FI98589C - Menetelmä ja laite komponenttimuotoisen videosignaalin transientin parantamiseksi - Google Patents

Description

5 98589

Menetelmä ja laite komponenttimuotoisen videosignaalin transientin parantamiseksi - Förfarande och anordning för förbättring av en transient av en videosignal i komponentfonn

Keksintö koskee menetelmää ja laitetta komponenttimuotoisen videosignaalin transientin jyrkkyyden muuttamiseksi sekä videosignaalin transientin rakenteen tarkis-tuslohkoa.

10 Ihmissilmä on herkkä kuvassa esiintyvien kohteiden reunoille. Videosignaalin komponenteissa näkyy näillä alueilla muutos eli transientti, jonka jyrkkyys vaikuttaa siihen, kuinka terävänä kuva havaitaan. Täten transientin jyrkkyys on tärkeä kuvan laatuun vaikuttava tekijä. Nykyiset kuvanterävöittämismenetelmät toimivat etupäässä vain luminanssikomponentille. Yleisin tunnettu menetelmä on ns. piikitys (engl.

15 peaking), jossa kuvasignaaliin lisätään siitä lineaarisella ylipäästösuodattimella suodatettu korkeataajuinen osa. Perusongelmana ko. menetelmissä on se, että vaikka signaalin transitiot muuttuvat jyrkemmiksi, samalla vahvistunut korkeataajuinen sig-naalinosa synnyttää transitioiden alku-ja loppukohtiin alueita, joissa signaalin voimakkuus ylittää tai alittaa alkuperäisen tason. Ilmiö (ns. "ringing") näkyy häiritse-20 vinä tummina ja kirkkaina kehinä, jotka ympäröivät kuvassa olevien kohteiden reunoja. Värikomponenteille sovellettuna menetelmä tuottaa erittäin häiritseviä virheitä, koska se synnyttää värejä, joita alkuperäisessä kuvassa ko. alueella ei ole.

Erityisesti krominanssi- eli värierosignaalien terävöittämiseen on kehitetty mene-25 telmiä, jotka perustuvat transitioiden alku-, loppu- ja keskikohdan tunnistamiseen signaalin ensimmäisen ja toisen derivaatan approksimaatiota käyttäen. Transition tunnistuksen jälkeen signaalia jyrkennetään korvaamalla transitio-alueen signaali sopivan viiveen (ennen ja jälkeen transition keskikohdan) päästä otetuilla näytteillä. Tällaista menetelmää käytetään esim. SIEMENS Display Processor SDA9280 30 DCTI-piirissä. Menetelmän ongelmana on sen monimutkaisuus ja se, että toimiakseen tehokkaasti viiveiden täytyy olla suhteellisen pitkiä. Pitkät viiveet taas aiheuttavat virhetoiminnan, kun suodattimen ikkunan sisään osuu signaalin osa, joka sisältää useampia erisuuntaisia transitiolta, kuten on esitetty kuviossa 4b.

35 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä ja laite, joilla videosignaalin komponenttien transientteja voidaan jyrkentää ja parantaa siten kuvan terä-vyysvaikutelmaa. Videosignaali on edullisesti näytejonomuodossa oleva signaali.

98589 2

Keksinnön mukaisessa menetelmässä transientin parantaminen tehdään käyttäen suodatinrakennetta, joka muodostuu ainakin kahdesta eri asteesta. Ensimmäisen asteen suodattimilla muodostetaan erilaisia arvioita jyrkennettävästä transientista j a viimeinen suodatinaste valitsee jonkin ensimmäisten asteiden tuloksista koko suo-5 datinjärjestelmän ulostuloksi. Keksinnön mukaisen menetelmän etuja on sen soveltuvuus paitsi luminanssikomponentin myös värikomponenttien terävöittämiseen.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että videosignaali suodatetaan ainakin kahdessa erilaisessa suodatinasteessa, joista ensimmäisessä suodatin-10 asteessa käsitellään videosignaalin taajuutta, vaihetta tai rakennetta tai näiden yhdistelmää antaen erilaisia käsiteltyjä signaaleja, ja viimeisessä suodatinasteessa valitaan lähtösignaali joistakin suodatinasteen ainakin kahdesta tulona saatavasta jossakin aikaisemmassa suodatinasteessa käsitellystä signaalista.

15 Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että se käsittää ainakin kaksi erilaista suodatinastetta, joista ensimmäinen suodatinaste käsittää suodattimen videosignaalin taajuuden, vaiheen tai rakenteen tai näiden yhdistelmän käsittelemiseksi antaen lähtöinä erilaisia käsiteltyjä signaaleja, ja viimeinen suodatinaste käsittää valintasuodattimen laitteen lähtösignaalin valitsemiseksi joistakin suodatinasteen ai-20 nakin kahdesta tulona saatavasta jossakin aikaisemmassa suodatinasteessa käsitel lystä signaalista.

Keksinnön mukaiselle videosignaalin transientin rakenteen tarkistuslohkolle on tunnusomaista se, että se käsittää erotuksen muodostamislohkon kahden peräkkäin käsi-25 teltävän pikselin välisen erotuksen laskemiseksi ja erotuksen etumerkin tarkistus- lohkon useasta peräkkäin käsiteltävästä pikselistä laskettujen erotusten etumerkkien tarkistamiseksi.

Keksinnön mukainen suodatinrakenne muodostuu ainakin kahdesta eri suodatinas-30 teestä. Ensimmäisen suodatinasteen suodattimet voivat olla lineaarisia (esim. yli-päästösuodatin) tai epälineaarisia (esim. volterrasuodatin, mediaanisuodatin, morfologinen suodatin) tai muunlaisia signaalin taajuutta, vaihetta tai rakennetta käsitteleviä suodattimia. Viimeinen suodatinaste on mikä tahansa suodatin, jolla voidaan valita lähdöksi yksi sen tuloista. Valinnassa käytettävät valintaperiaatteet määräävät 35 suodatintyypin. Yleisesti suodatin voi olla ns. WOS-suodatin (Weighted Order Statistic), esimerkiksi mediaanisuodatin, jolla valitaan ulostuloon jokin ensimmäisten suodatinasteiden tuloksista. Valinta tapahtuu tyypillisesti siten, että vältetään lineaarisille suodattimille tyypilliset ongelmat kuten ringing-ilmiö. Keksinnön mukai- 98589 3 nen menetelmä sopii käytettäväksi luminanssi- (Y) ja värierokomponenteille (U, V) sekä esim. värikomponenteille (punainen, vihreä, sininen: R, G, B).

Kaikki menetelmässä käytettävät suodattimet voivat olla myös adaptiivisia, joita 5 adaptoidaan esim. suhteessa signaalin kohinatasoon tai sävyarvoon. Käytetyt suodattimet voivat olla myös esim. liike- tai reuna-adaptiivisia, jolloin niitä ohjataan liiketunnistimen ja/tai reunatunnistimen avulla. Myös koko suodatinjäijestelmän toimintaa voidaan ohjata erilaisilla signaalia analysoivilla algoritmeilla. Menetelmän suodattimet voivat toimia yksi-, kaksi- tai kolmiulotteisissa ikkunoissa. Ikkunassa on 10 ne videosignaalin (videokuvan) näytteet, jotka suodatin ottaa signaalista. Suodatuksessa voidaan siten hyödyntää videokuvan pysty-, vaaka- tai aikasuunnassa olevaa informaatiota. Yksiulotteisessa ikkunassa näytteet otetaan pelkästään pysty- tai vaakatasossa, kaksiulotteisessa ikkunassa näytteet otetaan eri kohdista pysty-ja vaakatasossa ja kolmiulotteisessa ikkunassa näytteet otetaan eri kohdista pysty- ja 15 vaakatasossa ja ajallisesti eri kuvista. Kolmiulotteinen suodatinrakenne voidaan toteuttaa niin, että se huomioi, ollaanko liikkuvalla vai stationäärisellä kuva-alueella.

Kuvan terävöittäminen on tärkeämpää stationäärisessä kuvassa kuin liikkuvassa kuvassa, koska liikkuvassa kuvassa silmä ei ehdi havaita epätarkkuuksia, mutta stationäärisessä kuvasssa silmä havaitsee herkästi epätarkat reunat.

20

Keksintöä selostetaan seuraavassa viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää lohkokaavion keksinnön mukaisen transientin jyrkentämismenetel-män perusratkaisusta, 25 kuvio 2a esittää yksityiskohtaisemman lohkokaavion keksinnön mukaisen transientin jyrkentämismenetelmän suorittavasta suodattimesta, kuvio 2b esittää toisenlaisen toteutuksen keksinnön mukaisen transientin jyrkentämismenetelmän suorittavasta suodattimesta, kuvio 3 a esittää kuvion 2a mukaisen laitteen toimintaa, 30 kuvio 3b esittää kuvion 2a mukaisen transientin jyrkentämisen suorittavan laitteen antaman lähtösignaalin periaatetta, kuvio 3c esittää kuvion 2b mukaisen laitteen toimintaa, kuvio 3d esittää kuvion 2b mukaisen transientin jyrkentämisen suorittavan laitteen antaman lähtösignaalin periaatetta, 35 kuvio 4a esittää samansuuntaisia transientteja sisältävän videosignaalin osan, kuvio 4a esittää erisuuntaisia transientteja sisältävän videosignaalin osan, kuvio 5 esittää yksityiskohtaisen lohkokaavion keksinnön mukaisesta suodattimesta, joka ottaa huomioon transienttien rakenteen, kuvio 6a esittää esimerkin alkuperäisestä näytejonomuodossa olevasta signaalista, 98589 4 kuvio 6b esittää esimerkin signaalista interpolointisuodatuksen jälkeen, jolla näyt-teistystaajuutta on nostettu, kuvio 6c esittää esimerkin näytteistystaajuudeltaan nostetusta signaalista transientin jyrkentämisen jälkeen, ja 5 kuvio 7 esittää yksityiskohtaisen lohkokaavion keksinnön mukaisesta transientin terävöittävästä suodattimesta, joka suorittaa lisäksi näytteistystaajuuden noston.

Keksinnön mukaisen menetelmän suorittavan suodattimen yksinkertaistettu lohkoit) kaavio on esitetty kuviossa 1. Ensimmäisen suodatinasteen suodattimet Sl-Sn voivat olla lineaarisia (esim. ylipäästösuodatin) tai epälineaarisia (esim. volterrasuodatin, mediaanisuodatin, morfologinen suodatin) tai muunlaisia signaalin taajuutta, vaihetta tai rakennetta käsitteleviä suodattimia. Viimeinen suodatinaste Sv on mikä tahansa suodatin, jolla voidaan valita lähdöksi yksi sen tuloista. Valinnassa käytettävät 15 valintaperiaatteet määräävät suodatintyypin. Yleisesti suodatin voi olla ns. WOS-suodatin (Weighted Order Statistic), esimerkiksi mediaanisuodatin, jolla valitaan ulostuloon jokin ensimmäisten suodatinasteiden tuloksista. Valinta tapahtuu tyypillisesti siten, että vältetään lineaarisille suodattimille tyypilliset ongelmat kuten ringing-ilmiö. Mediaanisuodatin valitsee lähtöön tuloista keskimmäisen arvon 20 omaavan tulon. Muita esimerkkisuodattimia voivat olla esim. maksimisuodatin, joka valitsee sisäänmenoistaan suurimman arvon ulostuloon, minimisuodatin, joka valitsee sisäänmenoistaan pienimmän arvon ulostuloon tai muu rank-order-suodatin (valitaan esim. toiseksi suurin, kolmanneksi suurin jne. näyte). Viimeisen suodatinasteen suodattimen tyypin valinta riippuu ensimmäisten suodatinasteiden ominai-25 suuksista.

Kuviossa 2a on esitetty yksityiskohtaisempi lohkokaavio keksinnön mukaisesta suodattimesta. Suodatin käsittää kolme lineaarista suodatinta Fl, F2, F3 ensimmäisinä suodatinasteina ja kolmen pisteen mediaanisuodattimen F4 toisena asteena. Lineaa-30 risista suodattimista F3 on piikitystyyppinen reunankorostussuodatin ja kaksi muuta, F1, F2, antavat ulostulona reunankorostussuodattimen sisäänmenoon nähden viivästetyn V ja edistetyn E signaalin. Kuviossa ensimmäinen lineaarinen suodatin F1 antaa suoraan edistetyn signaalin, ja toinen lineaarinen suodatin käsittää useita viive-elementtejä D signaalin viivästämiseksi. Yhden viive-elementin D kesto voi olla 35 yksi pikseli, jolloin viivästys tapahtuu kuvassa horisontaalisuunnassa, eli suodatukseen otetaan samalta juovalta peräkkäisiä kuvanäytteitä, tai kesto voi olla yhden videojuovan pituus, jolloin viivästys tapahtuu kuvassa vertikaalisuunnassa, eli suodatukseen otetaan päällekkäin sijaitsevia kuvanäytteitä. Mediaanisuodatin F4 poimii näistä esisuodattimien Fl, F2 ja F3 ulostuloista keskimmäisen sävyarvon eli sävy- 98589 5 arvojen mediaanin. Kuvion 2a mukaisen suodattimen toiminta ja tulo- sekä lähtösig-naalit on esitetty kuvioissa 3a ja 3b. Vaakasuunnassa kuvioiden 3a ja 3b käyrät esittävät signaalin pikseleitä, jotka voidaan valita yksi-, kaksi- tai kolmiulotteisesti. Pystysuunnassa käyrät esittävät pikseleiden eri arvoja, esim. jos kyseessä on lumi-5 nanssisignaali, voivat arvot olla harmaatasoja (luminanssisignaalissa tavallisesti 0 -255 harmaatasoa), jolloin käyrän alataso voi esittää harmaatasoa, esim. harmaatasoa 0, ja käyrän ylätaso esim. harmaatasoa 255 ja transitio esittää siten kuvan reunaa, jossa siirrytään esim. mustasta alueesta valkoiselle alueelle. Kuviossa 3a on esitetty reunankorostussuodattimen F3 antama yli-ja alikorostunut signaali Srk sekä edis-10 tetty E ja viivästetty V signaali, joiden yhdistelmänä reunankorostussuodattimen F3 antama yli-ja alikorostunut signaali Srk korvautuu joidenkin kuvanäytteiden osalta mediaanisuodattimessa edistetyllä E tai viivästetyllä V signaalilla, jolloin mediaani-suodattimen F4 lähtönä Sm saadaan kuviossa 3b esitetty signaali Sm eikä häiritsevää "ringing"-ilmiötä siten synny lähtösignaaliin. Erityisesti värikomponentteja R, 15 G, B ja värierokomponentteja U, V käsiteltäessä saavutettu etu on merkittävä, koska jyrkennetyn transition alueelle ei tällöin synny uusia värejä.

Reunankorostussuodattimen toteutus ja toiminta on alan ammattimiehen tuntema, joten sitä ei tässä selosteta yksityiskohtaisesti. Kuvioon 2a merkityt luvut 20 (-10 3 0 -1) esittävät lukuja, joilla suodattimen tulot kerrotaan, eli kuviossa vasem malta päin katsottuna ensimmäinen tulo kerrotaan luvulla -1, toinen luvulla 3 ja kolmas luvulla -1. Toisen ja neljännen viive-elementin jälkeen saatavia signaaleja ei siten käytetä. Lopuksi kaikki kerrotut tulot summataan yhteen, jolloin saadaan reunankorostussuodattimen lähtö Sj^.

25

Kuvion 2a mukaista toteutusta voidaan myös muuntaa esim. siten, että viivästetty V ja edistetty E signaali otetaan "kauempaa" tai "lähempää” suodattimen keskikohtaan nähden (eli tarkasteltavaan pikseliin S^ark nähden) sijoittamalla suodattuneen F2 enemmän tai vastaavasti vähemmän viive-elementtejä D tai reunankorostussuodatti-30 meen voidaan ottaa enemmän ja tarkasteltavaan pikseliin nähden kauempaa näyttei tä, jolloin reunankorostussuodatinta F3 voidaan muuttaa siten, että sen kertoimet ovat esim. -1 0 0 3 0 0 -1 tai -0.5 0 2 0 -0.5. Tällainen suodatinominaisuuksien muuntaminen voidaan tehdä myös säädettäväksi ja/tai adaptiiviseksi esimerkiksi mitatun kohinatason tai signaalin kaistanleveyden mukaan. Käytetyt suodattimet 35 voivat olla myös esim. liike- tai reuna-adaptiivisia, jolloin niitä ohjataan liiketunnis-timen ja/tai reunatunnistimen avulla.

Kuviossa 2b on esitetty samankaltainen toteutus keksinnön mukaisesta suodattimesta kuin kuviossa 2a, mutta edistettyjä viivästetty signaali on korvattu maksimi- 98589 6 ja minimisuodattiinilla FI, F2, jotka valitsevat ulostuloonsa suurimman tai vastaavasti pienimmän suodatinikkunan sisällä olevista arvoista d0-d6. Myös reunankoros-tussuodattimen näytteiden väliä on pidennetty ja suodattimen lähtö STk määritellään -d0+w*d3-d6 eli sen kertoimet koko ikkunan sisällä ovat (-1 0 0 w 0 0 -1), jossa w 5 on jokin ennalta määrätty arvo tai säädettävissä. Vahvistukseltaan säädettävän suodattimen toteutus on esitettyjä tarkasteltu lähemmin jäljempänä kuviossa 7. Kuvion 2b mukaisen suodattimen toiminta ja tulo- sekä lähtösignaalit on esitetty kuvioissa 3c ja 3d. Minimi-ja maksimisuodattimet FI, F2 voidaan myös korvata muilla rank-order-suodattimilla, esimerkiksi sellaisilla, jotka valitsevat toiseksi suurimman ja 10 toiseksi pienimmän arvon, jolloin järjestely saadaan vähemmän herkäksi häiriöpii-keille, jotka maksimi- ja minimisuodattimia käytettäessä saattavat aiheuttaa virheitä.

Kuvion 2b mukaisessa suodattimessa saadaan lähtösignaaliksi OUT kuviossa 3d esitetty signaali Sm, joka valitaan minimisuodattimen F1 lähdöstä, reunankorostus-suodattimen lähdöstä Srk ja maksimisuodattimen F2 lähdöstä eri ajankohtina, kuten 15 kuvioista voidaan havaita verrattaessa kuvioita 3 c ja 3 d.

Kuviossa 2a esitetyn laite- tai suodatinrakenteen toimivuutta voidaan edelleen parantaa lisäämällä siihen kytkentäjärjestely, joka tutkii, onko suodatinikkunan sisällä signaali tasaisesti nouseva vai laskeva. Tällainen järjestely on esitetty kuviossa 5.

20 Jos huomataan, että signaali suodatinikkunan sisällä sisältää erisuuntaisia transitioita eli sekä nousevia että laskevia transientteja, kuten on esitetty kuviossa 4b, voidaan suodattimen ulostulo OUT korvata alkuperäisellä signaalilla Stark· Tämä varmistaa sen, että suodatin ei toimi väärin signaalin sellaisissa kohdissa, joissa tapahtuu nopeita muutoksia. Kuvion 2b mukaista ratkaisua käytettäessä ei transientin rakenteen 25 tutkimista tarvitse suorittaa, vaan kuvion 2b mukainen ratkaisu pystyy käsittelemään oikein myös erisuuntaisia transientteja sisältäviä signaaleja, kuten kuvioissa 3c ja 3d on esitetty. Tämä johtuu edistetyn ja viivästetyn signaalin kor/aamisesta rank-order-suodattimilla FI, F2.

30 Signaalin rakennetta voidaan tutkia esimerksi algoritmilla, joka vähentää suodatinikkunan sisällä olevia peräkkäisiä pikseleitä keskenään ja tutkii, onko näiden vähennyslaskujen tulos samanmerkkinen (positiivinen P tai negatiivinen N) suodatinikkunan alueella. Kuviin 4a ja 4b on merkitty signaalin alareunaan askeleittain tulos, kun pikselistä vähennetään edellisen pikselin arvo, jolloin nousevassa transientissa tulos 35 on positiivinen P ja laskevassa transientissa negatiivinen N ja tasaisella osuudella nolla 0. Jos havaitaan erimerkkinen tulos (nolla lasketaan samanmerkkiseksi), annetaan transientin parannussuodattimelle (esim. kuvion 2a mukaiselle suodatinraken-teelle) signaali, joka valitsee alkuperäisen pikselin suodattimen lähtöön. Kuviossa 5 on transientin jyrkentämiseksi käytetty samanlaista suodatmrakennetta kuin kuvios- 98589 7 sa 2a, mutta kuvion 5 rakenteeseen on lisätty kytkentäjärjestely, joka tutkii transienttien rakennetta ja valitsee sen perusteella suodattimen lähtöön joko käsitellyn eli jyrkennetyn transientin käsittävän signaalin Sm tai alkuperäisen signaalin Transientin tutkimislohko 10 käsittää siten viive-elementin Dl 1 ja erotuksen laskulohkon 5 12, johon tuodaan kaksi peräkkäistä näytettä, jotka vähennetään toisistaan. Erotuk- * sen laskulohkosta 12 viedään erotustulos erotuksen etumerkin tarkistavaan lohkoon 13, joka käsittää usean peräkkäin kytketyn viive-elementin D sekä loogisen lohkon 14, esim. TAI-portin, johon tuodaan useasta peräkkäisestä näytteestä lasketut erotukset, jolloin nähdään, ovatko erotukset erimerkkisiä vai samanmerkkisiä eli ovatko 10 transientit erisuuntaisia vai samansuuntaisia. Looginen lohko toimii siten, että mikäli erotukset ovat samanmerkkisiä (eli pelkästään nollia tai positiivisia tai vaihtoehtoisesti pelkästään nollia tai negatiivisia) annetaan lähtönä ohjaussignaali Scjrl, joka ohjaa valintalohkon 15, esim. multiplekserin, antamaan suodattimen lähtöön OUT käsitellyn signaalin Sm, ja mikäli yksikin erotus on erimerkkinen kuin muut 15 erotukset, annetaan lähtönä ohjaussignaali joka ohjaa suodattimen lähtöön alkuperäisen signaalin S^k.

Signaalin rakenteen mukaan voidaan myös säätää viiveiden pituuksia eli suodatin-ikkunaa voidaan lyhentää, jos alueella on erisuuntaisia transientteja, jotta suodatin-20 ikkunaan saadaan vain samansuuntaisia transientteja. Signaalin rakennetta tutkivan lohkon avulla voidaan myös säätää viimeisen suodatinasteen (esim. WOS) painoker-toimia. Esimerkiksi viimeinen suodatinaste voi olla painotettu mediaanisuodatin, jonka keskipaino vaihdetaan ohjaussignaalilla siten, että mediaanisuodattimen lähdöksi Sm valitaan reunankorostussuodattimen F3 lähtö Srk aina kun signaalissa on 25 erisuuntaisia transientteja.

Värierokompponenttien (UV) digitaalisessa käsittelyssä käytetään yleensä matalampaa näytteistystaajuutta kuin luminanssikomponenttien (Y) käsittelyssä. YUV-kom-ponenttien käsittelyssä puhutaan tällöin 422- tai 411-näytteistyksestä, jossa numerot 30 viittaavat luminanssi- ja krominanssikomponenttien näytteistyssuhteeseen. Normaalisti digitaalisen käsittelyn loppuvaiheessa U- ja V-komponenttien näytteistystaajuus kuitenkin nostetaan samaksi kuin luminanssikomponenttien käsittelyssä. Tunnetuilla tekniikan tason mukaisilla menetelmillä värierokomponenttien käsittelyssä suurimmat saavutettavat lähtötaajuudet ovat kuitenkin pienempiä kuin alkuperäisen signaa-35 Iin näytteenottotaajuuden puolikas (Nyquist-taajuus), jolloin signaalin transientit ovat suhteellisen loivia.

Näytteenottotaajuuden muutosmenetelmiin (interpolointi) voidaan lisätä keksinnön mukainen transientin parannusmenetelmä, jolloin maksimaalinen ulostulotaajuus 98589 8 voidaan krominanssikomponenteiUa nostaa samaksi kuin luminanssille. Keksinnön mukainen menetelmä voidaan yhdistää myös muihin kuvankäsittelyssä käytettäviin lineaarisiin ja epälineaarisiin interpolointimenetelmiin. Esimerkkisovelluksina voidaan mainita kuvakoon kasvattaminen pysty-ja/tai vaakasuunnassa tai juovataajuu-5 den muunnokset Kuvioiden 6a - 6c avulla havainnollistetaan näytteenottotaajuuden nostamisen ja transientin terävöittämisen vaikutusta signaaliin. Kuviossa 6a on esitetty alkuperäinen näytejonomuodossa oleva signaali ja kuviossa 6b on esitetty sama signaali näytteenottotaajuuden nostamisen jälkeen ja kuviossa 6c on esitetty kuvion 6b mukainen signaali transientin jyrkentämisen jälkeen. Kuten kuvioissa 6a - 6c on 10 esitetty, on keksinnössä erityisesti kyse näytejonomuodossa olevan signaalin käsittelystä. Täten jatkuva-aikaisesta signaalista otetaan näytteitä, jotka vastaavat kuvan pisteitä eli pikseleitä.

Kuviossa 7 on esitetty toteutus, jossa keksinnön mukaisesti toteutettuun transientin 15 terävöittävään suodatinrakenteeseen on transientin rakennetarkistuslohkon 10 lisäksi lisätty signaalin näytteistystaajuutta nostava lohko 20, joka voi muodostua esim. lineaarisesta interpolaattorista. Jokaista sisäänmenoa S^k kohden lasketaan kaksi ulostuloa, toinen alkuperäisiä signaalinäytteitä S’^rk, S^rk ja S^k käyttäen ja toinen signaalin keskiarvoja S'ave, Save ja S"ave käyttäen. Interpolaattori 20 käsittää 20 siten viive-elementtejä D viivästettyjen ja edistettyjen sigaanlien sekä tarkasteltavan näytteen muodostamiseksi sekä viive-elementtejä Dl, D2 ja D3 kunkin näytteen S'tark’ Stark ja S'tark viivästämiseksi signaalin keskiarvon muodostamiseksi näytteestä S'tark, Stark ja S'tark ja viivästetystä signaalista. Keskiarvon muodostamiseksi näyte S'^k, Stark ja S'tark Ja viivästetty signaali summataan summaimessa 25 21, 22, 23 ja jaetaan kahdella jakajalla 24, 25, 26. Alkuperäinen näyte S'tark, Stark ja S'tark Ja signaalin keskiarvo S'ave, Save ja S"ave viedään tulona multiplekseriin 27, 28, 29, josta ne otetaan ulos kaksinkertaisella taajuudella.

Interpolaattori 20 on yhdistetty transientin parannusmenetelmään, joka on rakenteel-30 taan edellisten esimerkkien tyyppinen. Kuvion 7 mukaisessa ratkaisussa reunanko-rostussuodatin F3 muodostuu ylipäästösuodattimesta F5 ja summaimesta 30, jossa summataan ylipäästösuodattimen lähtösignaali ja alkuperäinen tarkasteltava signaali Stark reunoista korostetun signaalin Srk muodostamiseksi. Tässä ratkaisussa reunan-korostussuodattimen kertoimet on kuvattu kertojilla 31, 32, 33, joissa edistetty E, 35 viivästetty V ja tarkasteltava signaali S^k kerrotaan ja lopuksi ne summataan sum maimessa 34. Erona tässä ratkaisussa kuvioissa 2a, 2b ja 5 esitettyihin reunankoros-tussuodattimiin on se, että reunankorostussuodattimen tehoa voi tässä säätää parametrilla w. Tämä säätö voidaan tehdä summaimen 34 jälkeen sijoitetulla kertojalla 36, jossa signaali voidaan kertoa halutulla kertoimella w. Reunankorostussuodatti- 98589 9 men lähtösignaalin Srk reunat R pysyvät vaakasuunnassa paikallaan, mutta riippuen kertoimesta w voidaan reunojen R paikkaa muuttaa pystysuunnassa. Täten jos kerrointa w kasvatetaan, nousee yläreuna R ja vastaavasti laskee alareuna R, jolloin transition transienttiosuus saadaan jyrkemmäksi.

5

Kuvion 7 mukainen suodatin on myös signaalin rakenteen mukaan ohjautuva eli siinä on transientin tutkimislohko 10, kuten kuvion 5 mukaisessa suodattimessa. Peräkkäisistä näytteistä muodostetaan erotus vähennyslohkossa 12, josta erotukset viedään erotuksen tarkistuslohkon 13 erotuksen tutkivaan lohkoon 35. Ennen kuin pe-10 räkkäisistä näytteistä otetaan erotus, ne jaetaan neljällä eli alimmat kaksi bittiä pudotetaan pois. Tämä siksi että pienet kohinasta johtuvat muutokset eivät vaikuttaisi tutkimuslohkon toimintaan. Erotuksen tutkimislohko 35 tutkii sisäänmenevästä erotuksesta, onko se negatiivinen, positiivinen vai nolla, ja sen totuustaulu tulon perusteella on seuraavanlainen: 15 ___ in__outl out2 nolla__0__0 positiivinen__1__0 negatiivinen__0__1 Lähdöt outl ja out2 viedään erotuksen tarkistuslohkon viiveketjuun, joista usean tarkistetun erotuksen tulokset viedään loogiseen lohkoon 14, esim. TAI-porttiin.

Looginen lohko 14 toimii siten, että mikäli erotukset ovat samanmerkkisiä (eli pel-20 kästään nollia tai positiivisia tai vaihtoehtoisesti pelkästään negatiivisia), saadaan toisesta loogisesta lohkosta 14 JA-portin 16 toiseksi tuloksi looginen '0'ja toisesta loogisesta lohkosta 14 ja portin 16 toiseksi tuloksi looginen T, jolloin JA-portin 16 loogiseksi lähdöksi saadaan looginen '0', ja valintalohko 15, esim. multiplekseri, ohjautuu antamaan suodattimen lähtöön OUT käsitellyn signaalin Sm- Mikäli yksi-25 kin erotus on erimerkkinen kuin muut erotukset, saadaan JA-portin 16 molemmiksi tuloiksi looginen T, jolloin JA-portin 16 loogiseksi lähdöksi saadaan looginen T, ja valintalohko 15 ohjautuu antamaan suodattimen lähtöön OUT alkuperäisen signaalin Stark- 30 Kuviossa 7 interpolointisuodattimet 20 on muodostettu keskiarvosuodattimista, kuten edellä on esitetty. Interpolointisuodattimina voidaan myös käyttää monimutkaisempia suodattimia kuin keskiarvosuodattimet. Suodatinrakennetta (interpolaatto-ria) voidaan muuttaa myös siten, että se nostaa näytteenottotaajuutta enemmän kuin kaksinkertaiseksi. Tällöin jokaista sisäänmenonäytettä kohden lasketaan tarvittava 98589 10 määrä uusia näytteitä erilaisilla interpolointisuodattimilla ja jokainen näyte terävöitetään vastaavasti kuin esimerkissä. Näytteenottotaajuutta nostavaa suodatinraken-netta voidaan myös käyttää vertikaali- ja horisontaalisuunnassa kuvakoon kasvattamiseen, ilman reunojen pehmenemistä.

5

Keksinnön mukainen menetelmä ja suodatinrakenne mahdollistaa videosignaalin transienttien jyrkentämisen komponenttikohtaisesti (YUV tai RGB) ja se soveltuu sekä luminanssikomponentin että värikomponenttien terävöittämiseen. Lisäksi keksinnön eräät suoritusmuodot mahdollistavat transientin rakenteen tarkistuksen, jol-10 loin vältetään signaalin käsittelyssä syntyneiden virheiden pääsy suodatinrakenteen lähtöön.

Claims (24)

98589

1. Menetelmä komponenttimuotoisen videosignaalin transientin jyrkkyyden muuttamiseksi, jossa menetelmässä videosignaali suodatetaan ainakin kahdessa erilaisessa suodatinasteessa (SI - Sn, Sv; Fl, F2, F3, F4), tunnettu siitä, että alkupään 5 suodatinasteessa (SI - Sn; Fl, F2, F3) käsitellään videosignaalin taajuutta, vaihetta tai rakennetta tai näiden yhdistelmää antaen lähtöinä erilaisia käsiteltyjä signaaleja (E, Srk, V) ja viimeisessä suodatinasteessa (Sv; F4) valitaan lähtösignaali (OUT) joistakin mainitun viimeisen suodatinasteen (Sv; F4) ainakin kahdesta tulona saatavasta jossakin aikaisemmassa suodatinasteessa käsitellystä signaalista (E, Srk, V). 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käsitellään luminanssisignaalia Y.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käsitel-15 lään krominanssisignaalia U tai V.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käsitellään värikomponentteja RGB.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkupään suo datinasteessa videosignaalia käsitellään lineaarisella suodattimella.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että alkupään suodatinasteessa videosignaalia käsitellään epälineaarisella suodattimella. 25

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että viimeisessä suodatinasteessa videosignaalia käsitellään WOS-suodattimella (Weighted Order Statistic).

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että videosignaalin näytteet valitaan videokuvasta yksi-, kaksi-, tai kolmiulotteisesti videokuvan vaaka-, pysty- ja aikatasossa.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 35 käsittelyllä jyrkennetään videosignaalin transienttia.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtösignaali (OUT) valitaan WOS-suodattimella (F4), johon tuodaan tuloina tarkasteltavaan signaaliin nähden edistetty (E) ja viivästetty (V) signaali sekä transientin jyrkennyksen 98589 suorittavan reunankorostussuodattimen (F3) lähtösignaali (S^), ja lähtösignaalin (OUT) kukin kuvanäyte valitaan kulloinkin mainituista signaaleista (E, V, Srk).

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 transientin rakenne tarkistetaan sen määrittelemiseksi, onko kulloinkin suodatetussa signaalissa samansuuntaisia transientteja vai erisuuntaisia transientteja, ja mikäli tarkistuksen tuloksena todetaan, että suodatinikkunassa on pelkästään samansuuntaisia transientteja, valitaan lähtö signaaliksi käsitelty signaali, mutta mikäli todetaan, että suodatinikkunassa on erisuuntaisia transientteja, valitaan lähtösignaaliksi alkuperäi-10 nen signaali.

12. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtösignaali (OUT) valitaan WOS-suodattimella (F4), johon tuodaan tuloina tarkasteltavaan signaaliin nähden edistettyjen ja viivästettyjen signaalien minimi- (S^m) ja maksimi- 15 arvo (Sj^ax) sekä transientin jyrkennyksen suorittavan reunankorostussuodattimen (F3) lähtösignaali (Sj-jJ, ja lähtösignaalin (OUT) kukin kuvanäyte valitaan kulloinkin mainituista signaaleista (E, V, Sj-jJ.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 20 signaalia käsitellään näytejonomuodossa ja ennen signaalin suodattamista nostetaan sen näytteenottotaajuutta.

14. Laite komponenttimuotoisen videosignaalin transientin jyrkkyyden muuttamiseksi, joka laite käsittää ainakin kaksi erilaista suodatinastetta (SI - Sn, Sv; FI, F2,

25 F3, F4), tunnettu siitä, että ainakin yksi alkupään suodatinaste (SI - Sn; Fl, F2, F3) käsittää suodattimen (SI - Sn; Fl, F2, F3) videosignaalin taajuuden, vaiheen tai rakenteen tai näiden yhdistelmän käsittelemiseksi antaen lähtöinä erilaisia käsiteltyjä signaaleja (E, V, Srk) ja viimeinen suodatinaste (Sv; F4) käsittää valintasuodattimen (Sv; F4) laitteen lähtösignaalin (OUT) valitsemiseksi joistakin suodatinasteen (Sv;

30 F4) ainakin kahdesta tulona saatavasta jossakin aikaisemmassa suodatinasteessa käsitellystä signaalista (E, S^, V).

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että alkupään suodatinaste käsittää lineaarisen suodattimen. 35

16. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että alkupään suodatinaste käsittää epälineaarisen suodattimen. 98589

17. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että viimeinen suodatin-aste käsittää WOS-suodattimen (Weighted Order Statistic).

18. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että alkupään suodatin-5 aste käsittää reunankorostussuodattimen (F3).

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että viimeisen suodatin-asteen (Sv; F4) tuloina on tarkasteltavaan signaaliin (Stark) nähden edistetty signaali (E) ja viivästetty signaali (V) sekä reunankorostussuodattimen lähtösignaali (Srk). 10

20. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää videosignaalin transientin rakenteen tarkistuslohkon (10), joka määrittää, minkä suuntaisia transientteja laitteeseen tuotu signaali käsittää, ja valintalohkon (15), johon on kytketty viimeisen suodatinasteen lähtö (Sm) ja alkuperäinen signaali (Stark) j°m“ 15 man kumman tulon kytkemiseksi lähtöönsä, ja transientin rakenteen tarkistuslohkon lähtö (Sctrl) on kytketty valintalohkon ohjaustuloksi.

21. Patenttivaatimuksen 18 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää useita peräkkäin kytkettyjä viive-elementtejä (D) sekä minimi- (Fl) ja maksimisuodatti- 20 men, joiden tuloihin on kytketty kunkin viive-elementin (D) lähtö (F2) minimi-(SMin) ja vastaavasti maksimiarvon antamiseksi tulonaan saamista signaaleista, ja viimeisen suodatinasteen (Sv; F4) tuloina on tarkasteltavaan signaaliin (Stark) näh-den edistettyjen ja viivästettyjen signaalien minimi- (Sjviin) Ja maksimiarvo (S^ax) sekä reunankorostussuodattimen lähtösignaali (Srk). 25

22. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää ennen ensimmäistä suodatinastetta näytteenottotaajuuden nostolohkon (20) suodatinastei-siin tuotavien näytteiden näytteistystaajuuden kasvattamiseksi.

23. Videosignaalin transientin rakenteen tarkistuslohko (10), tunnettu siitä, että se käsittää erotuksen muodostamislohkon (12) kahden peräkkäin käsiteltävän pikselin välisen erotuksen laskemiseksi ja erotuksen etumerkin tarkistuslohkon (13) useasta peräkkäin käsiteltävästä pikselistä laskettujen erotusten etumerkkien tarkistamiseksi.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen transientin rakenteen tarkistuslohko, tunnet tu siitä, että erotuksen etumerkin tarkistuslohko (13) käsittää viive-elementtiketjun (D) sekä loogisen lohkon (14) usean peräkkäin järjestetyn viive-elementin (D) antaman peräkkäisen erotuksen vertaamiseksi transientin suunnan määrittämiseksi. 98589