DE4039122A1 - Verfahren und schaltkreis zum korrigieren von bildraendern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bildrandkorrekturschaltung und ein Verfahren für einen digitalen Bildprozessor.

Eine allgemein bekannte Bildrandkorrekturschaltung für ein Fernsehbild ist in Fig. 1 angegeben und verwendet ein Korrekturverfahren, um den Bildrand auf einer Kathodenstrahlröhre klar und scharf zu machen, wobei die Umrißkomponenten eines Luminanzsignals "Y" extrahiert werden, indem man es durch ein Bandpaßfilter oder ein Hochpaßfilter leitet und das extrahierte Signal mit einem Verstärkungssteuersignal in einem Multiplizierer 2 mischt und dann das Luminanzsignal Y in einer Addierstufe zu dem gemischten Signal addiert.

Diese Verfahrensweise wird nun unter Bezugnahme auf die in Fig. 2 gezeigten Kurven beschrieben.

Wenn das Luminanzsignal Y so ist, wie mit 2a in Fig. 2 gezeigt, dann ist der extrahierte Rand des Luminanzsignals Y hinter dem Filter (1) so wie in 2b in Fig. 2 gezeigt. Nachdem der Rand des Bildsignals Y extrahiert ist, wird das Signal 2b mit dem Verstärkungssteuersignal durch den Multiplizierer 2 gemischt und dann zu dem Luminanzsignal Y am Addierer 3 hinzuaddiert, um ein kantenkorrigiertes Signal 2c zu erhalten. Dieses korrigierte Signal 2c wird auf der Kathodenstrahlröhre zur Anzeige gebracht, wobei dann die Differenz des Luminanzsignals zwischen einem dunklen Abschnitt und einem hellen Abschnitt etwa "H2" ist, was wirksamer ist als "H1", das sich ergeben würde, wenn man das Luminanzsignal Y gemäß 2a allein bei der Bilderzeugung verwendet. Die Kantenkorrekturschaltung extrahiert die Kante aus einem Bild und trägt zur Kontraststeigerung an Bildkanten bei, d. h. an Stellen, an denen in einem Fernsehbild Motive mit scharfen Kanten aneinander anstoßen.

Durch Verwendung eines digitalen Differenzverstärkers nach Fig. 3 kann die Kantenkorrekturschaltung für ein Fersehbild der obengenannten Art zu einer digitalen Schaltung ausgestaltet werden. Durch Abtasten und Quantisieren des analogen Luminanzsignals Y wird dieses zu einem digitalen Luminanzsignal Y′, wie mit 4a in Fig. 4 dargestellt. Nach Durchleiten des digitalen Luminanzsignals Y′ durch eine erste Verzögerungsschaltung 102 erscheint dieses gemäß 4b in Fig. 4 als verzögertes Signal und wird nach einer weiteren Verzögerung in einer zweiten Verzögerungsschaltung 103 zu dem Signal 4c. Das Signal 4d nach Fig. 4 erhält man mit Hilfe eines ersten Subtrahierers 104, indem das digitale Luminanzsignal 4a von dem ersten verzögerten digitalen Luminanzsignal 4b abgezogen wird. Mit Hilfe eines zweiten Subtrahierers 105 erhält man das Signal 4e durch Subtrahieren des zweiten verzögerten digitalen Luminanzsignals 4c von dem ersten verzögerten digitalen Luminanzsignal 4b. Ein Signal 4f wird an einem ersten Addierer 106 erzeugt, indem das digitale Signal 4d vom ersten Subtrahierer 104 zu dem digitalen Signal 4e vom zweiten Subtrahierer 105 hinzuaddiert wird. Das Signal 4f vom ersten Addierer 106 wird mit dem Verstärkungssteuersignal mittels des Multiplizierers 107 gemischt und dann zu einem Signal von einer Verzögerungsschaltung 101 in einem zweiten Addierer 108 addiert, um ein kantenkorrigiertes digitales Luminanzsignal 4g zu erzeugen. Dieses wird von einem nicht dargestellten D/A-Wandler in ein analoges Signal rückgewandelt, wie in 4g von Fig. 4 gezeigt ist.

In der ersten Kantenkorrekturschaltung nach Fig. 1 oder in der zweiten Kantenkorrekturschaltung nach Fig. 3 differiert die Verzögerungskorrektur gemäß dem Aufbau eines Filters 2 oder der ersten und zweiten Subtrahierer 104 und 105, und ein Frequenzband für die Kantenkorrektur wird auf diese Weise bestimmt. Das konventionelle Verfahren verwendet das Luminanzsignal zur Korrektur eines Kantenbereichs. Wenn das Bild jedoch auf einer Kathodenstrahlröhre oder Anzeigeeinheit angezeigt wird, dann vergrößert das bekannte Verfahren die Schärfe im Kantenbereich durch Steigern einer Pegeldifferenz des Luminanzsignals am Grenzbereich, gleichgültig, ob die Schaltung in einem analogen System oder in einem digitalen System benutzt wird.

Wenn jedoch das konventionelle Verfahren dazu verwendet wird, eine Kante in einem hellen Grenzbereich zu korrigieren, dann fließt ein übermäßiger Strom an der Kante des Grenzbereichs. Das konventionelle Verfahren hat nämlich den Nachteil, daß ein Schmierphänomen um den Grenzbereich als Folge des übermäßigen Stroms hervorgerufen wird.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Bildkantenkorrekturschaltung und ein Verfahren anzugeben, mit dem der Randbereich schärfer gemacht wird, indem die Korrekturzeit im Pegelvariationsbereich des Luminanzsignals in einem digitalen Prozessor vermindert wird.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung und ein Verfahren anzugeben, mit dem ein scharfes, kantenkorrigiertes Signal erzeugt wird, ohne von dem Zustand eines Signals in einem digitalen Bildprozessor abhängig zu sein.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Schaltung zur Kantenkorrektur gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 den Signalverlauf an jeder Komponente der Schaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm einer zweiten bekannten Kantenkorrekturschaltung;

Fig. 4 den Signalverlauf an den Komponenten der Schaltung nach Fig. 3;

Fig. 5 eine Kantenkorrekturschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 den Signalverlauf an den Komponenten der Schaltung nach Fig. 5 und

Fig. 7 ein Vergleichsdiagramm von Signalverläufen bei der Kantenkorrektur.

Fig. 5 zeigt erste bis vierte Verzögerungskreise 11 bis 14, die hintereinandergeschaltet sind. Sie verzögern ein digitalisiertes erstes Luminanzsignal um eine vorbestimmte Einheit und erzeugen zweite bis fünfte Luminanzsignale. Erste bis vierte Subtrahierer 11 bis 24 erzeugen erste bis vierte subtrahierte Signale durch Subtraktion der ersten bis vierten Luminanzsignale von den zweiten bis fünften Luminanzsignalen. Erste bis vierte Absolutwertschaltungen 31 bis 34 berechnen Absolutwerte aus den ersten bis vierten subtrahierten Signalen. Erste bis vierte Komparatoren 41 bis 44 erzeugen erste bis vierte rauschverminderte Vergleichssignale durch Vergleichen eines gegebenen Bezugssignals mit den Ausgängen der ersten bis vierten Absolutwertschaltungen 31 bis 34. Eine erste Torschaltung 51 erzeugt ein zweites Steuersignal durch logisches Multiplizieren eines invertierten Signals des ersten Vergleichssignals mit dem zweiten Vergleichssignal. Eine zweite Torschaltung 52 erzeugt ein erstes Steuersignal durch logisches Multiplizieren des invertierten vierten Vergleichssignals mit dem dritten Vergleichssignal. Ein Datenwählkreis 60 gibt selektiv eines der zweiten bis vierten Luminanzsignale aus, indem die ersten und zweiten Steuersignale als Wählsignale verwendet werden, nachdem das dritte Luminanzsignal den ersten und vierten Eingangsanschlüssen, das zweite Luminanzsignal dem zweiten Eingangsanschluß und das vierte Luminanzsignal dem dritten Eingangsanschluß zugeführt wird.

Durch Korrektur einer Kante des Luminanzsignals gemäß dem obigen Aufbau wird die Korrekturzeit im Pegelvariationsbereich des Luminanzsignals vermindert. Mit anderen Worten, ein Kantenabschnitt des Luminanzsignals wird weniger, da der Datenwählkreis 60 das dritte Luminanzsignal ausgibt, wenn die ersten und zweiten Steuersignale "00" oder "11" sind, gibt das zweite Luminanzsignal ab, wenn die ersten und zweiten Steuersignal "01" sind, und gibt das vierte Luminanzsignal ab, wenn die ersten und zweiten Steuersignale "10" sind.

Fig. 6 ist ein Kurvendiagramm der Signale an jeder Komponente der Schaltung nach Fig. 5, wobei die Kurven 6A bis 6E die ersten bis fünften Luminanzsignale sind, die Kurven 6F bis 6I die ersten bis vierten Vergleichssignale sind, die Kurven 6J bis 6K die ersten und zweiten Steuersignale sind und die Kurve 6L das korrigierte Luminanzsignal ist, das von dem Datenwählkreis 60 gemäß den ersten und zweiten Steuersignalen ausgegeben wird.

Fig. 7 ist ein Vergleichsdiagramm für die Kurvenverläufe, bei denen eine Kantenkorrekturschaltung nach dem Stand der Technik und die Kantenkorrekturschaltung nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die Fig. 5, 6 und 7 beschrieben.

Wenn das digitalisierte Luminanzsignal 6A in die ersten bis vierten Verzögerungsschaltungen 11 bis 14 in der Serie eingegeben wird, dann werden die zweiten bis fünften Luminanzsignale erzeugt, die mit 6B bis 6E in Fig. 6 gezeigt sind. Die ersten bis vierten Verzögerungsschaltungen 11 bis 14 können aus D-Flip-Flops bestehen, und eine Verzögerungseinheit der Verzögerungsschaltung ist ein Abtasttaktzyklus zur Verzögerung des Luminanzsignals. Die ersten bis fünften Luminanzsignale sind daher die Luminanzsignale, die um ein Abtastperiodenintervall gegeneinander verzögert sind. In einer aktuellen digitalen Signalverarbeitungsschaltung wird ein abgetasteter, quantisierter Stufenwert für eine Abtasttaktperiode gehalten und ist in Fig. 6 der Einfachheit halber als ein Punkt dargestellt. Jeder Punkt in Fig. 6 bedeutet daher einen abgetasteten Luminanzsignalwert.

Die ersten bis vierten Luminanzsignale gemäß 6A bis 6D und die zweiten bis fünften Luminanzsignale gemäß 6B bis 6E werden den ersten bis vierten Subtrahierern 21 bis 24 zugeführt. Die ersten bis vierten Subtrahierer ziehen ein Signal vom anderen ab, was zu einem Nullwert, einem positiven Wert oder einem negativen Wert führen kann, je nach Fall. Wenn das Ergebnis nicht Null ist, bedeutet dies, daß der Pegel des Luminanzsignals wechselt. Der erste Subtrahierer 21 gibt daher ein von Null verschiedenes positives Datensignal bei t2, t3 und t4 von Fig. 6 aus. Der erste Subtrahierer 21 gibt ebenfalls von Null verschiedene, jedoch negative Daten bei t10, t11 und t12 von Fig. 6 aus. Die Ausgänge der ersten bis vierten Subtrahierer bei t1 bis t16 von Fig. 6 sind in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Wie in Tabelle 1 gezeigt, geben die ersten bis vierten Subtrahierer 21 bis 24 entweder einen positiven oder einen negativen Wert ab, wenn der Pegel des Luminanzsignals wechselt. Die Ausgänge von den ersten bis vierten Subtrahierern 21 bis 24 werden den ersten bis vierten Absolutwertschaltungen 31 bis 34 zugeführt und werden gleichgewichtete positive Zahlen ohne Rücksicht auf ihre Vorzeichen. Die negativen Daten von den ersten bis vierten Subtrahierern 21 bis 24 werden daher in positive Daten umgewandelt, indem sie durch die ersten bis vierten Absolutwertschaltungen 31 bis 34 geleitet werden. Die Ausgänge der ersten bis vierten Absolutwertschaltungen 31 bis 34 werden den ersten bis vierten Komparatoren 41 bis 44 zugeführt, um dort mit einem äußeren Bezugswert verglichen zu werden. Wenn das Ausgangssignal der Absolutwertschaltungen 31 bis 34 größer als das Bezugssignal ist, dann wird ein logisch hoher Signalpegel ("1") erzeugt, wie in 6F bis 6I dargestellt. Der Grund für einen Vergleich zwischen dem Bezugssignal und den Signalen von den ersten bis vierten Subtrahierern an den ersten bis vierten Komparatoren 41 bis 44 ist es, daß eine Fehlfunktion verhindert werden soll, indem Rauschen unterdrückt wird, indem das Bezugssignal verwendet wird, weil eine Differenz selbst dann vorhanden sein kann, wenn zwei gleiche Luminanzsignale dem Subtrahierer zugeführt werden, weil in einem der Signale eine Störung enthalten sein kann.

Die ersten bis vierten Komparatoren verhindern daher eine Fehlfunktion, die durch Rauschen im Luminanzsignal hervorgerufen werden könnte, und sie erzeugen ein logisch hohes Signal, wenn eine Differenz in dem verzögerten Signal größer als der gegebene Bezugspegel ist, d. h. wenn der Pegel des Luminanzsignals mit der Zeit sich ändert. Auch wenn eine Differenz in dem verzögerten Signal geringer als der gegebene Bezugswert ist, d. h. wenn der Pegel des Luminanzsignals sich mit der Zeit nicht ändert, wird ein logisches Nullsignal erzeugt. Wenn das erste Luminanzsignal so ist, wie in 6A gezeigt, was auf einem Schwarzpegel für eine spezifische Zeitperiode verbleibt und dann auf einen Weißpegel übergeht und dann nach einer spezifischen Periode wieder auf Schwarz zurückkehrt und dabei um ein Abtastperiodenintervall an den ersten bis vierten Verzögerungsschaltungen 11 bis 14 verzögert wird, wie in 6B bis 6E in Fig. 6 gezeigt, dann werden die ersten bis vierten Vergleichssignale wie in 6F bis 6I erzeugt nur während einer Übergangsperiode, in der der Pegel des Luminanzsignals wechselt.

An der ersten Torschaltung wird das zweite Vergleichssignal mit dem invertierten ersten Vergleichssignal logisch multipliziert, um das zweite Steuersignal 6J zu erzeugen. An der zweiten Torschaltung 52 wird das dritte Vergleichssignal mit dem invertierten vierten Vergleichssignal logisch multipliziert, um das erste Steuersignal 6K zu erzeugen. Das erste Steuersignal wird daher logisch "1" wenn der Pegel eines Basissignals sich vom einen zum andern ändert, wie in t4 und t12 von 6K, wenn das dritte Luminanzsignal, wie 6C (d. h. ein um zwei Abtastperioden verzögertes Signal aus dem ersten Luminanzsignal) als ein Bezugssignal verwendet wird. Ansonsten bleibt das erste Steuersignal auf logisch Null.

Das zweite Steuersignal wird logisch "1" gerade vor einem stabilen Zustand aus einem Zustand, in dem der Pegel eines Signals wechselt, wie in t5 und t13 von 6J, wenn das dritte Luminanzsignal 6C als ein Bezugssignal verwendet wird. Ansonsten bleibt das zweite Steuersignal auf logisch Null. Die ersten und dritten Steuersignale sind daher "00" wenn das dritte Steuersignal 6C erstes und zweites Luminanzsignal bildet vor der Verzögerung und die vierten und fünften Luminanzsignale nach der Verzögerung, die nicht geändert werden und sich nicht ändern im Vergleichswert. Die ersten und zweiten Steuersignale werden "10" wenn das dritte Luminanzsignal beginnt, seinen Pegel vom stabilen Zustand zu wechseln, und wird "01" kurz bevor das dritte Luminanzsignal beginnt, sich von einem wechselnden Zustand aus zu stabilisieren.

Die ersten und zweiten Steuersignale, die sich wie oben erwähnt ändern, werden der Datenwählschaltung 60 als Wählsteuersignal zugeführt. Die Datenwählschaltung 60 nimmt das dritte Luminanzsignal als Eingang an den ersten und vierten Eingangsanschlüssen, das zweite Luminanzsignal als Eingang am zweiten Eingangsanschluß und das vierte Luminanzsignal als Eingang am dritten Eingangsanschluß. Die Datenwählschaltung 60 gibt daher das dritte Luminanzsignal ab, wenn die ersten und zweiten Steuersignale "00" oder "11" sind, gibt das vierte Luminanzsignal ab, wenn die Steuersignale "10" wie in t4 und t12 sind, und gibt das zweite Luminanzsignal ab, wenn die Steuersignale "01" sind, wie in t5 und t13. Das Luminanz-Endsignal von der Datenwählschaltung 60 wird daher das kantenkorrigierte Signal, das weniger Umwandlungszeit verlangt, wenn sich der Pegel des Luminanzsignals ändert, wie mit 6L in Fig. 6 gezeigt.

Wie in Fig. 7 gezeigt, wird die Kantenkorrektur durch Vermindern der Umwandlungszeit und Ermittlung eines Startpunktes und eines Endpunktes eines Kantenbereichs in einem Signal erzielt, d. h. durch Abgeben von Daten kurz vor einer Änderung, wie in 7C, wo das Luminanzsignal 7A sich zu ändern beginnt wie in T1 und T3, und durch Ausgabe von Daten von einem stabilisierten Punkt, wo der Punkt kurz vor der Stabilisierung von einem Änderungszustand beginnt, wie in T2 und T4. Wie in 7B gezeigt ist es daher möglich, das Luminanzsignal helleuchtend darzustellen, indem die Zeit zum Ändern der Pegel wie in 7C vermindert wird, ohne die Amplitude eines Signalpegels während der Kantenkorrektur zu ändern.

Wenn außerdem die Komponenten in Fig. 5 in Mehrschrittserien verbunden sind, läßt sich eine gewisse Kantenkorrektur selbst dann erzielen, wenn die Zeit für den Luminanzsignalpegelwechsel gesteigert ist.

Claims (5)

1. Kantenkorrekturverfahren zum Korrigieren einer Kante durch Vermindern einer Umwandlungszeit eines Signalpegels an einer Kante eines Luminanzsignals beim Korrigieren einer Kante gemäß einer Änderung im Pegel eines Luminanzsignals in einem digitalen Bildprozessor, enthaltend die folgenden Schritte:

• a) Erzeugen eines ersten Steuersignals durch Ermittlung eines Bildpunktes, an dem ein Bildluminanzsignal sich zu ändern beginnt,
• b) Umwandeln und Ausgeben eines Bildpunktpegelzustandes, der der gleiche ist, wie der Zustand vor einer Umwandlung eines relevanten Punktes, während das erste Steuersignal erzeugt wird;
• c) Erzeugen von Ausgängen eines zweiten Steuersignals durch Ermitteln eines Bildpunktes vor der Stabilisierung des Luminanzsignals und
• d) Ausgeben eines Bildpunktpegelzustandes, der der gleiche ist, wie der Zustand nach einer vollständigen Umwandlung eines relevanten Punktes, der das zweite Steuersignal erzeugt.

2. Kantenkorrekturschaltung, die ein Kantenkorrektursignal durch Vermindern einer Umwandlungszeit eines Signalpegels an einem Kantenbereich eines Luminanzsignals beim Korrigieren einer Kante gemäß den Zuständen von ersten und zweiten Luminanzsignalen in einem digitalen Bildprozessor, enthaltend:
einen ersten Steuersignalgenerator, der das erste Steuersignal durch Ermitteln eines Bildpunktes erzeugt, wo das Luminanzsignal sich zu ändern beginnt; und
einen zweiten Steuersignalgenerator, der das zweite Steuersignal durch Ermitteln eines Bildpunktes vor der Stabilisierung des Luminanzsignals aus seinem Änderungszustand erzeugt.

3. Kantenkorrekturschaltung nach Anspruch 2, enthaltend:
erste und zweite Verzögerungsschaltungen, die in Serie miteinander verbunden sind und zweite und dritte Luminanzsignale erzeugen, die um eine gegebene Einheit gegenüber dem Luminanzsignal von dem zweiten Steuersignalgenerator verzögert sind;
erste und zweite Subtrahierer, die Signaldifferenzen erzeugen, indem das zweite Luminanzsignal und das dritte Luminanzsignal von dem Luminanzsignal bzw. dem zweiten Luminanzsignal abgezogen werden;
erste und zweite Absolutwertschaltungen, die die Ausgänge von den ersten und zweiten Subtrahierern in positive Zahlen umwandeln;
erste und zweite Komparatoren, die Störungen in den subtrahierten Signalen vermindern, indem die Ausgänge der ersten und zweiten Absolutwertschaltungen mit einem gegebenen Bezugssignal verglichen werden; und
eine erste Torschaltung, die ein erstes Steuersignal an einem Punkt erzeugt, wo ein Pegel des dritten Luminanzsignals sich von einem unstabilen zu einem stabilen Zustand im Pegel ändert, indem der invertierte Ausgang des ersten Komparators mit dem Ausgang des zweiten Komparators logisch multipliziert wird.

4. Kantenkorrekturschaltung nach Anspruch 3, enthaltend:
dritte und vierte Verzögerungsschaltungen, die in Serie miteinander verbunden sind und ein viertes und ein fünftes Luminanzsignal durch Verzögern des dritten Luminanzsignals von dem ersten Steuersignalgenerator um eine gegebene Zeiteinheit verzögern;
dritte und vierte Subtrahierer, die Signaldifferenzen erzeugen, indem das vierte Luminanzsignal und das fünfte Luminanzsignal von dem dritten Luminanzsignal bzw. dem vierten Luminanzsignal abgezogen werden;
dritte und vierte Absolutwertschaltungen, die die Ausgänge von den ersten und zweiten Subtrahierern in positive Werte umwandeln;
dritte und vierte Komparatoren, die Störungen in den subtrahierten Signalen verminden, indem sie die Ausgänge von den dritten und vierten Absolutwertschaltungen mit einem gegebenen Bezugssignal vergleichen; und
eine zweite Torschaltung, die ein zweites Steuersignal an einem Punkt erzeugt, wo ein Pegel des dritten Luminanzsignals sich von einem stabilen Zustand in einen instabilen Zustand ändert, in dem der invertierte Ausgang des dritten Komparators mit dem Ausgang des vierten Komparators logisch multipliziert wird.

5. Kantenkompensationsschaltung nach Anspruch 4, bei der eine Datenwählschaltung das dritte Luminanzsignal an erste und vierte Eingangsanschlüsse legt, das zweite Luminanzsignal an einen dritten Eingangsanschluß legt und das vierte Luminanzsignal an einen zweiten Eingang legt und selektiv das vierte Luminanzsignal gerade vor einem Pegelübergang des vierten Luminanzsignals abgibt, wenn das zweite Steuersignal erzeugt wird, und selektiv das zweite Luminanzsignal gerade nach einem Pegelübergang des zweiten Luminanzsignals abgibt, wenn das erste Steuersignal erzeugt wird.