WO2004063938A2 - Verfahren zur bildung eines histogramms - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for forming a histogram, which represents the distribution of quantities supplied, which are assigned to values which lie within a predetermined value range.
- the method according to the invention enables the formation of such histograms with less effort in that the value range is divided into predetermined partial areas that are limited by base values, that for values between a base value and an adjacent base value distribution factors are calculated depending on their location, that the quantities are divided depending on the respective distribution factors into the respective base value and the neighboring base value and accumulated separately according to base values and that the accumulated values by the number of the distribution factors accumulated separately according to base values be divided.
- the method according to the invention is particularly suitable for use with digital video signals, the sizes representing deviations from the ideal signal curve, which are caused in particular by non-linearities of analogue transmission elements, such as opto-electrical converters.
- analogue transmission elements such as opto-electrical converters.
- a further development enables the division into two adjacent accumulators in an advantageous manner in that in each case a distribution factor is derived from the difference between the supplied value and the base value, in that another distribution factor is formed in each case by forming the complement value of the one distribution factor, that the sizes in each case are multiplied by one and the other distribution factor and that both products, each of which is assigned to a size, are accumulated in accumulators of adjacent value ranges.
- the method according to the invention can be carried out in such a way that the division factors are derived linearly from the differences.
- the exemplary embodiment and parts thereof are shown as block diagrams. However, this does not mean that the arrangement according to the invention is limited to an implementation with the aid of individual circuits corresponding to the blocks. Rather, the arrangement according to the invention can be implemented in a particularly advantageous manner with the aid of highly integrated circuits. In this case, digital signal processors can be used which, with suitable programming, carry out the processing steps shown in the block diagrams.
- VA can take 16 values
- the bit width V 4.
- the base value at 16 occupies a special position because the value 16 with a 4-bit number. is never reached, but will later be needed to accumulate the proportions of the values above the base values at 12.
- a range of values or the base value which is the lower limit of the range of values in which the respective value VA lies, is selected.
- an address As is obtained for the respective value range and is forwarded to switches 4, 5.
- This atomic number can take the range 0 to Nl.
- the base value is calculated from As, which is subtracted from the value VA at 7, so that a difference value D arises.
- This difference value can be influenced in a look-up table 8, for example non-linearized.
- the difference value can be 0, 1, 2 or 3. If non-linearization is to be possible with the look-up table, a finer quantization of the output values D 'of the look-up table 3 is necessary, for example from 0 to 15. The following values then result for a linear table: D 0 1 2 3 D '0 4 8 12, while a non-linear table can be designed as follows:
- the difference D 'thus possibly changed with respect to D is used as a distribution factor for dividing the quantity DE supplied at 2 over two adjacent accumulators.
- the division factor D ' is fed directly to a first multiplier 10 and to a second multiplier 11 via a circuit 9 to form the complement KD' as a further division factor.
- K 16.
- the output variables Io and Iu of the multipliers 10, 11 are added up in an upper and a lower one of two adjacent accumulators.
- the division factors D 'and K-Dl are supplied as count variables Co and Cu to an upper and a lower two adjacent further accumulators (accumulators).
- the accumulators are arranged in two groups 12, 13.
- Group 12 comprises accumulators from AkkuO to AkkuN, to which sizes Iu and Io are fed via a changeover switch 4.
- Group 13 includes counting accumulators (CAkkuO to CAkkuN), which are also controlled by a changeover switch 5.
- the switches 4, 5 are controlled by As.
- the contents of the data are stored in a computer 14 Accumulators 12 divided by the contents of the counting accumulators 13. The results of this division then form a value of the histogram for each of the base values.
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Bildung eines Histogramms, das die Verteilung zugeführter Größen darstellt, die zugeführten Werten zugeordnet sind, welche innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegen, ist der Wertebereich in vorgegebene Teilbereiche aufgeteilt, die von Stützwerten begrenzt sind. Für Werte, die zwischen einem Stützwert und einem benachbarten Stützwert liegen, werden in Abhängigkeit von ihrer Lage Aufteilungsfaktoren berechnet. Die Größen werden in Abhängigkeit von den jeweiligen Aufteilungsfaktoren auf den jeweiligen Stützwert und den benachbarten Stützwert aufgeteilt und getrennt nach Stützwerten akkumuliert. Die akkumulierten Werte werden durch die Anzahl der jeweils getrennt nach Stützwerten akkumulierten Aufteilungsfaktoren dividiert.
Description
BESCHREIBUNG
Verfahren zur Bildung eines Histogramms
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines Histogramms, das die Verteilung zugeführter Größen darstellt, die zugeführten Werten zugeordnet sind, welche innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegen.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Analyse von Signalen ist es häufig erforderlich, Größen, die einzelnen Werten (Abtastwerten) der Signale zugeordnet sind, statistisch getrennt nach Werten zu erfassen. Dabei sind die zu erfassenden Größen häufig Abweichungen von Sollwerten. Die Werte liegen in der Praxis häufig innerhalb eines großen Wertebereichs von beispielsweise 1024 bei einer 10-Bit-Codierung eines Analogsignals. Zur Erstellung eines, Histogramms wären dann an sich für jeden dieser 1024 möglichen Werte Einrichtungen zum Aufsummieren der Größen (Akkumulatoren) erforderlich. Dies bedeutet einen erheblichen Aufwand.
Darstellung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bildung derartiger Histogramme mit geringerem Aufwand dadurch, dass der Wertebereich in vorgegebene Teilbereiche aufgeteilt wird, die von Stützwerten begrenzt sind, dass für Werte, die zwischen einem Stützwert und einem benachbarten Stützwert
liegen, in Abhängigkeit von ihrer Lage Aufteilungsfaktoren berechnet werden, dass die Größen in Abhängigkeit von den jeweiligen Aufteilungsfaktoren auf den jeweiligen Stützwert und den benachbarten Stützwert aufgeteilt und getrennt nach Stützwerten akkumuliert werden und dass die akkumulierten Werte durch die Anzahl der jeweils getrennt nach Stützwerten akkumulierten Aufteilungsfaktoren dividiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Anwendung bei digitalen Videosignalen, wobei die Größen Abweichungen vom idealen Signalverlauf darstellen, die insbesondere durch Nichtlinearitäten von analog arbeitenden Übertragungselementen, wie beispielsweise opto-elektrischen Wandlern, bedingt sind. Es ist jedoch auch die Bildung von anderen Histogrammen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, insbesondere für Anwendungen, bei denen die Größen nicht stark von Wert zu Wert schwanken.
Eine Weiterbildung ermöglicht die Aufteilung auf zwei benachbarte Akkumulatoren in vorteilhafter Weise dadurch, dass jeweils ein Aufteilungsfaktor aus der Differenz zwischen dem zugeführten Wert und dem Stützwert abgeleitet wird, dass jeweils ein anderer Aufteilungsfaktor durch Bildung des Komplementwertes des einen Aufteilungsfaktors gebildet wird, dass die Größen jeweils mit dem einen und dem anderen Aufteilungsfaktor multipliziert werden und dass beide Produkte, die jeweils einer Größe zugeordnet sind, in Akkumulatoren benachbarter Wertebereiche akkumuliert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann derart ausgeführt werden, dass die Aufteilungsfaktoren linear aus den Differenzen abgeleitet werden.
Eine Berücksichtigung verschiedener Charakteristika der Größen, insbesondere der Abweichungen, ist jedoch auch dadurch möglich, dass die Aufteilungsfaktoren mit einer nichtlinearen Funktion aus den Differenzen abgeleitet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das Ausführungsbeispiel sowie Teile davon sind zwar als Blockschaltbilder dargestellt. Dieses bedeutet jedoch nicht, dass die erfindungsgemäße Anordnung auf eine Realisierung mit Hilfe von einzelnen den Blöcken entsprechenden Schaltungen beschränkt ist. Die erfindungsgemäße Anordnung ist vielmehr in besonders vorteilhafter Weise mit Hilfe von hochintegrierten Schaltungen realisierbar. Dabei können digitale Signalprozessoren eingesetzt werden, welche bei geeigneter Programmierung die in den Blockschaltbildern dargestellten Verarbeitungsschritte durchführen.
Eingängen 1, 2 werden die zur Bildung des Histogramms benötigten Werte VA (= value) und DE (= deviation) zugeführt, wobei DE on VA abhängig ist und VA einen Wertebereich einnehmen kann, der sich aus der Bit-Breite V ergibt. Unter der Annahme, dass VA 16 Werte annehmen kann, ist die Bit- Breite V=4. Bei dem Beispiel wird ferner davon ausgegangen, dass für diesen Wertebereichs N+l=5 Stützwerte, nämlich 0, 4, 8, 12, 16, gewählt werden, wodurch der gesamte Wertebereich in
N=4 Teilbereiche aufgeteilt wird, in denen jeweils die Größen DE akkumuliert werden. Der Stützwert bei 16 nimmt dabei eine Sonderstellung ein, da der Wert 16 bei einer 4-Bit-Zahl . nie erreicht wird, wird aber später zur Akkumulation der Anteile der oberhalb der Stützwerte bei 12 liegenden Werte benötigt.
In einem Selektor 3 wird ein Wertebereich bzw. der Stützwert, welcher die untere Grenze des Wertebereichs ist, in welchem der jeweilige Wert VA liegt, ausgewählt. Durch die Bildung der Ganzzahl Int (VA*N/2ΛV) wird eine Adresse As für den jeweiligen Wertebereich gewonnen, die Umschaltern 4, 5 zugeleitet wird. Diese Ordnungszahl kann den Bereich 0 bis N-l einnehmen.
Durch Multiplikation der Ordnungszahl mit 2AV und Division durch N wird aus As der Stützwert berechnet, der von -dem Wert VA bei 7 subtrahiert wird, so dass ein Differenzwert D entsteht. Dieser Differenzwert kann in einer Look-up-Tabelle 8 beeinflusst werden, beispielsweise nichtlinearisiert werden..
Bei dem beispielhaft angegebenen Bereich des Wertes VA von 0 bis 15 und den Stützwerten bei 0, 4, 8 und 12 kann der Differenzwert 0, 1, 2 oder 3 sein. Soll mit der Look-up- Tabelle eine Nichtlinearisierung möglich sein, ist eine feinere Quantisierung der Ausgangswerte D' der Look-up-Tabelle 3 erforderlich, beispielsweise von 0 bis 15. Für eine lineare Tabelle ergeben sich dann folgende Werte: D 0 1 2 3 D' 0 4 8 12, während eine nichtlineare Tabelle etwa wie folgt ausgeführt sein kann:
D 0 1 2 3 D! 0 1 4 9.
Die somit gegebenenfalls gegenüber D veränderte Differenz D' wird als Aufteilungsfaktor zur Aufteilung der bei 2 zugeführten Größe DE auf zwei benachbarte Akkumulatoren verwendet. Dazu wird der Aufteilungsfaktor D' einem ersten Multiplizierer 10 direkt und einem zweiten Multiplizierer 11 über eine Schaltung 9 zur Bildung des Komplements K-D' als weiterer Aufteilungsfaktor zugeleitet. Bei dem verwendeten Zahlenbeispiel ist K=16. Die Ausgangsgrößen Io und Iu der Multiplizierer 10, 11 werden in jeweils einem oberen und einem unteren von zwei benachbarten Akkumulatoren aufaddiert. Die Aufteilungsfaktoren D' und K-Dl werden als Zählgrößen Co und Cu einem oberen und einem unteren zweier benachbarter weiterer Akkumulatoren (Zählakkumulatoren) zugeführt.
Die Akkumulatoren sind in zwei Gruppen 12, 13 angeordnet. Die Gruppe 12 umfasst Akkumulatoren von AkkuO bis AkkuN, denen die Größen Iu bzw. Io über einen Umschalter 4 zugeleitet werden. Die Gruppe 13 umfasst Zählakkumulatoren (CAkkuO bis CAkkuN) , die ebenfalls über einen Umschalter 5 angesteuert werden. Die Umschalter 4, 5 werden von As gesteuert.
Ist beispielsweise VA=7, wird von dem Selektor 3 As=l ausgegeben. Die unteren Arme der Umschalter 4, 5 werden dadurch in die Stellung 1, die oberen in die Stellung 2 gebracht. Für VA=7 ist D=3, woraus sich bei einer linearen Look-up-Tabelle 8 D'=12 ergibt. Dadurch wird im Multiplizierer 10 DE mit 12 und im Multiplizierer 11 mit 16-12=4 multipliziert. Akku2 wird demnach das 12-fache, Akkul das 4- fache von DE zugeführt. Die entsprechenden Zählakkumulatoren enthalten die Werte 12 und 4.
Sind genügend viele Größen DE für genügend viele Werte VA akkumuliert, werden in einem Rechner 14 die Inhalte der
Akkumulatoren 12 durch die Inhalte der Zählakkumulatoren 13 geteilt. Die Ergebnisse dieser Division bilden dann für jeden der Stützwerte einen Wert des Histogramms.
Claims
1. Verfahren zur Bildung eines Histogramms, das die Verteilung zugeführter Größen darstellt, die zugeführten Werten zugeordnet sind, welche innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegen, dadurch gekennzeichnet, dass der Wertebereich in vorgegebene Teilbereiche aufgeteilt wird, die von Stützwerten begrenzt sind, dass für Werte, die zwischen einem Stützwert und einem benachbarten Stützwert liegen, in Abhängigkeit von ihrer Lage Aufteilungsfaktoren berechnet werden, dass die Größen in Abhängigkeit von den jeweiligen Aufteilungsfaktoren auf den jeweiligen Stützwert und den benachbarten Stützwert aufgeteilt und getrennt nach Stützwerten akkumuliert werden und dass die akkumulierten Werte durch die Anzahl der jeweils getrennt nach Stützwerten akkumulierten Aufteilungsfaktoren dividiert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Aufteilungsfaktor aus der Differenz zwischen dem zugeführten Wert und dem Stützwert abgeleitet wird, dass jeweils ein anderer Aufteilungsfaktor durch Bildung des Komplementwertes des einen Aufteilungsfaktors gebildet wird, dass die Größen jeweils mit dem einen und dem anderen Aufteilungsfaktor multipliziert werden und dass beide Produkte, die jeweils einer Größe zugeordnet sind, in Akkumulatoren benachbarter Wertebereiche akkumuliert werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilungsfaktoren linear aus den Differenzen abgeleitet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufteilungsfaktoren mit einer nichtlinearen Funktion aus den Differenzen abgeleitet werden.
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