DE3609887C2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Bemessungsfaktoren für ein rekursives Filter für Videosignale - Google Patents
Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Bemessungsfaktoren für ein rekursives Filter für VideosignaleInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit den im
Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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 aufeinander
folgenden 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.
Ein typisches rekursives Filter für Videosignale enthält
ein Verzögerungselement, das in einer Umlaufschleife mit
einer Schaltungsanordnung gekoppelt ist, die einen Bruchteil
des verzögerten Signals 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 auf
einanderfolgender Video-Vollbilder stammen. Die Bruchteile
des ankommenden und des verzögerten Signals werden dadurch
erhalten, daß man das eine Signal mit einem Faktor 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 Verzöge
rungselement gering zu halten. Wenn die Proben des an
kommenden 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 uner
wünschten Effekten zu begegnen, ist es bekannt, die Parameter
des rekursiven Filters im Falle staffindender 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 re
kursives 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
4 240 106 beschrieben. Dieses System entwickelt eine Folge
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 Be
triebsqualität rekursiver Filter in der Verarbeitung von
Videosignalen in gewisser Weise verbessern, übergehen
andererseits aber ein wichtiges Element im Filterungsvorgang.
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
wird, macht das System toleranter für die erwähnten Bewegungen
von Vollbild zu Vollbild (im folgenden auch als "Intervollbild"-
Bewegung bezeichnet).
Bewegungsdetektoren für rekursive Filter messen typischerweise
die Videosignaldifferenz zwischen aufeinanderfolgenden Voll
bildern, um festzustellen, ob sich das Bild geändert hat. Be
gleitendes Rauschen dieser Videosignale kann aber den Bewegungs
detektor ebenfalls triggern, so daß fälschlicherweise eine Be
wegung angezeigt wird, was dazu führt, daß das System die
Rauschunterdrückung unerwünscht beeinflußt.
Aus der GB 2 102 651 A ist ein Rauschverminderungssystem für
ein Farbfernsehsignal bekannt, bei dem ein erster Vollbildteil
des Videosignals in einem Speicher gespeichert wird, um mit
einem diesem Teil unmittelbar folgenden zweiten Vollbildteil
addiert zu werden. Diese Addition wird gesteuert in Abhängigkeit
vom Signalpegelunterschied zwischen den beiden Bildteilen
nach einer teilweisen Dämpfung der hochfrequenten Komponente
des Differenzsignals. Die dabei ermittelten Differenzsignal
proben geben Aufschluß über Bildbewegungen, und damit hierbei
durch Rauschen keine falschen Bildbewegungen vorgetäuscht werden,
werden die Differenzsignalproben anhand von Entscheidungsstellen
geprüft, und in Abhängigkeit vom Ergebnis dieser Prüfung
wird ein Bewegungssignal für die Steuerung eines Rekursivfilters
erzeugt.
Weiterhin ist aus der GB 2 031 686 ein Bewegungsdetektorsystem
bekannt, bei dem ein Detektor Bewegungen zwischen mehreren Bildpunkten
eines ausgewählten Bildteiles bestimmt. Eine mit dem
Detektor verbundene Steuerschaltung bestimmt dann aufgrund
statistischer Schätzungen über eine Anzahl von Signaldifferenzen
dieser Bildpunkte, ob es sich tatsächlich um Bewegungen an
mindestens einigen dieser Bildpunkte handelt, und steuert dem
entsprechend ein Rauschverminderungssystem. Eine weitere Rausch
verminderungsschaltung ist aus der GB 2 136 655 A bekannt, bei
welcher während des Auftretens größerer Bewegungen im Bild un
erwünschte Einflüsse auf die Steuerung der Signalverarbeitungs
schaltung dadurch unterdrückt werden, daß der letzte, vor dem
Auftreten der Bewegung erhaltene fehlerfreie Meßwert gespeichert
wird, bis die Bewegung vorüber ist, und als Steuersignal für
die Übertragungskennlinie eines rekursiven Filters verwendet
wird, welches von dem verarbeiteten Videosignal durchlaufen
wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit eines
Bewegungserkennungssystems für die adaptive Steuerung eines
rekursiven Filters in Abhängigkeit vom Rauschpegel des zu ver
arbeitenden Signals gegen falsche Bewegungsanzeigen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Die Erfindung wird in einer Schaltungsanordnung zur adaptiven
Steuerung eines rekursiven Filters realisiert. Das ankommende
oder "laufende" Signal und das verzögerte Signal werden an eine
Differenzschaltung angelegt, und die Signaldifferenzen werden
einem Minimumdetektor zugeführt, der die in einem vorbestimmten
Intervall auftretende kleinste Signaldifferenz auswählt. Diese
Differenz wird auf eine Schwellenbestimmungsschaltung gegeben,
um einen Schwellenwert zu definieren. Der rauschabhängige
Schwellenwert wird an einen Eingang eines Vergleichers gelegt,
an dessen zweiten Eingang die Signaldifferenzen angelegt werden.
Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, die dann, wenn Signal
differenzen die Schwelle überschreiten, Bewegungssignale erzeugt,
die einer Schaltung zugeführt werden, welche Bemessungsfaktor-
Koeffizienten für das rekursive Filter erzeugt.
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 Aus
führungsform eines Minimalwertdetektors zur Verwendung
in der Anordnung nach Fig. 1.
In den Figuren stellen die breiten gepfeilten Verbindungs
wege zwischen einzelnen Schaltungsteilen mehradrige Verbindungen
zur Übertragung von Mehrbit-Signalproben in
Parallelform dar. Schmale gepfeilte Linien zwischen Schaltungs
elementen bedeuten Verbindungen aus jeweils einem einzigen
Leiter zur Übertragung digitaler Signalproben in
Serienbitform oder zur Übertragung von Analogsignalen.
Die Anordnung nach Fig. 1 ist ein hinsichtlich Bild
bewegung und Rauschen adaptives rekursives Filter zur Ver
arbeitung von Videosignalen. Die innerhalb der gestrichelten
Umrahmungen 21 und 31 liegenden Teile bilden das all
gemeinere System. Die Gesamtheit der Fig. 1 zeigt die
Schaltungsanordnung für den spezielleren Zweck, die
Leuchtdichtekomponente aus dem zusammengesetzten Videosignal
(Videosignalgemisch) zu trennen.
Die von der gestrichelten Umrahmung 21 umgrenzte Schal
tungsanordnung 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 Km einer Bemessungsschaltung 16 zu
ändern. Das rauschverminderte Videosignal ist am Ausgangs
anschluß 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" Vx des zu ver
arbeitenden Videosignals werden vom Eingangsanschluß 10
auf eine Subtrahierschaltung 12 gegeben. Verzögerte Signal
proben VDY vom Verzögerungselement 22 werden auf einen
zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 12 gekoppelt, die
Differenzwertproben (Vx-VDY) erzeugt. Diese Differenz
proben werden über ein kompensierendes Verzögerungselement
14 zum Eingang einer Bemessungsschaltung 16 gegeben. Die
Bemessungsschaltung 16 liefert bemessene Differenzwerte
Km(Vx-VDY), die auf einen Eingang eines Addierers 20
gegeben werden. Verzögerte Proben VDY 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 = VDY + Km (Vx-VDY) = KmVx + (1-Km) VDY (1)
Das Verzögerungselement 22 und die kompensierenden Ver
zögerungselemente 14 und 18 sind so ausgelegt, daß die
Proben Vx und VDY, die in der Subtrahierschaltung 12
jeweils miteinander kombiniert werden, gleichen Bildpunkten
aufeinanderfolgender Vollbilder entsprechen. Das kompen
sierende Verzögerungselement 14 ist erforderlich, um
der Schaltungsanordnung 31 Zeit zu gewähren, Bemessungs
faktoren Km für die Bemessungsschaltung 16 bildpunktweise
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 VDY entsprechen den Proben VY nach
Verzögerung um eine Vollbildperiode. Erweitert man die
Gleichung (1), indem man VDY durch VY mit der passenden
Zeitverschiebung ersetzt, läßt sich nach Vereinfachung
der Gleichung zeigen, daß die Nutzsignalkomponente VSY
der Proben VY gleich der Nutzsignalkomponente VSX der
Eingangsproben VX ist. Die Rauschkomponente VNY der Proben
VY ist um den Faktor reduziert. Diese Er
gebnisse setzen voraus, daß die Nutzsignalkomponente VSX
in der Form eines Video-Komponentensignals vorliegt, d. h.
entweder als Leuchtdichte- oder als Farbartsignal. Wenn
die Nutzsignalkomponente VSX 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 Video
signalfilter bekannt.
Unter der Voraussetzung, daß das Eingangssignal ein zu
sammengesetztes Videosignal (Videosignalgemisch) ist und
daß keine Maßnahmen zur Farbart-Phaseninvertierung getroffen
sind, enthalten die Proben VSY eine Leuchtdichtekomponente
VLY und eine Farbartkomponente VCY. Beim Fehlen
einer Intervollbild-Bewegung konvergiert die Leuchtdichte
komponente VLY auf einen Wert, der gleich der eingangs
seitigen Leuchtdichtekomponente VLX ist. Die Farbart
komponente VCY konvergiert beim Fehlen einer Bewegung
auf einen Wert gemäß folgendem Ausdruck:
VCY = VCXKm/(2-Km) (2)
In einem adaptiven System werden die Werte des Bemessungs
faktors Km auf Bildpunktbasis entsprechend der Vorgeschichte
der Intervollbild-Bewegung für jeden Bildpunkt bestimmt.
Existiert eine Bewegung zwischen dem laufenden Vollbild
und dem vorangegangenen Vollbild, kann der Bemessungsfaktor
Km auf den Wert 1 eingestellt werden, um keine Ver
minderung der Signalbandbreite zu verursachen. Wenn die
Intervollbild-Bewegung aufhört, wird der Bemessungsfaktor
Km 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 Rauschver
minderung 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 VCY
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 VDY subtrahiert werden,
um die dort enthaltene Farbartkomponente völlig auszulöschen.
Die Konvergenz der Farbartkomponente im ersten
"bewegungslosen" Vollbild kann bewirkt werden, wenn drei
Werte für Km angelegt werden, entsprechend der "1" für
Bewegung, 1/(2-Km) beim ersten Vollbild nach der Bewegung
und Km für nachfolgende Vollbildperioden. Mit dieser Wertefolge
der Bemessungsfaktoren konvergiert die Farbartkomponente
VCY auf das Km/(2-Km)-fache des Wertes der
eingangsseitigen Farbartkomponente beim ersten bewegungslosen
Vollbild.
Am Ausgangsanschluß des Addierers 26 steht die rausch
verminderte Leuchtdichtekomponente mit völlig ausgelöschter
Farbartkomponente zur Verfügung. Die vom Verzögerungselement
22 kommenden Proben werden 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 Vo des Addierers 26 lassen sich
durch folgende Gleichung ausdrücken:
Vo = Ko (Vx-VDY) + VDY (3)
wobei Ko der durch die Bemessungsschaltung 24 eingeführte
Bemessungsfaktor ist. Der Bemessungsfaktor Ko hat den
Wert "1" während Intervollbild-Bewegung, den Wert 1/2 für
das erste Vollbild nach der Bewegung und den Wert Km/2
für nachfolgende Vollbilder. Eine Umordnung der Gleichung
(3) und ihre Auflösung nach der Leuchtdichtekomponente
VLO und nach der Farbartkomponente VCO ergibt folgendes:
VLO = KoVLX + (1-Ko)VLD (4)
VCO = KoVCX + (1-Ko)VCDY (5)
Aus den Gleichungen (4) und (5) ersieht man, daß für den
Fall Ko gleich "1", d. h. während Bewegungszeiten, die
Komponenten VLO und VCO gleich VLX bzw. VCX 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
liegt und beim Fühlen von Bewegung in die Schaltung ein
gefügt wird.
Beim ersten bewegungslosen Vollbild wird der Bemessungsfaktor
Ko auf 1/2 eingestellt. Die Proben VDY entsprechen
dem unveränderten Videosignalgemisch des vorangegangenen
Vollbildes. Da keine Bewegung vorhanden ist, ist die
Leuchtdichtekomponente des Signals VDY mit der Leucht
dichtekomponente der ankommenden Proben korreliert, die
Farbartkomponente ist aber um 180° phasenverschoben. Unter
diesen Bedingungen und mit dem Wert des Bemessungsfaktors
Ko gleich 1/2 ergibt sich für die Leuchtdichte
und die Farbartkomponente aus den Gleichungen (4) und
(5) folgendes:
VLO = 1/2 VLX + (1-1/2) VLX = VLX (6)
VCO = 1/2 VCX + (1-1/2) (-VCX) = 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 VCY gleich
VCSKm/(2-Km) ist. Diese Werte sind auch die Werte VCDY
während der nächsten Vollbildperiode und der darauffolgenden
Vollbildperioden, in denen keine Intervollbild-
Bewegung vorhanden ist.
In der zweiten und allen folgenden Vollbildperioden, in
denen keine Bewegung stattfindet, wird der Wert des Be
messungsfaktors Ko auf Km/2 eingestellt. Setzt man
diesen Wert für Ko in den Gleichungen (4) und (5) ein, dann
ergibt sich
VLO = (Km/2) VLX + (1-Km/2) VLX = VLX (8)
VCO = (Km/2) VCX + (1-Km/2) (-VCXKm/(2-Km)) = 0 (9)
was anzeigt, daß für alle "bewegungslose" Vollbilder
die Farbartkomponente ausgelöscht wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen System liefert die be
wegungsadaptive 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:
Der Wert Kmi ist veränderbar, und zwar abängig 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
Ko und Km von einem Kmi-Wert gleich 1/4
abgeleitet werden. Wenn andererseits das Signal stärkeres
Rauschen enthält, dann kann die gewählte Gruppe von Be
messungsfaktoren von einem Wert von Kmi 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 Km und Ko auf Bildpunktbasis. Diese
Schaltungsanordnung spricht auf die Proben-Differenzwerte
von der Subtrahierschaltung 12 an. Es sei darauf hin
gewiesen, daß das Eingangssignal Vx eine Farbartkomponente
enthält, z. B. ein Videosignalgemisch ist. Die Farbart
komponente von VDY ist um 180° außer Phase gegenüber der
Farbartkomnponente der Eingangssignalproben Vx, die besagten
Komponenten addieren, sich also aufbauend in der Subtrahier
schaltung 12, auch wenn keine Intervollbild-
Bewegung vorhanden ist. Die Leuchtdichtekomponenten der
eingangsseitigen Proben Vx und der verzögerten Proben
VDY löschen sich in der Subtrahierschaltung 12 gegen
seitig 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 Bildbewegung. Um eine Bewegung aus den Proben
differenzen 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 positivie Polarität.
Diese Probenwerte werden dann auf ein zweites Tiefpaßfilter
32 gegeben, welches das Ausgangssignal der Absolut
wertschaltung glättet.
Die ausgangsseitigen Probenwerte vom Tiefpaßfilter 32
werden auf einen Eingang eines Vergleichers 30 gekoppelt,
der sie mit einem Referenzwert aus einem Addierer 42 ver
gleicht. Falls die Proben vom Tiefpaßfilter 32 den Refe
renzwert überschreiten, liefert der Vergleicher 30 auf
einer Ausgangsleitung 33 ein Bewegungssignal für den be
treffenden Bildpunkt. Es sei erwähnt, daß das Tiefpaßfilter
32 infolge der Glättung der von der Schaltung 28 kom
menden Probendifferenzen verhindert, daß der Vergleicher
ein zitterndes Bewegungssignal für aufeinanderfolgende
Proben erzeugt. Ferner sei darauf hingewiesen, daß der
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 Voll
bildperioden verzögert. Die Bewegungs-Ja/Nein-Signale
vom Vergleicher 30 und deren verzögerte Version vom Be
wegungsspeicher 34 werden als Teiladressen-Codewörter
an einen Randomspeicher (ROM) 38 gelegt, der an seinem
Ausgang die gewünschten Folgen von Bemessungsfaktoren
Km für die Bemessungsschaltung 16 und den Bemessungs
faktor Ko für die Bemessungsschaltung 24 liefert, und zwar
Bildpunkt für Bildpunkt. Beispiele für die erwähnten Be
messungsfaktoren 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 Am
plitude 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 Proben
differenzen über den aktiven Bildbereich eines jeden Teil
bildes (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 geglättet,
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 VTH auf
addiert, 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 Adresseneingang
empfangen und kann so programmiert sein, daß er jeweils
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 Prioritätscodierer, wie z. B. die integrierte
Schaltung CD4532 des Herstellers Solid State Division of
RCA 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 rausch
abhängige Signal in so viele Bereiche zu unterteilen. Die
Anzahl von Bereichen bestimmt der Konstrukteur normalerweise
nach seinem Belieben, man kann jedoch davon ausgehen,
daß drei oder vier Bereiche genügen. Um eine Schaltung,
wie z. B. den integrierten Baustein CD4532 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 Ausgangs
anschlüsse 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
34 und vom Vergleicher 30 gelieferten
Adressenbits die speziellen Bemessungsfaktoren aus der auf
geschlagenen 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
Randomspeichers 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 Subtrahierschaltung 12 gewonnen wird. Diese
zusätzliche Schaltung kann außerdem einen Prioritätscodierer
aufweisen, um zusätzliche Bits für die Adressen-Codewörter
des Randomspeichers 38 zu erzeugen. Diese zusätzlichen
Adressenbits können mit dem Adressenbit aus der
Logikschaltung 46 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 Km.
Die Fig. 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. Horizontal
zeile 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 Zwi
schenspeichers 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 Diffe
renzprobe bildet den neuen Referenzwert für den Vergleicher
65. Wenn jedoch die vom Tiefpaßfilter 32 angelegte Diffe
renzprobe größer ist als der Referenzwert, wird der laufende
Referenzwert im Zwischenspeicher 66 beibehalten.
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 horizontal
frequenten Schwarzschulter- und Farbburstintervalle
erscheinenden Proben nicht in die Minimalwerterfassung ein
bezogen.
Bei der 256. Zeile wird der in diesem Augenblick im Zwi
schenspeicher 66 gespeicherte Wert in einen weiteren Zwi
schenspeicher 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 ge
speichert und wird dazu verwendet, die Basislinie des Re
ferenzwertes des Vergleichers 30 und die K-Bemessungs
faktoren zu bestimmen.
Der digitale monostabile Multivibrator 68, der auf Hori
zontal- und Vertikalaustastimpulse anspricht, liefert an seinem
Ausgang einen Impuls am Beginn der 32. Zeile, um den Zwischen
speicher 66 auf den durch die Anzahl der dort speicherbaren
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,
liefert bei der 256. Zeile des Teilbildintervalls (oder
bei der 512. Zeile des Vollbildintervalls) ein Taktsignal
an den Zwischenspeicher 67, um den Wert aus dem Zwi
schenspeicher 66 in den Zwischenspeicher 67 zu über
tragen. Die digitalen monostabilen Multivibratoren 69 und
68 können aus Binärzählern bestehen, die zur Zählung von
256 bzw. 32 Horizontalaustastimpulsen ausgelegt sind.
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Bemessungs
faktoren 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 Steuereingang zum Anlegen von
Steuersignalen entsprechend Bemessungsfaktoren hat, mit
einer Einrichtung (12), die aus ankommenden und ver zögerten Signalen Differenzsignalproben erzeugt, welche Auf schluß über Bildbewegungen zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern geben, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (36), welche aufgrund der Differenz signalproben eine Signalprobe liefert, die repräsentativ für den Mindestwert des Rauschens in einem Bildteil einer Voll bildperiode ist,
eine Einrichtung (40-46), welche auf die für das Mindestrauschen repräsentative Differenzsignalprobe anspricht, um einen Bewegungsschwellenwert zu erzeugen, dessen Größe mindestens dem Minimalwert der Differenzsignalprobe entspricht,
einen Vergleicher (30), welchem die Differenzsignalproben und der Schwellenwert zugeführt werden und welcher ein Bewegungssignal erzeugt, wenn der Betrag der Differenz signalprobe den Betrag des Schwellenwertes übersteigt, und
eine Einrichtung (34, 38), welche aufgrund des Bewegungs signals die Steuersignale erzeugt.
einer Einrichtung (12), die aus ankommenden und ver zögerten Signalen Differenzsignalproben erzeugt, welche Auf schluß über Bildbewegungen zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern geben, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (36), welche aufgrund der Differenz signalproben eine Signalprobe liefert, die repräsentativ für den Mindestwert des Rauschens in einem Bildteil einer Voll bildperiode ist,
eine Einrichtung (40-46), welche auf die für das Mindestrauschen repräsentative Differenzsignalprobe anspricht, um einen Bewegungsschwellenwert zu erzeugen, dessen Größe mindestens dem Minimalwert der Differenzsignalprobe entspricht,
einen Vergleicher (30), welchem die Differenzsignalproben und der Schwellenwert zugeführt werden und welcher ein Bewegungssignal erzeugt, wenn der Betrag der Differenz signalprobe den Betrag des Schwellenwertes übersteigt, und
eine Einrichtung (34, 38), welche aufgrund des Bewegungs signals die Steuersignale erzeugt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Steuersignale
folgendes aufweist:
eine mit dem Vergleicher (30) gekoppelte Verzögerungseinrichtung (Speicher 34) zum Verzögern des Bewegungssignals um mindestens eine Vollbildperiode;
eine auf das Bewegungssignal und auf das verzögerte Bewegungssignal ansprechende Einrichtung (34, 38) zur Erzeugung vorbestimmter Steuersignale abhängig von der Vorgeschichte der Bildbewegung, wie sie durch das Bewegungssignal und das verzögerte Bewegungssignal angezeigt wird.
eine mit dem Vergleicher (30) gekoppelte Verzögerungseinrichtung (Speicher 34) zum Verzögern des Bewegungssignals um mindestens eine Vollbildperiode;
eine auf das Bewegungssignal und auf das verzögerte Bewegungssignal ansprechende Einrichtung (34, 38) zur Erzeugung vorbestimmter Steuersignale abhängig von der Vorgeschichte der Bildbewegung, wie sie durch das Bewegungssignal und das verzögerte Bewegungssignal angezeigt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Steuersignale
ferner folgendes aufweist:
eine auf die für das Mindestrauschen repräsentative Signalprobe ansprechende Einrichtung (46) zur Erzeugung eines Probenwertes entsprechend einem bestimmten, die erwähnte Signalprobe umfassenden Bereich aus einer vorbestimmten Anzahl von Amplitudenbereichen;
eine Einrichtung (38), die auf den erwähnten bereichs entsprechenden Probenwert anspricht, um eine vorbestimmte Gruppe vorbestimmter Steuersignale auszuwählen, aus denen die auf das Bewegungssignal und das verzögerte Bewegungssignal ansprechende Einrichtung (34, 38) die Steuersignale wählt.
eine auf die für das Mindestrauschen repräsentative Signalprobe ansprechende Einrichtung (46) zur Erzeugung eines Probenwertes entsprechend einem bestimmten, die erwähnte Signalprobe umfassenden Bereich aus einer vorbestimmten Anzahl von Amplitudenbereichen;
eine Einrichtung (38), die auf den erwähnten bereichs entsprechenden Probenwert anspricht, um eine vorbestimmte Gruppe vorbestimmter Steuersignale auszuwählen, aus denen die auf das Bewegungssignal und das verzögerte Bewegungssignal ansprechende Einrichtung (34, 38) die Steuersignale wählt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf die Differenzsignalproben und
den Schwellenwert ansprechende Einrichtung ein Vergleicher
(30) ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf das Bewegungssignal ansprechende
Einrichtung (34, 38) eine Speichereinrichtung (34) auf
weist, die einen mit dem Ausgang des Vergleichers (30)
gekoppelten Adresseneingang hat und so programmiert
ist, daß sie an ihrem Ausgang vorbestimmte Bemessungs
faktoren für entsprechende Bewegungssignale liefert,
die als Adressencode an den Adresseneingang gelegt
werden.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf das Bewegungssignal ansprechende
Einrichtung (34, 38) ferner folgendes aufweist:
eine Einrichtung (46), die auf die für das Mindest rauschen repräsentative Signalprobe anspricht, um Codewörter zu erzeugen, die vorbestimmten Betragsbereichen der Differenzsignalproben mit dem kleinsten Betrag entsprechen;
eine Einrichtung, welche die den bestimmten Betrags bereichen entsprechenden Codewörter mit dem Bewegungssignal in einer Sequenz vereinigt, um zusammengesetzte Adressencodes zu bilden und diese Adressencodes an die Speichereinrichtung (38) zu legen.
eine Einrichtung (46), die auf die für das Mindest rauschen repräsentative Signalprobe anspricht, um Codewörter zu erzeugen, die vorbestimmten Betragsbereichen der Differenzsignalproben mit dem kleinsten Betrag entsprechen;
eine Einrichtung, welche die den bestimmten Betrags bereichen entsprechenden Codewörter mit dem Bewegungssignal in einer Sequenz vereinigt, um zusammengesetzte Adressencodes zu bilden und diese Adressencodes an die Speichereinrichtung (38) zu legen.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Speichereinrichtung (38) mit dem Ver
gleicher (30) über eine Einrichtung gekoppelt ist, die
eine Verzögerungseinrichtung (34) zum Verzögern des Be
wegungssignals um mindestens eine Vollbildperiode enthält.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: RCA LICENSING CORP., PRINCETON, N.J., US |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |