FI93295C - Menetelmä ja kytkentä videosignaalin pysty- ja vaakataajuuden kaksinkertaistamiseksi - Google Patents

Description

93295

Menetelmä ja kytkentä videosignaalin pysty- ja vaakataajuuden kaksinkertaistamiseksi - Förfarande och koppling för att dubblera horisontal- och vertikalfrekvenser av en videosig-nal 5

Keksintö koskee menetelmää, jolla katodisädeputkella näytettävä, lomitellusti pyyhkäistävä normaalistandardin mukainen kuva muunnetaan reunantunnistusta käyttäen teräväpiirto-10 (HDTV) standardin mukaiseksi kuvaksi, jolloin kuvaelementtien määrä kaksinkertaistetaan sekä vaaka- että pystysuunnassa.

Normaalistandardin (esim. PAL, NTSC) mukainen kuvasuhteel-15 taan 4:3 oleva televisiokuva muodostuu lomitellusti pyyhkäistystä kuvasta, jossa yksi kenttä käsittää 625 juovaa, joista 575 on aktiivijuovaa. Muutettaessa analoginen videosignaali digitaaliseksi saadaan yhdelle juovalle 720 aktiivista näytettä, joten normaalistandardikuvan formaatiksi 20 voidaan merkitä 720*576/50 Hz/2:1. Seuraavan täysin uuden sukupolven televisio on teräväpiirtotelevisio HDTV (High Definition Television), jossa kuvan sivusuhde on 16:9 ja juovaluku on 1250, joista 1152 kpl on aktiivisia juovia. Näytteiden määrä juovalla on 1440, joten HDTV-formaatiksi 25 voidaan merkitä 1440*1152/50 Hz/2:1. Kuvaelementtien lukumäärä on nelinkertainen tällä hetkellä käytössä oleviin järjestelmiin nähden.

HDTV-järjestelmään siirrytään vaiheittain, joten lähetyksiä-30 sä käytetään pitkän aikaa perinteisellä kameralla kuvattua aineistoa, joka lähetetään perinteisellä formaatilla. Tällöin on tärkeätä, että HDTV-vastaanottimen omistaja voi katsoa myös näitä lähetyksiä. Tämän vuoksi on HDTV-televisioon järjestettävä toiminne, jolla näytteiden lukumäärä kaksin-35 kertaistetaan sekä vaaka- että pystysuunnassa. Tämä kaksi-kertaistaminen voidaan tehdä siten, että vaaka- ja pystysuunnan prosessointi tehdään erikseen, jolloin näytetiheyden 2 93295 suurentaminen käy kahdessa vaiheessa. Voidaan myös suorittaa molempien suuntien prosessointi samanaikaisesti.

Suomalaisessa patentissa FI-89227, Salora Oy, on esitetty 5 eräs menetelmä kuvaelementtien lukumäärän kasvattamiseksi molemmissa suunnissa. Menetelmässä lähtökuvan elementit muodostavat ortogonaalisen näytekuvion. Tämä kuvio muutetaan ensin quincunx-näytekuvioksi interpoloimalla ensimmäisessä interpolaattorissa ensimmäiset uudet kuvaelementit alkupe-10 räisten juovien väliin, jolloin uudet elementit muodostavat uusia vaillinaisia juovia. Näin saatu quincunx-näytekuvio muunnetaan sitten ortogonaaliseksi näytekuvioksi interpoloimalla toisessa interpolaattorissa taas uudet kuvaelementit sekä alkuperäisten juovien että uusien juovien kuvaelement-15 tien väliin, jolloin elementtien tiheys sekä pysty- että vaakasuunnassa on kaksinkertaistunut. Tämä menetelmä sopii käytettäväksi sekä kentän sisällä että kuvan sisällä, mutta haittana on, että jälkimmäisessä tapauksessa kuva on muutettava progressiiviseksi lomittelemattomaksi kuvaksi jollain 20 tunnetulla tavalla. Tässä menetelmässä samoin kuin suuressa osassa tunnettuja menetelmiä ei käytetä erillistä reunan tunnistusta ja sen tuloksen mukaan valittavaa interpolaatto-ria, vaan reuna yritetään ottaa huomioon vertailemalla näyte-ehdokasta naapureihin ja käyttämällä rajoituksia näytear-25 voile. Reunan tunnistuksen poisjättäminen yksinkertaistaa menetelmiä, koska voidaan käyttää kiinteitä algoritmeja.

Reunan tunnistus on kuitenkin ensiarvoisen tärkeää kohteen tunnistamisessa. Katsottaessa kohdetta sitä hahmotetaan kat-30 somalla siinä olevia reunoja ja kulmia ja niiden sahalaitai-suutta ja terävyyttä. Tämän vuoksi on kuvan käsittelyssä tärkeätä tunnistaa paikallinen kuvasisältö ja interpoloida sen mukaan. Sahalaitaisuus, viivan katkeaminen ja reuna-alueiden epäterävyys ja kuvan yksityiskohtien hämärtyminen, 35 mikä on tyypillistä kiinteää algoritmia käyttäville tunnetuille menetelmille, riippuu suuresti reuna-alueen suunnasta. Reunantunnistuksen tarkoituksena on siten tutkia, mikä 3 93295 on oikea interpoloimissuunta. Sen selvittämiseksi täytyy saada luotettava reunatieto interpoloitavan pikselin ympäristöstä. Kun suunta on selvillä, voidaan valita juuri siihen suuntaan sopiva interpolaattori.

5

Kehittyneimmät näytetiheyden kasvattamismenetelmät ovatkin reuna-adaptiivisia interpolointimenetelmiä. Eräs reunantun-nistusmenetelmä on esitetty suomalaisessa patenttihakemuksessa FI-921676, hakijana Salon Televisiotehdas Oy. Sen mu-10 kaan voidaan progressiivisen näytettävän kuvan näytetiheys kaksinkertaistaa vaaka- ja pystysuunnassa siten, että 3*3-ikkunassa tutkitaan sopivasti valittuja operaattoreita käyttäen ikkunan keskimmäisen näytteen reunan suuntaa, joka voi olla vaakasuunta, pystysuunta, 45°-suunta, 135°-suunta tai 15 ei ole selvää suuntaa. Kun reunatiedot on laskettu, suoritetaan samoin 3*3-ikkunassa konsistenssitarkastus ja reunatie-toa korjataan, jos on tarpeen. Tämän jälkeen interpoloidaan reunatiedon osoittamassa suunnassa ikkunan keskimmäisen näytteen viereen kolme uutta näytettä, joista kaksi sijait-20 see uudella muodostettavalla juovalla. Tämän menetelmän haitta on se, että lähdekuvan on oltava progressiivinen ja että reunan tunnistus tehdään "vain" neljässä suunnassa.

Suomalaisessa patenttihakemuksessa FI-916195, hakija Salon 25 Televisiotehdas Oy, joka hakemus sisällytetään viitteenä tähän hakemukseen, on esitetty tehokas 6*3-ikkunassa toimiva reunan tunnistin, jolla voidaan tunnistaa reuna yhdeksässä suunnassa. Tunnistaminen tapahtuu kentän sisällä. Kuvassa 1 esitetty tunnistuksessa käytettävä 6*3-ikkuna, joka käsittää 30 6 vierekkäistä pikseliä cl, c2, c3, c4, c5 ja c6 juovalta m-1 ja samoin 6 vierekkäistä pikseliä c7, c8, c9, clO, eli ja cl2 saman kentän t seuraavalta juovalta m+1. Näiden juovien pikseleiden avulla on laskettava väliin interpoloitavan juovan pikselin reunaestimaatin arvo, jota merkitään kysy-35 mysmerkillä ?. Kuvat 2a-i esittävät mahdollisia reunaviivan suuntia sekä kussakin tapauksessa laskentaan mukaan otettavia pikselipareja. Kuvassa la tutkitaan, onko reunaviiva 90 asteen kulmassa, kuvissa b, d, f ja h, onko viiva vasemmalle 4 93295 vino suunnissa 116, 135, 146 ja 154 astetta ja kuvissa c, e, g ja i, onko viiva oikealle vino suunnissa 26, 34, 45 ja 64 astetta. Nämä yhdeksän eri tapausta jaetaan kolmeen tutkittavaan ryhmään: keskiryhmään Rk, johon kuuluvat tutkittavat 5 suunnat 64, 90 ja 116 astetta (kuviot a, b ja c), oikeaan ryhmään Ro, johon kuuluvat tutkittavat suunnat 26, 34 ja 45 astetta (kuviot e, g ja i) ja vasempaan ryhmään Rv, johon kuuluvat tutkittavat suunnat 135, 146 ja 154 astetta (kuviot d, f ja h). Jokaista mahdollista reunan suuntaa tutkitaan 10 laskemalla neljää pikseliä käyttäen pikseleiden erotusten itseisarvojen summa. Kuvassa 2 kussakin tapauksessa erotukseen laskettavien pikseliparien paikkaa osoittavat yhtenäisen viivan nuolien kärjet. Lasketaan aluksi jokaiselle reunan suunnalle vasteet seuraavasti: 15 keskiryhmä Rk: pysty = |c3 - c9| + |c4 - clO| oikeal = |c3 - c8| + |c4 - c9| vasenl = |c2 - c9| + |c3 - clO| 20 vasen rvhmä: vasen2 = |c2 - ci0| + |c3 - cii| (l) vasen3 = |cl - cl0| + |c2 - cll| vasen4 = | cl - eli| + |c2 - cl2| 25 oikea ryhmä: oikea2 = |c4 - c8| + |c5 - c9| oikea3 - | c4 - c71 + | c5 - c81 oikea4 = |c5 - c7| + |c6 - c8| 30

Kun kaikki 9 suunnan vasteet on laskettu ryhmittäin, haetaan ryhmän minimi vaste. Kun kunkin ryhmän minimi vaste on saatu selville, etsitään minimiarvoista pienin arvo, minimien minimi, jota merkitään merkinnällä TOTminimi.

Kun kuvan 1 ikkunassa on esitettyjä kaavoja käyttäen laskettu kussakin ryhmässä ryhmän minimin arvo ja suunta sekä selvitetty, missä ryhmässä on TOTmin, tallennetaan nämä tiedot 35 5 93295 estimaattina muistiin. Niinpä kysymysmerkillä esitetyn pik-selin estimaatin arvo muodostuu siten neljästä tiedosta: 1) ryhmän Ro minimivasteen suunta, 2) ryhmän Rv minimivasteen suunta, 5 3) ryhmän Rk minimivasteen suunta, 4) TOTmin, joka ilmaisee, minkä ryhmän minimivaste on pienin.

Ikkunaa liu'uttamalla lasketaan kysymysmerkillä merkityn 10 pikselin oikealla puolella olevan pikselin estimaatti jne., sitten seuraavan interpoloitavan juovan pikseleiden estimaatit, kunnes muistiin on tallennettuna kysymysmerkillä merkityn interpoloitavan pikselin naapurustosta riittävä määrä reunatietoja. Näiden reunatietojen eli estimaattien em pe-15 rusteella valitaan seuraavaksi lopullinen reunatieto reuna-tiedon oikeellisuuden tarkistuspiirissä, joka vertaamalla reunatietoa naapuripikselien reunatietoon ja käyttäen sopivaa konsistenssitarkastusta ratkaisee, onko reunatieto hyväksyttävissä. Tämän jälkeen suoritetaan interpolaatio reu-20 natiedon osoittamassa suunnassa.

Tämä keksintö esittää tavan, jolla PAL-, NTSC- ja SECAM-järjestelmän mukainen videosignaalin pysty- ja vaakataajuus voidaan muuttaa kaksinkertaiseksi yhdessä adaptiivista in-25 terpolointia käyttävässä prosessointivaiheessa ja siten, että eri suuntaiset reunat säilyvät eheinä eikä kuva muutu suttuiseksi. Kuvan toisessa kentässä korjataan interpoloitu-ja pikseliarvoja niin, että ne paremmin vastaavat oikeita kohtia HDTV-rasterissa. Mikäli korjausta ei tehdä, aiheutuu 30 joissakin liikkuvissa sekvensseissä ns. "motion judderia" eli liike ei ole tasaisesti etenevää vaan liike etenee täristen.

Keksinnön olennaiset tunnusmerkit on määritelty itsenäisissä 35 vaatimuksessa 1 ja 6 ja erilaisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä vaatimuksissa 5 ja 9.

6 93295

Keksinnön mukaisesti käytetään edellä esitettyä patenttihakemuksessa FI-916195 kuvattua reunantunnistinta interpoloi-tavien pikselien kohdalla olevan reunan suunnan määrittämiseen. Näytetiheyden kasvattavan piirin sisäänmenona ovat 5 siten saman kentän yhden juovan kuusi peräkkäistä pikseliä, kuusi näiden pikselien alapuolella olevaa seuraavan juovan saman kentän pikseliä sekä näiden juovien pikseleiden väliin pyyhkäistyn edellisen kentän juovan kolme pikseliä. Piirissä on siis viisitoista sisäänmenoa, jotka muodostavat 6*3-ikku-10 nan, jossa ikkunan näytteiden keskimmäinen rivi on vajaa.

Riippumatta siitä, onko alkuperäinen tuleva kenttä parillinen vai pariton, on ensimmäisessä suoritusmuodossa uusien näytteiden interpolointi samanlainen. Alkuperäistä rasteria 15 tihennetään ensin siten, että alkuperäisen näytteen rasteri-kohtaa vastaa nyt neljä uuden kentän rasterikohtaa, joihin sitten interpoloidaan uudet arvot. Alkuperäisen näytteen rasterikohdalla tarvittava reunatieto eli reunan suunta sen kohdalla määritetään ikkunan ylimmän ja alimman rivin pik-20 seleiden avulla. Kun tämä suunta on selvillä, valitaan uudet näytteet laskevat interpolaattorit reunatiedon mukaan. Uusien näytteiden laskennassa käytetään ikkunan kaikkia näytteitä.

25 Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan toisen esim. parittoman kentän uudet näytearvot lasketaan ensimmäisen suoritusmuodon mukaan mutta toisen, tässä tapauksessa parillisen kentän näytteitä interpoloitaessa ei kuitenkaan tyydytä ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti saatuihin uusiin näy-30 tearvoihin vaan niiden avulla lasketaan vielä uudet, lopulliset näytearvot. Tällä tavalla voidaan liiketärinä (motion judder) tehokkaasti estää. On samantekevää tehdäänkö lisäin-terpoloinnit parillisessa vai parittomassa kentässä.

35 Keksintöä havainnollistetaan oheisten kaaviollisten kuvien avulla, joissa kuva 1 esittää reunan tunnistuksessa käytettävää ikkunaa, 7 93295 kuva 2 kuvaa eri suunnissa suoritettavaan reunantunnistuk-seen mukaan otettavia pikseleitä tunnetussa menetelmässä, kuva 3 esittää keksinnön menetelmässä sisäänmenopikselien 5 muodostamaa 6*3-ikkunaa, kuva 4 esittää kuvan 3 ikkunan pikseleistä muodostettavaa kentän sisäistä HDTV-kuva-aluetta, kuva 5 a kuvaa uusien näytteiden laskentaa ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti, 10 kuvat 5 b ja c kuvaavat toisen kentän uusien näytteiden laskentaa toisen suoritusmuodon mukaisesti, kuva 6 osoittaa kuvan 5 rasteria käytettäessä reunantun-nistukseen käytettävät pikselit ja kuva 7 kuvaa HDTV-kuva-aluetta.

15

Kuvia 1 ja 2, jotka liittyvät käytettävään reunantunnisti-meen, on selostettu jo edellä ja niihin palataan tarpeen mukaan jäljempänä tekstissä.

20 Kuva 3 esittää menetelmän toteuttavan piirin sisäänmenoras-teria. Sisäänmenoon tulee saman kentän t peräkkäisiltä juovilta m-1 ja m+1 kultakin kuusi peräkkäistä pikseliä: cl, c2, c3, c4, c5 ja c6 juovalta m-1 ja seuraavalta juovalta m+l vastaavan horisontaaliposition omaavat pikselit c7, c8, 25 c9, clO, eli ja cl2. Merkintä c (current) viittaa sillä het kellä vastaanotettavaan kenttään t. Lisäksi sisäänmenoon tulee edeltävän kentän t-1 juovalta m, joka on pyyhkäisty juovien m-l ja m+l väliin, kolme peräkkäistä pikseliä p2, p3 ja p4 (merkintä p tulee sanasta previous) siten, että pik-30 seli p3 on samassa horisontaalipositiossa kuin pikselit c3 ja c9. Sisääntulopikselit muodostavat siis kuvan 3 mukaisen 6*3-ikkunan, jota voidaan myös kutsua sisääntulorasteriksi.

Lopulliseksi ulostulorasteriksi on saatava kuvan 4 mukainen 35 kuvio, jossa tummennetut pikselit ovat alkuperäiset kuvan 3 juovilta m-1 ja m+l saadut pikselit ja vaaleat neliöt niiden vieressä ovat uudet interpoloidut pikselit. Luonnollisesti alkuperäinen pikseli voidaan korvata interpoloidulla pikse- 8 93295

Iillä, joskaan se ei ole tarkoituksenmukaista. Alkuperäinen rasterikohta C3 on rasteroitu neljäksi rasterikohdaksi, joiden kysymysmerkillä merkityt pikselit ovat ne, jotka lasketaan ikkunassa. Ylin juova on nyt HDTV-kentän t juova m'-2, 5 seuraava on kokonaan interpoloitava juova m' ja vastaavasti kaksi seuraavaa juovaa m'+2 ja m'+4. Kuten havaitaan, on näytetiheys kahdentunut pysty- ja vaakasuunnassa, joten ulostulo on teräväpiirtostandardin mukainen näyteavaruus. Koska ikkunan tulee jatkuvasti näytteitä, tulee näin ollen 10 jokaista tulevaa näytettä kohti interpoloiduksi neljä HDTV-kentän näytettä.

Seuraavana kuvaan 5 a tukeutuva esitys kuvaa sitä, miten pikseliä c3 vastaavat uudet pikselit A, B, C ja D muodoste-15 taan. Kuvaus on kuitenkin yleispätevä kaikkiin muodostettaviin uusiin pikseleihin, sillä kuvan 3 mukaiseen ikkunaan saapuu koko ajan uusia pikseleitä sitä mukaa, kun kenttää vastaanotetaan. Edeltävän kentän pikselit p2, p3 ja p4 luetaan muistista.

20

Kuvassa 5 a ensimmäinen rasteroitu näyterivi vastaa terävä-piirtokentän t juovaa m'-2, toinen rasteroitu juova vastaa teräväpiirtokentän t juovaa m' ja kolmas vastaavasti terävä-piirtokentän t juovaa m'+2. Laskettavia näytteitä on merkit-25 ty kirjaimilla A, B, C ja D. Kuten havaitaan, on näytteen A positio sama kuin tunnetulla näytteellä c3, sen arvoksi onkin edullista valita c3:n arvo, joten A = c3. Näytteen B, joka vastaa kuvassa 4 tunnetun näytteen c3 oikealla puolelle olevaa kysymysmerkillä merkittyä pikseliä, arvoksi sijoite-30 taan tunnettujen naapurinäytteiden keskiarvo, joten B = 1/2*(c3+C4). Näin ollen tämän juovan joka toinen pikseli on tunnettu alkuperäisnäyte ja joka toinen on interpoloitu uusi näyte.

35 Uusien pikseleiden C ja D, jotka vastaavat kuvassa 4 juovalla m' olevia kysymysmerkillä merkittyjä pikseleitä, arvon laskennassa on otettava huomioon mahdollisen reunan suunta pikseleiden C ja D (kuva 5 a) kohdalla, ts. on laskettava 9 93295 reunatieto. Tätä varten käytetään kuvan 3 ikkunassa vain ylimmän ja alimman juovan näytteitä, jotka siis ovat peräisin samasta alkuperäiskentästä t peräkkäisiltä juovilta m-1, m+1. Reunan tunnistus tapahtuu periaatteessa samalla tavalla 5 kuin on edellä sivuilla 3-5 selostettu, eli määritetään reunat ietoestimaat ti interpoloitavan pikselin C kohdalla, jota vastaa rasteroidun ikkunan, kuva 6, keskikohta. Reunan tunnistus tehdään yhdeksässä suunnassa ja kussakin suunnassa on mukaan otettavat pikselit on kuvissa 6a-6i merkitty nuolien 10 kärkien kohdalle. Laskentakaavat [kaavat (1)] on esitetty edellä sivulla neljä. Kuvat 6a-6i esittävät siis kuvan 5 6*3 laskentaikkunaa, jossa tunnetut näytteet on yksinkertaisuuden vuoksi esitetty vain tummennettuna neliönä. Kuvien alapuolella olevassa tekstissä merkitsee sulkumerkkien sisällä 15 oleva numero reunan suuntaa, esim. kuvassa h on kyseessä negatiivinen diagonaalireuna, jonka suunta on 154 astetta. Kuten havaitaan, on kuva 6 analoginen kuvan 2 kanssa, kun kuvitellaan valkealla merkityt nollanäytteet poistetuksi.

20 Kun pikselien c3 (=A) ja c9 väliin interpoloitavan pikselin C, kuva 5 a, reunatietoestimaatti on laskettu ja halutun £γγρρΐηβη konsistenssitarkastus tehty, saadaan lopullinen reunatieto. Konsistenssitarkistus voi olla myös muun tyyppinen kuin mitä hakemuksessa FI-916195 on esitetty. Nyt voi-25 daan laskea kuvassa 3 esitetyn ikkunan näytteiden avulla näytteille C ja D lopullinen numeerinen arvo.

Numeroarvon laskennassa käytettävät mediaani- ja lineaari-operaatiot määräytyvät reunatiedon mukaan seuraavasti: 30 Jos konsistenssitarkastus on antanut näytteen c3 alapuolelle uudelle juovalle interpoloitavan uuden juovan näytteen C, kuva 5 a, reunatiedoksi "vasen 4", eli reuna on negatiivisesti diagonaali 154 asteen kulmassa, ovat pikseleiden A ja B arvot kuten on edellä jo sanottu ja pikseleiden C ja D 35 arvot määritetään 3-pisteen lineaari- ja mediaanioperaatiota käyttäen. Laskentakaavat ovat tällöin: 10 93295 vasen4: A = c3 B = 1/2* (c3 + c4) C = Med3(cl, p3, ell) D = 1/2*[Med3(cl, p3, ell)+Med3(C2, p4, Cl2)] 5

Konsistenssitarkastuksen antaman reunan suunnasta riippuen lasketaan näytteille A, B, C ja D arvot seuraavasti: vasen3: A = c3 10 B = 1/2*(c3 + c4) C = 1/2*[Med3(cl, p2, clO)+Med3(c2, p3, eli)] D = Med3(c2, p3, eli) vasen2: A = c3 15 B = 1/2*(c3 + c4) C = Med3(c2, p3, clO) D = 1/2* (Med3 (c2, p3, clO)+Med3 (c3, p4, eli)] vasenl: A = c3 20 B = 1/2*(c3 + c4) C = 1/2*[Med3(c2, p2, c9)+Med3(c3, p3, clO)] D = Med3 (c3 , p3 , ClO) pysty: A = c3 25 B = 1/2*(c3 + c4) C = Med3(c3, p3, c9) D = 1/2*[Med3(c3, p3, c9)+Med3(c4, p4, ClO)] oikeal: A = c3 30 B = 1/2* (c3 + c4) C = 1/2*[Med3(c3, p2, c8)+Med3(c4, p3, c9)] D = Med3(c4, p3, c9) oikea2: A = c3 35 B = 1/2*(c3 + c4) C = Med3[c4, p3, c8] D = 1/2* [Med3 (c4, p3, c8) + (Med3 (c5, p4, c9)] 11 93295 oikea3: A = c3 B = 1/2*(c3 + c4) C = 1/2*[Med3(c4, p2, c7)+Med3(c5, p3, c8)] D = Med3(c5, p3, C8) 5 oikea4: A = c3 B = 1/2*(c3 + c4) C = Med3(c5, p3, cl) D = 1/2*[Med3(c5, p3, c7)+Med3(c6, p4, c8)] 10

Edellä luetelluissa kaavoissa merkitsee Med3( ) kolmen pisteen mediaanioperaatiota, jossa interpolaattorin ulostulo on kolmen sisäänmenonsa mediaani. Kuten huomataan, interpoloi-daan pikseli B aina tunnettujen pikseleiden c3 ja c4 kes-15 kiarvona ja se on siten riippumaton reunan suunnasta, kun taas pikseleiden C ja D arvo on riippuvainen reunan suunnasta.

Edellä kuvatulla tavalla kasvatetaan näytetiheyttä riippu-20 matta siitä, onko vastaanotettava kenttä parillinen vai pariton. Joidenkin tasaisesti liikkuvien kuva-alueiden tasaisesti etenevä liike on kuitenkin muuttunut "tärisevästi" eteneväksi (motion judder) johtuen siitä, etteivät uusien näytteiden arvot täysin vastaa niiden paikkaa HDTV-rasteris-25 sa. Tämän vuoksi on edullista interpoloida vastaanotetun parillisen ja parittoman kentän uudet pikselit eri tavalla. Tätä erittäin edullista keksinnön suoritusmuotoa selostetaan kuvien 5 a-c, etenkin kuvien 5 b ja 5 c avulla.

30 Oletetaan, että vastaanotetaan normaaliformaatin paritonta kenttää t. Sen näytetiheys kasvatetaan aivan samoin kuin on edellä esitetty kuvaan 5 a viitaten eli interpoloidaan näy-tearvot A (=C3), B, C ja D käyttäen esitettyjä laskentakaavoja. Kun vastaanotetaan parillista kenttää (t-1, mikäli 35 tarkastellaan edellistä parillista kenttää, t+1 mikäli tarkastellaan seuraavaa parillista kenttää), lasketaan kentän näytteistä cl', c2'.....cl2' ja edeltävän kentän näytteistä p2', p3' ja p4' samaa ikkunaa ja samoja interpolaattoreita 12 93295 käyttäen uudet näytteet A (=c3'), B, C ja D täsmälleen samoin kuin kuvan 5 a selostuksessa on esitetty. Nyt vain parittoman kentän t-1 "pilkuttomat" pikselit korvataan parillisen kentän t "pilkullisilla" pikseleillä. Tuloksena on 5 kuvan 5 b tilanne. Tähän asti on edetty ensimmäisen suoritusmuodon (kuva 5a) mukaisesti. Nyt suoritetaankin parillisen kentän t-1 interpoloitujen pikseleiden A, B, C ja D sekä kentän 6*3 - ikkunassa olevien pikseleiden avulla vielä lisä-laskutoimituksia, jolloin tuloksena saadaan parillisen ken-10 tän lopulliset uudet interpoloidut pikselit E, F, G ja H.

Tätä lisäoperaatiota kuvaa siirtymänuoli kuvasta 5 b kuvaan 5 c.

Nämä uudet pikseliarvot lasketaan seuraavasti: 15 E = (A + C)/2 F = (B + D) /2 G = (C + C9 ' ) /2 H = (D + C9' + CIO')/3.

20 Kun nämä operaatiot tehdään kaikille pikseleille sitä mukaa kun parillista kenttää vastaanotetaan, muodostuu uusi HDTV-kenttä, jonka kaikki pikselit ovat interpoloituja eivätkä alkuperäiset vastaanotetut pikselit siis säily. Parittomassa HDTV-kentässähän (kuva 5a) alkuperäiset pikselit säilyivät 25 (A = c3).

Edellä sanotussa on lisäoperaatiot tehty vastaanotettaessa parillista kenttää, mutta yhtä hyvin voidaan menetellä siten, että ne tehdäänkin parittomalle kentälle ja parillisel-30 le kentälle menetellään, kuten on esitetty kuvan 5 a selostuksen yhteydessä. Tätä vaihtoehtoa kuvaa kuvien 5 a-c otsikoiden sulkumerkkien sisään kirjoitettu teksti. Olennaista on siis se, että joka toisen kentän uusien näytteiden arvot korjataan vastaamaan paremmin niiden paikkaa HDTV-rasteris-35 sa.

Edellä esitetyllä tavalla määritetään siis ensin reunatieto käyttäen hyväksi sen hetkisen kentän pikseleitä ja sen anta- 13 93295 man suunnan mukaan lasketaan tunnetun pikselin c3 naapuriksi kolme uutta pikseliarvoa käyttäen interpoloinnissa hyväksi myös edellisen kentän pikseleitä. Joka toisessa kentässä korjataan saatuja uusia arvoja. Vastaanotettaessa perintei-5 sen formaatin mukaista videosignaalia suoritetaan sen kaikille pikseleille jatkuvasti edellä selostetut toimenpiteet, jolloin lopputuloksena saadaan HDTV-formaatin mukainen kenttä, josta osaa esittää kuva 7. Siinä tummat neliöt merkitsevät alkuperäisiä pikseleitä ja vaaleat neliöt interpoloituja 10 uusia pikseleitä. Alkuperäinen PAL- tms. kenttä on siis kasvanut näytetiheydeltään nelinkertaiseksi. Menetelmän suuri etu on se, että näytetiheyden nelinkertaistaminen tehdään yhdessä vaiheessa. Tämän mahdollistaa saman 6*3-ikkunan käyttö sekä reunantunnistuksessa että uusien kuvapisteiden 15 interpoloinnissa.

Claims (12)

93295

1. Menetelmä näytejonomuodossa tulevan lomitellun videosignaalin näytetiheyden kaksinkertaistamiseksi samanaikaisesti sekä horisontaali- että vertikaalisuunnassa interpo-5 loimalla reuna-adaptiivisesti jokaista tunnettua näytettä kohden samalle juovalle ensimmäinen uusi näyte (A) ja toinen uusi näyte (B) sekä alapuolelle muodostettavalle juovalle toinen (C) ja kolmas (D) uusi näyte, tunnettu siitä, että 10. samanaikaisesti johdetaan kentän (t) juova (m-1) 6*3- ik kunan ensimmäiselle riville, saman kentän (t) seuraava juova (m+l) sanotun ikkunan viimeiselle riville ja näiden väliin pyyhkäistävä edeltävän kentän (t-1) juova (m) ikkunan keskimmäiselle riville, jolloin ikkunan ylimmällä ja alimmalla 15 rivillä on kuusi peräkkäistä näytettä cl, c2, c3, c4, c5, c6; cl, c8, c9, clO, eli, cl2 ja keskimmäisellä rivillä on kolme peräkkäistä näytettä p2, p3, p4 ja jolloin uudet näytteet muodostetaan ylimmän rivin sen hetkistä kolmatta näytettä vastaten, 20. ikkunan ylimmän rivin näyteparin ja ikkunan alimman rivin näyteparin yhdeksässä eri suunnassa suoritettavaa absoluuttisten erosignaalien summausta käyttäen määritetään mahdollisen reunan suunta ikkunassa (vasenl, vasen2, vasen3, va-sen4, pysty, oikeal, oikea2, oikea3, oikea4), 25. interpoloidaan lineaarioperaatiota ja 3-pisteen mediaani- operaatiota (M3) ikkunan näytteisiin soveltaen reunan osoittamassa suunnassa ensimmäinen (A), toinen (B), kolmas (C) ja neljäs (D) uusi näyte.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että reunatiedon määrittämiseksi: - lasketaan ikkunan ylimmän ja alimman rivin näytteistä jokaiselle reunan suunnalle vasteet seuraavasti: 35 90° = |c3 - c9| + |c4 - ClO| 64° = |c3 - c8| + |c4 - c9| 116° = |c2 - c9| + |c3 - Cl0| 135° = |c2 - Cl0| + |C3 - Cll| 93295 146° = I Cl - CIO I + Ic2 - ell I 154° = I cl - cll| + Ic2 - cl2I 45° = IC4 - c8I + IC5 - C9I 34° = Ic4 - c7I + Ic5 - c8I 5 26° = Ic5 - c7I + Ic6 - c8I - interpoloidaan uudet näytteet minimivasteen osoittamassa suunnassa.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että - ensimmäinen uusi näyte (A) on sama kuin ikkunan ylimmän rivin kolmas näyte (c3) ja toinen uusi näyte (B) on sanotun kolmannen näytteen ja sitä seuraavan näytteen (c4) keskiar- 15 vo, - kolmatta (C) ja neljättä (D) uutta näytettä interpoloitaessa on 3-pisteen mediaani-interpolaattorin tuloina yksi tunnettu näyte ikkunan jokaiselta riviltä ja interpoloimis-suunta valitaan reunan suunnasta (90°, 64°, 116°, 135°, 20 146°, 154°, 45°, 34°, 26°) riippuen seuraavasti: 154° : C = Med3(cl, p3, eli) D = 1/2*[Med3(cl, p3, eli)+Med3(c2, p4, cl2)] 25 146° : C = 1/2*[Med3(cl, p2, clO)+Med3(c2, p3, Cll)] D = Med3(c2, p3, Cll) 135° : C = Med3(c2, p3, CIO) D = 1/2* [Med3 (c2, p3, clO)+Med3 (c3, p4, cll)] 30 116° : C = 1/2*[Med3(c2, p2, c9)+Med3(c3, p3, ClO)] D = Med3(c3, p3, clO) 90° : C = Med3(c3, p3, c9)

35 D = 1/2*[Med3(c3, p3, c9)+Med3(c4, p4, clO)] 64° : C = 1/2*[Med3(c3, p2, c8)+Med3(c4, p3, c9)] D = Med3(c4, p3, c9) 93295 45° : C = Med3[c4, p3, c8] D = 1/2* [Med3 (c4f p3, c8) + (Med3 (c5f p4, c9)] 34° : C = 1/2*[Med3(c4, p2, c7)+Med3(c5, p3, C8)]

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet - t u siitä, että vasteet lasketaan usealle interpoloitavaa toista uutta näytettä C ympäröivälle näytteelle ja vasteille suoritetaan konsistenssitarkastus, jonka tuloksena on lopullinen reunatieto. 15

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että joka toista kenttää vastaanotettaessa lisäksi - saatu ensimmäinen uusi näyte (A) korvataan sen ja kolman-20 nen uuden näytteen (C) keskiarvolla ((A+C)/2 ), - saatu toinen uusi näyte (B) korvataan sen ja neljännen uuden näytteen (D) keskiarvolla ((B+D)/2), - saatu kolmas uusi näyte (C) korvataan sen ja ikkunan alimman rivin kolmannen näytteen (c9) keskiarvolla ((C+c9)/2), 25. saatu neljäs uusi näyte (D) korvataan sen ja ikkunan alim man rivin kolmannen (c9) ja neljännen näytteen (clO) keskiarvolla ((D + c9' + cl0')/3).

5 D = Med3(c5, p3, c8) 26° : C = Med3(c5, p3, c7) D = 1/2*[Med3(c5f p3, c7)+Med3(c6, p4, c8)]

6. Kytkentä näytejonomuodossa tulevan lomitellun videosig-30 naalin näytetiheyden kaksinkertaistamiseksi samanaikaisesti sekä horisontaali- että vertikaalisuunnassa, joka kytkentä sisältää: - ikkunan, johon videosignaalin juovat johdetaan ja josta senhetkiset näytteet on samanaikaisesti johdettavissa edel- 35 leen käsiteltäväksi, - laskentavälineet eri suunnissa suoritettavaksi absoluuttisten erosignaalien laskemiseksi, 93295 - interpolointivälineet, joilla reuna-adaptiivisesti inter-poloidaan jokaista tunnettua näytettä kohden samalle juovalle ensimmäinen uusi näyte (A) ja toinen uusi näyte (B) sekä alapuolelle muodostettavalle juovalle toinen (C) ja kolmas 5 (D) uusi näyte, tunnettu siitä, että - ikkuna on 6*3-ikkuna, jonka ensimmäisellä rivillä on samanaikaisesti kentän (t) juovan (m-l) kuusi peräkkäistä näytettä cl, c2, c3, c4, c5, c6, alimmalla rivillä on saman kentän (t) seuraavan juovan (m+1) kuusi peräkkäistä näytettä 10 c7, c8, c9, clO, eli, cl2 ja keskimmäisellä rivillä sanottujen juovien väliin pyyhkäistävän edeltävän kentän (t-1) juovan (m) kolme näytettä p2, p3, p4, - laskentavälineet sisältävät piirit ikkunan ylimmän rivin näyteparin ja ikkunan alimman rivin näyteparin absoluuttis- 15 ten erosignaalien summaamiseksi yhdeksässä eri suunnassa sekä sanottuihin piireihin kytketyt toiset piirit reunan suunnan määrittämiseksi ikkunassa, - laskentavälineisiin kytketyt interpolaattorit, jotka li-neaarioperaatiota ja 3-pisteen mediaanioperaatiota ikkunan 20 näytteisiin soveltaen interpoloivat määritetyssä reunan suunnassa uudet näytteet (A, B, C ja D).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kytkentä, tunnet -t u siitä, että reunatiedon määrittämiseksi: 25. laskentavälineet laskevat ikkunan ylimmän ja alimman rivin näytteistä jokaiselle reunan suunnalle vasteet seuraavasti: 90° = |c3 - c9| + |c4 - clO| 64° = |c3 - c8| + |c4 - c9| 30 116° = |c2 - c9| + |C3 - Cl0| 135° = |c2 - cl0| + |c3 - Cll| 146° = |cl - Cl0| + |c2 - cll| 154° = |cl - cll| + |c2 - Cl2| 45° = |c4 - c8| + |c5 - c9| 35 34° = |c4 - c7| + |c5 - c8| 26° = |c5 - c7| + |c6 - c8| 1β 93295 - interpolaattorit interpoloivat uudet näytteet minimivasteen osoittamassa suunnassa.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen kytkentä, t u n -5 n e t t u siitä, että - ensimmäiseksi uudeksi näytteeksi (A) asetetaan sama kuin ikkunan ylimmän rivin kolmas näyte (c3) ja toiseksi uudeksi näytteeksi (B) asetetaan sanotun kolmannen uuden näytteen (c3) ja sitä seuraavan näytteen (c4) keskiarvo, 10 - 3-pisteen mediaanioperaattorin tuloina on kolmatta uutta näytettä (C) ja neljättä uutta näytettä (D) interpoloitaessa yksi näyte ikkunan kultakin riviltä, jolloin tulot riippuvat reunan suunnasta (90°, 64°, 116°, 135°, 146°, 154°, 45°, 34°, 26° ) riippuen seuraavasti: 15 154° : C = Med3 (cl, p3, eli) D = 1/2* [Med3 (cl, p3, eli)+Med3 (c2, p4, cl2)] 146° : C = 1/2*[Med3(cl, p2, clO)+Med3(c2, p3, eli)]

20 D = Med3 (c2, p3, eli) 135° : C = Med3(c2, p3, clO) D = 1/2* [Med3 (c2, p3, clO) +Med3 (c3, p4, eli)] 25 116° : C = 1/2*[Med3(c2, p2, c9)+Med3(c3, p3, clO)] D = Med3(c3, p3, CIO) 90° : C = Med3(c3, p3, c9) D = 1/2*[Med3(c3, p3, c9)+Med3(c4, p4, clO)] 30 64° : C = 1/2*[Med3(c3, p2, c8)+Med3(c4, p3, c9)] D = Med3(c4, p3, c9) 45° : C = Med3[c4, p3, c8]

35 D = 1/2* [Med3 (c4, p3, c8) + (Med3 (c5, p4, c9)] 34° : C = 1/2*[Med3(c4, p2, c7)+Med3(c5, p3, c8)] D = Med3(c5, p3, c8) 26° : C = Med3(c5, p3, c7) D = 1/2*[Med3(c5, p3, c7)+Med3(c6, p4, c8)] 93295

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen kytkentä, tunnet -5 t u siitä, että joka toista kenttää vastaanotettaessa lisäksi interpoloidut uudet ikkunan näytteet johdetaan sisään-tuloarvoistaan niiden keskiarvon laskevaan elimeen, jonka ulostuloarvo korvaa - ensimmäisen uuden näytteen (A) silloin, kun tuloina on en-10 simmäinen uusi näyte (A) ja kolmas uusi näyte (C), - toisen uuden näytteen (B) silloin, kun tuloina on toinen uusi näyte (B) ja neljäs uusi näyte (D), - kolmannen uuden näytteen (C) silloin, kun tuloina on sanottu näyte ja ikkunan alimman rivin kolmas näyte (c9), 15. neljännen uuden näytteen (D) silloin, kun tuloina on sa nottu näyte (D) ja ikkunan alimman rivin kolmas (c9) ja neljäs näyte (clO).

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen kytkentä, tunnet -20 t u siitä, että laskentavälineisiin liittyy muisti, johon tallennetaan ikkunan tunnettuihin näytteisiin liittyvä reu-natieto, ja konsistenssitarkastuspiiri, joka suorittaa muistista luetuille reunatiedoille konsistenssitarkastuksen, jonka tuloksena on lopullinen reunatieto. 93295