenblöcke und die an dem ersten Eingang 11 anliegenden Referenz- Bilddatenblöcke zu Summen-Bilddatenblöcken.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Fälle von Blockrän- dem. Bei der in Fig. 4 gezeigten Fallkonstellation befindet sich der zu speichernde Bildpunkt auf dem Rand des Referenz- Datenblocks .
Wie man in Fig. 4A erkennen kann, befindet sich ein darzu- stellendes Objekt hoher Bildintensität direkt neben einem Referenzblock. Durch die Tiefpaßfilterung entsteht die in Fig. 4B dargestellte Bildintensitätsverteilung. Anschließend erfolgt die Unterabtastung durch die Unterabtasteinrichtung 28, wobei die in Fig. 4C dargestellte Bildintensitätsverteil- tung erzeugt wird. Durch Überabtastung durch die Überabtast- einrichtung 34 und anschließende Interpolation in dem Rekon- struktionsfilter 36 wird schließlich die in Fig. 4D dargestellte Bildintensitätsverteilung erzeugt. Wie man erkennen kann, wandert die Bildstörung, d.h. der unscharfe Objektrand, bereits durch die Unterabtastung in das Innere des Referenzblocks und kann durch anschließende Überabtastung nicht mehr vermieden werden.
Fig. 5B zeigt eine Fallkonstellation, bei der sich der zu speichernde Bildpunkt nicht auf dem Rand des Referenzblocks befindet. Durch Beschränkung der Überabtastung auf das Blockinnere wird der Einfluß von störenden Bildstrukturen, insbesondere von Balken-Artefakten, auf den benachbarten Datenblock unterbunden. Der Referenzblock weist eine gleichmäßig niedrige Bildintensität auf, wie man aus Fig. 5D erkennen kann. Das benachbarte Bildobjekt mit hoher Bildintensität hat somit kein Balken-Artefakt in dem Referenzblock hervorgerufen.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Fallkonstellationen sind statistisch gleich wahrscheinlich, so daß statistisch gesehen die Hälfte aller möglichen Balken-Artefakte beseitigt werden.
Die bei der in Fig. 4 dargestellten Fallkonstellation hervor- gerufenen Balken-Artefakte am Rand des Referenzblocks lassen sich durch gezielte Filterung der Blockränder im aktuellen Bild nach der Bewegungskompensation durch das Rekonstruktionsfilter 36 herausfiltern. In Fig. 4D erkennt man am Rand des Referenzblocks das störende Bild-Artefakt durch ein Bild- pixel, das im Vergleich zu den übrigen Bildpixeln des Referenzblocks eine erhöhte Bildintensität aufweist. Das Rekonstruktionsfilter 36 greift am Blockrand an und filtert das Balkenartefakt heraus. Durch diese minimale Filterung wird nur ein geringer Bruchteil realer Bildstrukturen verändert, wobei jedoch die Balken-Artefakte fast vollständig unterdrückt werden.
Die Filterung durch das Rekonstruktionsfilter 36 erfolgt vorzugsweise nur dann, wenn die Bewegungsvektoren der an den Blockrand angrenzenden Blöcke verschieden sind, da nur in diesem Falle eine Gefahr besteht, daß unscharfe Optikränder von den Objekten fortbewegt werden.
Der in Fig. 3 dargestellte erfindungsgemäße Videosignal- Decoder zur Erzeugung eines Videobildes ist vielseitig einsetzbar. Der Videosignal-Decoder 1 gemäß der Erfindung kann in Verbesserung der Bildqualität von digitalen TV-Decodern bei einem Empfang von HDTV-Videosignalen eingesetzt werden. Darüber hinaus eignet er sich ebenso zur Formatkonversion in Video-Handys und Personal Agents. Auf diesen Mini-Displays ermöglicht der erfindungsgemäße Videosignal-Decoder die Decodierung und Darstellung von Fernsehsignalen bei gleichzeitig reduziertem Speicher.

Claims

Patentansprüche
1. Videosignal-Decoder zur Erzeugung eines Videobildes, das aus Summen-Bilddatenblöcken besteht, aus einem Differenzbild, das Differenz-Bilddatenblöcke und Bewegungsvektoren aufweist, mit einer Unterabtasteinrichtung (28) , welche die Summen-Bilddatenblöcke zur Bildung von reduzierten Referenz-Bilddatenblöcken unterabtastet; einem Referenz-Bilddatenspeicher (30) zum Zwischenspeichern der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke; einer Überabtasteinrichtung, welche die aus dem Referenz- Bilddatenspeicher ausgelesenen und mittels der Bewegungsvektoren bewegungskompensierten, reduzierten Referenz- Bilddatenblöcke zur Bildung von Referenz-Bilddatenblöcken ü- berabtastet; einem Rekonstruktionsfilter (36) , das die durch die Überabtastung gebildeten Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Vorgänger-Bilddatenblöcken filtert, wobei die Referenz- Bilddatenblöcke mittels Interpolation innerhalb von Datenblockgrenzen gefiltert werden, und mit einer Summationsschaltung (12) zur Summation der erzeugten Vorgänger-Bilddatenblöcke und der Differenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung der Summen-Bilddatenblöcke.
2. Videosignal-Decoder nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Videosignal-Aufbereitungsschaltung (4) zur Signalaufbereitung eines übertragenen Videosignals zu dem Diffe- renzbild vorgesehen ist.
3. Videosignal-Decoder nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Videosignal-Aufbereitungsschaltung (4) eine Decodier- einrichtung (5) zur Decodierung übertragener codierter Videodatenwörter mit variabler Datenwortlänge aufweist.
4. Videosignal-Decoder nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Videosignal-Aufbereitungsschaltung (4) eine inverse Signal-Quantifizierungseinrichtung zur Signalamplitudensprei- zung aufweist.
5. Videosignal-Decoder nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Videosignal-Aufbereitungsschaltung (4) eine inverse Transformationseinrichtung aufweist.
6. Videosignal-Decoder nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die inverse Transformationseinrichtung eine IDCT- Transformation durchführt.
7. Videosignal-Decoder nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Summationsschaltung (12) ein erstes Tiefpaßfilter zur Filterung von Blockrändern der Summen-Bilddatenblöcke nachgeschaltet ist.
8. Videosignal-Decoder nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das erste Tiefpaßfilter ein FIR-Tiefpaßfilter ist.
9. Videosignal-Decoder nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das FIR-Tiefpaßfilter ein FIR-Tiefpaßfilter dritter Ordnung ist.
10. Videosignal-Decoder nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Unterabtasteinrichtung (28) ein zweites Tiefpaßfilter (26) zur Glättung der Summen-Bilddatenblöcke vorgeschaltet . ist.
11. Videosignal-Decoder nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das zweite Tiefpaßfilter (26) ein FIR-Tiefpaßfilter ist.
12. Videosignal-Decoder nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bilddatenblöcke aus 16x16-Bildpixeln bestehen.
13. Videosignal-Decoder nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die in dem Referenz-Bilddatenspeicher (30) zwischengespeicherten reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke aus 8x8- Bildpixeln bestehen.
14. Videosignal-Decoder nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Unterabtasteinrichtung (28) jeden zugeführten Summen- Bilddatenblock mit einem einstellbaren Kompressionsfaktor unterabtastet.
15. Videosignal-Decoder nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kompressionsfaktor vier ist.
16. HDTV-Fernseher, der den Videosignal-Decoder nach Anspruch 1 enthält.
17. Mobiles Telefon, das den Videosignal-Decoder nach Anspruch 1 enthält.
18. Verfahren zur Beseitigung von Bildstörungen in einem Videobild, das aus Summen-Bilddatenblöcken besteht, mit den folgenden Schritte: (a) Umwandeln eines empfangenen Differenz-Videosignals in ein Differenzbild, das Differenz-Bilddatenblöcke und Bewegungsvektoren aufweist,
(b) Unterabtasten der Summen-Bilddatenblöcke zur Erzeugung reduzierter Referenz-Bilddatenblöcke, (c) Speichern der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke,
(d) blockweises Auslesen der reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke,
(e) Ausführen einer Bewegungskompensation an den ausgelesenen, reduzierten Referenz-Bilddatenblöcken in Abhängigkeit von den Bewegungsvektoren,
(f) Überabtasten der bewegungskompensierten, reduzierten Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Referenz- Bilddatenblöcken,
(g) Filtern der Referenz-Bilddatenblöcke mittels Interpolati- on innerhalb der Blockgrenzen der Referenz-Bilddatenblöcke zur Erzeugung von Vorgänger-Bilddatenblöcken, (h) Summieren der Vorgänger-Bilddatenblöcke und der Differenz-Bilddatenblöcke zu Summen-Bilddatenblöcken, die das Videobild bilden.
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