DE19652362A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der durch die Verarbeitung von Chrominanz-Signalen entstehenden Luminanzdefekte - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation der durch die Verarbeitung von Chrominanz-Signalen entstehenden Luminanzdefekte

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DE19652362A1
DE19652362A1 DE19652362A DE19652362A DE19652362A1 DE 19652362 A1 DE19652362 A1 DE 19652362A1 DE 19652362 A DE19652362 A DE 19652362A DE 19652362 A DE19652362 A DE 19652362A DE 19652362 A1 DE19652362 A1 DE 19652362A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation der durch die Verarbeitung der Chrominanz- Signale entstehenden Luminanzdefekte.
Stand der Technik
EP-A-0 176 093, DE-A-3 516 110 und EP-A-0 253 218 beschrei­ ben ein Verfahren zur Kompensation von durch eine sendersei­ tige Tiefpaßfilterung der gammavorverzerrten Chrominanz-Sig­ nale hervorgerufenen, empfängerseitigen Luminanzdefekten mit Hilfe von Korrektursignalen. Hierbei handelt es sich um ein rein senderseitiges Verfahren, das zu bestehenden Einrich­ tungen voll kompatibel ist. Es führt zu einer Verbesserung der Bildqualität im Bereich hochgesättigter Farben.
Erfindung
Bei den modernen Bildcodierungsverfahren MPEG-1 (ISO/IEC 11172) und MPEG-2 (ISO/IEC 13818) ist nur die Empfängerseite der Übertragungsstrecke, der Decoder, standardisiert. Die Senderseite der Übertragungsstrecke, der Encoder, ist nicht standardisiert. Es muß nur gewährleistet sein, daß der Enco­ der einen Bitstrom aussendet, der von einem standardgemäßen Decoder decodiert werden kann.
MPEG-2 wird derzeit bei der Übertragung von digitalen Fern­ sehsignalen verwendet, wobei einige wenige Encoder, aber viele Decoder benötigt werden. Wenn die Kosten für einen MPEG-2-Encoder eine Konsumeranwendung erlauben, können z. B. digitale MPEG-2-Videorecorder zum Einsatz kommen. Im Sinne einer Kompatibilität muß auf dem Speichermedium (magneti­ sches oder optisches Medium) ein standardisierter Bitstrom aufgezeichnet werden und die in diesen Videorecordern einge­ bauten Decoder müssen dem Standard entsprechen. Ein Wettbe­ werb der einzelnen Hersteller untereinander kann dann durch Encoder stattfinden, die unterschiedliche Bildqualitäten bei einer Bildwiedergabe mit einem standardisierten Decoder er­ zeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer digita­ len Bildcodierung von Signalkomponenten ein Verfahren zur Kompensation der durch die Verarbeitung der Chrominanz-Sig­ nale entstehenden Luminanzdefekte anzugeben. Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens an­ zugeben. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 6 angege­ bene Vorrichtung gelöst.
In der Erfindung wurde erkannt, daß das oben erwähnte Ver­ fahren zur Luminanzkorrektur vorteilhaft auch in Zusammen­ hang mit modernen Bildcodierungsverfahren wie z. B. MPEG-1 und MPEG-2 einsetzbar ist. Grundlage dieses Kompensations­ verfahrens ist die Tatsache, daß durch die senderseitige Gradations- oder γ-Vorverzerrung ein Teil der im Bild ent­ haltenen Luminanz- bzw. Helligkeitsinformation in den beiden Chrominanzsignal-Komponenten übertragen wird. Dieser Anteil ist um so größer, je kleiner das Luminanzsignal der jeweili­ gen Farbe und je größer ihre Farbsättigung ist. Jede Verän­ derung der Chrominanzsignal-Komponenten führt zu einer Ver­ änderung der durch sie übertragenen Luminanz-Information. Eine solche Veränderung ist bei den bisherigen Farb­ fernseh-Übertragungsstandards zum Beispiel die Tiefpaßfilterung der beiden Chrominanzsignal-Komponenten vor der Übertragung. Auch die Codierung der Bildinformation nach den MPEG-Stan­ dards wird mit gradationsvorverzerrten Signalen durchge­ führt. Die beiden Chrominanzsignal-Komponenten werden durch die Irrelevanzreduktion, die durch die Quantisierung der DCT-codierten Signalwerte vorgenommen wird, und durch die übliche Tiefpaßfilterung verändert. Durch diese Veränderung erfolgt auch eine Änderung der in den Chrominanzsignal-Kom­ ponenten enthaltenen Luminanz-Information, die bei der Wie­ dergabe von MPEG-codierten Bildsignalen unter anderem als Unschärfe in stark gesättigten Bereichen und als ein Störsi­ gnal in der Luminanz sichtbar wird. Dieses Luminanz-Störsig­ nal erscheint wie ein Quantisierungsrauschen.
Das bekannte Verfahren zur Luminanzkompensation in analogen Fernsehstandards kann nun vorteilhaft auch bei einer digita­ len Bildcodierung, z. B. nach den MPEG-Standards, zur Verbes­ serung der Bildqualität eingesetzt werden. Dazu wird im En­ coder die Chrominanz encodiert und wieder decodiert. Aus dem decodierten Chrominanzsignal wird ein Korrektursignal abge­ leitet, welches bei der Encodierung der Luminanz verwendet wird. Die für die Prädiktion bewegungskompensierten Macro­ blöcke basieren auf dem entsprechend decodierten Chrominanz­ signal und auf dem decodierten korrigierten Luminanzsignal.
Im Prinzip besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß zur Kompensation der durch die Verarbeitung von Chrominanz- Signalen entstehenden Luminanzdefekte die folgenden Schritte ausgeführt werden:
  • - Encodierung der Chrominanz-Signalkomponenten für einen Bildpunkt-Block;
  • - abgeleitet aus den encodierten Chrominanz-Signalkomponen­ ten, encoderseitige Nachbildung der von einem Empfänger de­ codierten encodierten Chrominanz-Signalkomponenten des Bild­ punkt-Blocks;
  • - Bildung eines Luminanz-Korrektursignals mit Hilfe der nachgebildeten Chrominanz-Signalkomponenten und der noch nicht encodierten Luminanz-Signalkomponente;
  • - Encodierung der mit dem Luminanz-Korrektursignal kombi­ nierten Luminanz-Signalkomponente für den jeweiligen Bild­ punkt-Block.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ergeben sich aus den zugehörigen abhängigen Ansprüchen.
Im Prinzip ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kompen­ sation der durch die Verarbeitung von Chrominanz-Signalen entstehenden Luminanzdefekte versehen mit:
  • - ersten Encodierungsmitteln für die Chrominanz-Signalkompo­ nenten aus einem Bildpunkt-Block;
  • - mit den encodierten Chrominanz-Signalkomponenten gespei­ sten Mitteln zur encoderseitigen Nachbildung der von einem Empfänger decodierten encodierten Chrominanz-Signalkomponen­ ten des Bildpunkt-Blocks;
  • - Korrekturmitteln zur Bildung eines Luminanz-Korrektursig­ nals mit Hilfe der nachgebildeten Chrominanz-Signalkomponen­ ten und der noch nicht encodierten Luminanz-Signalkomponen­ te;
  • - zweiten Encodierungsmitteln für die mit dem Luminanz- Korrektursignal kombinierten Luminanz-Signalkomponente für den jeweiligen Bildpunkt-Block.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung ergeben sich aus den zugehörigen abhängigen Ansprüchen.
Zeichnungen
Anhand der Zeichnungen sind Ausführungs-Beispiele der Erfin­ dung beschrieben. Diese zeigen in:
Fig. 1 Prinzip eines herkömmlichen Farbfernseh-Übertragungs­ systems;
Fig. 2 Blockschaltbild eines MPEG-Encoders;
Fig. 3 Vereinfachtes Blockschaltbild eines MPEG-Encoders, getrennt für Luminanzsignal und Chrominanz-Komponen­ ten;
Fig. 4 MPEG-Encoder mit erfindungsgemäßer Luminanzkompensa­ tion;
Fig. 5 Schematische Darstellung der Bildelemente eines Macroblocks für die Datenformate 4 : 2 : 2 und 4 : 2 : 0.
Ausführungs-Beispiele
Im folgenden werden zunächst die relevanten Teile eines üb­ lichen analogen Farbfernseh-Übertragungssystems wie z. B. PAL beschrieben, dann folgt eine Einführung in die Codierung nach MPEG, soweit dies für die Anwendung des Luminanz-Kom­ pensationsverfahrens notwendig ist.
Fig. 1 zeigt das Prinzip eines derartigen herkömmlichen Farbfernseh-Übertragungsverfahrens. Im Sender TR wird die aufzunehmende Lichtstrahlung, hier durch deren Norm-Farb­ werte X1, Y1, und Z1 repräsentiert, in einer Kamera CAM zu­ nächst über drei idealisierte Lichtfilter mit lichtelektri­ schem Wandler FiR, FiG, FiB in drei elektrische Signale um­ gewandelt, die den Farbwerten R1, G1 und B1 entsprechen. Diese Signale werden in drei Vorverzerrern 1/γγ-vorverzerrt und man erhält die Farbwertsignale ER1, EG1 und EB1, die dann in einer -Matrix-Einheit CMX zu dem Luminanzsignal EY1 und den beiden Chrominanzsignal-Komponenten EU1 und EV1 umgerechnet werden. Diese Signale werden in einer Einrich­ tung CAT zur Codierung und Übertragung für die Empfangsseite aufbereitet.
Die beim Empfänger REC ankommenden Signale sind im allgemei­ nen von den Signalen auf der Senderseite verschieden und werden daher mit EY2, EU2 und EV2 bezeichnet. Im Empfänger REC erfolgt in einer -Matrix- Einheit DMX die Umrechnung in die Farbwertsignale ER2, EG2 und EB2, die der Bildwieder­ gaberöhre TU zugeführt werden, wo diese Farbwertsignale nach der Gradationsverzerrung γ als Signale R2, G2 und B2 mittels der Phosphorleuchtstoffe PR, PG und PB die Wiedergabelicht­ strahlung mit den Normfarbwerten X2, Y2, und Z2 anregen. Wenn die Umrechnung von ER1, EG1 und EB1 in EY1, EU1 und EV1, die Umrechnung von EY2, EU2 und EV2 in ER2, EG2 und EB2, die Lichtfilter in FiR, FiG, FiB und die Phosphore PR, PG und PB sowie die Gradationsvorverzerrung 1/γ und die Gra­ dationsverzerrung γ jeweils zueinander invers sind und keine Verfälschungen bei der Übertragung aufgetreten sind, so stimmen die Wiedergabe-Normfarbwerte X2, Y2, und Z2 mit den Aufnahme-Normfarbwerten X1, Y1, und Z1 überein. Der Verwen­ dung eines Luminanzsignals und zweier Chrominanzsignal-Kom­ ponenten liegt das Ziel zugrunde, die Leuchtdichte-Informa­ tion durch das Luminanzsignal EY und die Buntheits-Informa­ tion davon getrennt in den beiden Chrominanzsignal-Komponen­ ten EU und EV zu übertragen (Constant-Luminance-Prinzip). Diese Trennung wird jedoch aufgrund der Gradations-Vorver­ zerrung im allgemeinen nicht erreicht.
Die Codierung von Bildsignalen nach MPEG-1 oder MPEG-2 kann grob in drei Stufen unterteilt werden:
  • - Eine Bewegungskompensation, um die redundanten zeitlichen Abhängigkeiten aufeinanderfolgender Bilder besser ausnut­ zen zu können,
  • - eine zweidimensionale DCT-Codierung mit anschließender Quantisierung der DCT-Spektralwerte zur Irrelevanzredukti­ on und
  • - eine Entropie-Codierung der geeignet sortierten quanti­ sierten DCT-Spektralwerte und der Codierungsparameter.
Auch die Codierung von Bildsignalen nach MPEG oder anderen Bildcodierverfahren wie z. B. bei Bildtelefonen, digitalen Kameras und digitalen Videorecordern geschieht durch die Übertragung eines Luminanzsignals und zweier Chrominanzsi­ gnal-Komponenten mit gradationsvorverzerrten Farbwertsigna­ len.
Wie in Fig. 2 und Fig. 5 angedeutet, wird das Originalbild OP in Macroblöcke zerlegt. Dabei werden die sogenannten I-Blöcke intra-codiert, also ohne Bezug zu zeitlich benachbar­ ten Bildern. Im Spezialfall der sogenannten I-Bilder ge­ schieht das für alle Blöcke des Bildes.
Bei den nicht intra-codierten Blöcken wird zunächst in einem Subtrahierer S die Differenz zu dem entsprechenden Block MCB aus einem bewegungskompensierten Vergleichsbild MCP be­ stimmt, die dann mittels einer DCT (discrete cosine trans­ form) in den Spektralbereich transformiert wird. Die Spek­ tralwerte werden in Abhängigkeit von der Art des Blockes (intra/non-intra) und der Füllhöhe des Ausgangspuffers BUF quantisiert. Durch den Quantisierer Q werden die höherwer­ tigen Spektralanteile gröber quantisiert als die niederwer­ tigen und fallen unter Umständen völlig weg. Durch diese Quantisierung kommt es, zusätzlich zu einer normalerweise vorhandenen und gegenüber derjenigen der Luminanz-Komponente stärkeren Bandbegrenzung der Chrominanz-Komponenten, zu ei­ ner Informationsreduktion und damit auch zu einer Verfäl­ schung der Bildsignale EY, EU und EV.
Man kann die obengenannte Differenzbildung auch auf die In­ tra-Codierung übertragen, indem als bewegungskompensierter Vergleichsblock MCB ein Block aus lauter Nullwerten ange­ setzt wird. Alle bewegungskompensierten Vergleichsblöcke zu­ sammen können als bewegungskompensiertes Vergleichsbild MCP aufgefaßt werden, das im Subtrahierer S von dem Originalbild OP subtrahiert wird.
Die quantisierten Spektralwerte werden nach einer geschick­ ten Sortierung einer verfälschungsfreien Entropiecodierung ENC unterzogen, deren Ausgangscodewörter in einen Puffer­ speicher BUF geschrieben werden. Aus diesem Pufferspeicher werden die Daten als MPEG-Datenstrom MDS durch den Übertra­ gungskanal auf die Empfangsseite übertragen. Wie oben be­ reits erwähnt, ist die Füllstandshöhe des Ausgangspuffers BUF ein Maß für die Art der Quantisierung und einer entspre­ chend inversen Quantisierung. Droht der Puffer vollzulaufen, wird die Quantisierung vergröbert, so daß die generierte Da­ tenmenge kleiner wird. Droht der Puffer leerzulaufen, wird die Quantisierung verfeinert, damit die generierte Datenmen­ ge größer wird.
Das bewegungskompensierte Vergleichsbild MCP wird in der Be­ wegungskompensations-Schaltung MC aus dem Originalbild OP und, um auch die Verfälschungen durch die Irrelevanzredukti­ on zu berücksichtigen, aus den entsprechend invers quanti­ sierten und invers DCT-transformierten Ausgangssignalen des Quantisierers Q generiert. Die Bewegungskompensation muß nämlich genau das Bild rekonstruieren, welches auf der Emp­ fangsseite vorliegt, vorausgesetzt daß keine Datenverfäl­ schungen bei der Übertragung auftreten. Aus diesem Grund findet im Encoder auch die inverse Quantisierung Q-1 und ei­ ne inverse DCT-Transformation DCT-1 statt.
Wegen der oben erwähnten Gradations-Vorverzerrung ist in den beiden Chrominanzsignal-Komponenten EU und EV Luminanz-In­ formation enthalten, und zwar um so mehr, je gesättigter die Farbe und je niedriger der jeweilige Helligkeitswert des zu­ gehörigen Luminanzsignals ist. Daher führen Veränderungen der Chrominanzsignal-Komponenten zu einer Veränderung der wiedergegebenen Luminanz. Wie aus dem zitierten Stand der Technik bekannt ist, lassen sich bei analogen Fernsehsigna­ len diese Verfälschungen auf der Senderseite kompatibel kom­ pensieren. Durch diese Maßnahme wird eine Verbesserung der Bildqualität erreicht. Wenn die gleiche Bildqualität wie oh­ ne Kompensation angestrebt wird, so kann die erlaubte Ver­ fälschung der Chrominanzsignal-Komponenten vergrößert wer­ den. Eine solche Veränderung kann z. B. eine gröbere Quanti­ sierung sein, um eine geringere Datenrate bei der Übertra­ gung verwenden zu können. Durch entsprechende Parameterwahl kann auch eine Verbesserung der Bildqualität mit einer grö­ beren Quantisierung kombiniert werden.
Zunächst muß die Luminanz ermittelt werden, die ohne einer Verfälschung der Chrominanzsignal-Komponenten vorliegen wür­ de, die sog. Soll-Luminanz Ysoll:
Ysoll = wRER1 γ+wGEG1 γ+wBEB1
y (1)
Dabei sind wR, wG und wB die Beiwerte der einzelnen Primär­ farben zur Wiedergabe-Luminanz. Für die EBU-Primärvalenzen gelten die Werte:
wR = 0,2219, wG = 0,7068, wB = 0,0713 (2)
wobei y der Gamma-Wert der Bildwiedergaberöhre TU ist. Für die heute gebräuchlichen Röhren gilt:
2,2 ≦ γ ≦ 2,8 (3).
Alternativ zu Gleichung (1) kann die Soll-Luminanz Ysoll auch bestimmt werden aus
wobei cR, cG und cB die Beiwerte der drei Farbwertsignale zum Luminanzsignal sind mit
cR = 0,299, cG = 0,587, cB = 0,114 (5)
und wobei ku und kv die Beiwerte der beiden Chrominanzsignal- Komponenten sind mit
ku = 0,493 und kv = 0,587 (6).
Entsprechend der Beziehung (4) läßt sich die nach Verände­ rung der Chrominanzsignal-Komponenten, aber gleichgebliebe­ nem Luminanzsignal vorliegende Ist-Luminanz Yist angeben:
Dabei sind EU2 und EV2 die veränderten Chrominanzsignal-Kom­ ponenten. Im allgemeinen werden für jedes Bildelement die Werte von Ysoll und Yist unterschiedlich sein. Es ist nun möglich, dem senderseitigen Luminanzsignal EY1 ein Korrek­ tursignal ΔEY hinzuzuaddieren, um Ysoll und Yist anzuglei­ chen. Durch diese Addition soll gelten:
Mit γ; ≠ 1 kann diese Beziehung nicht nach ΔEY aufgelöst wer­ den. Durch ein Iterationsverfahren läßt sich ΔEY jedoch be­ liebig gut annähern.
Ein möglicher erster Schätzwert für das Korrektursignal ΔEY ist:
Sollte die Korrektur durch den Schätzwert ΔEYs nicht ausrei­ chend sein, kann ΔEY durch ein Iterationsverfahren mit be­ liebiger Genauigkeit nach (8) bestimmt werden. Dabei kann ΔEYs als Startwert verwendet werden.
Aus (7) und (8) geht hervor, daß zur Kompensation der Lumi­ nanzdefekte, die durch eine Verarbeitung der Chrominanzsig­ nal-Komponenten entstehen, auf der Senderseite die Wiederga­ be-Luminanz Yist unter Berücksichtigung der veränderten Chrominanzsignal-Komponenten bestimmt werden muß. Dies ist bei Bildcodierungen wie MPEG besonders vorteilhaft, da ohne­ hin auf der Senderseite dasjenige Bild rekonstruiert wird, welches der Empfänger bei einer fehlerfreien Übertragung des MPEG-Datenstroms erhält.
Fig. 3 zeigt den Ablauf der Codierung eines Bildpunkt-Bloc­ kes nach MPEG in einem vereinfachten Blockschaltbild. Das Bild wird in einzelne Original-Blöcke ORB zerlegt, bei denen die Irrelevanzreduktion bis auf die Einstellung des Quanti­ sierers Q unabhängig voneinander erfolgt. Die Codierung ENCB der drei Komponenten EY1, EU1 und EV1 erfolgt ebenfalls un­ abhängig voneinander. Zur Verbesserung der Anschaulichkeit ist nur die Codierung eines Blockes dargestellt. Der Vorgang wird für alle Blöcke eines Bildes wiederholt. Ein verarbei­ teter Block PRB für jede der drei Komponenten wird jeweils durch Kombination der Ausgangssignale der inversen DCT mit dem entsprechenden bewegungskompensierten Vergleichsblock MCB gebildet.
Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Luminanz-Kompensa­ tionsverfahrens ist es nun aber nicht mehr möglich, die ein­ zelnen Signalkomponenten unabhängig voneinander zu verarbei­ ten. Vielmehr müssen zur Auswertung von Gleichung (7) die empfängerseitigen Chrominanzsignal-Komponenten EU2 und EV2 vorliegen. Daher erfolgt die Bearbeitung der beiden Chro­ minanzsignal-Komponenten zeitlich gesehen vor der Bearbei­ tung des Luminanzsignals. Fig. 4 zeigt den Ablauf der Sig­ nal-Verarbeitung.
Aus den Signalwerten EY1, EU1 und EV1 des Originalblocks ORB wird in ersten Berechnungs-Mitteln DETYD z. B. durch Glei­ chung (4) die Soll-Luminanz Ysoll bestimmt. Dann erfolgt, gegebenenfalls nach der Subtraktion SY, SU, SV des bewe­ gungskompensierten Vergleichsblocks MCB, zunächst die Verar­ beitung DCT und Q der Chrominanzsignal-Komponenten. Die quantisierten Spektralkoeffizienten werden der Entropieco­ dierung ENCB zugeführt, die auch einen Puffer enthält, des­ sen Füllstand die Quantisierer Q steuert. Zur Gewinnung der Bildpunkt-Werte des auf der Empfangsseite vorliegenden Bloc­ kes PRB, der wie oben beschrieben für die weitere Bewegungs­ kompensation notwendig ist, wird der bewegungskompensierte Vergleichsblock MCB zu den mittels der inversen Quantisierer Q-1 und der inversen DCT DCT-1 rekonstruierten Differenzsig­ nalen EU2 D und EV2 D addiert. Man erhält so die Signale EU2 und EV2, die gemäß Gleichung (7) benötigt werden. Diese Sig­ nale nutzt man zusammen mit dem Luminanzsignal EY1 zur Be­ stimmung der Ist-Luminanz Yist nach Gleichung (7) in zweiten Berechnungs-Mitteln DETYA. Die Differenz zwischen Ysoll und Yist wird in dritten Berechnungs-Mitteln DETYY ermittelt und beschreibt die Verfälschung der wiedergabeseitigen Luminanz durch die Veränderung der Chrominanzsignal-Komponenten, die bei der Irrelevanzreduktion bei MPEG vorgenommen wird.
Zur Kompensation dieser Luminanzverfälschungen wird nun ebenfalls in den dritten Berechnungs-Mitteln DETYY das Kom­ pensationssignal ΔEY bestimmt, zum Beispiel als Schätzwert nach Gleichung (9) oder iterativ nach Gleichung (8). Im letzteren Fall müssen dem Block zur Bestimmung des Kompensa­ tionssignals ΔEY noch die Signale EY1, EU2 und EV2 zugeführt werden.
Nachdem das Kompensationssignal ΔEY bestimmt ist, wird es zum Differenz-Luminanzsignal EY1 D addiert. Das so gewonnene kompensierte Luminanzsignal EY1 D + ΔEY wird dann in herkömm­ licher Weise nach MPEG codiert. Zur Gewinnung der Luminanz- Signalwerte des auf der Empfangsseite vorliegenden Blockes werden die Signalwerte EV Y des bewegungskompensierten Ver­ gleichsblocks MCB zu denen des rekonstruierten Signals EY2 D in einem zweiten Addierer AY2 addiert und bilden dann das Signal EY2.
Im MPEG-2-Standard werden verschiedene Datenformate unter­ stützt, denen gemeinsam ist, daß die Anzahl der Bildelemente des Luminanzsignals im allgemeinen nicht identisch ist mit der Anzahl der Bildelemente der Chrominanzsignal-Komponen­ ten. Diese Datenformate sind z. B. das 4 : 2 : 2-Format und das 4 : 2 : 0-Format. Im ersten Fall ist für die Chrominanzsignal- Komponenten in horizontaler Richtung die Anzahl der Bildele­ mente gegenüber der des Luminanzsignals halbiert, im zweiten Fall sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anord­ nung der Bildelemente in einem Makroblock von 16.16 Bild­ punkten, bezogen auf das Luminanzsignal. Dabei gehören beim 4 : 2 : 2-Format zu den 16.16 Luminanzsignalwerten 16.8 Werte für das Chrominanzsignal EU und 16.8 Werte für das Chromi­ nanzsignal EV. Somit sind für jeweils zwei horizontal be­ nachbarte Luminanzsignalwerte die zugehörigen Chrominanz­ signalwerte gleich. Entsprechend sind bei dem 4 : 2 : 0-Format jeweils vier quadratisch angeordneten Luminanzsignalwerten jeweils ein Chrominanzsignalwert EU und EV zugeordnet. Die Soll- und die Ist-Luminanz sind bezogen auf das Lumi­ nanzsignal für jedes Bildelement zu bestimmen, die oben be­ schriebene Zuordnung der Chrominanzsignalwerte muß dabei be­ rücksichtigt werden.
Um dabei mögliche sichtbare Treppenstrukturen und eine da­ durch bedingte erhöhte Datenrate zu vermeiden, können die ermittelten Korrekturwerte vor der Encodierung in ENCB zu­ sätzlich horizontal und beim 4 : 2 : 0-Format auch vertikal nachgefiltert werden.
Nach den bisherigen Untersuchungen führen relativ niedrige Datenraten bei der Codierung nach MPEG zu Unschärfen und Blocking-Effekten, sowohl in der Chrominanz, als auch in der wiedergegebenen Luminanz. Teilweise sind bei hochgesättigten Farbbereichen, die direkt aneinandergrenzen, ausgeprägte Un­ schärfen sichtbar. Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Luminanzkompensation werden die durch die Verarbeitung der Chrominanzsignal-Komponenten hervorgerufenen Auswirkungen auf die wiedergegebene Luminanz vermieden. Es verbleiben die weit weniger sichtbaren Auswirkungen auf die wiedergegebene Chrominanz. Durch die Einschränkungen des menschlichen Ge­ sichtssinns im Bereich der Chrominanz sind diese aber weni­ ger störend.
Durch das zusätzlich zum eigentlichen Luminanzsignal EY hin­ zuaddierte Kompensationssignal ΔEY kann eine Veränderung der statistischen Eigenschaften des Luminanzsignals eintreten. Dadurch wird aber die zur Übertragung des Luminanzsignals nötige Datenmenge nur um max. 10% erhöht, bzw. bei fest vor­ gegebener Datenrate wird der Störabstand der wiedergegebenen Luminanz nur geringfügig schlechter.
Die Erfindung kann auch bei allen anderen Bildcodierungs- Verfahren angewendet werden, solange die Verarbeitung und Rekonstruktion der Chrominanzsignal-Komponenten zeitlich ge­ sehen vor der Verarbeitung und Rekonstruktion des Luminanz­ signals ablaufen kann. Statt der DCT können auch andere Transformationsarten verwendet werden, z. B. im Rahmen einer fraktalen Bildcodierung.
Beispielsweise kommen in Betracht: digitale Kameras und di­ gitale Videorecorder, MPEG-4, DVD (digital versatile disc), DVB (digital video broadcast), DSS/DirecTV, Bildtelefone.

Claims (8)

1. Verfahren zur Kompensation (DETEY) der durch die Verar­ beitung von Chrominanz-Signalen (EU1, EV1) entstehenden Luminanzdefekte, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
  • - Encodierung (SU, SV, DCT, Q) der Chrominanz-Signalkompo­ nenten (EU1, EV1) für einen Bildpunkt-Block (ORB);
  • - abgeleitet aus den encodierten Chrominanz-Signalkomponen­ ten, encoderseitige Nachbildung (Q-1, DCT-1, AU, AV) der von einem Empfänger decodierten encodierten Chrominanz- Signalkomponenten (EU2, EV2) des Bildpunkt-Blocks (ORB);
  • - Bildung (DETYD, DETYA, DETEY) eines Luminanz-Korrektur­ signals (ΔEY) mit Hilfe der nachgebildeten Chrominanz- Signalkomponenten (EU2, EV2) und der noch nicht encodier­ ten Luminanz-Signalkomponente (EY1 D);
  • - Encodierung (DCT, Q) der mit dem Luminanz-Korrektursignal kombinierten Luminanz-Signalkomponente (EY1 D + ΔEY) für den jeweiligen Bildpunkt-Block.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Encodierung der Chrominanz-Signalkomponenten und die Encodierung der mit dem Luminanz-Korrektursignal kombinierten Luminanz-Sig­ nalkomponente (EY1 D + ΔEY) eine DCT (DCT) und eine Quan­ tisierung (Q) einschließt und wobei die encoderseitige Nachbildung der von einem Empfänger decodierten encodier­ ten Chrominanz-Signalkomponenten (EU2, EV2) eine entspre­ chend inverse Quantisierung (Q-1) und inverse DCT (DCT-1) umfaßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Encodierung dem MPEG-1- oder dem MPEG-2-Standard entspricht oder eine sonstige Intraframe-/Interframe- oder Intrafield-/Inter­ field-Encodierung ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im Fall von Interframe- oder Interfield-Encodierung jeweils Differenzsignale (EY1 D, EU1 D, EV1 D) zwischen einem Original-Bildpunktblock (ORB) und einem bewegungskompensierten, aus einem vorher­ gehenden Bild stammenden Bildpunktblock (MCB) der DCT (DCT) zugeführt werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Bildung des Luminanz-Korrektursignals (ΔEY) folgende Schritte einschließt:
  • - Berechnung (DETYD) eines Ysoll-Wertes durch Kombination von Bildpunktwert-Anteilen der Luminanz-Signalkomponente (EY1) und der beiden Chrominanz-Signalkomponenten (EU1, EV1) aus dem jeweiligen Original-Bildpunktblock (ORB) oder durch Kombination von Bildpunktwert-Anteilen der entsprechenden RGB-Signale;
  • - Berechnung (DETYA) eines Yist-Wertes durch Kombination von Bildpunktwert-Anteilen der Luminanz-Signalkomponente (EY1) aus dem jeweiligen Original-Bildpunktblock (ORB) und den jeweiligen nachgebildeten Chrominanz-Signalkom­ ponenten (EU2, EV2);
  • - Berechnung eines Differenzwertes
    ΔEY = Ysoll (1/γ)-Yist (1/γ)
6. Vorrichtung zur Kompensation (DETEY) der durch die Verar­ beitung von Chrominanz-Signalen (EU1, EV1) entstehenden Luminanzdefekte, gekennzeichnet durch:
  • - erste Encodierungsmittel (SU, SV, DCT, Q) für die Chro­ minanz-Signalkomponenten (EU1, EV1) aus einem Bildpunkt- Block (ORB);
  • - mit den encodierten Chrominanz-Signalkomponenten gespei­ ste Mittel (Q-1, DCT-1, AU, AV) zur encoderseitigen Nach­ bildung der von einem Empfänger decodierten encodierten Chrominanz-Signalkomponenten (EU2, EV2) des Bildpunkt- Blocks (ORB);
  • - Korrekturmittel (DETYD, DETYA, DETEY) zur Bildung eines Luminanz-Korrektursignals (ΔEY) mit Hilfe der nachgebil­ deten Chrominanz-Signalkomponenten (EU2, EV2) und der noch nicht encodierten Luminanz-Signalkomponente (EY1 D);
  • - zweite Encodierungsmittel (DCT, Q) für die mit dem Lumi­ nanz-Korrektursignal kombinierten Luminanz- Signalkompo­ nente (EY1 D + ΔEY) für den jeweiligen Bildpunkt-Block.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die ersten Encodie­ rungsmittel eine DCT (DCT) und einen Quantisierer (Q) ent­ halten und wobei die Mittel zur encoderseitigen Nachbil­ dung der von einem Empfänger decodierten encodierten Chrominanz-Signalkomponenten (EU2, EV2) einen entspre­ chend inversen Quantisierer (Q-1) und eine inverse DCT (DCT-1) enthalten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die ersten und zweiten Encodierungsmittel und die Mittel zur encodersei­ tigen Nachbildung der von einem Empfänger decodierten en­ codierten Chrominanz-Signalkomponenten an den MPEG-1- oder dem MPEG-2-Standard angepaßt sind.
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