DE3609887A1 - Schaltungsanordnung zur adaptiven steuerung eines rekursiven filters fuer videosignale - Google Patents

Description

RCA 82 053 Ks/Ri

U.S. Serial No. 715,817

Filed: 25 March 1985

RCA Corporation 201 Washington Road, Princeton, N.J. (US)

Schaltungsanordnung zur adaptiven Steuerung eines rekursiven gilters für Videosignale

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur adaptiven Steuerung digitaler rekursiver Filter. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit einem videosignalverarbeitenden System erläutert, wie es etwa in einem Fernsehempfänger verwendet wird, sie ist jedoch nicht auf dieses Anwendungsgebiet begrenzt.

In Videosystemen können rekursive Filter benutzt werden, um Rauschen im Frequenzband des Videosignals zu vermindern. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß es bei Videosignalen von Vollbild zu Vollbild einen relativ hohen Grad an Korrelation der Signale gibt. Wenn also ein Videosignal aus aufeinanderfolgenden Vollbildern summiert wird, addiert sich das korrelierte Videosignal in linearer Weise, nicht aber das statistische Rauschen, welches das Videosignal begleitet. Das summierte Signal wird gewöhnlich auf einen gewünschten Amplitudenbereich normiert, und der Rauschabstand (Verhältnis von Nutzanteil zu ·-■■ Rauschanteil) des gemittelten Signals wird durch die Verarbeitung verbessert.

W 1 Ein typisches rekursives Filter für Videosignale enthält ein Verzögerungselement, das in einer Umlaufschleife mit einer Schaltungsanordnung gekoppelt ist, die einen Bruchteil des verzögerten Signale mit einem Bruchteil des ankommenden Signals kombiniert. Das kombinierte Signal wird an das Verzögerungselement gelegt, worin es um diejenige Zeitdauer verzögert wird, die notwendig ist, damit die Bestandteile jeder Abfrage oder "Probe" des kombinierten Videosignals aus einander entsprechenden Bildpunkten aufeinanderfolgender Video-Vollbilder stammen. Die Bruchteile des ankommenden und des verzögerten Signals werden dadurch erhalten, daß man das eine Signal mit einem Paktor K und das andere Signal mit dem Faktor (1-K) bemißt. Wenn also die Amplitude des ankommenden Signals gleich der Amplitude des gemittelten Signals aus dem Verzögerungselement ist, wird das neue kombinierte Signal auf einen Wert gleich dem Eingangssignal normiert sein. In einem digitalen Verarbeitungssystem gestattet es die Normierung, die erforderliche Bitkapazität für die Proben im Verzögerungselement gering zu halten. Wenn die Proben des ankommenden Signals aus 8-Bit-Wörtern bestehen, dann kann die Wortgröße im Verzögerungselement auf z.B. 9 oder 10 Bits gehalten werden. Dies ist für die Konstruktion ein wichtiger Gesichtspunkt im Bemühen, die Herstellungskosten rekursiver Filter für Konsumentenzwecke zu verringern.

Wenn sich die durch Videosignale dargestellten Bilder ändern, werden rekursiv gefilterte Videosignale in ihrer Qualität beeinträchtigt. Es erscheinen Phantombilder in den wiedergegebenen Bildern, und die Bildschärfe entlang bewegter Bildränder verschlechtert sich. Um diesen unerwünschten Effekten zu begegnen, ist es bekannt, die Parameter des rekursiven Filters im Falle stattfindender Bewegung adaptiv zu ändern. Die adaptiven Änderungen werden unabhängig für jedes Bildelement (Bildpunkt) durchgeführt. Typischerweise erfolgen die Änderungen an den Bemessungs-

faktoren des Filters abhängig von der Amplitude der zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern aufgetretenen Änderung im Videosignal. Bei größeren Videosignaländerungen von Vollbild zu Vollbild wird ein größerer Bruchteil des ankommenden Signals in den Mittelungsprozeß einbezogen, und bei kleineren Videosignaländerungen zwischen Vollbildern wird ein größerer Bruchteil des gemittelten verzögerten Signals in den Mittelungsprozeß einbezogen.

Hat die Bewegung zwischen Bildern aufgehört, kann ein rekursives Filtersystem zur schnelleren Hinwendung auf das gewünschte Maß der Rauschunterdrückung konditioniert werden, indem eine Folge fortschreitend kleiner werdender Bemessungsfaktoren eingebracht wird. Die Zeitsteuerung der Folge wird für (jeden Bildpunkt getrennt bestimmt und ist eine Funktion der Vorgeschichte des jeweils betreffenden Bildpunktes hinsichtlich der Bildbewegung. Ein Beispiel für ein System dieses Typs ist in der US-Patentschrift 4 24-0 106 beschrieben. Dieses System entwickelt eine FoI-ge von Bemessungsfaktoren für jeden Bildpunkt, wobei jeder der aufeinanderfolgenden Bemessungsfaktoren einen Wert hat, der jeweils gleich dem Kehrwert der Anzahl von Vollbildern ist, die seit dem letzten Vollbild, bei welchem eine Bewegung gefühlt wurde, aufgetreten sind.

Die vorstehend beschriebenen Systeme können zwar die Betriebsqualität rekursiver Filter in der Verarbeitung von Videosignalen in gewisser Weise verbessern, übergehen andererseits aber ein wichtiges Element im Filterungs-Vorgang. Dieses Element ist die Amplitude des Rauschens im zu verarbeitenden Signal. Ist der Rauschpegel niedrig, dann ist eine geringere Rauschunterdrückung erforderlich, und das Filter kann adaptiv so konditioniert werden, daß es mit einer schnelleren Geschwindigkeit konvergiert, als wenn ein höheres Maß an Rauschunterdrückung erforderlich wäre. Eine Programmierung des Systems derart, daß die . Rauschunterdrückung bei niedrigem Rauschpegel geringer

— 7 —

Λ wird, macht das System toleranter für die erwähnten Bewegungen von Vollbild zu Vollbild (im folgenden auch als "Intervollbild"-Bewegung bezeichnet).

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein rekursives Filter in adaptiver Weise als Funktion des Rauschpegels des zu verarbeitenden Signals zu steuern.

Bewegungsdetektoren für rekursive Filter messen typischerweise die Videosignaldifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern, um festzustellen, ob sich das Bild geändert hat. Begleitendes Rauschen dieser Videosignale kann aber den Bewegungsdetaktor ebenfalls triggern, so daß fälschlicherweise eine Bewegung angezeigt wird, was ^5 dazu führt, daß das System die Rauschunterdrückung unerwünscht beeinflußt. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Bewegungsdetektorsystem vorzusehen, bei dem falsche Bewegungsanzeigen möglichst wenig vorkommen.

Die vorliegende Erfindung wird in einer Schaltungsanordnung zur adaptiven Steuerung eines rekursiven Filters realisiert. Das ankommende- oder "laufende" Signal und das verzögerte Signal werden einer Einrichtung angelegt, die Signaldifferenzen bildet. Die Signaldifferenzen werden einem Minimumdetektor zugeführt, der die in einem vorbestimmten Intervall auftretende kleinste Signaldifferenz auswählt.

Die ausgewählte Signaldifferenz wird auf eine Schwellenbestimmungsschaltung gegeben, um einen Schwellenwert zu entx-jickeln. Der rauschabhängige Schwellenwert wird an einen Eingang eines Vergleichers gelegt. Signaldifferenzen von einer Subtrahierschaltung werden einem zweiten Eingang des Vergleichers zugeführt. Es ist eine Einrich^tunS vorgesehen, die dann, wenn Signaldifferenzen die Schwelle überschreiten, Bewegungssignale erzeugt. Die Bewegungssignale werden auf eine Einrichtung gekoppelt,

welche Bemessungsfaktor-Koeffizienten für das rekursive Filter erzeugt.

Die wesentlichen Merkmale einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind im Patentanspruch 1 aufgeführt- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

ο Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines adaptiven rekursiven Filters, das mit einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Bemessungsfaktoren arbeitet und so ausgelegt ist, daß es eine Rauschverminderung sowie eine Trennung der Leuchtdichtekomponente vom zusammengesetzten Videosignal bewirkt ;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform eines Minimalwertdetektors zur Verwendung in der Anordnung nach Fig. 1.

In den Figuren stellen die breiten gepfeilten Verbindungswege zwischen einzelnen Schaltungsteilen mehradrige Verbindungen zur Übertragung von Mehrbit-Signalproben in Parallelform dar. Schmale gepfeilte Linien zwischen Schaltungselementen bedeuten Verbindungen aus jeweils einem einzigen Leiter zur Übertragung digitaler Signalproben in JO Serienbitform oder zur Übertragung von Analogsignalen.

Die Anordnung nach Fig. 1 ist ein hinsichtlich Bildbewegung und Rauschen adaptives rekursives Filter zur Verarbeitung von Videosignalen. Die innerhalb der gestrichelten Umrahmungen 21 und 31 liegenden Teile bilden das allgemeinere System. Die Gesamtheit der Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung für den spezielleren Zweck, die

Leuchtdichtekomponente aus dem zusammengesetzten Videosignal (Videosignalgemiscli) zu trennen.

Die von der gestrichelten Umrahmung 21 umgrenzte Schaltungsanordnung ist ein rekursives Filter des Typs, wie er allgemein in der US-Patentschrift 4 485 403 beschrieben ist. Das Filter ist adaptiv infolge der Fähigkeit, den Bemessungsfaktor K einer Bemessungsschaltung 16 zu ändern. Das rauschverminderte Videosignal ist am Ausgangsanschluß 27 eines Videosignal-Verzögerungselementes 22 verfügbar. Alternativ kann das rauschverminderte Videosignal auch am Eingangsanschluß 19 des Verzögerungselementes 22 abgenommen werden.

Die Schaltungsanordnung 21 arbeitet kurz beschrieben auf folgende Weise: Abfragewerte oder "Proben" V__ des zu verarbeitenden Videosignals werden vom Eingangsanschluß 10 auf eine Subtrahierschaltung 12 gegeben. Verzögerte Signalproben V₁)Y vom Verzögerung'selement 22 werden auf einen zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 12 gekoppelt, die Differenzwertproben (V^-V-py) erzeugt. Diese Differenzproben werden über ein kompensierendes Verzögerungselement 14 zum Eingang einer Bemessungsschaltung 16 gegeben. Die Bemessungsschaltung 16 liefert bemessene Differenzwerte K_m(V__c~V-py), die auf einen Eingang eines Addierers 20 gegeben werden. Verzögerte Proben V-py vom Verzögerungselement 22 werden über ein kompensierendes Verzögerungselement 18 an einen zweiten Eingang des Addierers 20 gelegt, der Proben-Summenwerte Vy gemäß folgendem Ausdruck liefert:

^VY = ^VDr"W^VDY>

CD

Das Verzögerungselement 22 und die kompensierenden Verzögerungselemente 14 und 18 sind so ausgelegt, daß die Proben V,_c und V_Dy, die in der Subtrahierschaltung 12 ,jeweils miteinander kombiniert werden, gleichen Bildpunk-

- 10 -

ten aufeinanderfolgender Vollbilder entsprechen. Das kompensierende Verzögerungselement 14- ist erforderlich., um der !Schaltungsanordnung 31 Zeit zu gewahren, Bemessungsfaktoren K für die Bemessungsschaltung 16 bildpunktwei- se zu entwickeln, d.h. einzeln von Probe zu Probe. Das kompensierende Verzögerungselement 18 dient zur Anpassung an die Verzögerung, welche das Verzögerungselement 14· und die Bemessungsschaltung 16 bewirken.

Die Werte der Proben V^y entsprechen den Proben Vy nach Verzögerung um eine Vollbildperiode. Erweitert man die Gleichung (1), indem man V-py durch Vy mit der passenden Zeitverschiebung ersetzt, läßt sich nach Vereinfachung der Gleichung zeigen, daß die Nutzsignalkomponente Vgy der Proben Vy gleich der Nutzsignalkomponente Vg_x der Eingangsproben V_x ist. Die Rauschkomponente V^y der Pro

ben ν_γ ist um den Faktor "Vk_m/(2-K_m) reduzxert. Diese Ergebnisse setzen voraus, daß die Nutzsignalkomponente V_gx in der Form eines Video-Komponentensignals vorliegt, d.h.

entweder als Leuchtdichte- oder als Farbartsignal. Wenn die Nutzsignalkomponente Vg_x jedoch eine Farbartkomponente oder ein Videosignalgemisch ist, das eine Farbartkomponente enthält, dann müssen Vorkehrungen getroffen werden, um die Phase der Farbartkomponente umzukehren, bevor sie zurück vom Verzögerungselement 22 zu den Elementen 12 und 20 gekoppelt wird. Eine solche Phaseninvertierung der Farbartkomponente ist auf dem Gebiet rekursiver Videosignalfilter bekannt.

Unter der Voraussetzung, daß das Eingangssignal ein zusammengesetztes Videosignal (Videosignalgemisch) ist und daß keine Maßnahmen zur Farbart-Phaseninvertierung getroffen sind, enthalten die Proben Vgy eine Leuchtdichtekomponente V_Ly und eine Farbartkomponente V_Cy. Beim Fehlen einer Intervollbild-Bewegung konvergiert die Leuchtdichtekomponente V_Ly auf einen Wert, der gleich der eingangsseitigen Leuchtdichtekomponente V_LX ist. Die Farb-

- 11 -

artkomponente V_Gy konvergiert beim Fehlen einer Bewegung auf einen Wert gemäß folgendem Ausdruck:

^vcy =

In einem adaptiven System v/erden die Werte des Bemessungsfaktors K auf Bildpunkfbasis entsprechend der Vorgeschich te der Intervollbild-Bewegung für jeden Bildpunkt bestimmt Existiert eine Bewegung zwischen dem laufenden Vollbild und dem vorangegangenen Vollbild, kann der Bemessungsfaktor K auf den Wert 1 eingestellt werden, um keine Verm

minderung der Signalbandbreite zu verursachen. Wenn die Intervollbild-Bewegung aufhört, wird der Bemessungsfaktor K auf einen Wert oder eine Folge von Werten kleiner als 1 eingestellt, wobei diese Werte abhängig davon bestimmt werden, welche Zeitdauer für das Konvergieren des Systems auf den stationären Zustand und welches Maß an Rauschverminderung gewünscht wird.

Mit dem rekursiven Filter 21 sind weitere Elemente 24 und 26 verbunden, um das Videosignalgemisch so zu verarbeiten, daß eine rauschverminderte Leuchtdichtekomponente unter vollständiger Auslöschung der Farbartkomponente erhalten wird. Um die Farbartkomponente völlig auszulöschen, muß dafür gesorgt werden, daß die Farbartkomponente Vq_Y am Ausgang des Addierers 20 auf einen stationären Wert beim ersten Vollbild konvergiert, in dem keine Bewegung auftritt. Ist diese Bedingung erfüllt, dann kann ein Teil der Farbartkomponente von Vy oder V^y subtrahiert werden, um die dort enthaltene Farbartkomponente völlig auszulöschen. Die Konvergenz der Farbartkomponente im ersten "bewegungslosen" Vollbild kann bewirkt'werden, wenn drei Werte für K_m angelegt werden, entsprechend der "1" für Bewegung, 1/(2-K_m) beim ersten Vollbild nach der Bewegung und K_m für nachfolgende Vollbildperioden. Mit dieser Wertefolge der Bemessungsfaktoren konvergiert die Farbartkomponente V_0Y auf das K_n/(2-K_1n)-fache des Wertes der

- 12 -

eingangsseitigen Farbartkomponente beim ersten bewegungslosen Vollbild.

Am Ausgangsanschluß des Addierers 26 steht die rauschverminderte Leuchtdichtekomponente mit völlig ausgelöschter Farbartkomponente zur Verfugung. Die vom Verzögerungselement 22 kommenden Proben v/erden über ein kompensierendes Verzögerungselement 23 auf einen Eingang des Addierers 26 gegeben. Der zweite Eingang des Addierers 26 empfängt bemessene Probendifferenzen von einer Bemessungsschaltung 24. Dem Eingang der Bemessungsschaltung 24 werden die Probendifferenzen von der Subtrahierschaltung 12 zugeführt.

Die Ausgangs-Signalproben V des Addierers 26 lassen sich durch folgende Gleichung ausdrücken:

^Vo - ^Ko<V^VDY>^+VDY-* ' (3)

wobei K der durch die Bemessungsschaltung 24 eingeführte Bemessungsfaktor ist. Der Bemessungsfaktor K hat den Wert "1" während Intervollbild-Bewegung, den Wert 1/2 für das erste Vollbild nach der Bewegung und den Wert K /2 für nachfolgende Vollbilder. Eine Umordnung der Gleichung

(3) und ihre Auflösung nach der Leuchtdichtekomponente und nach der Farbartkomponente V₀₀ ergibt folgendes:

^vlo - V:u*<¹-V⁷ld

^VC0 = VoX⁺ «"V⁷ODY -

Aus den Gleichungen (4) und (5) ersieht man, daß für den Fall K gleich "1", d.h. während Bewegungszeiten, die Komponenten V^₀ und V₀₀ gleich V_LX bzw. V_0x sind. Es müssen also andere Mittel vorgesehen werden, um Leuchtdichte und Farbart während Bewegungszeiten voneinander zu trennen. Ein Beispiel für solche anderen Mittel ist ein Tiefpaßfilter, das dem rekursiven Filter parallel

- 13

liegt und beim Fühlen von Bewegung in die Schaltung eingefügt wird.

Beim ersten bewegungslosen Vollbild wird der Bemessungsfaktor K₀ auf 1/2 eingestellt. Die Proben V_Dy entsprechen dem unveränderten Videosignalgemisch des vorangegangenen Vollbildes. Da keine Bewegung vorhanden ist, ist die Leuchtdichtekomponente des Signals V^y mit der Leuchtdichtekomponente der ankommenden Proben korreliert, die Farbartkomponente ist aber um 180° phasenverschoben. Unter diesen Bedingungen und mit dem Wert des Bemessungsfaktors K_Q gleich 1/2 ergibt sich für die Leuchtdichte- und die Farbartkomponente aus den Gleichungen (4-) und (5) folgendes:

^VL0 = ¹/2V_LX+(1-1/2)V_LX = V_LX (6)

^VC0 = V2V_cx+(i-1/2)(-V_cx) = 0 , (7)

was anzeigt, daß die Farbartkomponente während dieses Vollbildes vollständig ausgelöscht wird. Für dieses Intervall arbeitet das System als Vollbild-Kammfilter mit einem Leuchtdichte-Ausgangssignal. Es sei angemerkt, daß für dieses Vollbild die Farbartkomponente V^y gleich V_GSK_m/(2-K_m) ist. Diese Werte sind auch die Werte Vq-qj während der nächsten Vollbildperiode und der darauf folgenden Vollbildperioden, in denen keine Intervollbild-Bewegung vorhanden ist.

In der zweiten und allen folgenden Vollbildperioden, in denen keine Bewegung stattfindet, wird der Wert des Bemessungsfaktors K_Q auf K_m/2 eingestellt. Setzt man diesen Wert für K_Q in den Gleichungen (4-) und(5) ein, dann ergibt sich

V_L0 = (V²)^VLX⁺(1-V²>^VLX = ^VLX

co = ^V²^cx⁺^-V²K-"^voxVC2-K:_m)) = 0, (9)

was anzeigt, daß für alle "bewegungslose" Vollbilder die Farbartkomponente ausgelöscht wird.

Bei dem vorstehend beschriebenen System liefert die bewegungsadaptive Schaltung 31 die Bemessungsfaktoren für die Bemessungsschaltungen 16 und 24·. Jede Gruppe von Bemessungsfaktoren enthält jedoch nur drei Werte, wie in der nachstehenden Tabelle I angegeben:

TABEIJjE I
Bewegungssirenal verzog.Bewegungssignal K K

⁰ °

0 1 1/2 1/C2-K_mi)

1 O 11 1 1 11

Der Wert K- ist veränderbar, und zwar abhängig vom Rausch gehalt des ankommenden Signals. Wenn das System z.B. feststellt, daß das Signal Rauschen relativ niedriger Amplitude enthält, dann kann die gewählte Gruppe von Bemessungsfaktoren K_Q und K_m von einem K .^-Wert gleich 1/4-abgeleitet werden. Wenn andererseits das Signal stärkeres Rauschen enthält, dann kann die gewählte Gruppe von Bemessungsfaktoren von einem Wert von K ^ abgeleitet werden, der z.B. gleich 1/16 oder 1/32 ist.

Die innerhalb der gestrichelten Umrahmung 31 gezeichnete Schaltungsanordnung ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung geeigneter Folgen von Bemessungsfaktoren K^ und K₀ auf Bildpunktbasis. Diese Schaltungsanordnung spricht auf die Proben-Differenzwerte von der Subtrahierschaltung 12 an. Es sei darauf hingewiesen, daß das Eingangssignal V eine Farbartkomponente enthält, z.B. ein Videosignalgemisch ist. Die Farbartkomponente von V_Dy ist um 180° außer Phase gegenüber der Farbartkomponente der Eingangssignalproben V_x, die besagten Komponenten addieren sich also aufbauend in der Sub-

- 15 -

tränier schaltung 12, auch wenn keine Intervollbild-Bewegung vorhanden ist. Die Leuchtdichtekomponenten der eingangsseitigen Proben V_x und der verzögerten Proben V-ß-y. löschen sich in der Subtrahierschaltung 12 gegenseitig aus, wenn keine Bewegung vorhanden ist, sie führen aber zur Erzeugung von Differenzwerten, wenn Bildbewegungen von Vollbild zu Vollbild stattfinden. Diese Differenzen zwischen Leuchtdichtesignalproben sind eine Anzeige für eine Bildbeviegung. Um eine Bextfegung aus den Probendifferenzen herausfühlen zu können, wenn das Eingangssignal Farbartinformation enthält, muß die Farbartkomponente aus den Probendifferenzen entfernt werden, bevor sie auf den Bewegungsdetektor gegeben werden.

Die Farbartkomponente der Probendifferenzen wird durch das Tiefpaßfilter 27 eliminiert, dessen Durchlaßbereich so ausgelegt ist, daß das von den Farbartsignalen belegte FrequenzSpektrum gedämpft wird. Die Leuchtdichtekomponente der Probendifferenzen aus dem Tiefpaßfilter 27 wird an eine Absolutwertschaltung 28 gelegt, die alle Differenzwerte der Leuchtdichteproben auf ein und dieselbe Polarität bringt, z.B. auf positive Polarität. Diese Probenwerte werden dann auf ein zweites Tiefpaßfilter 32 gegeben, welches das Ausgangssignal der Absolutwertschaltung glättet.

Die ausgangsseitigen Probenwerte vom Tiefpaßfilter 32 werden auf einen Eingang eines Vergleichers 30 gekoppelt, der sie mit einem Referenzwert aus einem Addierer 42 vergleicht. Falls die Proben vom Tiefpaßfilter 32 den Referenzwert überschreiten, liefert der Vergleicher 30 auf einer Ausgangsleitung 33 ein Bewegungssignal für den betreffenden Bildpunkt. Es sei erwähnt, daß das Tiefpaßfilter 32 infolge der Glättung der von der Schaltung 28 kommenden Probendifferenzen verhindert, daß der Vergleicher ein zitterndes Bewegungssignal für aufeinanderfolgende Proben erzeugt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß der

- 16 -

Vergleicher 30 alternativ auch so angeschlossen werden kann, daß er· die Probendifferenzen vor der Absolutwert-· schaltung 28 ihrem Vergleich zuführt, wie es durch die gestrichelte Verbindung 29 angedeutet ist.

Die Signale vom Vergleicher 30, die anzeigen, ob eine Bewegung vorhanden ist oder nicht (Bewegungs-Ja/Nein-Signal), werden einem sogenannten Bewegungsspeicher 34· zugeführt, der diese Signale um eine oder mehrere VoIlbildperioden verzögert. Die Bewegungs- Ja/Nein-Signale vom Vergleicher 30 und deren verzögerte Version vom Bewegungsspeicher 3^- werden als Teiladressen-Codewörter an einen Randomspeicher (ROM) 38 gelegt, der an seinem Ausgang die gewünschten !Folgen von Bemessungsfaktoren K für die Bemessungsschaltung 16 und den Bemessungsfaktor K für die Bemessungsschaltung 24- liefert, und zwar Bildpunkt für Bildpunkt. Beispiele für die erwähnten Bemessungsfaktoren sind in der Tabelle I angegeben.

Es sei nun von der Annahme ausgegangen, daß jedes Vollbild einen Bildbereich enthält, in dem keine Bewegung ist. Für diesen Bereich des Bildes entspricht die Amplitude der Probendifferenzen vom Ausgang der Subtrahierschaltung 12 und damit auch vom Ausgang des Tiefpaßfilters 32 der Amplitude des Rauschens im Signal. Ferner sei angenommen, daß Probendifferenzen, die nur aus Rauschen bestehen, eine niedrigere Amplitude haben als Probendifferenzen aufgrund von Rauschen plus Bildbewegung. Wenn man also alle Probendifferenzen über den aktiven Bildbereich eines jeden Teilbildes (oder Vollbildes) mißt, um die kleinste Probendifferenz herauszufinden, dann wird dieser gefundene Wert repräsentativ für das Rauschen im betreffenden Teil- oder Vollbild sein.

Ein mit dem Tiefpaßfilter 32 gekoppeltes Element 36 fühlt die kleinste Probendifferenz in jedem Teil- oder Vollbild. Diese Differenzen werden in einem Tiefpaßfilter 40 geglät-

- 17 -

tet, bei dem es sich um ein mit Teilbild- oder Vollbildfrequenz taktgesteuertes digitales Filter handelt. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 40 wird auf einen Eingang des Addierers 42 gegeben und bildet die Basislinie für die zum Vergleicher 30 gekoppelten Referenzwerte. Auf diese Basislinie wird ein Bewegungs-Schwellenwert V^ aufaddiert, der von einer Quelle 44 geliefert wird, um dem Bewegungsdetektor ein zusätzliches Maß an Rauschfestigkeit für momentane Rauschsignale zu geben. Der an den Vergleicher 30 gelegte Bewegungs-Referenzwert ist also rauschabhängig.

In einer alternativen Ausführungsform können der Addierer 42 und die Quelle 44 z.B. durch einen Randomspeicher ersetzt werden, der einen mit dem Tiefpaßfilter 40 gekoppelten Adresseneingang und einen mit dem Vergleicher 30 verbundenen Ausgang hat. Dieser Randomspeicher kann das rauschabhängige Signal als Adressencode an seinem Ädresseneingang empfangen und kann so programmiert sein, daß er geweils passende Referenzwerte entsprechend dem rauschabhängigen Signal liefert.

Das rauschabhängige Signal vom Tiefpaßfilter 40 wird außerdem auf den Eingang einer Logikschaltung 46 gegeben.

Die Logikschaltung 46 entwickelt Codewörter in Relation zu einzelnen Bereichen der Amplitude des rauschabhängigen Signals. Ein Prioritatscodierer wie z.B. die integrierte Schaltung CD4532 des Herstellers Solid State Division of ROA Corporation ist ein Beispiel für den Typ der Logik, die in der Logikschaltung 46 realisiert sein kann. Die integrierte Schaltung CD4532 liefert einen 3-Bit-Ausgangscode, der ein 8-Bit-Eingangssignal effektiv in acht Bereiche klassiert. Für die Steuerung der Schaltung 31 nach Fig. 1 ist es nicht unbedingt notwendig, das rauschabhängige Signal in so viele Bereiche zu unterteilen. Die Anzahl von Bereichen bestimmt der Konstrukteur normalerweise nach seinem Belieben, man kann jedoch davon ausgehen,

- 18-

daß drei oder vier Bereiche genügen. Um eine Schaltung wie z.B. den integrierten Baustein 01)4532 so anzupassen, daß er ein 8-Bit-Eingangssignal in z.B. vier Bereiche unterteilt, die durch 2-Bit-Codewörter dargestellt werden, kann man Paare der Eingangs-Bitleitungen jeweils in ODER-Verknüpfung zusammenschalten und ihre jeweiligen Ausgangsanschlüsse mit den niedrigstwertigen Bitpositionen am Eingang des Codierers verbinden.

Die von der Logikschaltung 46 gelieferten rauschabhängigen Codewörter werden mit den Bewegungs-Ja/Nein-Signalen aus dem Vergleicher 30 und aus dem Bewegungsspeicher 34-verkettet und dann an den Adresseneingang des Randomspeichers 38 gelegt.

Der Randomspeicher 38 kann in "Seiten" aufgeteilt sein, wobei die von der Logikschaltung 36 gelieferten Adressenbits die jeweilige Seite aufschlagen, während die vom Bewegungsspeicher 3^ und vom Vergleicher 30 gelieferten Adressenbits die speziellen Bemessungsfaktoren aus der aufgeschlagenen Seite auswählen. Die Seiten werden mit Teilbild- oder Vollbildfrequenz adressiert, da die Logikschaltung 46 ihre Information mit Teilbild- oder Vollbildfrequenz empfängt.

Jede der Seiten des Randomspeichers 38 ist mit einer oder mehreren Gruppen von Bemessungsfaktoren programmiert, die für den betreffenden Bereich der Rauschamplitude passen.

Zwischen dem Tiefpaßfilter 27 und dem Adresseneingang des Randomspeicher 38 kann eine zusätzliche Schaltung eingefügt werden, um die Wahl der Bemessungsfaktoren auf einer Bildpunktbasis und abhängig vom Maß der Bildbewegung zu steuern, das aus der Augenblicksamplitude der Differenzproben von der Sübtrahxerschaltung 12 gewonnen wird. Diese zusätzliche Schaltung kann außerdem einen Prioritätscodierer aufweisen, um zusätzliche Bits für die Adressen-Code-

- 19 -

Wörter des Randomspeiehers 38 zu erzeugen. Diese zusätzlichen Adressenbits können mit dem Adressenbit aus der Logikschaltung 4-6 ODER-verknüpft werden und (für begrenzte Bewegung) die Wahl der Seiten des RandomSpeichers 38 auf einer Bildpunktbasis bewirken. Je größer das Maß der Bildbewegung ist, desto größer ist der zu wählende Wert des Bemessungsfaktors K_m·

Die Pig. 2 zeigt eine beispielhafte Schaltung für einen Minimalwertdetektor 36', der an die Stelle des Elementes 36 in Fig. 1 gesetzt werden kann. Die Funktion der Schaltung besteht darin, aus den Probendifferenzen, die im aktiven Bildbereich eines Videosignals erscheinen, das Exemplar mit dem niedrigsten Wert auszuwählen. Die Schaltung 36' prüft einen Hauptbereich jedes Teilbildes, der mit der 32. Horizontalzeile beginnt und mit der 256. Horizontalzeile endet, wobei sich die Prüfung nur auf den aktiven Teil dieser Zeilen erstreckt.

Der Betrieb läuft folgendermaßen: ein zum Halten mehrerer paralleler Bits ausgelegter Zwischenspeicher ("Latch") 66 wird am Beginn der 32. Horizontalzeile mittels eines digitalen monostabilen Multivibrators 68 so eingestellt, daß alle seine Bitplätze sämtlich eine "1" enthalten. Der im Zwischenspeicher 66 gehaltene Wert wird als Referenzwert auf einen Eingang eines Vergleichers 65 gegeben. Die Differenzproben vom Tiefpaßfilter 32 werden einem zweiten Eingang des Vergleichers 65 und dem Dateneingang des Zwischenspeichers 66 angelegt. Wenn der Differenzprobenwert kleiner ist als der Referenzwert, liefert der Vergleicher 65 ein Steuersignal, um den Zwischenspeicher 66 so zu konditionieren, daß er die angelegte Differenzprobe speichert. Der Wert der im Zwischenspeicher 66 gespeicherten Differenzprobe bildet den neuen Referenzwert für den Vergleicher

65. Wenn jedoch die vom Tiefpaßfilter 32 angelegte Differenzprobe größer ist als der Referenzwert, wird der laufende Referenzwert im Zwischenspeicher 66 beibehalten.

- 20 -

Im Effekt wird jedes Exemplar aufeinanderfolgender Proben mit einer früheren Probe niedrigsten Wertes verglichen, und wenn die laufende Probe einen kleineren Wert hat als alle früheren Proben, wird diese laufende Probe zum neuen Referenzwert gemacht.

Der Vergleicher 65 ist über ein Verknüpfungsglied 64· mit dem Steuereingang des Zwischenspeichers 66 verbunden. Das Verknüpfungsglied wird an .seinem einen Eingang z.B. durch ein vom Videosignal abgeleitetes Horizontalaustastsignal so gesteuert, daß es den Vergleicher 65 nur während der aktiven Bildteile jeder Horizontalzeile mit dem Zwischenspeicher 66 verbindet. Somit werden die während der horizontalfrequenten Schwarzschulter- und IFarbburstintervalle erscheinenden Proben nicht in die Minimalwerterfassung einbezogen.

Bei der 256. Zeile wird der in diesem Augenblick im Zwischenspeicher 66 gespeicherte Wert in einen weiteren Zwischenspeicher 67 übertragen, und zwar unter dem Einfluß eines Steuersignals aus einem monostabilen Multivibrator 69. Der erwähnte Wert bleibt im Zwischenspeicher 67 für die Dauer der nächsten Teilbild- oder Vollbildperiode gespeichert und wird dazu verwendet, die Basislinie des Referenzwertes des Vergleichers 30 und die K-Bemessungsfaktoren zu bestimmen.

Der digitale monostabile Multivibrator 68, der auf Horizontal- und Vertikalaustastimpulse anspricht,liefert an seinem Ausgang einen Impuls am Beginn der 32. Zeile, um den Zwischenspeicher 66 auf den durch die Anzahl der dort speicherbaron Probenbits größtmöglichen Binärwert einzustellen und dadurch den Minimalwertdetektor bei jedem Teil- oder Vollbild der Videoinformation neu zu initialisieren.

Der digitale monostabile Multivibrator 69, der ebenfalls auf Horizontal- und Vertikalaustastimpulse anspricht,

- 21 -

liefert bei der 256. Zeile des Teilbildintervalls (oder bei der 512. Zeile des Yollbildintervalls) ein Taktsignal an den Zwischenspeicher 6?» um den Wert aus dem Zwischenspeicher 66 in den Zwischenspeicher 67 zu übertragen. Die digitalen monostabilen Multivibratoren 69 und 68 können aus Binärzählern bestehen, die zur Zählung von 256 bzw. 32 Horizontalaustastimpulsen ausgelegt sind.

- Leerseite -

Claims (7)

1. Patentansprüche

   Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Bemessungsfaktoren für ein rekursives Filter für Videosignale, das eine Einrichtung zur Verzögerung von Signalen um im
   wesentlichen mindestens eine Vollbildperiode enthält und eine Einrichtung zum Bemessen und Kombinieren ankommender und verzögerter Signale aufweist, die einen St euer ein gang; zum Anlegen von Steuersignalen entsprechend Bemessungsfaktoren hat, gekennzeichnet durch:

   eine Einrichtung (12), die auf ankommende und verzögerte Signale anspricht, um Differenzsignalproben
   zu erzeugen, welche Aufschluß über Bildbewegungen zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern geben;

   eine Einrichtung (36), die auf die Differenzsignalproben anspricht, um eine Signalprobe zu liefern, die repräsentativ für den Mindestwert des Rauschens in

   — 2 —

   einem Bildteil einer Vollbildperiode ist;

   eine Einrichtung (40-46), die auf die für das Mindestrauschen repräsentative Signalprobe anspricht, um einen Schwellenwert zu erzeugen ; eine Einrichtung (30), die auf die Differenzsignalproben und auf den Schwellenwert anspricht, um ein Bewegungssignal zu erzeugen, wenn der Betrag der Differenz signalprobe den Betrag des Schwellenwertes übersteigt;

   eine Einrichtung (34-, 38), die auf das Bewegungssignal anspricht, um die Steuersignale zu erzeugen.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Steuersignale folgendes aufweist:

   eine mit der das Bewegungssignal erzeugenden Einrichtung (30) gekoppelte Verzögerungseinrichtung zum Verzögern des Bewegungssignals um mindestens eine Vollbildperiode;

   eine auf das Bewegungssignal und auf das verzögerte Bewegungssignal ansprechende Einrichtung zur Erzeugung vorbestiramter Steuersignale abhängig von der Vorgeschichte der Bildbewegung, wie sie durch das Bewegungssignal und das verzögerte Bewegungssignal angezeigt wird.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Steuersignale ferner folgendes aufweist:

   eine auf die für das Mindestrauschen repräsentative Signalprobe ansprechende Einrichtung zur Erzeugung ei-nes Probenwertes entsprechend einem bestimmten, die erwähnte Signalprobe umfassenden Bereich aus einer vorbestimmten Anzahl von Amplitudenbereichen; eine Einrichtung, die auf den erwähnten bereichsentsprechenden Probenwert anspricht, um eine vorbestimmte Gruppe vorbestimmter Steuersignale auszuwählen,

   aus denen die auf das Bewegungssignal und das verzögerte Bewegungssignal ansprechende Einrichtung die Steuersignale wählt.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Differenzsignalproben und den Schwellenwert ansprechende Einrichtung ein Vergleicher (30) ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Bewegungssignal ansprechende Einrichtung (34, 38) eine Speichereinrichtung aufweist, die einen mit dem Ausgang des Vergleichers (30) gekoppelten Adresseneingang hat und so programmiert ist, daß sie an ihrem Ausgang vorbestimmte Bemessungsfaktoren für entsprechende Bewegungssignale liefert, die als Adressencode an den Adresseneingang gelegt werden.
6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekenn- ^ zeichnet, daß die auf das Bewegungssignal ansprechen- * de Einrichtung (34, 38) ferner folgendes aufweist:

   eine Einrichtung (46), die auf die für das Mindestrauschen repräsentative Signalprobe anspricht, um Godewörter zu erzeugen, die vorbestimmten Betragsbereichen der Differenzsignalproben mit dem kleinsten Betrag entsprechen 5

   eine Einrichtung, welche die den bestimmten Betragsbereichen entsprechenden Codewörter mit dem Bewegungs- signal in einer Sequenz vereinigt, um zusammengesetzte Adressencodes zu bilden und diese Adressencodes an die Speichereinrichtung (38) zu legen.
7. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (38) mit dem Vergleicher (30) über eine Einrichtung gekoppelt ist, die eine Verzögerungseinrichtung zum Verzögern des Bewegungssignals um mindestens eine Vollbildperiode enthält.