FI86242C - Foerfarande foer behandling av en videosignal i komponentform. - Google Patents

Description

5 1 86242

Menetelmä komponenttimuotoisen videosignaalin käsittelemiseksi - Förfarande för behandling av en videosignal i komponentform

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään komponenttimuotoisen videosignaalin käsittelemiseksi.

Periaatteessa keksintöä voitaisiin soveltaa minkä tahansa 10 signaalin käsittelyyn, joka sisältää toistensa kanssa korreloivia komponentteja.

Esimerkiksi nykyisissä televisiovastaanottimissa luminanssi-ja krominanssisignaalien erottelu koostuu kaistanesto- ja 15 kaistanpäästösuodattimista. Luminanssisignaali saadaan, kun videosignaalia suodatetaan suodattimena, jolla on estokaista väriapukantoaallon taajuudella. Tämän suodattimen estokaistan leveys on tyypillisesti ± 500 kHz. Tämä poistaa videosignaalista suurimman osan krominanssikomponentteja.

20 Krominanssisignaali taas saadaan, kun videosignaalia suodatetaan kaistanpäästösuodattimella, jossa päästökaista on väriapukantoaallon kohdalla. Tavallisesti suodattimen pääs-tökaistan leveys on ± 1,6 MHz. Tällöin krominanssikanavaan pääsee myös luminanssisignaali, joka on taajuudeltaan tällä ... 25 alueella.

Koska luminanssi- ja krominanssisignaalien spektrit ovat päällekkäin esim. PAL-signaalissa, on mahdotonta suunnitella menetelmää, joka erottaa luminanssi- ja krominanssisignaalit : 30 täydellisesti toisistaan kaikissa mahdollisissa tilanteissa.

Epätäydellinen tai huono luminanssi- ja krominanssisignaali en erottelu aiheuttaa vastaanottimessa luminanssisignaalin tulkinnan krominanssina, ns. ristikrominanssin, tai kro-minanssisignaalin tulkinnan luminanssina eli ristiluminans-35 sin. Ristiluminanssi näkyy liikkuvina pisteinä värillissä reunoissa. Tämä näkyy selvästi YLE sn testikuvassa vihreän ja punaisen alueen rajapinnassa. Ristikrominanssi näkyy taas testikuvassa keskellä olevan erottelukykyasteikon 2 86242 mustavalkoisen alueen päällä juoksevina väripisteinä. Samoin uutistenlukijan raidallisen takin päällä näkyy liikkuva sateenkaarikuvio, ns. moire-kuvio.

5 Vastaanottimen koon kasvaessa videosignaalissa esiintyvän kohinan poistaminen tulee entistä tärkeämmäksi. Videosignaalissa esiintyy normaalisti runsaasti valkoista kohinaa, ja satelliittilähetysten mukana impulsiivinen kohina lisääntyy.

10 Nykyisin käytössä olevat televisiostandardit (PAL, NTSC, SECAM) perustuvat lomitettuun videosignaaliin. Näytön lomit-telu ja alhainen kenttätaajuus aiheuttavat näkyviä ongelmia televisiokuvassa. Suuret pystysuorat taajuudet aiheuttavat juovien välistä välkehdintää, joka näkyy 25 Hz:n taajuisena 15 (PAL, SECAM). Suuret, kirkkaat alueet välkkyvät kenttätaajuudella. Kohteen liikkuessa sen yksityiskohdat tulevat epäteräviksi, kun katsoja erottaa eri kentät kohdetta seuratessaan. Ilmiötä kutsutaan juovan ryöminnäksi. Katsottaessa kuvaa suhteellisen läheltä on kuvan juovista koostuva raken-20 ne havaittavissa.

Jotta vastaanottimessa kuvan laatu olisi lähellä lähetetyn kuvan laatua, tulee edellä mainitut virheet poistaa. Nykyisin esiintyvät menetelmät ristivirheiden ja kohinan poistoon 25 pyrkivät joko krominanssi- ja luminanssisignaalien erottelun parantamiseen kampasuodattimen avulla tai virheiden poistamiseen komponenttitasossa rekursiivisia keskiarvottimia käyttäen. Kampasuodattimien ongelmana on niiden vaatima monimutkainen valinta- ja päätöstoiminto sekä runsas muistin 30 määrä. Rekursiiviset keskiarvottavat rakenteet taas vaativat suhteellisen pitkiä stationäärisiä alueita ollakseen tehokkaita. Tällaisten rakenteiden ongelmana on lisäksi impulsiivisen kohinan poistaminen.

35 Television näytön taajuutta on mahdollista nostaa siten, .· että lomittelusta ja alhaisesta näyttötaajuudesta aiheutuvat virheet voidaan nostaa korkeammille taajuuksille, jolloin ihmisen silmä ei enää erota niitä. Nykyinen lomiteltu lähe- 3 86242 tysstandardi 50 Hz/2sl voidaan konvertoida joko lomittele-mattomaksi 50 Hz/l:l tai lomitelluksi 100 Hz/2:1. Edellinen vähentää juovavälkehdintää, juovaryömintää ja lisää kuvan terävyyden tuntua jättäen kuitenkin suurten alueiden välkeh-5 dinnän ongelmaksi. Jälkimmäinen vähentää myös suurten alueiden välkehdintää. Erilaisia konversiomenetelmiä on esitetty lukuisia.

Käytetyissä menetelmissä sekä näyttötaajuuden muutoksiin 10 että värivirheiden ja kohinan poistamiseen suoritetaan operaatio YUV-tasossa demoduloinnin jälkeen. Jokainen komponentti käsitellään erikseen. Koska käsittely tapahtuu komponenteittain, jätetään näissä menetelmissä eri komponenttien välinen korrelaatio huomioonottamatta.

15

Videosignaalissa sekä YUV- että RGB-tasossa eri komponentit korreloivat voimakkaasti keskenään. Jos muutos tapahtuu yhdessä komponentissa, on todennäköistä, että se tapahtuu myös muissa komponenteissa. Suodatettaessa komponentteja 20 erikseen jää tämä korrelaatio hyödyntämättä. Tämä saattaa tuottaa kuvaan virheitä yhtäaikaisen muutoksen tapahtuessa useammassa komponentissa. Esimerkki tällaisesta virheestä on esitetty kuvassa 1. Tässä kaikki komponentit on suodatet tu kolmen näytteen mittaisella mediaanisuodattimella. Suoda-25 tukeen seurauksena kuvassa näkyy virheellinen väripiste ennen transitiota.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siis välttää edellä selostetut virheet ja aikaansaada sellainen signaalin käsit-30 telymenetelmä, joka mahdollistaa signaalikomponenttien yksityiskohtien korjaamisen ja etenkin sellaisissa tapauk-.·*·. sissa, joissa kyseessä olevien signaalikomponenttien tiede- tään korreloivan toistensa kanssa.

35 Tämän tavoitteen saavuttamiseksi on keksinnölle tunnusomaista se, että signaalia käsitellään vektoreina digitaalimuodossa.

* 86242

Erään suoritusmuodon mukaan signaali jaetaan ajallisesti yhtä suuriin peräkkäisiin jaksoihin, jolloin signaalin jokaisen jakson osuus vastaa yhtä vektoria.

5 Keksinnön mukainen menetelmä on mielenkiintoinen etenkin televisioalalla. Sitä voidaan käyttää virheiden poistamiseksi televisiokuvasta ottaen huomioon eri komponenttien välisen korrelaation. Keksinnön mukainen videosignaalin käsittelymenetelmä käyttää hyväkseen enemmän informaatiota signaa li) lista kuin nykyiset menetelmät. Tämän seurauksena on esitetyllä menetelmällä saatavissa parempi tulos virheiden poistossa .

On huomattava, että keksinnön mukaista käsittelyä voidaan 15 käyttää myös kenttätaajuuden muutoksissa sekä kuvan muunnoksissa lomittelemattomaksi interpoloitaessa puuttuvia kenttiä. Tällöin on mahdollista käyttää hyväksi huomattavasti suurempaa osaa videosignaalin informaatiosta kuin nykyisillä menetelmillä.

20

Samoin esitettyä menetelmää voidaan käyttää kuvan koodauksessa. Tällöin koodaamalla on tarkoitus vähentää muistiin talletettavan informaation määrää. Käsiteltäessä kuva-alkion eri komponentteja vektoreina koodauksessa on mahdollista 25 ottaa huomioon suurempi osa signaalin sisältämästä informaatiosta.

Keksintöä ja sen muita piirteitä ja etuja selostetaan seu-raavassa esimerkin muodossa ja viitaten oheisiin piirus-30 tuksiin, joissa kuva 1 esittää jo selostettuja, toistensa kanssa korreloivia televisiosignaalin komponentteja, kuva 2 esittää samoja komponentteja keksinnön mukaisella . menetelmällä käsiteltyinä, ja • 35 kuva 3 esittää lohkokaavion muodossa kytkentää, joka sopii : keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi.

5 86242

Kuvassa 2 on siis esitetty näytteistetyn videosignaalin kaksi värikkyysignaalikomponenttia, punainen ja vihreä. Signaalia on suodatettu kolmen näytteen mittaisella vektori-mediaanisuodattimella. Tässä virhe punaisessa komponentissa 5 pystytään välttämään.

Seuraavassa käsitellään esimerkkiä keksinnön mukaisen menetelmän käytöstä värivirheiden poistamiseen kuvan 3 kytkentään viittaamalla.

10

Kytkentä koostuu suodattimesta 10, viivepiireistä 20 ja 30, liikkeenilmaisijasta 40 sekä päätöstoiminnosta 50. Viivepiiri 20 viivästää sisäänmenosignaalia signaalin jakson ajalla ja toinen muisti 30 viivästää suodattimen ulostu-15 losignaalia yhden näytteen ajalla. Koska sisäänmenosignaali on näytteistetty videosignaali, joka vastaa näytteistettyjen kuvien sarjaa, ne kaksi signaalia muistin 20 sisäänmenossa ja ulostulossa vastaavat alkioita, joilla on sama paikka kuvassa, mutta esiintyvät peräkkäisissä kuvissa. Toisen 20 muistin 30 ulostulo vastaa valintapiirin 10 edellistä ulostuloa .

Käytetty valintapiiri 10 ottaa huomioon signaalin eri komponenttien välisen korrelaation. Tämä valinta tapahtuu 25 laskemalla kaikkien näytevektoreiden eri komponenttien etäisyydet muihin verrattavina olevien vektorien vastaaviin komponentteihin, ja valitsemalla se, jonka eri komponenttien etäisyyksien summa on pienin. Tämä voidaan ilmaista kaavalla 1.

30 y(t)=VMED[x(t),x(t-Tp) ,y(t-1)] (1) '•V. jossa x(t) on alkuperäinen sisäänmeno, x(t-Tp) viivepiirin

. 20 ulostulo sekä y(t-l) on viivepiirin 30 ulostulo. VMED

35 tarkoittaa vektorimediaanioperaatiota. Vektorimediaani Nsstä : kappaleesta vektoreita, xa=1,2,. . . ,N on määritelty vekto riksi Xvn siten, että summa 6 86242

N

Σ I Xvm - Xi I (2) i=l 5 minimoituu.

LiikkeeniImaisija 40 valitsee ulostuloonsa tiedon kuvassa tapahtuvasta temporaalisesta liikkeestä. Sen sisäänmenoina ovat signaali sekä viivepiirin 20 ulostulo. Piiri 40 laskee 10 kahdessa peräkkäisessä kuvassa olevan liikkeen. Liikkeenil-maisijassa on otettu huomioon ristivirheistä aiheutuva liike. Tämä liike näkyy vain joko luminanssisignaalissa tai krominanssisignaalissa. Tämä virheellinen liike on pyritty poistamaan käsittelemällä verrattavia signaaleja.

15 Päästötoimintopiiri 50 valitsee liikkeenilmaisijän tuottaman tiedon perusteella tulokseksi alkukuvan vastaavan alkion, kun se on tuloksen kannalta edullista tai alkion, joka saadaan vaiintätoiminnon seurauksena.

20

Selostettu menetelmä käyttää hyväkseen sitä tietoa, että ristiluminanssin ja -krominanssin aiheuttamat virheet vaihtuvat näytteestä toiseen ja kuvasta toiseen. Rekursion avulla pystytään suodattimen vaimennusta lisäämään kuiten-25 kin säilyttäen yhden näytteen levyiset juovat.

Menetelmän käyttö ei aiheuta erottelutarkkuuden menetystä paikallaan olevien kuvien tapauksessa, liikkuvien kuvien tapauksessa liikkeenilmaisija estää taas kuvan pehmenemisen. 30

Kytkentään voidaan liittää myös lineaarisia rakenteita. Tällöin on mahdollista lisätä suodattimen tehokkuutta.

Claims (10)

1. Menetelmä komponenttimuotoisen videosignaalin käsittelemiseksi, tunnettu siitä, että videosignaalin eri komponentteja käsitellään vektoreina ja käsittelyssä otetaan 5 huomioon ainakin kahden signaalikomponentin keskinäinen korrelaatio.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att signalkomponenten behandlas säsom en sammanhängande vektor-följd. 20 3. Förfarande enligt patentkravet 2, kännetecknat av att signalkomponenten uppdelas i tidsmässigt lika Stora successive perioder, varvid varje andel hos signalkomponentens period motsvarar en vektor. ... 25 4. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat av att för signalkomponenterna utförs en filtrering medelst ett sk. vektormedianfilter.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalikomponenttia käsitellään yhtenäisenä 10 vektorijonona.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalikomponentti jaetaan ajallisesti yhtä suuriin peräkkäisiin jaksoihin, jolloin signaalikomponentin 15 jokaisen jakson osuus vastaa yhtä vektoria.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalikomponenteille suoritetaan suodatus ns. vektorimediaanisuodattimella. 20

5. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-4, känneteck- ... 30 nat av att det utnyttjas för filtrering av f el som beror pä korskrominans och -luminans i en videosignal.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään ristikrominanssista ja -luminanssista aiheutuvien virheiden suodatukseen videosig- ·· naalissa. :::: 25

6. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-4, känneteck-nat av att det utnyttjas för filtrering av brus i en bild. ’· . 35 '. *: 7. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-4, känneteck- nat av att det utnyttjas vid interpolering av saknade fält 9 86242 vid omvandling av videosignalen till en videosignal utan fältöverlappning.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään kuvassa esiintyvän kohinan suodatukseen.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että sitä käytetään hyväksi puuttuvien kenttien interpoloinnissa muunnettaessa videosignaali lomittelemat-tomaksi videosignaaliksi. ·'·' 35 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että sitä käytetään hyväksi videosignaalin kenttätaajuuden nostamiseen käytettävässä interpoloinnissa. 8 86242

7 86242

8. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-4, känneteck-5 nat av att det utnyttjas vid interpolering som syftar tili en höjning av videosignalens fältfrekvens.

9. Förfarande enligt nägot av patentkraven 1-4, känneteck-nat av att det utnyttjas för kodning av videosignalen. 10

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sitä käytetään hyväksi videosignaalin koodauksessa.

10. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käsiteltävä signaali on näytteistetty videosignaali. 10 1. Förfarande för behandling av en videosignal i komponent- form, kännetecknat av att de olika komponenterna hos video-signalen behandlas säsom vektorer och vid behandlingen beaktas den inbördes korrelationen mellan ätminstone tvenne signalkomponenter. 15

10. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att signalen som behandlas är en samplad videosignal.