WO1999048297A1 - Method for increasing the resolution of an image - Google Patents

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WO1999048297A1
WO1999048297A1 PCT/EP1999/001859 EP9901859W WO9948297A1 WO 1999048297 A1 WO1999048297 A1 WO 1999048297A1 EP 9901859 W EP9901859 W EP 9901859W WO 9948297 A1 WO9948297 A1 WO 9948297A1
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reverse transformation
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PCT/EP1999/001859
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Winfried Jentsch
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Coin Institut Für Computer-Integriertes Engineering Gmbh
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    • H04N21/41Structure of client; Structure of client peripherals
    • H04N21/426Internal components of the client ; Characteristics thereof

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the resolution of an image, in particular a TV image, according to claim 1.
  • HDTV High Definition Television
  • the object of the invention is to create a method with which a given image with a certain image resolution can be used to produce an image with improved image resolution, in particular with doubled image resolution, particularly simply and quickly.
  • the object is achieved according to the invention with a method for increasing the resolution of an image, in particular a TV image.
  • Advantageous developments of the method according to the invention are the subject of the dependent claims.
  • the achievement of the object essentially consists in that the image information for an archetype, which contains a given number of image elements, which are arranged in columns and rows in matrix form, is made available, digitized and stored.
  • Providing z. B. can be realized via a conventional TV reception stage or via a conventional video input.
  • the image is decoded according to analog and / or digital transmission and coding methods (PAL, PAL +, SECAM, NTSC, ... and VHS, SVHS, ... or DVB, DVD, DVHS, ...) and if necessary e.g. digitized by means of an A / D converter and then stored in a conventional digital image memory for further processing.
  • analog and / or digital transmission and coding methods PAL, PAL +, SECAM, NTSC, ... and VHS, SVHS, ... or DVB, DVD, DVHS, .
  • the method according to the invention further provides that a data compression reverse transformation is provided and stored.
  • a data compression reverse transformation is provided and stored.
  • This can e.g. B. hardware by an appropriate image processing processor or very generally by a microcomputer in which an adaptable image processing algorithm is stored.
  • the data compression reverse transformation is applied to the archetype or to the image information for the archetype.
  • the data compression reverse transformation can also be understood here as a data decompression operation for a given data compression operation.
  • the decompression of the original image data can be based on any data compression standard such as JPEG, MPEG, MPEG 2 or filters such as wavelets, fractals or the like.
  • the image information obtained from the decompression of the original image is stored and, if necessary, displayed.
  • a core idea of the present invention is therefore to conceive a given archetype, the resolution of which is to be increased, fictitiously as a compressed image and to perform a data decompression or expansion on this fictitiously compressed image via the data compression re-transformation to be applied or the decompression operation, thereby performing an image is generated with increased resolution, d. H. with more picture elements than the archetype.
  • the data compression re-transformation in question here can be any common method with which a digitally compressed data record can be decompressed or expanded, with which a previously performed data compression can essentially be undone.
  • the method according to the invention is particularly simple and flexible if the data compression reverse transformation is based on a so-called wavelet transformation and / or a fractal decomposition.
  • the image information losses when compressing image data are particularly small, or they disappear entirely. Furthermore, it has been shown that the inverse transformation to a wavelet transformation delivers good results even if the difference data describing the difference between the original image and the compressed image is lost or is not used in the inverse transformation.
  • the wavelet transformation, and consequently also the data compression reverse transformation resulting from a wavelet transformation can be adapted particularly flexibly to the amount of data to be processed, so that a particularly fast and real-time method for increasing the resolution of an image can be provided .
  • the difference image data can also be dispensed with.
  • the data set for the difference images can subsequently be converted from a sequence of compressed images into the original image - 6 -
  • Each wavelet transformation is based on at least one filter pair consisting of a blurr or low-pass filter on one side and a Sharpen or high-pass filter on the other side.
  • the data compression reverse transformation is based on at least one blurr or low-pass filter and at least one sharpen or high-pass filter, which are mirrorable or invertible or at least essentially meet these properties.
  • An inverted or mirrored blurr or low-pass filter and an inverted or mirrored Sharpen or high-pass filter are then assigned to the underlying filters.
  • the application of the data compression reverse transformation to the original image has a method step in which a column of image elements - 7 -
  • every column of the saved image or archetype is inserted. After inserting the columns, there is an intermediate image with a doubled number of columns, which is also buffered. It is then provided that the mirrored or inverted low-pass filter or Blurr filter and the mirrored or inverted high-pass filter or Sharpen filter be modified using known image processing methods and applied to the columns of this intermediate image which has been buffered. Furthermore, the image information then obtained is also stored and / or possibly displayed.
  • the picture elements to be inserted can either initially contain no picture information. They are then assigned image information by using the inverted and / or modified filters, taking into account the image information of the neighboring columns of the original image. Or the image information results from the above-described interactive application of the wavelet transformation to the original image to generate a sequence of compressed intermediate images.
  • This exemplary embodiment of the method according to the invention ensures that a target image which has twice the number of columns as the original image is generated from the imported, digitized and stored original or original image.
  • this embodiment makes use of the fact that the horizontal resolution of the human visual perception system is greater than that in the vertical direction.
  • This sense-physiological peculiarity is already used in the PAL + for the 16: 9 format, for example. - 8th -
  • An objective increase or improvement in the horizontal resolution and texture of an image by a certain value ⁇ results in an apparent improvement for the viewer on a subjective level, which is even greater than the amount ⁇ .
  • a line with picture elements is inserted behind each line of a buffered image and the image information of the intermediate image thus obtained is also buffered.
  • the mirrored or inverted low-pass filter or Blurr filter and / or the mirrored and / or inverted high-pass or Sharpen filter is also modified using known methods of image processing and applied to the lines of this buffered image, and the image information obtained is stored and / or reported if necessary.
  • the information initially inserted can be set to zero in the form of additional picture lines, ie it cannot contain any information. It is then generated and assigned by using the inverted and / or modified filters, taking into account the image information of the neighboring lines of the original image.
  • the image information can also be generated from the above-described procedure of iteratively applying the wavelet transformation method to the original image in order to generate a sequence of compressed images.
  • the sensory physiological characteristics of the human visual perception system are also used again. - 9 -
  • the resolution is doubled even if the new intermediate lines are generated with the same resolution (in columns) as the field lines of the original image.
  • This objectively given improvement in resolution is subjectively not perceived by the viewer as such, because the fields (A and B) of the snapshots (A and B) are superposed or superimposed without loss on the overall resolution by the human visual perception apparatus and in the moving parts fixed by the eye interpolated while maintaining the texture sharpness of the fields.
  • generation of intermediate lines with a lower resolution (column-wise) than that of the lines of the original field leads to a deterioration in resolution which is perceived as subjective in the case of the frame, although objectively an improvement in the resolution of the frame compared to the original field can be achieved.
  • e.g. B. can be achieved that an incoming TV field, the z. B. is originally coded in the PAL method, is converted into a full frame by subjectively doubling lines that maintain the trigger.
  • a compressed image is generated for an original image by applying the data compression transformation, which image can in particular be essentially transformed back into the original image. It is further provided that the original image, the compressed image, the data compression transformation and / or a transformation is generated in real time by the use of suitable image processing operators, which, when applied to the original image, improves the resolution Lead image leads.
  • a core idea of this procedure is to obtain conclusions about the behavior of the data compression reverse transformation in addition to the image information from the original image and the information from the data compression transformation.
  • the data transformation inverse transformation can be constructed from this in real time.
  • the information in the form of the wavelet coefficients and / or image processing operator coefficients can be applied - 11 -
  • the data compression reverse transformation in particular in real time, also produces a texture-improving data compression reverse transformation which, when applied to the original image, not only leads to an improvement in the resolution of the target image, but also to a corresponding texture improvement.
  • This procedure means that other image properties can also be changed, in particular when adapting the original image to a high-resolution output device. It is also provided that certain data processing methods such as gray scale scaling, edge thinning or the like are used.
  • the filters identified transformation coefficients. Furthermore, it is provided that the information from the original image, the data compression transformation, in particular from the transformation coefficients and the sequence of compressed images, is used to generate and provide the data compression reverse transformation.
  • an extrapolation method is used when generating and providing the data compression reverse transformation from the iterated application of the data compression transformation to the archetype, in which the data just mentioned serve as input data.
  • 1 is a block diagram generally showing a data compression method
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the basic procedure for the method according to the invention for increasing the resolution of an image
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a first stage in the use of a wavelet transform for data compression.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the iterated application of the wavelet transform.
  • FIG. 6 shows a block diagram which represents a further exemplary embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating an apparatus for carrying out the method according to the invention.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating an apparatus for executing the method according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating an embodiment of the method according to the invention. - 14 -
  • FIG. 1 shows a block diagram which basically represents a data compression method.
  • an original image or archetype B1 is assumed.
  • This archetype B1 has nl picture elements bl, which are arranged in matrix form in zl rows and sl columns.
  • the picture elements bl themselves contain the actual picture information, e.g. B. in the form of RGB coding, in which the individual portions of the colors red, green and blue are described.
  • a compression method or a data compression transformation R is applied to this archetype B1. After applying this transformation R, a target image B2 is obtained which has n2 picture elements b2, which in turn are also arranged in matrix form in s2 columns and z2 lines.
  • FIG. 2 shows a block diagram which schematically represents the principle of the method according to the invention.
  • the original image Bl received and / or digitized and provided from a data carrier which has nl picture elements bl in matrix form in zl rows and sl columns, is treated as if it were already the result of the application of a data compression transformation R on a fictitious original picture BO.
  • a data carrier which has nl picture elements bl in matrix form in zl rows and sl columns
  • the inverse or mirrored transformation IR namely the data compression reverse transformation or data decompression transformation, is now generated and provided and applied to the archetype B1.
  • the target image BO results in an image with nO picture elements bO, which are arranged in zO rows and so columns.
  • the so-called image difference ⁇ can either be assumed to be zero, or it is artificially taken into account either in the construction of the target image BO or directly in the construction of the data compression reverse transformation IR.
  • FIG. 3 shows a block diagram in which the simple application of a wavelet transformation W to an archetype B1 with nl picture elements in zl rows and sl columns is shown in matrix form.
  • the basis of the wavelet transformation is a filter pair with a high-pass filter H and a low-pass filter T.
  • the low-pass filter T and the high-pass filter H are first applied to the lines of the original image Bl.
  • the result is two line-by-line low-pass or high-pass filtered intermediate images 11 and 12. From these intermediate images, every second line is first removed from the intermediate images 11 and 12 using a method Z for line removal. As a result, intermediate images 21 and 22 are obtained. - 16 -
  • the low-pass filter and the high-pass filter are now reapplied to these intermediate images 21 and 22.
  • four intermediate images 31, 32, 33 and 34 are obtained, which are additionally low-pass and high-pass filtered in columns. Every second column of these intermediate images is now removed from these intermediate images 31, 32, 33 and 34 by means of an operator S for column removal.
  • the result is four intermediate images TT, HT, TH and HH.
  • the portion TT is a low-pass line, low-pass column image, in which every second column and every second line is deleted compared to the original image B1. It is therefore a reduced and smoothed version of the original or original image B1 and is referred to as B2.
  • the portion TH is a low-pass row high-pass column image and contains difference information between the original image Bl and the portion TT in the horizontal direction of the image information.
  • the portion HT is a high-pass line low-pass column image and contains the image difference information for the original image B1 in the vertical direction.
  • portion HH is a high-pass line-high-pass column image and contains the difference information with respect to the original image B1 in the diagonal direction.
  • len which consist only of zeros, are undone, and the filter operations are canceled with mirrored or inverted filters.
  • the image information of the original image B1 is then obtained.
  • all high-pass or H components i.e. H. HT, TH and HH are neglected or set to zero.
  • FIG. 4 shows a block diagram in which the iterated application of the wavelet transformation W is shown.
  • the wavelet transformation W is first applied to the archetype B1 itself.
  • the result is a compressed image B2, which corresponds to the portion TT, and high-pass portions (HT, TH, HH), which carry the difference information to the original image B1.
  • the wavelet transformation W is applied to the compressed image B2 of the first compression stage from the TT component of the first application of the wavelet transformation W.
  • the result is a further compressed image B3, namely as a TT component of the second iteration stage of the wavelet transformation W.
  • the difference information from image B3 compared to image B2 is contained in new high-pass components of the second stage (HT, TH, HH).
  • FIG. 5 schematically shows in a block diagram the sequence of an exemplary embodiment of the method according to the invention, in which a PAL input signal forms an original picture B1, namely a TV field, by using the data compression reverse transformation in the sense of an inverted wavelet transformation IW Full picture BO with double the number of lines compared to the original picture Bl is generated.
  • the inverted wavelet transformation IW which results from the wavelet transformation W, can already be provided and provided.
  • the inverted wavelet transformation IW can also be derived by generating an image B2 that is compressed with respect to the original image B1.
  • the compressed image B2 is obtained by applying the given wavelet transformation W to the original image B1 as has been described in general above.
  • the inverted wavelet transformation IW can then be determined in real time and applied to the original image B1 for the reconstruction of the full image BO.
  • the image information of the original image B1, the first compressed image B2 and the information of the wavelet transformation W, in particular the results of the image processing of the wavelet transformation W, that is to say, for example, the wavelet coefficients, go directly into the construction and generation of the inverse wavelet Transformation IW a. - 19 -
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the method according to the invention, again using an original image B1.
  • This archetype B1 is also converted into a target image BO with improved resolution by means of the inverse wavelet transformation IW, which originates from a wavelet transformation W, with certain image parameters, e.g. B. the texture of the image can be changed, adjusted and improved.
  • the given wavelet transformation W is also applied to the original image B1 in order to obtain a compressed image B2.
  • This compressed image B2 represents the TT portion of the first iteration level of the wavelet transformation W on the original image B1.
  • the difference information is contained in the portions HT, TH and HH of the first iteration level.
  • all method steps can also be applied to a local point environment of each point of the original image BO.
  • This procedure results in the possibility of generating the target image BO locally and in real time from the input or original image B1. Due to the property of the locality of the processing methods, a particularly effective because of simplified and accelerated processing can be achieved, so that z. B. also offers real-time processing of a stream of TV signals entering a receiver.
  • This point environment can consist of the closest neighbors. However, other extended point environments, e.g. B. with neighbors after next, be provided.
  • the entire archetype BO is analyzed in order to improve the point environment of a point of the archetype BO in its resolution.
  • Fig. 7 shows the block diagram for the basic structure of a device for performing the method according to the invention.
  • An original image B1 to be processed is received or made available via an image receiving / providing device BE.
  • This can be a TV input stage, a receiving device for video images or the like. It is also contemplated that digitally existing image data can be recorded in the image receiving / providing device.
  • the received and provided image data for the original image B1 are then forwarded to an original image memory US and stored there digitally. If the image data for the archetype B1 is not already available digitally, it is provided to digitize this data using an analog / digital converter AD.
  • the original image memory US is connected to an image processing device BV.
  • the image processing device has an analysis section AN, which is provided with a plurality of image memories S1 to SN. Furthermore, a transformation unit T is provided which - 22 -
  • the output memory AS can be a fast video image removable memory, which in turn outputs data to an image output device BA.
  • the image output device BA can be designed in the form of a TV or video output stage.
  • the original image B1 is recorded from the original image memory US, and z. B. in the analysis unit AN the iterative applications of a wavelet transformation W are carried out, the individual results of the sequence of compressed images B1 to BN being stored in the memory devices S1 to SN. Furthermore, the wavelet transformation IW inverted to the wavelet transformation W is generated in the analysis unit AN, e.g. an extrapolation-capable inverse wavelet transformation IW is generated by image processing operators. The inverse wavelet transformation IW is then transmitted to the transformation unit T.
  • the transformation image T reads out the original image B1 from the original image memory US and processes it further into a resolution-improved target image BO.
  • the wavelet method is used as follows: - 23 -
  • First e.g. B. received the transmitted sequence of TV fields or TV frames as usual and digitized in real time. After being digitized, each received TV picture is written as a TT part in a buffer. The high-pass and low-pass filters are then applied to the buffered image, and the images obtained are in turn stored as portions TH, HT and HH.
  • every second column is then removed from the temporarily stored portions TH, HT and HH.
  • the results are again stored as TH, HT and HH portions in buffers.
  • the contents of the buffer stores are processed with image processing operators, e.g. Operators for edge sharpening, line thinning, image zooming and / or for gray value scaling - especially after previous zoom, color decomposition and / or gray value scaling of the pixels in yuv and / or RGB coding - processed, also to e.g. To achieve surrealistic, naturalistic or individually adjusted or optimized contrasts, colors and / or textures in the target image.
  • the intermediate lines for generating the full picture from the field are then generated in reverse transformation, the high-pass parts TH, HT and HH also being made zero in order to simplify and accelerate the process can be placed.
  • the local generation resolution and / or texture-improved images can be dispensed with in real time. - 24 -
  • z. B. generated from the information of the parts TT, HT, TH and HH intermediate lines and intermediate columns for a high-resolution full picture in the HDTV standard after the corresponding image processing operators were applied to the parts.
  • wavelet compression can also be carried out on the components HT, TH and HH.
  • the respective proportions HT, TH and HH are then iterated as standard with the wavelet transformation and then appropriately superposed for the zooming, edge thinning or the like after the use of image processing operators.
  • the result of the superposition is determined using suitable image processing methods, e.g. B. the generation of a three-dimensional spline surface and described with a fitting function F over raster planes.
  • the back transformation to the full HDTV image is achieved as the target image with quadrupled resolution and improved texture.
  • texture is also intended to mean in particular the gray value and / or color contrast.
  • texture improvement is also understood as an improvement in the gray value and / or color contrast in the reproduction of the gray value and / or contrast quality expressions contained in the original image.
  • FIG. 8 schematically shows in the form of a block diagram a device 1 with which the method according to the invention for increasing the resolution of a raster image can be carried out. - 25 -
  • an analog input stage 80 which e.g. consists of a conventional TV tuner and which different types of TV pictures in PAL, NTSC, SECAM, DVB, SVHS or DVD process can receive and evaluate via an input and / or receiving device, corresponding image data streams in the Device 1 fed.
  • the corresponding color coding is assigned to the received images via a color or color decoder 81.
  • a digitization step takes place via one or more A / D converter devices 84, which can be omitted if the input stage 80 is designed for digital signals.
  • the result of the analog / digital conversion, and in particular the digital color signals, are stored in one or more intermediate buffers 85.
  • This can be a memory area 85, which is designed to record one or more digital raster images and / or to release them in rapid alternation.
  • the data compression re-transformation method is determined via the access to the image buffer memory 85 and / or is carried out on the buffered digital images. Then the generated, i.e. Images with improved resolution and texture are processed in a display processor device 83 and then output either directly or via a downstream digital / analog conversion device 87 to a display device 88 for visual display.
  • FIG. 9 an embodiment of the method according to the invention is shown in the form of a block diagram, in particular with regard to the generation or generation of a data compression reverse transformation.
  • the following section deals with the description of the offline determination of parameters of the image processing operations for the generation of the data compression reverse transformation from the original image.
  • DRT0 (TT0 *, TH0 *, HT0 *, HH0 *), which is associated with a fictitious DTO to the extent that it essentially or largely coincides with the fact that by using DRT1 on the original image or on TTO *, a substantially or almost four times better resolved image is generated in HDTV quality.
  • the parameterization of the image processing operations BOi (Pi, n) is generated in an optimization process carried out offline for the purpose of permanent use in the real-time generation of resolution and texture improvement of the original image sequence.
  • the data compression transformations of the HDTV pictures BOj correspond to the original pictures Blj, which are available as TV-resolved pictures as standard.
  • the pixel patterns of the H components of DTn (TTn, THn, HTn, HHn), the nth application of the data compression operation over the original image, are fourfold by empty lines and empty columns inserted in the DTn grid Grid areas in DRTn-1 pulled apart.
  • the gaps in the grid areas for DRTn-1 are smoothed by adding gray pixels interpolated between adjacent pixels via empty lines or columns.
  • the intensity value distribution for the individual colors of the RGB signal can be described above the raster level by a three-dimensional surface, which is an adjustment or a fit of the gray value intensity distribution by a surface represents in space.
  • Spline techniques can be used to adjust or fit the gray value distribution through n-dimensional areas above the image grid area, which can simultaneously achieve image smoothing by reducing pixel noise.
  • the parameter identification by minimizing the difference between F (XYn-l) and F * (XYn-l) under the condition of preserving the volume integral and scaling the gray value distribution is the main reason for a texture improvement when generating a resolution increase of the original image by inverse data compression to watch.
  • the pixel patterns created when using the zoom operator on DTn in the DRTn-1 raster areas are to be thinned such that for the total number of pixels S (sum of all not - 31 -
  • the gray value sums S * (TT * n), S * (TH * n), S * (HT * n), S * (HH * n) are above the intensity distribution of the gray values of the data compression reverse transformation DRTn after the application of an image processing operation BOi determined on the result DTn of a wavelet transformation of the nth stage.
  • the gray value sums can e.g. for the y values of yuv-coded pixel grids in the three-dimensional intensity space or for the red, green and blue values in the five-dimensional color intensity space.
  • the grayscale patterns in DRTn-1 that result when the image processing operators are applied to the pixel patterns of DTn, with DTn (TTn, THn, HTn, HHn), are to be adapted or fitted using 3D spline surfaces F (DRTn-1).
  • the pixel patterns of DTn-1, with DTn-l (TTn-1, THn-l.HTn-1, HHn-1), are to be adapted using 3D spline surfaces F (DTn-l).
  • the parameterization of the spline functions F (DRTn-l) can be identified by minimizing the difference between F (DRTnl) and F (DTn-l).
  • V (F (DRTn-1)) V (F (DTn-1)).
  • the spline functions and volume integrals formed over them can e.g. are determined for the y values of yuv-coded pixel grids in the three-dimensional intensity space or for the red, green and blue values in the five-dimensional color intensity space.
  • the data compression DT1 with DT1 (TT1, THI, HT1, HH1) is generated from the (PAL) original image using a wavelet method. - 34 -
  • a preliminary stage DRTO # of DRTO is generated from DTl by zooming.
  • DRTO is generated from DRTO ## by gray value scaling and / or spline adjustment.
  • Data compression methods can be applied iteratively.
  • the back transformation provides the poorer images, the more lossy the data compression operation works.
  • the wavelet method can be carried out lossless if nothing is forgotten from the TTn, HTn, THn, HHn parts of the data compression operations DTn.
  • parameterization Pi, n + 1 for an image processing operation BOi (Pi, n + l ) determined via DTn + 1, which generates a data reverse transformation operation DRTn such that at least approximately DTn DRTn applies to DRTn from the application of BOi (Pi, n + 1) to DTn + 1.
  • the respective parameterizations Pi, n + 1 are determined using a suitably selected set of representative archetypes.
  • An improvement in the parameterization Pi for generating DRTO from DTl is obtained by weighted averaging of the parameterizations Pi, I, Pi, 2, Pi, 3, ...
  • the data compression reverse transformation DRTO is determined recursively, starting with the result of the last iterative application of the wavelet operation, the parameterizations of the image processing operations being determined such that the result of the data compression reverse transformation DRTn with the previous data compression transformation DTn results in a particularly good fit or a best fit. This ensures that when using the data compression reverse transformation DRTn generated from DTn + 1, approximately the same decompression - 36 -
  • Another core idea of the invention is the transmission-side coding of elements of a data compression operation, which are sent packaged in such picture lines that are not decoded during the visualization of PAL on conventional TV sets. Similar to the PAL + method, a special decoder is required at the receiving end, which unpacks this information in real time and appropriately calculates it in the coding of the picture.
  • the parameterization B0i (Pi, 2) for the receiving-side online Generation of DRT1 from DT2 instead of just extrapolative now in exact form. If this parameterization B0i (Pi, 2) is now also sent in addition to the PAL signal, a receiver-side decoder can do this to the local HDTV generator as parameterization B0i (Pi, l) for calculating DRTO from the receiving side to that from the PAL Provide the calculated DTl. DRTO applied to the PAL picture then results in an HDTV picture.
  • a decoder on the receiving side provides the local HDTV generator with these HHO, THO and / or HTO elements as DRTO for the calculation of HDTV from the PAL picture.
  • FIG. 9 describes an exemplary embodiment of the method according to the invention for increasing the resolution of a raster image.
  • This exemplary embodiment for method 2 is based on a TV picture 90 which is transmitted by a transmitter and is equipped, for example, as a PAL TV picture with, for example, 720 x 576 picture elements.
  • This image 90 is then stored in an image buffer 93 on the one hand.
  • the image is processed in a first data compression stage by means of a wavelet transformer 91.
  • the result of this processing stage is in turn stored in an image buffer 94. - 38 -
  • the inverse wavelet transformation via the high-pass components TH2, HT2 and HH2 or TH2 *, HT2 *, HH2 * for one is achieved by means of a scaling module 92 and an image converter 95 Image processing operation BOi with a parameterization Pi, 2 is generated and made available to the so-called inverse wavelet transformer 96, which in turn then accesses the image buffer 93 with the PAL-TV image 90 contained therein in order to perform the inverse wavelet transformation to an HDTV picture with eg 1440 x 1052 picture elements.
  • This then generated HDTV image is then stored via a so-called RAMDAC unit 97 and, if necessary, is transformed analogously, in order then to be shown on a display unit 98.

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Abstract

The invention relates to a method for increasing the resolution of an image, especially of a TV image. The method comprises the following steps: compiling, digitizing and storing image information to an original image having a given number n1 of pixels in s1 columns and z1 lines. In addition, a data compression inverse transformation is compiled and stored. The data compression inverse transformation is applied on the original image in order to obtain a target image having a number n0 of pixels in s0 columns and z0 lines. The obtained target image having an improved resolution is stored and/or optionally displayed.

Description

- 1 - - 1 -
Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines BildesProcess for increasing the resolution of an image
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Bildes, insbesondere eines TV-Bildes, gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a method for increasing the resolution of an image, in particular a TV image, according to claim 1.
Bei bekannten Bildwiedergabegeräten zur Darstellung von Bildern, deren Bildinformation zeilen- und spaltenweise in Matrixform angeordnet ist, ist eine Vielzahl verschiedener Bildformate üblich geworden.In the case of known image display devices for displaying images, the image information of which is arranged in rows and columns in matrix form, a large number of different image formats has become common.
Demgemäß existieren auch ganz unterschiedliche Formen der Codierung und Übertragung der Bildinformationen z. B. von einer Einheit, welche die Bilder erzeugt und bereitstellt, zu den Bildwiedergabegeräten hin.Accordingly, there are also very different forms of coding and transmission of the image information such. B. from a unit that generates and provides the images to the image display devices.
In der Fernsehtechnik sind z. B. das PAL-, SECAM-, NTSC- und das HDTV-Verfahren zur Bilddatencodierung und/oder -Übertragung als Standards gängig geworden.In television technology, for. B. the PAL, SECAM, NTSC and the HDTV method for image data coding and / or transmission have become standard.
Auf der anderen Seite ist auf dem Gebiet der Computertechnologie eine Vielzahl von Anzeigestandards bei Datenendgeräten, z. B. in Form von Grafikterminals, bekannt. In diesem Bereich der Computergrafik und -animation wurde gegenüber der herkömmlichen Fernsehtechnik ein erheblicher QualitatsvorSprung dadurch erreicht, daß eine viel höhere Auflösung bei gesteigerter Bildwiederholfrequenz im Vollbildverfahren Verwendung findet. So sind z. B. beim SVGA- Standard, insbesondere bei Multimedia-Anwendungen, 1280 x - 2 -On the other hand, in the field of computer technology, a variety of display standards for data terminals, e.g. B. in the form of graphic terminals known. In this area of computer graphics and animation, a considerable improvement in quality has been achieved compared to conventional television technology in that a much higher resolution with an increased refresh rate is used in the full-screen process. So z. B. in the SVGA standard, especially in multimedia applications, 1280 x - 2 -
1024 oder 1600 x 1200 Bildelemente oder Bildpixel bei Bildwiederholfrequenzen der Vollbilder von mindestens 60 Hz üblich, wogegen beim normalen Fernsehen im Halbbildmodus mit 50 oder 60 Hz gearbeitet wird.1024 or 1600 x 1200 picture elements or picture pixels with refresh rates of the full pictures of at least 60 Hz are common, whereas with normal television in the field mode one works with 50 or 60 Hz.
Eine Brücke zwischen den Standards auf dem Computersektor und dem Medienbereich Fernsehen versucht das HDTV (High Definition Television) zu schlagen.HDTV (High Definition Television) tries to bridge the gap between the standards in the computer sector and the television media sector.
Die Konvergenz der beiden technischen Richtungen Fernsehen auf der einen Seite und Computeranwendungen im Mulitmedia- und Grafikbereich auf der anderen Seite hat dazu geführt, daß effektive Verfahren zur digitalen Verarbeitung von Bildinformation geschaffen wurden. Ein Anliegen eines Teils dieser Verfahren ist es, die Redundanz in der Bildinformation auszunutzen um die Menge der Bilddaten, welche enorme Ausmaße annehmen kann, auf einen handhabbaren Umfang zu komprimieren, wobei Verluste an Information möglichst vermieden werden sollen.The convergence of the two technical directions of television on the one hand and computer applications in the multimedia and graphics sector on the other has led to the creation of effective methods for the digital processing of image information. It is a concern of some of these methods to use the redundancy in the image information in order to compress the amount of image data, which can take on enormous dimensions, to a manageable extent, whereby losses of information should be avoided as far as possible.
Andererseits ist es wünschenswert, daß auch gängige und niedrig aufgelöste TV-Bilder im Rahmen der Konvergenz von TV- und Computergrafik zu einer multimedialen Einheit (WEB-TV) auf hochauflösenden Bildausgabegeräten, z. B. einem SVGA-Monitor, unter voller Ausnutzung der Auflösung des Ausgabegerätes darstellbar sind.On the other hand, it is desirable that common and low-resolution TV pictures as part of the convergence of TV and computer graphics to a multimedia unit (WEB-TV) on high-resolution image output devices, eg. B. a SVGA monitor, can be displayed using the full resolution of the output device.
Der Erfindung liegt die A u f g a b e zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem aus einem gegebenen Bild mit einer bestimmten Bildauflösung ein Bild mit verbesserter Bildauflösung, insbesondere mit verdoppelter Bildauflösung, besonders einfach und schnell erzeugt werden kann. - 3 -The object of the invention is to create a method with which a given image with a certain image resolution can be used to produce an image with improved image resolution, in particular with doubled image resolution, particularly simply and quickly. - 3 -
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Bildes, insbesondere eines TV-Bildes, gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche .The object is achieved according to the invention with a method for increasing the resolution of an image, in particular a TV image. Advantageous developments of the method according to the invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht im wesentlichen darin, daß zunächst die Bildinformation zu einem Urbild, welches eine gegebene Anzahl von Bildelementen enthält, welche in Spalten und Zeilen in Matrixform angeordnet sind, bereitgestellt, digitalisiert und gespeichert wird. Das Bereitstellen kann z. B. über eine übliche TV- Empfangsstufe oder über einen üblichen Video-Eingang realisiert sein.The achievement of the object essentially consists in that the image information for an archetype, which contains a given number of image elements, which are arranged in columns and rows in matrix form, is made available, digitized and stored. Providing z. B. can be realized via a conventional TV reception stage or via a conventional video input.
Danach wird das Bild gemäß analoger und/oder digitaler Übertragungs- und Codierungsverfahren (PAL, PAL+, SECAM, NTSC, ... und VHS, SVHS, ... bzw. DVB, DVD, DVHS, ...) decodiert und ggf. z.B. mittels eines A/D-Wandlers digitalisiert und dann in einem üblichen digitalen BildSpeicher zur weiteren Bearbeitung abgelegt.Then the image is decoded according to analog and / or digital transmission and coding methods (PAL, PAL +, SECAM, NTSC, ... and VHS, SVHS, ... or DVB, DVD, DVHS, ...) and if necessary e.g. digitized by means of an A / D converter and then stored in a conventional digital image memory for further processing.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, daß eine Datenkompressions-Rücktransformation bereitgestellt und gespeichert wird. Dies kann z. B. hardwaremäßig durch einen entsprechenden Bildverarbeitungsprozessor oder auch ganz allgemein durch einen Mikrocomputer realisiert sein, in welchem ein auch adaptierbarer Bildverarbeitungsalgorithmus abgelegt ist.The method according to the invention further provides that a data compression reverse transformation is provided and stored. This can e.g. B. hardware by an appropriate image processing processor or very generally by a microcomputer in which an adaptable image processing algorithm is stored.
Danach wird ein sogenanntes Ziel-Bild mit einer bestimmten Anzahl von Bildelementen, die ebenfalls in Spalten und Zeilen in Matrixform angeordnet sind, dadurch erzeugt, daß die bereitgestellte und gespeicherte Datenkompressions-Rück- - 4 -Then a so-called target image with a certain number of picture elements, which are also arranged in columns and rows in matrix form, is generated by the data compression return provided and stored. - 4 -
transformation auf das Urbild oder auf die Bildinformation zum Urbild angewandt wird. Die Datenkompressions-Rücktrans- formation kann hier auch als Datendekompressions-Operation zu einer gegebenen Datenkompressions-Operation aufgefaßt werden. Generell kann die Dekompression der Urbilddaten auf jeglichem Datenkompressionsstandard, wie JPEG, MPEG, MPEG 2 oder Filtern wie Wavelets, Fractals oder dergleichen, basieren.transformation is applied to the archetype or to the image information for the archetype. The data compression reverse transformation can also be understood here as a data decompression operation for a given data compression operation. In general, the decompression of the original image data can be based on any data compression standard such as JPEG, MPEG, MPEG 2 or filters such as wavelets, fractals or the like.
Abschließend wird die aus der Dekompression des Urbildes erhaltene Bildinformation gespeichert und gegebenenfalls zur Anzeige gebracht.Finally, the image information obtained from the decompression of the original image is stored and, if necessary, displayed.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist also, ein gegebenes Urbild, dessen Auflösung erhöht werden soll, fiktiv als komprimiertes Bild aufzufassen und an diesem fiktiv komprimierten Bild eine Datendekompression oder -expansion über die anzuwendende Datenkompressions-Rücktransformation oder die Dekompressions-Operation auszuführen, wodurch ein Bild mit vergrößerter Auflösung erzeugt wird, d. h. mit mehr Bildelementen als das Urbild.A core idea of the present invention is therefore to conceive a given archetype, the resolution of which is to be increased, fictitiously as a compressed image and to perform a data decompression or expansion on this fictitiously compressed image via the data compression re-transformation to be applied or the decompression operation, thereby performing an image is generated with increased resolution, d. H. with more picture elements than the archetype.
Bei der hier in Rede stehenden Datenkompressions-Rücktrans- formation kann es sich im Prinzip um jedes gängige Verfahren handeln, mit dem ein digital komprimierter Datensatz dekomprimiert oder expandiert werden kann, mit dem also eine vorab stattgefundene Datenkompression im wesentlichen rückgängig gemacht werden kann.In principle, the data compression re-transformation in question here can be any common method with which a digitally compressed data record can be decompressed or expanded, with which a previously performed data compression can essentially be undone.
Vorteilhafterweise wird hierbei aber auf Datenkompressions- Transformationen zurückgegriffen, welche verlustfrei oder fast oder im wesentlichen verlustfrei arbeiten. Dann nämlich kann aus der gegebenen Datenkompressions-Transforma- tion eine zu dieser Transformation inverse, d. h. rück- - 5 -Advantageously, however, data compression transformations are used which work lossless or almost or essentially lossless. Then, from the given data compression transformation, an inverse to this transformation, ie back - 5 -
gängig machende Datenkompressions-Rücktransformation erstellt werden. Diese ist dann auf das Urbild anwendbar, um ein Ziel-Bild mit höherer Auflösung, d. h. mit gegenüber dem Urbild mehr Bildelementen zu generieren.common data compression reverse transformation can be created. This is then applicable to the original image to create a target image with a higher resolution, i. H. to generate more picture elements compared to the archetype.
Besonders einfach und flexibel gestaltet sich das erfindungsgemäße Verfahren dann, wenn der Datenkompressions- Rücktransformation eine sogenannte Wavelet-Transformation und/oder eine fraktale Zerlegung zugrunde gelegt wird.The method according to the invention is particularly simple and flexible if the data compression reverse transformation is based on a so-called wavelet transformation and / or a fractal decomposition.
Bei Wavelet-Transformationen sind die Bildinformationsverluste beim Komprimieren von Bilddaten besonders gering, oder sie verschwinden ganz. Ferner hat sich gezeigt, daß die Rücktransformation zu einer Wavelet-Transformation selbst dann gute Ergebnisse liefert, falls die Differenzdaten, die den Unterschied zwischen Urbild und komprimiertem Bild beschreiben, verlorengehen oder bei der Rücktransformation nicht verwendet werden. Darüber hinaus läßt sich die Wavelet-Transformation und mithin auch die einer Wavelet-Transformation entspringende Datenkompressions-Rücktransforma- tion besonders flexibel an die zu verarbeitende Datenmenge anpassen, so daß ein besonders schnelles und in Echtzeit ausführbares Verfahren zum Erhöhen der Auflösung eines Bildes bereitgestellt werden kann.With wavelet transformations, the image information losses when compressing image data are particularly small, or they disappear entirely. Furthermore, it has been shown that the inverse transformation to a wavelet transformation delivers good results even if the difference data describing the difference between the original image and the compressed image is lost or is not used in the inverse transformation. In addition, the wavelet transformation, and consequently also the data compression reverse transformation resulting from a wavelet transformation, can be adapted particularly flexibly to the amount of data to be processed, so that a particularly fast and real-time method for increasing the resolution of an image can be provided .
Dabei kann bei der inversen Wavelet-Transformation, wie oben bereits erwähnt wurde, auch auf die Differenzbilddaten verzichtet werden.In the case of the inverse wavelet transformation, as already mentioned above, the difference image data can also be dispensed with.
Andererseits kann aus der zugrundegelegten Wavelet-Transformation der Datensatz für die Differenzbilder nachträglich aus einer Folge komprimierter Bilder zum Urbild durch - 6 -On the other hand, from the underlying wavelet transformation, the data set for the difference images can subsequently be converted from a sequence of compressed images into the original image - 6 -
iteratives Anwenden der Wavelet-Transformation auf das Urbild erzeugt werden. Dabei ist eine weitere Kernidee, daß die zugrundegelegte Wavelet-Transformation in ihrer Wirkung als Datenkompressions-Transformation auch schon Informationen darüber enthält, wie sich das Anwenden der inversen Wavelet-Transformation auf das Urbild auswirken würde. Dieser Aspekt wird weiter unten noch im Detail erläutert.iterative application of the wavelet transformation to the original image. Another core idea is that the underlying wavelet transformation, in its effect as a data compression transformation, already contains information about how the application of the inverse wavelet transformation would affect the archetype. This aspect is explained in more detail below.
Jeder Wavelet-Transformation ist zumindest ein Filterpaar aus einem Blurr- oder Tiefpaßfilter auf der einen Seite und einem Sharpen- oder Hochpaßfilter auf der anderen Seite zugrundegelegt .Each wavelet transformation is based on at least one filter pair consisting of a blurr or low-pass filter on one side and a Sharpen or high-pass filter on the other side.
Besonders vorteilhaft ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß der Datenkompressions-Rücktransformation jeweils mindestens ein Blurr- oder Tiefpaßfilter und mindestens ein Sharpen- oder Hochpaßfilter zugrundegelegt werden, welche spiegelbar oder invertierbar sind oder diese Eigenschaften zumindest im wesentlichen erfüllen. Dabei ist dann den zugrundegelegten Filtern jeweils ein invertiertes oder gespiegeltes Blurr- oder Tiefpaßfilter und ein invertiertes oder gespiegeltes Sharpen- oder Hochpaßfilter zugeordnet .It is particularly advantageous in the method according to the invention that the data compression reverse transformation is based on at least one blurr or low-pass filter and at least one sharpen or high-pass filter, which are mirrorable or invertible or at least essentially meet these properties. An inverted or mirrored blurr or low-pass filter and an inverted or mirrored Sharpen or high-pass filter are then assigned to the underlying filters.
Diese Filter oder Filterpaare ergeben sich im wesentlichen aus der zugrundegelegten Wavelet-Transformation, welche in bezug auf die speziellen Umstände über ihre Wavelet-Basis- funktionen angepaßt ist und ausgewählt wird.These filters or filter pairs essentially result from the underlying wavelet transformation, which is adapted and selected in relation to the special circumstances via its wavelet basic functions.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Anwenden der Datenkompressions- Rücktransformation auf das Urbild einen Verfahrensschritt auf, bei welchem jeweils eine Spalte von Bildelementen hin- - 7 -In a preferred exemplary embodiment of the method according to the invention, the application of the data compression reverse transformation to the original image has a method step in which a column of image elements - 7 -
ter jede Spalte des gespeicherten Bildes oder Urbildes eingefügt wird. Nach Einfügung der Spalten ergibt sich ein Zwischenbild mit verdoppelter Spaltenzahl, welches ebenfalls zwischengespeichert wird. Danach ist es vorgesehen, daß das gespiegelte oder invertierte Tiefpaßfilter oder Blurr-Filter und das gespiegelte oder invertierte Hochpaß- oder Sharpenfilter unter Einsatz bekannter Verfahren der Bildverarbeitung modifiziert und auf die Spalten dieses zwischengespeicherten Zwischenbildes angewandt wird. Ferner wird die dann erhaltene Bildinformation ebenfalls gespeichert und/oder gegebenenfalls zur Anzeige gebracht.every column of the saved image or archetype is inserted. After inserting the columns, there is an intermediate image with a doubled number of columns, which is also buffered. It is then provided that the mirrored or inverted low-pass filter or Blurr filter and the mirrored or inverted high-pass filter or Sharpen filter be modified using known image processing methods and applied to the columns of this intermediate image which has been buffered. Furthermore, the image information then obtained is also stored and / or possibly displayed.
Bei dieser Vorgehensweise können die einzufügenden Bildelemente entweder zunächst keine Bildinformation enthalten. Ihnen wird dann durch das Anwenden der invertierten und/ oder modifizierten Filter unter Berücksichtigung der Bildinformation der benachbarten Spalten des Urbildes Bildinformation zugewiesen. Oder aber die Bildinformation ergibt sich aus dem oben beschriebenen interativen Anwenden der Wavelet-Transformation auf das Urbild zur Erzeugung einer Folge komprimierter Zwischenbilder.With this procedure, the picture elements to be inserted can either initially contain no picture information. They are then assigned image information by using the inverted and / or modified filters, taking into account the image information of the neighboring columns of the original image. Or the image information results from the above-described interactive application of the wavelet transformation to the original image to generate a sequence of compressed intermediate images.
Durch dieses Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erreicht, daß aus dem eingelesenen, digitalisierten und gespeicherten Ursprungs- oder Urbild ein Ziel- Bild erzeugt wird, welches die doppelte Spaltenzahl wie das Urbild aufweist.This exemplary embodiment of the method according to the invention ensures that a target image which has twice the number of columns as the original image is generated from the imported, digitized and stored original or original image.
Auf sinnesphysiologischer Ebene wird bei diesem Ausführungsbeispiel unter anderem ausgenutzt, daß das horizontale Auflösungsvermögen des menschlichen visuellen Wahrnehmungssystems größer ist als in vertikaler Richtung. Diese sinnesphysiologische Eigenart wird z.B. bereits beim PAL+ für das 16:9-Format praktisch eingesetzt. - 8 -At the level of sensory physiology this embodiment makes use of the fact that the horizontal resolution of the human visual perception system is greater than that in the vertical direction. This sense-physiological peculiarity is already used in the PAL + for the 16: 9 format, for example. - 8th -
Durch eine objektive Erhöhung oder Verbesserung der horizontalen Auflösung und Textur eines Bildes um einen bestimmten Wert Θ wird auf subjektiver Ebene für den Betrachter eine scheinbare Verbesserung erreicht, welche sogar größer ist als der Betrag Θ.An objective increase or improvement in the horizontal resolution and texture of an image by a certain value Θ results in an apparent improvement for the viewer on a subjective level, which is even greater than the amount Θ.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt vorgesehen, daß jeweils eine Zeile mit Bildelementen hinter jede Zeile eines zwischengespeicherten Bildes eingefügt wird und die so erhaltene Bildinformation des Zwischenbildes ebenfalls zwischengespeichert wird. Danach wird ebenfalls das gespiegelte oder invertierte Tiefpaßfilter oder Blurr-Filter und/oder das gespiegelte und/oder invertierte Hochpaß- oder Sharpenfilter unter Einsatz bekannter Verfahren der Bildverarbeitung modifiziert und auf die Zeilen dieses zwischengespeicherten Bildes angewandt, und die erhaltene Bildinformation wird gespeichert und/oder gegebenenfalls zur Anzeige gebracht.In a further exemplary embodiment of the method according to the invention, it is preferably provided that a line with picture elements is inserted behind each line of a buffered image and the image information of the intermediate image thus obtained is also buffered. Thereafter, the mirrored or inverted low-pass filter or Blurr filter and / or the mirrored and / or inverted high-pass or Sharpen filter is also modified using known methods of image processing and applied to the lines of this buffered image, and the image information obtained is stored and / or reported if necessary.
Auch hier kann die zunächst eingefügte Information in Form zusätzlicher Bildzeilen zu Null gesetzt werden, also keine Information enthalten. Sie wird dann durch das Anwenden der invertierten und/oder modifizierten Filter unter Berücksichtigung der Bildinformation der benachbarten Zeilen des Urbildes erzeugt und zugewiesen. Die Bildinformation kann aber auch aus der oben bereits beschriebenen Prozedur des iterativen Anwendens des Wavelet-Transformationsverfahrens auf das Urbild zur Erzeugung einer Abfolge komprimierter Bilder erzeugt werden.Here, too, the information initially inserted can be set to zero in the form of additional picture lines, ie it cannot contain any information. It is then generated and assigned by using the inverted and / or modified filters, taking into account the image information of the neighboring lines of the original image. However, the image information can also be generated from the above-described procedure of iteratively applying the wavelet transformation method to the original image in order to generate a sequence of compressed images.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden ebenfalls wieder die sinnesphysiologischen Eigenarten des menschlichen visuellen Wahrnehmungssystems ausgenutzt . - 9 -In this embodiment, the sensory physiological characteristics of the human visual perception system are also used again. - 9 -
Denn objektiv wird hier eine Auflösungsverdoppelung auch dann erreicht, wenn die neuen Zwischenzeilen mit der gleichen Auflösung (spaltenmäßig) generiert werden, wie die Halbbildzeilen des Urbildes. Diese objektiv gegebene Auflösungsverbesserung wird aber subjektiv vom Betrachter nicht als solche empfunden, weil die Halbbilder (A und B) der Momentaufnahmen (A und B) vom menschlichen visuellen Wahrnehmungsapparat verlustfrei zur Gesamtauflösung super- poniert oder überlagert werden und in den vom Auge fixierten bewegten Anteilen bei Erhaltung der Texturschärfe der Halbbilder interpoliert werden. Andererseits führt eine Generierung von Zwischenzeilen mit geringerer Auflösung (spaltenmäßig) als die der Zeilen des Ur-Halbbildes zu einer beim Vollbild als subjektiv empfundenen Auflösungsver- schlechterung, obwohl objektiv durchaus eine Auflösungsver- besserung des Vollbildes gegenüber dem Ur-Halbbild erreicht sein kann.Objectively, the resolution is doubled even if the new intermediate lines are generated with the same resolution (in columns) as the field lines of the original image. This objectively given improvement in resolution is subjectively not perceived by the viewer as such, because the fields (A and B) of the snapshots (A and B) are superposed or superimposed without loss on the overall resolution by the human visual perception apparatus and in the moving parts fixed by the eye interpolated while maintaining the texture sharpness of the fields. On the other hand, generation of intermediate lines with a lower resolution (column-wise) than that of the lines of the original field leads to a deterioration in resolution which is perceived as subjective in the case of the frame, although objectively an improvement in the resolution of the frame compared to the original field can be achieved.
Auf der Grundlage dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels kann z. B. erreicht werden, daß ein einlaufendes TV-Halbbild, das z. B. ursprünglich im PAL-Verfahren codiert ist, durch subjektiv auslösungserhaltende Zeilenverdopplung in ein Vollbild umgewandelt wird.Based on this preferred embodiment, e.g. B. can be achieved that an incoming TV field, the z. B. is originally coded in the PAL method, is converted into a full frame by subjectively doubling lines that maintain the trigger.
Wenn die beiden zuletzt beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Verfahrens nacheinander durchgeführt werden, nämlich zunächst eine Zeilenverdoppelung und dann anschließend eine Spalten- und Zeilenverdoppelung, kann erreicht werden, daß z. B. ein einlaufendes Ur- oder Halbbild zunächst in ein Vollbild oder TV- Vollbild und anschließend dann in ein HDTV-Bild mit doppelter Spalten- und Zeilenzahl, d.h. mit der vierfachen Bildauflösung gegenüber dem Vollbild erzeugt wird. - 10 -If the two last-described preferred exemplary embodiments of the method according to the invention are carried out in succession, namely first a row doubling and then a column and row doubling, it can be achieved that, for. B. an incoming original or field first in a full picture or TV full picture and then in an HDTV picture with double the number of columns and lines, ie with four times the image resolution compared to the full picture. - 10 -
Auf diese Weise ist es möglich, bekannte Computermonitoranordnungen mit hoher Auflösung im Vollbild- oder non-in- terlaced-Verfahren zu betreiben und dabei übliche Fernsehbilder über eine Empfangseingangsstufe zu erhalten und eben auf diesem Monitor mit hoher Qualität in Auflösung und Bildruhe darzustellen.In this way, it is possible to operate known computer monitor arrangements with high resolution using the full-screen or non-interlaced method and to obtain conventional television pictures via a reception input stage and to display them on this monitor with high quality in resolution and picture smoothness.
Auf diese Weise wird ein Verfahren geschaffen, mit dem sowohl übliche Computergrafik-Anwendungen oder -Animationen möglich sind, und darüber hinaus eben auch ein Ausgabegerät mit hoher Qualität für übliche TV-Sendungen bereitgestellt wird.In this way, a method is created with which both conventional computer graphics applications or animations are possible and, moreover, a high-quality output device is also provided for conventional TV programs.
Wie oben bereits erwähnt wurde, ist es von Vorteil, daß zu einem Urbild durch Anwenden der Datenkompressions-Transfor- mation ein komprimiertes Bild erzeugt wird, welches insbesondere im wesentlichen in das Urbild rücktransformierbar ist. Ferner ist es dabei vorgesehen, daß aus dem Urbild, dem komprimierten Bild, der Datenkompressions-Transforma- tion und/oder einer Transformation durch Anwendung geeigneter Bildverarbeitungsoperatoren in Echtzeit die Datenkom- pressions-Rücktransformation erzeugt wird, welche bei Anwendung auf das Urbild zu einem auflösungsverbesserten Ziel-Bild führt.As already mentioned above, it is advantageous that a compressed image is generated for an original image by applying the data compression transformation, which image can in particular be essentially transformed back into the original image. It is further provided that the original image, the compressed image, the data compression transformation and / or a transformation is generated in real time by the use of suitable image processing operators, which, when applied to the original image, improves the resolution Lead image leads.
Eine Kernidee dieser Vorgehensweise besteht darin, zusätzlich zu der Bildinformation aus dem Urbild und der Information der Datenkompressions-Transformation Rückschlüsse auf das Verhalten der DatenkompressionsRücktransformation zu gewinnen. Daraus läßt sich die Datentransformations- Rücktransformation in Echtzeit konstruieren. Dabei kann die Information in Form der Wavelet-Koeffizienten und/oder Bildverarbeitungsoperatoren-Koefffizienten durch Anwenden - 11 -A core idea of this procedure is to obtain conclusions about the behavior of the data compression reverse transformation in addition to the image information from the original image and the information from the data compression transformation. The data transformation inverse transformation can be constructed from this in real time. The information in the form of the wavelet coefficients and / or image processing operator coefficients can be applied - 11 -
der Datenkompressions-Transformation auf das Urbild sowie der Bildverarbeitungsoperatoren auf das Ergebnis der Da- tenkompressions-Transformation des Urbildes und der daraus erhaltenen Bildinformationen aus dem komprimierten Bild verwendet werden. Die Rückschlüsse geben Aufschluß über die Anwendung dieser Rücktransformation auf das Urbild.the data compression transformation to the original image and the image processing operators to the result of the data compression transformation of the original image and the image information obtained therefrom from the compressed image. The conclusions provide information about the application of this reverse transformation to the archetype.
Von Vorteil ist es dabei, daß aus der Datenkompressions- Rücktransformation, insbesondere in Echtzeit, auch eine texturverbessernde Datenkompressions-Rücktransformation erzeugt wird, welche bei Anwendung auf das Urbild nicht nur zu einer Auflösungsverbesserung beim Ziel-Bild führt, sondern auch zu einer entsprechenden Texturverbesserung.It is advantageous here that the data compression reverse transformation, in particular in real time, also produces a texture-improving data compression reverse transformation which, when applied to the original image, not only leads to an improvement in the resolution of the target image, but also to a corresponding texture improvement.
Durch diese Vorgehensweise können also insbesondere beim Anpassen des Urbildes an ein hochauflösendes Ausgabegerät auch weitere Bildeigenschaften verändert werden. Dabei ist es auch vorgesehen, daß bestimmte Datenbearbeitungsverfahren wie Grauwertskalierung, Kantenverdünnung oder dergleichen Anwendung finden.This procedure means that other image properties can also be changed, in particular when adapting the original image to a high-resolution output device. It is also provided that certain data processing methods such as gray scale scaling, edge thinning or the like are used.
All diese Verfahrens- und Vorgehensweisen bieten sich auch bei der Bearbeitung von z.B. Videoaufzeichnungen an, wo keine Echtzeitverarbeitung notwendig ist.All of these procedures and procedures are also available when processing e.g. Video recordings where no real-time processing is necessary.
Wurde bei der eben beschriebenen Verfahrensweise die Daten- kompressions-Transformation nur ein einziges Mal auf das Urbild angewandt, so wird bevorzugt eine Vielzahl von Einzelinformationen dadurch gewonnen, daß die Datenkompres- sions-Transformation iterativ auf das Urbild und die daraus entstehenden komprimierten Folgebilder angewandt wird. Aus den Einzelinformationen aufeinanderfolgender Iterationsschritte werden durch Differenzminimierungsverfahren Koeffizienten von Bildverarbeitungsoperatoren für die Transfor- - 12 -If, in the procedure just described, the data compression transformation was applied only once to the original image, a large amount of individual information is preferably obtained by applying the data compression transformation iteratively to the original image and the resulting compressed subsequent images . From the individual information of successive iteration steps, coefficients of image processing operators for the transformation - 12 -
mation der Filter identifiziert (Transformationskoeffizienten). Ferner ist es dabei vorgesehen, daß zum Generieren und Bereitstellen der Datenkompressions-Rücktransformation die Information aus dem Urbild, der Datenkompressions- Transformation, insbesondere aus den Transformations-Koeffizienten und der Folge komprimierter Bilder verwendet wird.tion of the filters identified (transformation coefficients). Furthermore, it is provided that the information from the original image, the data compression transformation, in particular from the transformation coefficients and the sequence of compressed images, is used to generate and provide the data compression reverse transformation.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Generieren und Bereitstellen der Datenkompressions-Rücktransformation aus der iterierten Anwendung der Datenkompressions-Transformation auf das Urbild ein Extrapolations-Verfahren verwendet, bei welchem gerade die eben erwähnten Daten als Eingabedaten dienen.In a further preferred exemplary embodiment of the method according to the invention, an extrapolation method is used when generating and providing the data compression reverse transformation from the iterated application of the data compression transformation to the archetype, in which the data just mentioned serve as input data.
In allen diesen Verfahrens- und Vorgehensweisen bietet sich zur Generierung eines auflösungsverbesserten Bildes BO aus dem Urbild Bl in Echtzeit die Arbeit mit apriori bereitgestellten Wavelet-Koeefizienten und parametrisierten Bildverarbeitungsoperatoren an. Die Parametrisierung der auf der Datenkompressions-Transformation angewandten Bildverarbeitungsoperatoren wird anhand einer repräsentativen Stichprobe HDTV-aufgelöster Videosequenzen durch die Anwendung bekannter Polyoptimierungsverfahren zur Differenzminimie- rung zwischen der aus den HDTV-Bildern BO errechneten Da- tenkompressions-Rücktransformationen IW-errechnet und den nach den erfindungsgemäßen Verfahren und Vorgehensweisen generierten Datenkompressions-Rücktransformationen IW-gene- riert ermittelt, wobei der TT-Tiefpaßanteil von IW-errechnet dem bereitgestellten Urbild Bl entspricht.In all of these methods and procedures, working with a priori provided wavelet coefficients and parameterized image processing operators is available for generating a resolution-improved image BO from the original image B1 in real time. The parameterization of the image processing operators used for the data compression transformation is calculated on the basis of a representative sample of HDTV-resolved video sequences by using known polyoptimization methods for minimizing the difference between the data compression back-transformations calculated from the HDTV images BO and those according to the invention Methods and procedures generated data compression reverse transformations IW-generated determined, the TT low-pass component calculated by IW corresponds to the original image Bl provided.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In dieser zeigt - 13 -The invention is explained in more detail below with the aid of a schematic drawing based on preferred exemplary embodiments. In this shows - 13 -
Fig. 1 ein Blockdiagramm, in welchem ein Datenkompressionsverfahren allgemein dargestellt ist,1 is a block diagram generally showing a data compression method;
Fig. 2 ein Blockdiagramm, welches die prinzipielle Vorgehensweise beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Bildes darstellt,2 is a block diagram illustrating the basic procedure for the method according to the invention for increasing the resolution of an image,
Fig. 3 ein Blockdiagramm, welches eine erste Stufe der Anwendung einer Wavelet-Transformation zur Daten-Kompression darstellt,3 is a block diagram illustrating a first stage in the use of a wavelet transform for data compression.
Fig. 4 ein Blockdiagramm, welches die iterierte Anwendung der Wavelet-Transformation darstellt,4 is a block diagram illustrating the iterated application of the wavelet transform.
Fig. 5 ein Blockdiagramm, welches ein Ausführungsbei- spiel des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,5 shows a block diagram which represents an exemplary embodiment of the method according to the invention,
Fig. 6 ein Blockdiagramm, welches ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,6 shows a block diagram which represents a further exemplary embodiment of the method according to the invention,
Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,7 is a block diagram illustrating an apparatus for carrying out the method according to the invention,
Fig. 8 ein Blockdiagramm, welches eines Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels darstellt, und8 is a block diagram illustrating an apparatus for executing the method according to the invention in accordance with a further exemplary embodiment, and
Fig. 9 ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. - 14 -9 is a block diagram illustrating an embodiment of the method according to the invention. - 14 -
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, welches ein Datenkompressionsverfahren grundsätzlich darstellt. In diesem Verfahren wird von einem ursprünglichen Bild oder Urbild Bl ausgegangen. Dieses Urbild Bl besitzt nl Bildelemente bl, welche in Matrixform in zl Zeilen und sl Spalten angeordnet sind. Die Bildelemente bl selbst beinhalten die eigentliche Bildinformation, z. B. in Form einer RGB-Codierung, bei welcher die einzelnen Anteile der Farben rot, grün und blau beschrieben werden.1 shows a block diagram which basically represents a data compression method. In this process, an original image or archetype B1 is assumed. This archetype B1 has nl picture elements bl, which are arranged in matrix form in zl rows and sl columns. The picture elements bl themselves contain the actual picture information, e.g. B. in the form of RGB coding, in which the individual portions of the colors red, green and blue are described.
Auf dieses Urbild Bl wird ein Kompressionsverfahren oder eine Datenkompressions-Transformation R angewandt. Nach Anwendung dieser Transformation R erhält man ein Zielbild B2, welches n2 Bildelemente b2 aufweist, die ihrerseits ebenfalls in Matrixform in s2 Spalten und z2 Zeilen angeordnet sind.A compression method or a data compression transformation R is applied to this archetype B1. After applying this transformation R, a target image B2 is obtained which has n2 picture elements b2, which in turn are also arranged in matrix form in s2 columns and z2 lines.
Bei der Anwendung der Datenkompressions-Transformation R auf das Urbild Bl zur Erzielung des komprimierten Bildes B2 können unter Umständen Bildinformationen Δ verlorengehen. In diesem Fall spricht man von einer sogenannten verlustbehafteten Datenkompression R mit einer Bilddifferenz Δ. Ist die Bilddifferenz von Urbild Bl zu komprimierten Bild B2 Null, so wird von einer verlustfreien Datenkompressions-Transformation R gesprochen.When the data compression transformation R is applied to the original image B1 to obtain the compressed image B2, image information Δ may be lost under certain circumstances. In this case one speaks of a so-called lossy data compression R with an image difference Δ. If the image difference from original image B1 to compressed image B2 is zero, then a lossless data compression transformation R is referred to.
Die Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm, welches das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch darstellt. Bei diesem Verfahren wird das empfangene und/oder aus einem Datenträger bereitgestellte und digitalisierte Urbild Bl, welches nl Bildelemente bl in Matrixform in zl Zeilen und sl Spalten aufweist, so behandelt, als wäre es bereits das Ergebnis der Anwendung einer Datenkompressions-Transforma- tion R auf ein fiktives Ursprungsbild BO. - 15 -FIG. 2 shows a block diagram which schematically represents the principle of the method according to the invention. In this method, the original image Bl received and / or digitized and provided from a data carrier, which has nl picture elements bl in matrix form in zl rows and sl columns, is treated as if it were already the result of the application of a data compression transformation R on a fictitious original picture BO. - 15 -
Unter dieser Voraussetzung wird nun die inverse oder gespiegelte Transformation IR, nämlich die Datenkompressions- Rücktransformation oder Datendekompressions-Transformation, erzeugt und bereitgestellt und auf das Urbild Bl angewandt. Als Ergebnis ergibt sich als Ziel-Bild BO ein Bild mit nO Bildelementen bO, welche in zO Zeilen und sO Spalten angeordnet sind.Under this condition, the inverse or mirrored transformation IR, namely the data compression reverse transformation or data decompression transformation, is now generated and provided and applied to the archetype B1. As a result, the target image BO results in an image with nO picture elements bO, which are arranged in zO rows and so columns.
Bei der Anwendung der Datenkompressions-Rücktransformation IR auf das Urbild Bl kann die sogenannte Bilddifferenz Δ entweder zu Null angenommen werden, oder sie wird künstlich entweder beim Aufbau des Zielbildes BO oder direkt bei der Konstruktion der Datenkompressions-Rücktransformation IR berücksichtigt.When the data compression reverse transformation IR is applied to the original image B1, the so-called image difference Δ can either be assumed to be zero, or it is artificially taken into account either in the construction of the target image BO or directly in the construction of the data compression reverse transformation IR.
Im Ergebnis ergibt sich nach Anwendung der Datenkompres- sions-Rücktransformation IR auf das Urbild Bl ein Ziel-Bild BO, welches eine höhere Auflösung besitzt.As a result, after the data compression reverse transformation IR has been applied to the original image B1, a target image BO is obtained which has a higher resolution.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm, in welchem die einfache Anwendung einer Wavelet-Transformation W auf ein Urbild Bl mit nl Bildelementen in zl Zeilen und sl Spalten in Matrixform dargestellt ist. Die Wavelet-Transformation hat als Grundlage ein Filterpaar mit einem Hochpaßfiler H und einem Tiefpaßfilter T.FIG. 3 shows a block diagram in which the simple application of a wavelet transformation W to an archetype B1 with nl picture elements in zl rows and sl columns is shown in matrix form. The basis of the wavelet transformation is a filter pair with a high-pass filter H and a low-pass filter T.
Ausgehend vom Urbild Bl, werden zunächst das Tiefpaßfilter T und das Hochpaßfilter H jeweils auf die Zeilen des Urbildes Bl angewandt. Als Ergebnis erhält man zwei zeilenmäßig tiefpaß- bzw. hochpaßgefilterte Zwischenbilder 11 und 12. Aus diesen Zwischenbildern wird jeweils zunächst mittels eines Verfahrens Z zum Zeilenentfernen jede zweite Zeile aus den Zwischenbildern 11 und 12 entfernt. Als Ergebnis werden Zwischenbilder 21 und 22 erhalten. - 16 -Starting from the original image Bl, the low-pass filter T and the high-pass filter H are first applied to the lines of the original image Bl. The result is two line-by-line low-pass or high-pass filtered intermediate images 11 and 12. From these intermediate images, every second line is first removed from the intermediate images 11 and 12 using a method Z for line removal. As a result, intermediate images 21 and 22 are obtained. - 16 -
Auf diese Zwischenbilder 21 und 22 werden jetzt spaltenmäs- sig das Tiefpaßfilter und das Hochpaßfilger erneut angewandt. Als Ergebnis erhält man nun vier Zwischenbilder 31, 32, 33 und 34, die zusätzlich spaltenmäßig tiefpaß- bzw. hochpaßgefiltert sind. Von diesen Zwischenbildern 31, 32, 33 und 34 wird jetzt mittels eines Operators S zum Spalten- Entfernen jede zweite Spalte dieser Zwischenbilder entfernt. Als Ergebnis erhält man vier Zwischenbilder TT, HT, TH und HH.The low-pass filter and the high-pass filter are now reapplied to these intermediate images 21 and 22. As a result, four intermediate images 31, 32, 33 and 34 are obtained, which are additionally low-pass and high-pass filtered in columns. Every second column of these intermediate images is now removed from these intermediate images 31, 32, 33 and 34 by means of an operator S for column removal. The result is four intermediate images TT, HT, TH and HH.
Nach einmaliger Anwendung der Wavelet-Transformation W erhält man also vier Einzelbilder TT, HT, TH und HH. Der Anteil TT ist ein Tiefpaß-Zeilen-Tiefpaß-Spalten-Bild, bei welchem gegenüber dem Urbild Bl jede zweite Spalte und jede zweite Zeile gestrichen ist. Es ist somit eine verkleinerte und geglättete Version des Original- oder Urbilds Bl und wird mit B2 bezeichnet.After applying the wavelet transformation W once, four individual images TT, HT, TH and HH are obtained. The portion TT is a low-pass line, low-pass column image, in which every second column and every second line is deleted compared to the original image B1. It is therefore a reduced and smoothed version of the original or original image B1 and is referred to as B2.
Der Anteil TH ist ein Tiefpaß-Zeilen-Hochpaß-Spalten-Bild und enthält Differenzinformationen zwischen Urbild Bl und dem Anteil TT in horizontaler Richtung der Bildinformation.The portion TH is a low-pass row high-pass column image and contains difference information between the original image Bl and the portion TT in the horizontal direction of the image information.
Der Anteil HT ist ein Hochpaß-Zeilen-Tiefpaß-Spalten-Bild und enthält die Bilddifferenz-Information zum Urbild Bl in vertikaler Richtung.The portion HT is a high-pass line low-pass column image and contains the image difference information for the original image B1 in the vertical direction.
Schließlich ist der Anteil HH ein Hochpaß-Zeilen-Hochpaß- Spalten-Bild und enthält die Differenzinformation in bezug auf das Urbild Bl in diagonaler Richtung.Finally, the portion HH is a high-pass line-high-pass column image and contains the difference information with respect to the original image B1 in the diagonal direction.
Beim Rekonstruieren des Urbildes Bl aus den Anteilen TT, HT, TH und HH werden die Einzeloperationen des Entfernens von Spalten und Zeilen durch Einfügen von Spalten bzw. Zei- - 17 -When the original image Bl is reconstructed from the parts TT, HT, TH and HH, the individual operations of removing columns and rows are made by inserting columns or rows - 17 -
len, welche nur aus Nullen bestehen, rückgängig gemacht, und die Filteroperationen werden mit gespiegelten oder invertierten Filtern wieder aufgehoben. Durch Superposition oder Überlagerung der Anteile TT, HT, TH und HH erhält man dabei dann die Bildinformationen des Urbildes Bl zurück. Wahlweise können auch sämtliche Hochpaß- oder H-Anteile, d. h. HT, TH und HH vernachlässigt oder zu Null gesetzt werden.len, which consist only of zeros, are undone, and the filter operations are canceled with mirrored or inverted filters. By superposition or superposition of the parts TT, HT, TH and HH, the image information of the original image B1 is then obtained. Optionally, all high-pass or H components, i.e. H. HT, TH and HH are neglected or set to zero.
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, in welchem die iterierte Anwendung der Wavelet-Transformation W dargestellt ist.FIG. 4 shows a block diagram in which the iterated application of the wavelet transformation W is shown.
Ausgehend von einem Urbild Bl wird die Wavelet-Transformation W zunächst auf das Urbild Bl selbst angewandt. Als Ergebnis erhält man ein komprimiertes Bild B2, welches dem Anteil TT entspricht, und Hochpaß-Anteile (HT, TH, HH), die die Differenzinformationen zum Urbild Bl tragen.Starting from an archetype B1, the wavelet transformation W is first applied to the archetype B1 itself. The result is a compressed image B2, which corresponds to the portion TT, and high-pass portions (HT, TH, HH), which carry the difference information to the original image B1.
Danach wird die Wavelet-Transformation W auf das komprimierte Bild B2 der ersten Kompressionsstufe aus dem TT- Anteil der ersten Anwendung der Wavelet-Transformation W angewandt. Als Ergebnis erhält man ein weiter komprimiertes Bild B3, nämlich als TT-Anteil der zweiten Iterationsstufe der Wavelet-Transformation W. Die Differenzinformationen von dem Bild B3 gegenüber dem Bild B2 ist in neuen Hochpaßanteilen der zweiten Stufe enthalten (HT, TH, HH).Then the wavelet transformation W is applied to the compressed image B2 of the first compression stage from the TT component of the first application of the wavelet transformation W. The result is a further compressed image B3, namely as a TT component of the second iteration stage of the wavelet transformation W. The difference information from image B3 compared to image B2 is contained in new high-pass components of the second stage (HT, TH, HH).
Durch weitere iterierte Anwendungen der Wavelet-Transformation W auf die jeweiligen TT-Anteile erhält man weitere Folgeglieder, d. h. weitere komprimierte Teilbilder, B4, B5, mit entsprechenden Hochpaßanteilen.Further iterated applications of the wavelet transformation W on the respective TT components result in further successors, i. H. further compressed drawing files, B4, B5, with corresponding high-pass components.
Bei der iterierten Anwendung der Wavelet-Transformation W sind die einzelnen Iterationen umkehrbar und die Umkehrun- - 18 -In the iterated application of the wavelet transformation W, the individual iterations are reversible and the inverse - 18 -
gen IW führen zum jeweiligen Vorgängerbild und schließlich auch zum Urbild Bl zurück, wenn man, wie oben beschrieben wurde, sämtliche Operationen umkehrt und die Differenzinformationen aus den Hochpaßanteilen einsetzt.gen IW lead back to the respective previous image and finally also to the original image B1 if, as described above, all operations are reversed and the difference information from the high-pass components is used.
Die Fig. 5 zeigt in einem Blockdiagramm schematisch den Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem aus einem PAL-Eingangssignal zu einem Urbild Bl, nämlich einem TV-Halbbild, durch Anwendung der Datenkompressions-Rücktransformation im Sinne einer invertierten Wavelet-Transformation IW ein Vollbild BO mit verdoppelter Zeilenzahl gegenüber dem Urbild Bl erzeugt wird.5 schematically shows in a block diagram the sequence of an exemplary embodiment of the method according to the invention, in which a PAL input signal forms an original picture B1, namely a TV field, by using the data compression reverse transformation in the sense of an inverted wavelet transformation IW Full picture BO with double the number of lines compared to the original picture Bl is generated.
Dabei kann die invertierte Wavelet-Transformation IW, die sich aus der Wavelet-Transformation W ergibt, bereits gegeben und bereitgestellt sein. Es kann aber auch, wie das in diesem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 gezeigt ist, die invertierte Wavelet-Transformation IW durch Erzeugen eines gegenüber dem Urbild Bl komprimierten Bildes B2 abgeleitet werden. Dabei wird das komprimierte Bild B2 dadurch erhalten, daß die gegebene Wavelet-Transformation W auf das Urbild Bl so angewendet wird, wie das oben allgemein beschrieben wurde. Unter der Prämisse, daß das komprimierte Bild B2 mittels der inversen Wavelet-Transformation IW in das Urbild Bl zurücktransformierbar sein muß, läßt sich dann die invertierte Wavelet-Transformation IW in Echtzeit bestimmen und auf das Urbild Bl zur Rekonstruktion des Vollbildes BO anwenden.The inverted wavelet transformation IW, which results from the wavelet transformation W, can already be provided and provided. However, as is shown in this exemplary embodiment in FIG. 5, the inverted wavelet transformation IW can also be derived by generating an image B2 that is compressed with respect to the original image B1. In this case, the compressed image B2 is obtained by applying the given wavelet transformation W to the original image B1 as has been described in general above. Under the premise that the compressed image B2 must be able to be transformed back into the original image B1 by means of the inverse wavelet transformation IW, the inverted wavelet transformation IW can then be determined in real time and applied to the original image B1 for the reconstruction of the full image BO.
Dabei gehen die Bildinformationen des Urbildes Bl, des ersten komprimierten Bildes B2 und die Informationen der Wavelet-Transformation W, insbesondere die Ergebnisse der Bildverarbeitung der Wavelet-Transformation W, also z.B. die Wavelet-Koeffizienten, direkt in die Konstruktion und Generierung der inversen Wavelet-Transformation IW ein. - 19 -The image information of the original image B1, the first compressed image B2 and the information of the wavelet transformation W, in particular the results of the image processing of the wavelet transformation W, that is to say, for example, the wavelet coefficients, go directly into the construction and generation of the inverse wavelet Transformation IW a. - 19 -
Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei wiederum von einem Urbild Bl ausgegangen wird. Dieses Urbild Bl wird ebenfalls mittels der inversen Wavelet-Transformation IW, die aus einer Wavelet-Transformation W stammt, in ein Zielbild BO mit verbesserter Auflösung überführt, wobei auch noch bestimmte Bildparameter, z. B. die Textur des Bildes, geändert, angepaßt und verbessert werden können.FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the method according to the invention, again using an original image B1. This archetype B1 is also converted into a target image BO with improved resolution by means of the inverse wavelet transformation IW, which originates from a wavelet transformation W, with certain image parameters, e.g. B. the texture of the image can be changed, adjusted and improved.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5, so wird auch hier die gegebene Wavelet-Transformation W auf das Urbild Bl angewandt, um ein komprimiertes Bild B2 zu erhalten. Dieses komprimierte Bild B2 stellt den TT-Anteil der ersten Iterationsstufe der Wavelet-Transformation W auf das Urbild Bl dar. Die Differenzinformationen sind in den Anteilen HT, TH und HH der ersten Iterationsstufe enthalten.As in the embodiment of FIG. 5, the given wavelet transformation W is also applied to the original image B1 in order to obtain a compressed image B2. This compressed image B2 represents the TT portion of the first iteration level of the wavelet transformation W on the original image B1. The difference information is contained in the portions HT, TH and HH of the first iteration level.
Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel der Fig. 5 wird nun aber in der Iteration, d. h. in der Anwendung der Wavelet- Transformation W, fortgefahren. Das heißt, daß die Wavelet-Transformation W nun auf den TT-Anteil der ersten Iterationsstufe, d. h. auf das komprimierte Bild B2, angewandt wird. Als Ergebnis wird das nächste Folgeglied, also ein weiteres komprimiertes Bild B3 erhalten, nebst den die Bilddifferenz beschreibenden Anteilen HT, TH und HH der zweiten Iterationsstufe der Anwendung der Wavelet-Transformation W. Wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5, so wird auch hier die Bedingung gestellt, daß aus dem komprimierten Bild B3, also dem TT-Anteil der zweiten Iterationsstufe, das Vorgängerbild B2 durch Anwendung der inversen Wavelet-Transformation IW auf das Bild B3 rekonstruierbar sein muß.In contrast to the exemplary embodiment in FIG. 5, iteration, i. H. in the application of the wavelet transform W, continued. This means that the wavelet transform W is now on the TT portion of the first iteration stage, i. H. is applied to the compressed image B2. As a result, the next follow-up element, that is to say a further compressed image B3, is obtained, along with the portions HT, TH and HH describing the image difference of the second iteration stage of the application of the wavelet transformation W. As in the exemplary embodiment in FIG. 5, so too the condition that the predecessor image B2 must be reconstructable from the compressed image B3, that is to say the TT component of the second iteration stage, by applying the inverse wavelet transformation IW to the image B3.
Nach einer gegebenen Anzahl von aufeinanderfolgenden Anwendungen der Wavelet-Transformation auf die Folge komprimierter Bilder B2, B3, ... werden sämtliche Informationen, - 20 -After a given number of successive applications of the wavelet transformation to the sequence of compressed images B2, B3, ... all information, - 20 -
nämlich des Urbildes Bl, der komprimierten Bilder B2, B3, ... und der Differenzbildanteile (HT, TH, HH) der einzelnen Iterationsstufen, insbesondere durch parametrisierte Bildverarbeitungsoperatoren in einem Extrapolationsverfahren E zusammengeführt und/oder ausgewertet, und es wird eine inverse Wavelet-Transformation daraus gewonnen, die aus dem Urbild Bl in der angezeigten Weise gerade ein entsprechendes Zielbild BO mit verbesserter Auflösung und gegebenenfalls angepaßten grafischen Parameter, wie Textur und dergleichen, erzeugt.namely the original image B1, the compressed images B2, B3, ... and the difference image components (HT, TH, HH) of the individual iteration stages, in particular combined and / or evaluated in an extrapolation process E by parameterized image processing operators, and an inverse wavelet A transformation is obtained therefrom, which in the displayed manner produces a corresponding target image BO with improved resolution and possibly adapted graphic parameters, such as texture and the like, from the original image B1.
Zur Beschleunigung der Durchführung der vorgestellten Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens können sämtliche Verfahrensschritte auch auf jeweils eine lokale Punktumgebung jedes Punktes des Urbilds BO angewandt werden. Durch diese Vorgehensweise ergibt sich die Möglichkeit, das Ziel-Bild BO aus dem Eingangs- oder Urbild Bl lokal und in Echtzeit zu erzeugen. Durch die Eigenschaft der Lokalität der Verarbeitungsverfahren kann eine besonders effektive, weil vereinfachte und beschleunigte Verarbeitungsweise, erreicht werden, so daß sich z. B. auch die Echtzeitverarbeitung eines in einen Empfänger einlaufenden Stroms von TV-Signalen anbietet.To speed up the implementation of the exemplary embodiments of the method according to the invention, all method steps can also be applied to a local point environment of each point of the original image BO. This procedure results in the possibility of generating the target image BO locally and in real time from the input or original image B1. Due to the property of the locality of the processing methods, a particularly effective because of simplified and accelerated processing can be achieved, so that z. B. also offers real-time processing of a stream of TV signals entering a receiver.
Demzufolge ist es möglich, ohne oder mit vernachlässigbarer zeitliche Verzögerung auf einem Bildwiedergabegerät, auf welchem man in Computerbildqualität darstellen kann, TV- Programme, insbesondere also Bewegtbildersequenzen, einzu- lesen, zu digitalisieren und auf einen Standard mit höherer grafischer Auflösung und verbesserten Bildparametern zu transformieren .Accordingly, it is possible, without or with a negligible time delay, to read in, digitize, and transform TV programs, in particular moving image sequences, on a picture display device on which one can display in computer picture quality, and to transform them to a standard with higher graphic resolution and improved picture parameters .
Die lokale Bildverarbeitung eines Punktes des Urbildes BO muß natürlich auch die Punktumgebung des jeweiligen Punktes - 21 -The local image processing of a point of the original image BO must of course also the point environment of the respective point - 21 -
mit einbeziehen. Diese Punktumgebung kann aus den nächsten Nachbarn bestehen. Es können aber auch weitere erweiterte Punktumgebungen, z. B. mit übernächsten Nachbarn, vorgesehen sein.to include. This point environment can consist of the closest neighbors. However, other extended point environments, e.g. B. with neighbors after next, be provided.
Im Extremfall wird das gesamte Urbild BO analysiert, um die Punktumgebung eines Punktes des Urbildes BO in seiner Auflösung zu verbessern.In an extreme case, the entire archetype BO is analyzed in order to improve the point environment of a point of the archetype BO in its resolution.
Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild für den grundlegenden Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Fig. 7 shows the block diagram for the basic structure of a device for performing the method according to the invention.
Über eine Bildempfangs-/-bereitstellungseinrichtung BE wird ein zu verarbeitendes Urbild Bl empfangen oder bereitgestellt. Es kann sich dabei um eine TV-Eingangsstufe, um eine Empfangseinrichtung für Video-Bilder oder dergleichen handeln. Es ist auch daran gedacht, daß bereits digital vorhandene Bilddaten in der Bildempfangs-/-Bereitstellungs- einrichtung aufgenommen werden können.An original image B1 to be processed is received or made available via an image receiving / providing device BE. This can be a TV input stage, a receiving device for video images or the like. It is also contemplated that digitally existing image data can be recorded in the image receiving / providing device.
Die empfangenen und bereitgestellten Bilddaten zum Urbild Bl werden dann an einen Urbildspeicher US weitergegeben und dort digital gespeichert. Dabei ist es vorgesehen, falls die Bilddaten zum Urbild Bl nicht bereits digital vorliegen, diese Daten durch einen Analog/Digital-Wandler AD zu digitalisieren.The received and provided image data for the original image B1 are then forwarded to an original image memory US and stored there digitally. If the image data for the archetype B1 is not already available digitally, it is provided to digitize this data using an analog / digital converter AD.
Der Urbildspeicher US ist mit einer Bildverarbeitungseinrichtung BV verbunden. Die Bildverarbeitungseinrichtung weist einen Analyseabschnitt AN auf, welcher mit mehreren Bildspeichern Sl bis SN versehen ist. Ferner ist eine Transformationseinheit T vorgesehen, welche die Bildin- - 22 -The original image memory US is connected to an image processing device BV. The image processing device has an analysis section AN, which is provided with a plurality of image memories S1 to SN. Furthermore, a transformation unit T is provided which - 22 -
formationen des Urbildes Bl vom Urbildspeicher US aufnimmt, zu einem Ziel-Bild BO weiterverarbeitet und diese Bildinformationen des Ziel-Bildes in digitaler Form und gegebenenfalls nach entsprechender Bildmanipulation an einen Ausgabespeicher AS weitergibt.Formations of the original image Bl from the original image memory US, processed to a target image BO and this image information of the target image in digital form and optionally after appropriate image manipulation to an output memory AS.
Bei dem Ausgabespeicher AS kann es sich um einen schnellen Videobild-Wechselspeicher handeln, der seinerseits Daten an eine Bildausgabeeinrichtung BA abgibt. Die Bildausgabeeinrichtung BA kann in Form einer TV- oder Videoendstufe ausgebildet sein.The output memory AS can be a fast video image removable memory, which in turn outputs data to an image output device BA. The image output device BA can be designed in the form of a TV or video output stage.
In der Bildverarbeitungseinrichtung BV wird das Urbild Bl aus dem Urbildspeicher US aufgenommen, und es werden z. B. in der Analyseeinheit AN die iterativen Anwendungen einer Wavelet-Transformation W durchgeführt, wobei die einzelnen Ergebnisse der Abfolge komprimierter Bilder Bl bis BN in den Speichereinrichtungen Sl bis SN abgelegt werden. Ferner wird in der Analyseeinheit AN die zur Wavelet-Transformation W invertierte Wavelet-Transformation IW erzeugt, indem z.B. durch Bildverarbeitungsoperatoren eine extrapolationsfähige inverse Wavelet-Transformation IW erzeugt wird. Danach wird die inverse Wavelet-Transformation IW an die Transformationseinheit T übertragen.In the image processing device BV, the original image B1 is recorded from the original image memory US, and z. B. in the analysis unit AN the iterative applications of a wavelet transformation W are carried out, the individual results of the sequence of compressed images B1 to BN being stored in the memory devices S1 to SN. Furthermore, the wavelet transformation IW inverted to the wavelet transformation W is generated in the analysis unit AN, e.g. an extrapolation-capable inverse wavelet transformation IW is generated by image processing operators. The inverse wavelet transformation IW is then transmitted to the transformation unit T.
Nach Erhalten der inversen Transformation IW wird von der Transformationseinheit T das Urbild Bl aus dem Urbildspeicher US ausgelesen und zu einem auflösungsverbesserten Ziel-Bild BO weiterverarbeitet.After the inverse transformation IW has been obtained, the transformation image T reads out the original image B1 from the original image memory US and processes it further into a resolution-improved target image BO.
Zur lokalen Generierung von auflösungs- und/oder texturverbesserten Bildern in Echtzeit und insbesondere zur Konstruktion der inversen Wavelet-Transformation IW wird das Wavelet-Verfahren wie folgt angewendet: - 23 -For the local generation of resolution and / or texture-improved images in real time and in particular for the construction of the inverse wavelet transformation IW, the wavelet method is used as follows: - 23 -
Zunächst wird z. B. die gesendete Abfolge von TV-Halbbildern oder TV-Vollbildern wie üblich empfangen und in Echtzeit digitalisiert. Jedes empfangene TV-Bild wird nach dem Digitalisieren als TT-Anteil in einem Zwischenspeicher geschrieben. Auf das zwischengespeicherte Bild werden dann die Hochpaß- und Tiefpaßfilter angewendet, und die erhaltenen Bilder werden wiederum als Anteile TH, HT und HH abgespeichert .First, e.g. B. received the transmitted sequence of TV fields or TV frames as usual and digitized in real time. After being digitized, each received TV picture is written as a TT part in a buffer. The high-pass and low-pass filters are then applied to the buffered image, and the images obtained are in turn stored as portions TH, HT and HH.
Danach gibt es mehrere Möglichkeiten der weiteren Vorgehensweise. Zur lokalen Generierung von Vollbildern aus Halbbildern in Echtzeit werden dann aus den zwischengespeicherten Anteilen TH, HT und HH jeweils jede zweite Spalte entfernt. Die Ergebnisse werden wieder als TH-, HT- und HH-Anteile in Zwischenspeichern abgelegt.After that, there are several ways to proceed. For the local generation of full images from fields in real time, every second column is then removed from the temporarily stored portions TH, HT and HH. The results are again stored as TH, HT and HH portions in buffers.
Danach werden die Inhalte der Zwischenspeicher mit Bildverarbeitungsoperatoren, z.B. Operatoren zur Kantenverschärfung, der Linienverdünnung, des Bildzoomings und/ oder zur Grauwertskalierung - insbesondere nach vorangegangenem Zoom, Farbzerlegen und/oder Grauwertesklaieren der Pixel in yuv- und/oder RGB-Codierung - bearbeitet, auch um z.B. surrealistische, naturalistische oder individuell angepaßte oder optimierte Kontraste, Farben und/ oder Texturen im Zielbild zu erreichen. Aus den Informationen der Zwischen- wertspeicher zu den Anteilen TT, HT, TH und HH werden in Rücktransformation dann die Zwischenzeilen zur Erzeugung des Vollbildes aus dem Halbbild erzeugt, wobei zur Vereinfachung und zur Beschleunigung des Verfahrens die Hochpaßanteile TH, HT und HH auch zu Null gesetzt werden können.Then the contents of the buffer stores are processed with image processing operators, e.g. Operators for edge sharpening, line thinning, image zooming and / or for gray value scaling - especially after previous zoom, color decomposition and / or gray value scaling of the pixels in yuv and / or RGB coding - processed, also to e.g. To achieve surrealistic, naturalistic or individually adjusted or optimized contrasts, colors and / or textures in the target image. From the information of the intermediate value memories for the parts TT, HT, TH and HH, the intermediate lines for generating the full picture from the field are then generated in reverse transformation, the high-pass parts TH, HT and HH also being made zero in order to simplify and accelerate the process can be placed.
Statt des Entfernens von Spalten oder Zeilen kann bei der lokalen Generierungsauflösung und/oder texturverbesserten Bildern in Echtzeit auch auf ein derartiges Entfernen verzichtet werden. - 24 -Instead of removing columns or rows, the local generation resolution and / or texture-improved images can be dispensed with in real time. - 24 -
Danach werden dann z. B. aus den Informationen der Anteile TT, HT, TH und HH Zwischenzeilen und Zwischenspalten für ein hochaufgelöstes Vollbild im HDTV-Standard erzeugt, nachdem auf die Anteile die entsprechenden Bildverarbeitungsoperatoren angewendet wurden.Then z. B. generated from the information of the parts TT, HT, TH and HH intermediate lines and intermediate columns for a high-resolution full picture in the HDTV standard after the corresponding image processing operators were applied to the parts.
Andererseits können auf den Anteilen HT, TH und HH auch weitere Iterationen der Wavelet-Kompression durchgeführt werden. Die jeweiligen Anteile HT, TH und HH werden dann standardmäßig mit der Wavelet-Transformation W iteriert und dann nach der Anwendung von Bildverarbeitungsoperatoren zum Zooming, zur Kantenverdünnung oder dergleichen geeignet superponiert . Das Ergebnis der Superposition wird mit geeigneten Bildverarbeitungsverfahren, z. B. der Generierung einer dreidimensionalen Splinefläche und mit einer Fitting- Funktion F über Rasterebenen beschrieben. Abschließend wird dann in einem Extrapolationsverfahren auf der Grundlage der Fitting-Funktion und der Anteile TH, HT und HH die Rücktransformation auf das HDTV-Vollbild als Ziel-Bild mit vervierfachter Auflösung und verbesserter Textur erreicht.On the other hand, further iterations of wavelet compression can also be carried out on the components HT, TH and HH. The respective proportions HT, TH and HH are then iterated as standard with the wavelet transformation and then appropriately superposed for the zooming, edge thinning or the like after the use of image processing operators. The result of the superposition is determined using suitable image processing methods, e.g. B. the generation of a three-dimensional spline surface and described with a fitting function F over raster planes. Finally, in an extrapolation process on the basis of the fitting function and the proportions TH, HT and HH, the back transformation to the full HDTV image is achieved as the target image with quadrupled resolution and improved texture.
Im Sinne der Erfindung soll mit dem Begriff Textur insbesondere auch der Grauwerte- und/oder Farbkontrast gemeint sein. Demgemäß wird der Begriff Texturverbesserung auch als eine Verbesserung des Grauwerte- und/oder Farbkontrastes in der Wiedergabe der im Originalbild enthaltenen Grauwerte- und/oder Kontrastgüteausdrücke verstanden.For the purposes of the invention, the term texture is also intended to mean in particular the gray value and / or color contrast. Accordingly, the term texture improvement is also understood as an improvement in the gray value and / or color contrast in the reproduction of the gray value and / or contrast quality expressions contained in the original image.
Die Fig. 8 zeigt in Form eines Blockschaltbildes schematisch eine Vorrichtung 1 , mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Rasterbildes durchgeführt werden kann. - 25 -8 schematically shows in the form of a block diagram a device 1 with which the method according to the invention for increasing the resolution of a raster image can be carried out. - 25 -
Über eine analoge Eingangsstufe 80, welche z.B. aus einem üblichen TV-Tuner besteht und welche verschiedenartige TV- Bilder im PAL-, NTSC-, SECAM-, DVB-, SVHS- oder DVD-Verfahren über eine Eingabe- und/oder Empfangseinrichtung empfangen und auswerten kann, werden entsprechende Bilddatenströme in die Vorrichtung 1 eingespeist. Über einen Farboder Colordecoder 81 wird den empfangenen Bildern die entsprechende Farbcodierung zugewiesen.Via an analog input stage 80, which e.g. consists of a conventional TV tuner and which different types of TV pictures in PAL, NTSC, SECAM, DVB, SVHS or DVD process can receive and evaluate via an input and / or receiving device, corresponding image data streams in the Device 1 fed. The corresponding color coding is assigned to the received images via a color or color decoder 81.
Im allgemeinen findet nach Empfang und Farbdecodierung ein Digitalisierungsschritt über einen oder mehrere A/D-Wand- ler-Einrichtungen 84 statt, welche entfallen können, wenn die Eingangsstufe 80 für digitale Signale ausgelegt ist. Das Ergebnis der Analog/Digital-Wandlung und insbesondere die digitalen Farbsignale werden in einem oder mehreren Bildzwischenspeichern 85 abgelegt. Es kann sich dabei um einen Speicherbereich 85 handeln, der dazu ausgelegt ist, ein oder mehrere digitale Rasterbilder aufzunehmen und/oder im schnellen Wechsel wieder abzugeben.In general, after reception and color decoding, a digitization step takes place via one or more A / D converter devices 84, which can be omitted if the input stage 80 is designed for digital signals. The result of the analog / digital conversion, and in particular the digital color signals, are stored in one or more intermediate buffers 85. This can be a memory area 85, which is designed to record one or more digital raster images and / or to release them in rapid alternation.
In einem inversen Wavelet-Codierer 82 wird über den Zugriff auf den Bildzwischenspeicher 85 das Datenkompressions-Rück- transformationsverfahren bestimmt und/oder auf den zwischengespeicherten digitalen Bildern ausgeführt. Danach werden die erzeugten, d.h. in ihrer Auflösung und in ihrer Textur verbesserten Bilder in einer Display-Prozessoreinrichtung 83 aufbereitet und dann entweder direkt oder über eine nachgeschaltete Digital/Analog-Wandlungseinrichtung 87 an eine Display-Einrichtung 88 zur visuellen Darstellung ausgegeben.In an inverse wavelet encoder 82, the data compression re-transformation method is determined via the access to the image buffer memory 85 and / or is carried out on the buffered digital images. Then the generated, i.e. Images with improved resolution and texture are processed in a display processor device 83 and then output either directly or via a downstream digital / analog conversion device 87 to a display device 88 for visual display.
Sämtliche Operationen aller Komponenten werden über einen übergeordneten Steuerprozessor 86 geregelt und gesteuert. - 26 -All operations of all components are regulated and controlled by a higher-level control processor 86. - 26 -
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 ist in Form eines Blockschaltbildes eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung oder Generierung einer Datenkompressions-Rücktransformation, gezeigt.With reference to FIG. 9, an embodiment of the method according to the invention is shown in the form of a block diagram, in particular with regard to the generation or generation of a data compression reverse transformation.
Generierung aus dem UrbildGeneration from the archetype
Im folgenden Abschnitt geht es um die Beschreibung der Offline-Bestimmung von Parametern der Bildverarbeitungsoperationen für die Generierung der Datenkompressions-Rücktrans- formation aus dem Urbild.The following section deals with the description of the offline determination of parameters of the image processing operations for the generation of the data compression reverse transformation from the original image.
Eine Kernidee der Vorgehensweise bei dem Einsatz von Bildverarbeitungsoperationen zur Erzeugung einer auflösungs- und texturverbessernden Datenkompressions-Rücktransforma- tion besteht in der Anwendung eines Parameteridentifikationsverfahrens zur Bestimmung einer Parametrisierung Pi einer Bildverarbeitungsoperation BOi durch Differenzmini- mierung zwischen einer aus dem Urbild durch Anwendung eines Wavelet-Verfahrens WV erzeugten Datenkompressions-Transfor- mation DT1 der ersten Stufe, wobei DT1 = (TT1 , TH1,HT1,HH1 ) , und einer aus der wiederholten Anwendung des Wavelet-Verfahrens WV auf das TTl-Bild erzeugten Datenkompressions- Transformation DT2 zweiter Stufe, wobei DT2 = (TT2,TH2,HT2,HH2).A core idea of the procedure when using image processing operations to generate a resolution and texture-improving data compression reverse transformation is the use of a parameter identification method for determining a parameterization Pi of an image processing operation BOi by minimizing the difference between one of the original image and the use of a wavelet method WV generated data compression transformation DT1 of the first stage, where DT1 = (TT1, TH1, HT1, HH1), and a data compression transformation DT2 generated from the repeated application of the wavelet method WV on the TTl image, where DT2 = (TT2, TH2, HT2, HH2).
Dabei werden die Parameter der Parametrisierung Pi der Bildverarbeitungsoperationen BOi und die Wavelet-Transfor- mationen WV so bestimmt, daß bei einer Anwendung oder ggf. einer Sequenz von Anwendungen von B0i(Pi,2) auf DT2 eine Datenkompressions-Rücktransformation DRT1 entsteht, wobei DRT1=(TT1*,TH1*,HT1*,HH1*), die mit DT1 insofern im wesent- - 27 -The parameters of the parameterization Pi of the image processing operations BOi and the wavelet transformations WV are determined in such a way that a data compression reverse transformation DRT1 arises when using or possibly a sequence of applications from B0i (Pi, 2) to DT2, DRT1 = (TT1 *, TH1 *, HT1 *, HH1 *), which with DT1 are essentially - 27 -
liehen oder weitgehend übereinstimmt, als daß das Urbild durch Anwendung von DRT1 auf TT1 von DT1 im wesentlichen oder fast verlustfrei wiederhergestellt wird. Die Parametrisierung Pi der Bildverarbeitungsoperation BOi ist im wesentlichen oder weitgehend unabhängig von der sie erzeugenden Verfahrensstufe n. D.h., es gilt mit Einschränkung: B0i(Pi,l) = B0i(Pi,2).lie or largely agrees that the original image is restored by applying DRT1 to TT1 from DT1 essentially or almost lossless. The parameterization Pi of the image processing operation BOi is essentially or largely independent of the process stage n that generates it, i.e. with the following restriction: B0i (Pi, l) = B0i (Pi, 2).
Bei einer Anwendung oder ggf. einer Sequenz von Anwendungen von BOi(Pi,l) auf DT1 entsteht dann eine Datenkompressions- Rücktransformation DRTO, wobei DRT0=(TT0*,TH0*,HT0*,HH0*) ist, die mit einer fiktiven DTO insofern im wesentlichen oder weitgehend übereinstimmt, als daß durch Anwendung von DRT1 auf das Urbild bzw. auf TTO* ein im wesentlichen oder fast vierfach besser aufgelöstes Bild in HDTV-Qualität generiert wird.In the case of an application or possibly a sequence of applications from BOi (Pi, l) to DT1, a data compression reverse transformation DRTO then arises, where DRT0 = (TT0 *, TH0 *, HT0 *, HH0 *), which is associated with a fictitious DTO to the extent that it essentially or largely coincides with the fact that by using DRT1 on the original image or on TTO *, a substantially or almost four times better resolved image is generated in HDTV quality.
Eine weitere Kernidee der Erfindung besteht darin, daß die Parametrisierung der Bildverarbeitungsoperationen BOi(Pi,n) in einem offline ausgeführten Optimierungsverfahren zwecks permanenten Einsatzes in der Echtzeitgenerierung von Auf- lösungs- und Texturverbesserung der Urbild-Sequenz erzeugt wird. Für die Ermittlung der Parametrisierung Pi ist zu bevorzugen, mit einer repräsentativen Stichprobe von HDTV- aufgelösten Bildern BOj und den durch Anwendung eines Wave- let-Verfahrens WV erzeugten Datenkompressions-Transforma- tionen DTOj mit DT0j=( TOj , THOj , HTOj ,HH0 ) der null-ten Stufe zu arbeiten. In den TTOj -Anteilen entsprechen die Da- tenkompressions-Transformationen der HDTV-Bilder BOj den Urbildern Blj , die standardgemäß als TV-aufgelöste Bilder zur Verfügung stehen. Die Ermittlung geeigneter Bildverarbeitungsoperationen ( a ) , der Reihenfolge deren AnwendungAnother core idea of the invention is that the parameterization of the image processing operations BOi (Pi, n) is generated in an optimization process carried out offline for the purpose of permanent use in the real-time generation of resolution and texture improvement of the original image sequence. For the determination of the parameterization Pi, it is preferable to use a representative sample of HDTV-resolved images BOj and the data compression transformations DTOj with DT0j = (TOj, THOj, HTOj, HH0) generated by using a WAVELET method WV. to work at the zero-th stage. In the TTOj portions, the data compression transformations of the HDTV pictures BOj correspond to the original pictures Blj, which are available as TV-resolved pictures as standard. The determination of suitable image processing operations (a), the order of their application
(b) und der Extrapolation optimierter Parameterisierungen(b) and the extrapolation of optimized parameterizations
(c) erfolgt offline unter Einsatz von Paramteridentifika- tionstechniken im Vorfeld einer effektiven technischen Realisierung des Onlineverfahrens. - 28 -(c) is carried out offline using parameter identification techniques in advance of an effective technical implementation of the online process. - 28 -
Unter den bekannten Bildverarbeitungs-Operationen sind für die Generierung der Datenkompressions-Rücktransformation DRTO aus der Datenkompressions-Transformation DT1 bzw. iterativ ausgeführter Datenkompressions-Transformationen DT1, DT2, DT3, ... die folgenden Typen besonders geeignet, welche nun im einzelnen aufgeführt und dargestellt werden:Among the known image processing operations, the following types are particularly suitable for the generation of the data compression reverse transformation DRTO from the data compression transformation DT1 or iterative data compression transformations DT1, DT2, DT3, ..., which are now listed and illustrated in detail become:
( a ) Bildverarbeitungs-Operationen(a) Image processing operations
ZoomingZooming
Die Pixelmuster der H-Anteile von DTn, mit DTn=( TTn, THn, HTn, HHn), der n-ten Anwendung der Datenkompressions-Opera- tion oder -Transformation über dem Urbild werden durch nacheinander an den DTn-Rastern ausgeführten Verdoppelungen der Zeilen und Spalten auf die vierfache Rasterflächen im DRTn-1 gebracht.The pixel patterns of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), the nth application of the data compression operation or transformation over the original image are achieved by doubling the successively performed on the DTn grids Rows and columns brought to four times the grid areas in the DRTn-1.
Die Pixelmuster der H-Anteile von DTn, mit DTn=( TTn, THn, HTn, HHn), der n-ten Anwendung der Datenkompressions-Opera- tion über dem Urbild werden durch in die DTn-Raster eingefügte Leerzeilen und Leerspalten auf die vierfache Rasterflächen in DRTn-1 auseinandergezogen.The pixel patterns of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), the nth application of the data compression operation over the original image, are fourfold by empty lines and empty columns inserted in the DTn grid Grid areas in DRTn-1 pulled apart.
AntialiasingAntialiasing
Die bei Anwendung des obigen Zoom-Operators auf die Pixel- muster der H-Anteile von DTn, mit DTn=( TTn, THn, HTn, HHn) , entstehenden Sägezähne in den Rasterflächen zu DRTn-1 werden durch interpolative Reduktion der Grauwerte an den Kanten eliminiert.The saw teeth in the grid areas for DRTn-1, which result when the above zoom operator is applied to the pixel pattern of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), are reduced by interpolative reduction of the gray values on the Edges eliminated.
Die bei Anwendung des obigen Zoom-Operators auf die Pixelmuster der H-Anteile von DTn, mit DTn=( TTn, THn, HTn, HHn ) , in - 29 -Applying the above zoom operator to the pixel pattern of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), in - 29 -
den Rasterflächen zu DRTn-1 entstehenden Lücken werden durch Ergänzung zwischen über Leerzeilen oder Leerspalten benachbarten Pixeln interpolierter Grauwerte geglättet.The gaps in the grid areas for DRTn-1 are smoothed by adding gray pixels interpolated between adjacent pixels via empty lines or columns.
Spline-Anpassung/-FittingSpline adjustment / fitting
Gegeben seien die Rasterbilder TTn-1, THn-1 und HHn-1 der Datenkompressions-Transformation DTn sowie die Rasterbilder TTn, THn, HTn und HHn der Datenkompressions-Transformation DTn. Die Intensitätswerteverteilung für die einzelnen Farben des RGB-Signales (bzw. der y-Wert eines yuv-codierten Rasterbildes oder anderer Farbcodierungen) lassen sich über der Rasterebene durch eine dreidimensionale Fläche beschreiben, die eine Anpassung oder einen Fit der Grauwerte- Intensitätsverteilung durch eine Fläche im Raum darstellt. Für das Anpassen oder Fitting der Grauwerteverteilung durch n-dimensionale Flächen über der Bildrasterfläche können Spline-Techniken eingesetzt werden, die gleichzeitig eine Bildglättung durch Reduktion des Pixelrauschens realisieren lassen. Bei integraler Behandlung der drei Farben des RGB- Signals ist n=5, bei separater Behandlung von rot, grün und blau ist jeweils n=3. Im Falle der Arbeit mit yuv-codierten Signalen kann effizient mit dem y-Wert allein gearbeitet werden.Given are the raster images TTn-1, THn-1 and HHn-1 of the data compression transformation DTn and the raster images TTn, THn, HTn and HHn of the data compression transformation DTn. The intensity value distribution for the individual colors of the RGB signal (or the y value of a yuv-coded raster image or other color coding) can be described above the raster level by a three-dimensional surface, which is an adjustment or a fit of the gray value intensity distribution by a surface represents in space. Spline techniques can be used to adjust or fit the gray value distribution through n-dimensional areas above the image grid area, which can simultaneously achieve image smoothing by reducing pixel noise. With integral treatment of the three colors of the RGB signal, n = 5, with separate treatment of red, green and blue, n = 3. When working with yuv-coded signals, you can work efficiently with the y-value alone.
Es werden sowohl für die Rasterbilder TTn-1, THn-1, HTn-1 und HHn-1 aus DTn-1 als auch für die Rasterbilder TT*n-l, TH*n-l, HT*n-l und HH*n-l aus DRTn-1 - erzeugt durch Ausführung von Bildverarbeitungsoperationen BOi über den Rasterbildern TTn, THn, HTn, HHn aus DTn, wie z.B. Zoom auf das Bildformat von DTn-1 - die Fittingflächen F(XYn-l) bzw. F*(XYn-l) als 2D-Splines bestimmt, wobei X und Y ein Tiefpaß bzw. ein Hochpaß seien. Durch Anwendung eines Verfahren zur - 30 -For the raster images TTn-1, THn-1, HTn-1 and HHn-1 from DTn-1 as well as for the raster images TT * nl, TH * nl, HT * nl and HH * nl from DRTn-1 - generated by executing image processing operations BOi over the raster images TTn, THn, HTn, HHn from DTn, such as zooming to the image format of DTn-1 - the fitting surfaces F (XYn-l) or F * (XYn-l) as 2D Splines determined, where X and Y are a low pass and a high pass, respectively. By using a method for - 30 -
Differenzminimierung über einzelnen oder allen Flächenpaaren F(XYn-l) und F*(XYn-l) zu DTn-1 und DRTn-1 wird eine optimale Parametrisierung Pi für die Bildverarbeitungsoperation B0i(Pi,n) identifiziert, die bei Anwendung auf DTn eine datentkompressions-Rücktransformation DRTn-1 erzeugt, die mit DTn-1 insofern im wesentlichen übereinstimmt, daß das Bild Bn-2 durch Anwendung von DTn-1 wie auch von DRTn-1 auf das Bild Bn-1 gleichermaßen gut wiederhergesetellt wird.Difference minimization over individual or all surface pairs F (XYn-1) and F * (XYn-1) to DTn-1 and DRTn-1 an optimal parameterization Pi for the image processing operation B0i (Pi, n) is identified, which when applied to DTn a Data compression reverse transformation DRTn-1 is produced, which essentially corresponds to DTn-1 in that the image Bn-2 is equally well restored by applying DTn-1 as well as DRTn-1 to the image Bn-1.
Die Nebenbedingungen einer Invarianz der Grauwerteskalierung bezüglich der Fittingflächen F(XYn-l) bzw. F*(XYn-l), die der Differentoptimierung zur Identifikation der Parametrisierung Pi zugrundeliegt, sorgt dafür, daß die absoluten Beträge der von der Intensitäts-Fittingflächen über der Rasterebene beschriebenen Grauwerte gegenüber der Bildverarbeitungsoperation BOi invariant bleiben, jedoch die Orte der Grauwerte linien- und kantenverdünnend und -glättend in der Rasterbene verschieben.The constraints of an invariance of the gray value scaling with respect to the fitting areas F (XYn-l) or F * (XYn-l), which underlies the different optimization for the identification of the parameterization Pi, ensures that the absolute amounts of the intensity fitting areas over the Gray values described on the raster level remain invariant compared to the image processing operation BOi, but shift the locations of the gray values in line and edge thinning and smoothing in the raster plane.
Die Parameteridentifikation durch Differenzminimierung zwischen F(XYn-l) und F*(XYn-l) unter der Nebenbedingung der Erhaltung des Volumenintegrales und der Skalierung der Grauwerteverteilung ist als der wesentliche Grund einer Texturverbesserung bei der Generierung einer Auflösungs- erhöhung des Urbildes durch inverse Datenkompression anzusehen.The parameter identification by minimizing the difference between F (XYn-l) and F * (XYn-l) under the condition of preserving the volume integral and scaling the gray value distribution is the main reason for a texture improvement when generating a resolution increase of the original image by inverse data compression to watch.
Kantenverdünnung/-verdickungEdge thinning / thickening
Die bei Anwendung des Zoom-Operators auf DTn in den DRTn- 1-Rasterflachen entstehenden Pixelmuster sind so zu verdünnen, daß für die Pixel-Gesamtzahl S (Summe aller nicht - 31 -The pixel patterns created when using the zoom operator on DTn in the DRTn-1 raster areas are to be thinned such that for the total number of pixels S (sum of all not - 31 -
nullwertigen Pixel) der zwischen Datentransformations-Ope- ration DTn und der daraus generierten Datenrücktransforma- tions-Operation DRTn-1 gilt: S(DRTn-l) = 4*S(DTn), mit DTn= ( TTn, THn, HTn, HHn ) .zero-valued pixels) that apply between the data transformation operation DTn and the data reverse transformation operation DRTn-1 generated therefrom: S (DRTn-1) = 4 * S (DTn), with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn ).
Die bei Anwendung des Zoom-Operators auf DTn in den DRTn- 1-Rasterflächen entstehenden Pixelmuster sind so zu verdik- ken, daß für die Pixel-Gesamtzahl S (Summe aller nicht nullwertigen Pixel) zwischen der Datentransformations-Ope- ration DTn und der daraus generierten Datenrücktransforma- tions-Operation DRTn-1 gilt: S(DRTn-l) = 4*S(DTn), mit DTn= ( TTn, THn, HTn, HHn ) .The pixel patterns created when the zoom operator is used on DTn in the DRTn-1 raster areas are to be thickened so that for the total number of pixels S (sum of all non-zero-value pixels) between the data transformation operation DTn and the one resulting therefrom generated data reverse transformation operation DRTn-1 applies: S (DRTn-1) = 4 * S (DTn), with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn).
KantenglättungAnti-aliasing
Die bei Anwendung des Zoom-Operators auf die Pixelmuster der H-Anteile von DTn, mit DTn=(TTn, THn, HTn, HHn) , in den DRTn-1-Rasterflächen entstehenden Kantenverlaufslücken sind so zu schließen, daß für die Pixel-Gesamtzahl S (Summe aller nicht nullwertigen Pixel) zwischen der Datentransfor- mations-Operation DTn und der daraus generierten Da- tenrücktransformations-Operation DRTn-1 gilt: S(DRTn-l) = 4*S(DTn), mit DTn=(TTn, THn, HTn, HHn) .When using the zoom operator on the pixel pattern of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), the gaps in the edges that arise in the DRTn-1 grid areas are to be closed in such a way that for the total number of pixels S (sum of all non-zero-valued pixels) between the data transformation operation DTn and the data re-transformation operation DRTn-1 generated therefrom applies: S (DRTn-1) = 4 * S (DTn), with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn).
Die bei Anwendung des obigen Antialiasing-Operators auf die Pixelmuster der H-Anteile von DTn, mit DTn=(TTn,THn,HTn, HHn) entstehenden Kantenverlaufslücken in den DRTn-1-Ra- sterflächen werden durch über Leerzeilen oder Leerspalten benachbarte Kantenverlaufspixel so ergänzt, daß für die Pixel-Gesamtzahl S (Summe aller nicht nullwertigen Pixel) zwischen der Datentransformations-Operation DTn und der daraus generierten Datenrücktransformations-Operation DRTn- 1 gilt: S(DRTn-l) = 4*S(DTn), mit DTn=( TTn, THn, HTn, HHn ) . - 32 -The edge profile gaps in the DRTn-1 grid areas which result when the above antialiasing operator is applied to the pixel patterns of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn) are shown by edge profile pixels adjacent via empty lines or empty columns added that for the total number of pixels S (sum of all non-zero-valued pixels) between the data transformation operation DTn and the data inverse transformation operation DRTn-1 generated therefrom: S (DRTn-1) = 4 * S (DTn), with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn). - 32 -
GrauwerteskalierungGrayscale scaling
Die Grauwertesummen S(TTn), S(THn), S(HTn), S(HHn) seien über der Intensitätsverteilung der Grauwerte der Datenkompressions-Transformation DTn, DTn=(TTn,THn,HTn,HHn) , z.B. der y-Wert des yuv-Signals bzw. der einzelnen Farbinten- sitätswerte des RGB-Signals, ermittelt. Der Quotient aus S(XYn) der n-ten Wavelet-Transformation geteilt durch S(XYn-l) der n-l-ten Wavelet-Transformation sei QXY, QXY=S(XYn)/S(XYn-l), wobei X und Y ein Tiefpaß bzw. ein Hochpaß seien. Die Grauwertesummen S*(TT*n), S*(TH*n), S*(HT*n), S*(HH*n) seien über der Intensitätsverteilung der Grauwerte der Datenkompressions-Rücktransformation DRTn nach der Anwendung einer Bildverarbeitungsoperation BOi auf das Ergebnis DTn einer Wavelet-Transformation n-ter Stufe ermittelt.The gray value sums S (TTn), S (THn), S (HTn), S (HHn) are above the intensity distribution of the gray values of the data compression transformation DTn, DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), e.g. the y value of the yuv signal or the individual color intensity values of the RGB signal is determined. The quotient of S (XYn) of the nth wavelet transformation divided by S (XYn-l) of the nlth wavelet transformation is QXY, QXY = S (XYn) / S (XYn-l), where X and Y a low pass or a high pass. The gray value sums S * (TT * n), S * (TH * n), S * (HT * n), S * (HH * n) are above the intensity distribution of the gray values of the data compression reverse transformation DRTn after the application of an image processing operation BOi determined on the result DTn of a wavelet transformation of the nth stage.
Die Grauwertesummen können z.B. für die y-Werte yuv-co- dierter Pixelraster im dreidimensionalen Intensitätsraum oder für die Rot-, Grün- und Blauwerte im fünfdimensionalen Farbintensitätsraum ermittelt werden.The gray value sums can e.g. for the y values of yuv-coded pixel grids in the three-dimensional intensity space or for the red, green and blue values in the five-dimensional color intensity space.
Die bei Anwendung der Bildverarbeitungs-Operatoren auf die Pixelmuster der H-Anteile von DTn, mit DTn=(TTn, THn, HTn, HHn), in den DRTn-1-Rasterflachen entstehenden Grauwerte sind so zu skalieren, daß für den integralen Grauwert (Summe über alle Pixel) zwischen der Datentransformations-Operation DTn und der daraus generierten Datenrücktransforma- tions-Operation DRTn-1 erreicht wird, daß gilt: S*(XYn-l)= QXY*S(XYn). Die Invarianz der Grauwerte-Summen und der Skalierung der Grauwerteverteilungen bzgl. S*(XYn-l) 1) und A(XYn-l) über der Rasterebene XYn, ist dabei als Nebenbedingung einzuhalten. - 33 -When the image processing operators are applied to the pixel pattern of the H components of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), the gray values that arise in the DRTn-1 raster areas are to be scaled such that for the integral gray value ( Sum over all pixels) between the data transformation operation DTn and the data re-transformation operation DRTn-1 generated therefrom is achieved that: S * (XYn-1) = QXY * S (XYn). The invariance of the gray value sums and the scaling of the gray value distributions with respect to S * (XYn-l) 1) and A (XYn-l) above the raster level XYn must be observed as a secondary condition. - 33 -
Generierung von 3D-Spline-ApproximationenGeneration of 3D spline approximations
Die bei Anwendung der Bildverarbeitungs-Operatoren auf die Pixelmuster von DTn, mit DTn=( TTn, THn, HTn, HHn) , entstehenden Grauwertemuster in DRTn-1 sind durch 3D-Splineflachen F(DRTn-l) anzupassen oder zu fitten. Ebenso sind die Pixelmuster von DTn-1, mit DTn-l=( TTn-1, THn-l.HTn-1, HHn-1 ) , durch 3D-Splineflachen F(DTn-l) anzupassen. Die Parametrisierung der Spline-Funktionen F(DRTn-l) sind durch Differenzminimierung zwischen F(DRTnl) und F(DTn-l) zu identifizieren. Als Nebenbedingung geht in die Parameteridentifikation ein, daß für die Volumenintegrale V über die Spli- neflachen gilt: V(F(DRTn-l)) = V(F(DTn-l)). Die Spline-Funktionen und über diesen gebildete Volumenintegrale können z.B. für die y-Werte yuv-codierter Pixelraster im dreidimensionalen Intensitätsraum oder für die Rot-, Grün- und Blauwerte im fünfdimensionalen Farbintensitätsraum ermittelt werden.The grayscale patterns in DRTn-1 that result when the image processing operators are applied to the pixel patterns of DTn, with DTn = (TTn, THn, HTn, HHn), are to be adapted or fitted using 3D spline surfaces F (DRTn-1). Likewise, the pixel patterns of DTn-1, with DTn-l = (TTn-1, THn-l.HTn-1, HHn-1), are to be adapted using 3D spline surfaces F (DTn-l). The parameterization of the spline functions F (DRTn-l) can be identified by minimizing the difference between F (DRTnl) and F (DTn-l). As a secondary condition, the parameter identification states that the following applies to the volume integrals V over the spline surfaces: V (F (DRTn-1)) = V (F (DTn-1)). The spline functions and volume integrals formed over them can e.g. are determined for the y values of yuv-coded pixel grids in the three-dimensional intensity space or for the red, green and blue values in the five-dimensional color intensity space.
Die Invarianz der Volumenintegrale und der Skalierung der Grauwerteverteilungen bzgl. V(F(DRTn-l)) und V(F(DTn-l)) über den jeweiligen Rasterebenen XYn-1, ist dabei als Nebenbedingung einzuhalten.The invariance of the volume integrals and the scaling of the gray value distributions with respect to V (F (DRTn-l)) and V (F (DTn-l)) over the respective raster levels XYn-1 must be observed as a secondary condition.
(b) Reihenfolge der Bildverarbeitungs-Operationen(b) Sequence of image processing operations
Es werden nacheinander, parallel, lokal und/oder global folgende parametrisierte Bildverarbeitungsoperationen BOi(Pi,l) aus dem obigen Abschnitt (a) ausgeführt:The following parameterized image processing operations BOi (Pi, l) from section (a) above are carried out successively, in parallel, locally and / or globally:
1. Aus dem (PAL-)Urbild wird durch ein Wavelet-Verfahren die Datenkompression DT1 mit DT1=(TT1, THI, HT1,HH1 ) erzeugt. - 34 -1. The data compression DT1 with DT1 = (TT1, THI, HT1, HH1) is generated from the (PAL) original image using a wavelet method. - 34 -
2. Aus DTl wird durch Zooming eine Vorstufe DRTO# von DRTO generiert .2. A preliminary stage DRTO # of DRTO is generated from DTl by zooming.
3. Aus DRTO# wird durch Antialiasing und/oder Kantenverdünnung/-verdickung/-glättung eine gegenüber DRT0# verbesserte Vorstufe DRT0## von DRTO generiert3. From DRTO # an anti-aliasing and / or edge thinning / thickening / smoothing is used to generate a preliminary stage DRT0 ## of DRTO which is improved compared to DRT0 #
4. Aus DRTO## wird durch Grauwertskalierung und/oder Spline- Anpassung DRTO generiert.4. DRTO is generated from DRTO ## by gray value scaling and / or spline adjustment.
5. Durch die Anwendung der durch die Schritte 1 bis 4 erzeugten Datenrücktransformation DRTO auf das Urbild bzw. auf den TTO*-Anteil aus DRTO wird ein vierfach höher aufgelöstes und besser texturiertes Zielbild erzeugt, das einem HDTV-Original entspricht5. By applying the data reverse transformation DRTO generated by steps 1 to 4 to the original image or to the TTO * portion from DRTO, a target image that is four times higher resolution and better textured is generated, which corresponds to an HDTV original
(c) Extrapolation der Parametrisierung der Bildverarbei- tungs-Operation(c) Extrapolation of the parameterization of the image processing operation
Datenkompressionsverfahren lassen sich iterativ anwenden. Bei iterativer Anwendung liefert die Rücktransformation um so schlechtere Bilder, je verlustbehafteter die Datenkom- pressions-Operation arbeitet. Das Wavelet-Verfahren kann verlustfrei ausgeführt werden, wenn von den TTn-, HTn-, THn-, HHn-Anteilen der Datenkompressions-Operationen DTn nichts vergessen wird.Data compression methods can be applied iteratively. In the case of iterative application, the back transformation provides the poorer images, the more lossy the data compression operation works. The wavelet method can be carried out lossless if nothing is forgotten from the TTn, HTn, THn, HHn parts of the data compression operations DTn.
Das Verfahren zur Generierung von Rasterflächen DRTn-1 aus den DTn-Rastern kann sinngemäß über mehr als zwei Datenkompressionsstufen ausgeführt werden, sodaß eine Sequenz von Parmetersätzen Pi,n mit n=l,2,... für Verfahren zur extra- polativen Generierung der Datenrücktransformations-Opera- tion DRTO zur Verfügung steht. - 35 -The method for generating raster areas DRTn-1 from the DTn rasters can be carried out analogously over more than two data compression stages, so that a sequence of parameter sets Pi, n with n = 1, 2, ... for methods for the extrapolative generation of the Data reverse transformation operation DRTO is available. - 35 -
Durch seperate Anwendung der Differenzminimierung jeweils zwischen der für die Stufe n vorliegenden Datenkompres- sions-Operation DTn und den Rastern DTn+1 der nachfolgenden Datenkompressions-Operation wird eine Parameterisierung Pi,n+1 für eine Bildverarbeitungs-Operation BOi(Pi,n+l) über DTn+1 ermittelt, die eine Datenrücktransformations- Operation DRTn so generiert, daß zumindest annähernd DTn=DRTn für DRTn aus der Anwendung von BOi( Pi, n+1 ) auf DTn+1 gilt. Die jeweiligen Parametrisierungen Pi,n+1 werden über eine geeignet gewählten Schar repräsentativer Urbilder ermittelt.By separately applying the difference minimization between the data compression operation DTn present for stage n and the grids DTn + 1 of the subsequent data compression operation, parameterization Pi, n + 1 for an image processing operation BOi (Pi, n + l ) determined via DTn + 1, which generates a data reverse transformation operation DRTn such that at least approximately DTn = DRTn applies to DRTn from the application of BOi (Pi, n + 1) to DTn + 1. The respective parameterizations Pi, n + 1 are determined using a suitably selected set of representative archetypes.
Eine Verbesserung der Parametrisierung Pi zur Generierung von DRTO aus DTl erhält man durch gewichtete Mittelung der Parametrisierungen Pi,l, Pi,2, Pi,3,...An improvement in the parameterization Pi for generating DRTO from DTl is obtained by weighted averaging of the parameterizations Pi, I, Pi, 2, Pi, 3, ...
Eine weitere Verbesserung der Parameteridentifikation ist durch Anwendung des Differenzminimierungsverfahrens über die ganze Sequenz DRT0=(BOi( Pi, 1(DT1 ) ) ,BOi(Pi, l(BOi( Pi, 2 (DT2))) ),B0i(Pi,l(B0i(Pi,2(B0i(Pi,3(DT3)))))), ... ) von generierten Datenrücktransformations-Operationen DRTn= BOi(Pi,n+l(DTn+l) ) mit n=l,2,3,... erreichbar.A further improvement of the parameter identification is by using the difference minimization method over the whole sequence DRT0 = (BOi (Pi, 1 (DT1)), BOi (Pi, l (BOi (Pi, 2 (DT2)))), B0i (Pi, l (B0i (Pi, 2 (B0i (Pi, 3 (DT3)))))), ...) from generated data re-transformation operations DRTn = BOi (Pi, n + l (DTn + l)) with n = l, 2,3, ... reachable.
Die Datenkompressions-Rücktransformation DRTO wird dabei rekursiv, beginnend mit dem Ergebnis der letzten iterativen Anwendung der Wavelet-Operation, ermittelt, wobei die Parametrisierungen der Bildverarbeitungsoperationen jeweils so bestimmt werden, daß das Ergebnis der Datenkompressions- Rücktransformation DRTn mit der vorhergehenden Datenkom- pressions-Transformation DTn eine besonders gute Anpassung oder einen besten Fit ergibt. Damit wird erreicht, daß bei der Anwendung der aus DTn+1 generierten Datenkompressions- Rücktransformation DRTn annähernd die gleiche Dekompres- - 36 -The data compression reverse transformation DRTO is determined recursively, starting with the result of the last iterative application of the wavelet operation, the parameterizations of the image processing operations being determined such that the result of the data compression reverse transformation DRTn with the previous data compression transformation DTn results in a particularly good fit or a best fit. This ensures that when using the data compression reverse transformation DRTn generated from DTn + 1, approximately the same decompression - 36 -
sionsgüte vorliegt, wie bei der Anwendung der errechneten Datenkompressions-Transformation DTn. Durch Extrapolation der aus den DTn-1 erzeugten DRTn wird letztlich eine Datenkompressions-Rücktransformation generiert, die, angewendet auf das Urbild Bl, ein auflösungs- und texturverbessertes Bild BO erzeugt.quality is present, as when using the calculated data compression transformation DTn. Extrapolation of the DRTn generated from the DTn-1 ultimately generates a data compression reverse transformation which, when applied to the original image B1, produces an image BO with improved resolution and texture.
Die Online-Generierung der Datenkompressions-Rücktransfor- mation DRTO aus dem Ergebnis der Datenkompressions-Opera- tion DTl erfolgt unter Anwendung von BOi(Pi,l) nach dem im Abschnitt (b) angebenen Ablauf.The online generation of the data compression reverse transformation DRTO from the result of the data compression operation DT1 is carried out using BOi (Pi, l) according to the procedure given in section (b).
Generierung aus apriori-InformationGeneration from apriori information
Im folgenden wird die Online-Verbesserung der Parametrisierung der Bildverarbeitung-Operationen für die Generierung der Datenkompressions-Rücktransformation aus aprioni-Infor- mationen erläutert.The online improvement of the parameterization of the image processing operations for the generation of the data compression reverse transformation from aprioni information is explained below.
Eine weitere Kernidee der Erfindung besteht in der sende- seitigen Kodierung von Elementen einer Datenkompressions- Operation, die in solchen Bildzeilen verpackt gesendet werden, die bei der Visualisierung von PAL auf herkömmlichen TV-Geräten nicht dekodiert werden. Ähnlich wie beim Verfahren nach PAL+ ist empfangsseitig ein spezieller Decoder erforderlich, der diese Information in Echtzeit auspackt und in die Kodierung des Bildes geeignet hineinrechnet.Another core idea of the invention is the transmission-side coding of elements of a data compression operation, which are sent packaged in such picture lines that are not decoded during the visualization of PAL on conventional TV sets. Similar to the PAL + method, a special decoder is required at the receiving end, which unpacks this information in real time and appropriately calculates it in the coding of the picture.
Wird die oben beschriebene Vorgehensweise zur Erzeugung einer Datenkompressions-Rücktransformation DRTO statt aus dem PAL-Urbild aus dem sendeseitig verfügbaren HDTV-Urbild als Datenkompressions-Operation der ersten Stufe DTl, mit DT1=(TT1,TH1,HT1,HH1), DRT1=DT1 und TT1= PAL sendeseitig - 37 -If the procedure described above for generating a data compression reverse transformation DRTO instead of the PAL original image from the HDTV original image available on the transmission side as data compression operation of the first stage DT1, with DT1 = (TT1, TH1, HT1, HH1), DRT1 = DT1 and TT1 = PAL on the transmission side - 37 -
eingesetzt und außerdem aus der zweiten Anwendung der Wave- let-Datenkompressions-Operation auf das PAL-Bild (TTl-Fil- ter aus DTl) die Datenkompression DT2 berechnet, so ergibt sich die Parametrisierung B0i(Pi,2) für die empfangsseitige Online-Generierung von DRT1 aus DT2 statt nur extrapolativ nun in exakter Form. Wird diese Parametrisierung B0i(Pi,2) nun zusätzlich zum PAL-Signal mitgesendet, kann ein emp- fangsseitiger Dekoder dem lokalen HDTV-Generator dies als Parametrisierung B0i(Pi,l) zur Berechnung von DRTO aus dem empfangsseitig auf das aus dem PAL-Bild berechnete DTl bereitstellen. DRTO angewendet auf das PAL-Bild ergibt dann ein HDTV-Bild.If the data compression DT2 is calculated from the second application of the wavelet data compression operation on the PAL image (TTl filter from DTl), then the parameterization B0i (Pi, 2) for the receiving-side online Generation of DRT1 from DT2 instead of just extrapolative now in exact form. If this parameterization B0i (Pi, 2) is now also sent in addition to the PAL signal, a receiver-side decoder can do this to the local HDTV generator as parameterization B0i (Pi, l) for calculating DRTO from the receiving side to that from the PAL Provide the calculated DTl. DRTO applied to the PAL picture then results in an HDTV picture.
Eine weitere Kernidee der Erfindung besteht darin, von der sendeseitig aus dem HDTV-Urbild erzeugten Datenrücktrans- formations-Operation DRTO=DTO mit DT0=( TTO, THO, HTO,HHO) , Anteile von HHO als HHO*, ggf. auch von THO und/oder HTO als THO- und/oder HTO-Elemente in unsichtbare PAL- bzw. PAL+-Zeilen zu kodieren. Ein empfangsseitiger Dekoder stellt dem lokalen HDTV-Generator diese HHO-, THOund/oder HTO-Elemente als DRTO zur Berechnung von HDTV aus dem PAL- Bild zur Verfügung.A further core idea of the invention consists of the data re-transformation operation DRTO = DTO with DT0 = (TTO, THO, HTO, HHO) generated by the transmitter from the HDTV master image, portions of HHO as HHO *, possibly also of THO and / or to encode HTO as THO and / or HTO elements in invisible PAL or PAL + lines. A decoder on the receiving side provides the local HDTV generator with these HHO, THO and / or HTO elements as DRTO for the calculation of HDTV from the PAL picture.
Die Fig. 9 beschreibt ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Rasterbildes.FIG. 9 describes an exemplary embodiment of the method according to the invention for increasing the resolution of a raster image.
Dieses Ausführungsbeispiel für das Verfahren 2 geht zunächst von einem TV-Bild 90 aus, welches von einem Sender übertragen wird und z.B. als PAL-TV-Bild mit z.B. 720 x 576 Bildelementen ausgestattet ist. Dieses Bild 90 wird dann zum einen in einem Bildzwischenspeicher 93 abgelegt. Andererseits wird das Bild mittels einen Wavelet-Transforma- tors 91 in einer ersten Datenkompressionsstufe bearbeitet. Das Ergebnis dieser Bearbeitungsstufe wird wiederum in einem Bildzwischenspeicher 94 abgelegt. - 38 -This exemplary embodiment for method 2 is based on a TV picture 90 which is transmitted by a transmitter and is equipped, for example, as a PAL TV picture with, for example, 720 x 576 picture elements. This image 90 is then stored in an image buffer 93 on the one hand. On the other hand, the image is processed in a first data compression stage by means of a wavelet transformer 91. The result of this processing stage is in turn stored in an image buffer 94. - 38 -
Durch die im obigen Abschnitt beschriebenen Randbedingungen im Hinblick auf die Konstruktion einer Datenkompressions- Rücktransformation wird mittels eines Skaliermoduls 92 und eines Bildkonverters 95 die inverse Wavelet-Transformation über die Hochpaßanteile TH2, HT2 und HH2 bzw. TH2*, HT2*, HH2* für eine Bildverarbeitungsoperation BOi mit einer Pa- rameterisierung Pi,2 erzeugt und dem sogenannten inversen Wavelet-Transformator 96 zur Verfügung gestellt, welcher dann seinerseits auf den Bildzwischenspeicher 93 mit dem dort enthaltenen PAL-TV-Bild 90 zurückgreift, um nach Ausführung der inversen Wavelet-Transformation zu einem HDTV- Bild mit z.B. 1440 x 1052 Bildelementen zu gelangen.Due to the boundary conditions described in the section above with regard to the construction of a data compression reverse transformation, the inverse wavelet transformation via the high-pass components TH2, HT2 and HH2 or TH2 *, HT2 *, HH2 * for one is achieved by means of a scaling module 92 and an image converter 95 Image processing operation BOi with a parameterization Pi, 2 is generated and made available to the so-called inverse wavelet transformer 96, which in turn then accesses the image buffer 93 with the PAL-TV image 90 contained therein in order to perform the inverse wavelet transformation to an HDTV picture with eg 1440 x 1052 picture elements.
Dieses dann erzeugte HDTV-Bild wird dann über eine sogenannte RAMDAC-Einheit 97 gespeichert und gegebenenfalls analog transformiert, um danach auf einer Display-Einheit 98 dargestellt zu werden. This then generated HDTV image is then stored via a so-called RAMDAC unit 97 and, if necessary, is transformed analogously, in order then to be shown on a display unit 98.

Claims

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Patentansprücheclaims
1. Verfahren zur Erhöhung der Auflösung eines Rasterbildes (Bl), welches aus einzelnen Bildelementen besteht, die in Spalten und Zeilen angeordnet sind, insbesonders eines TV-Bildes, zur Ausgabe auf einer Bildanzeigeeinrichtung, mit den Schritten:1. A method for increasing the resolution of a raster image (B1) which consists of individual image elements which are arranged in columns and rows, in particular a TV image, for output on an image display device, with the steps:
- Bereitstellen, Digitalisieren und Speichern von Bildinformation als ein Urbild (Bl) mit gegebener Anzahl nl von Bildelementen in sl Spalten und zl Zeilen,Provision, digitization and storage of image information as an original image (B1) with a given number nl of image elements in sl columns and zl lines,
- Bereitstellen und Speichern einer Datenkompressions- Rücktransformation (IR),- Provision and storage of a data compression reverse transformation (IR),
- Erzeugen eines Ziel-Bildes (BO) mit einer Anzahl nO Bildelementen in sO Spalten und zO Zeilen durch Anwenden der Datenkompressions-Rücktransformation (IR) auf das Urbild (Bl),Generating a target image (BO) with a number of nO picture elements in so columns and zO rows by applying the data compression reverse transformation (IR) to the original image (B1),
- Speichern und Anzeigen der erhaltenen Bildinformation als Ziel-Bild (BO).- Storage and display of the image information obtained as a target image (BO).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Datenkompressions-Rücktransformation (IR) zu einer im wesentlichen invertierbaren Datenkompressions- Transformation (R) bereitgestellt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the data compression reverse transformation (IR) is provided to an essentially invertible data compression transformation (R).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Datenkompressions-Rücktransformation (IR) eine Wavelet-Transformation (W) zugrunde gelegt wird. - 40 -3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the data compression reverse transformation (IR) is based on a wavelet transformation (W). - 40 -
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Datenkompressions-Rücktransformation (IR) mindestens ein Tiefpaßfilter ( T ) und mindestens ein Hochpaßfilter (H) zugrunde gelegt werden, welche im wesentlichen spiegelbar oder invertierbar sind und welchen jeweils ein invertierter oder gespiegelter Tiefpaßfilter (IT) bzw. Hochpaßfilter (IH) zugeordnet ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the data compression reverse transformation (IR) is based on at least one low-pass filter (T) and at least one high-pass filter (H), which are essentially mirrorable or invertible and which are each an inverted or mirrored low-pass filter (IT) or high-pass filter (IH) is assigned.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Anwenden der Datenkompressions-Rücktransforma- tion (IR) die Schritte aufweist:Method according to Claim 4, characterized in that the application of the data compression reverse transformation (IR) comprises the steps:
- Einfügen jeweils einer Spalte mit Bildelementen hinter jede Spalte eines gespeicherten Bildes,- inserting a column with picture elements behind each column of a saved picture,
- Zwischenspeichern der erhaltenen Bildinformation,Temporarily storing the image information obtained,
- Anwenden des gespiegelten oder invertierten Tiefpaßfilters (IT) auf die Spalten des zwischengespeicherten Bildes und- Apply the mirrored or inverted low-pass filter (IT) to the columns of the buffered image and
- Speichern der Bildinformation.- Save the image information.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß das Anwenden der Datenkompressions-Rücktransformation ( IR1 ) die Schritte aufweist:Method according to one of claims 4 or 5, characterized in that the application of the data compression reverse transformation (IR1) comprises the steps:
- Einfügen jeweils einer Zeile mit Bildelementen hinter jede der Zeile eines gespeicherten Bildes,Inserting a line with picture elements behind each line of a stored picture,
- Zwischenspeichern der erhaltenen Bildinformation,Temporarily storing the image information obtained,
- Anwenden des gespiegelten oder invertierten Tiefpaßfilters (IT) auf die Zeilen des zwischengespeicherten Bildes und- Apply the mirrored or inverted low-pass filter (IT) to the lines of the buffered image and
- Speichern der Bildinformation. - 41 -- Save the image information. - 41 -
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zu einem Urbild ( Bl ) durch Anwenden der Datenkompressions-Transformation (R) ein komprimiertes Bild (B2) erzeugt wird, welches in das Urbild (Bl) rück- transformierbar ist, und daß aus der Information des Urbildes (Bl), des komprimierten Bildes (B2) und der Datenkompressions-Transformation (R) in Echtzeit die Datenkompressions-Rücktrans- formation (IR) zu einem auflösungsverbesserten Ziel- Bild (BO) erzeugt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a compressed image (B2) is generated for an original image (Bl) by applying the data compression transformation (R), which can be re-transformed into the original image (Bl), and that the information from the original image (B1), the compressed image (B2) and the data compression transformation (R) is used in real time to produce the data compression reverse transformation (IR) into a resolution-improved target image (BO).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß aus der Datenkompressions-Rücktransformation (IR) eine texturverbessernde Datenkompressions-Rücktransfor- mation (TIR), insbesondere in Echtzeit, erzeugt wird, welche bei Anwendung auf das Urbild (Bl) zu einem Ziel- Bild (BO) mit verbesserter Auflösung und verbesserter Textur führt .8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that from the data compression reverse transformation (IR) a texture-improving data compression reverse transformation (TIR), in particular in real time, is generated, which when applied to the archetype (B1) to one Target image (BO) with improved resolution and texture leads.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß auf das Urbild (Bl) die Datenko pressions-Trans- formation (R) iterativ angewendet wird, um eine Folge komprimierter Bilder (B2, B3 ...) zu erhalten, und daß zum Generieren und Bereitstellen der Datenkompressions- Rücktransformation (IR) die Information des Urbildes (Bl), der Datenkompressions-Transformation und der Folge komprimierter Bilder (B2, B3 ...) verwendet wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the data compression transformation (R) is applied iteratively to the original image (B1) in order to obtain a sequence of compressed images (B2, B3 ...), and that the information of the original image (B1), the data compression transformation and the sequence of compressed images (B2, B3 ...) is used to generate and provide the data compression reverse transformation (IR).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Generieren und Bereitstellen der Datenkompressions-Rücktransformation (IR) ein Extrapolationsverfahren verwendet wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that an extrapolation method is used when generating and providing the data compression reverse transformation (IR).
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