DE3233288C2 - - Google Patents
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- DE3233288C2 DE3233288C2 DE3233288A DE3233288A DE3233288C2 DE 3233288 C2 DE3233288 C2 DE 3233288C2 DE 3233288 A DE3233288 A DE 3233288A DE 3233288 A DE3233288 A DE 3233288A DE 3233288 C2 DE3233288 C2 DE 3233288C2
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/14—Picture signal circuitry for video frequency region
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- Signal Processing (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
- Television Systems (AREA)
- Editing Of Facsimile Originals (AREA)
Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs. Insbesondere in der Fernsehtechnik
aber auch in anderen Bereichen der Nachrichtentechnik
ist es für verschiedene Anwendungen erforderlich, Signale
zeitlich zu dehnen oder zu stauchen. Grundsätzlich werden
die derart zu behandelnden Signale in Speicher eingeschrieben
und mit einer vom Einschreibvorgang abweichenden Geschwindigkeit
wieder ausgelesen. Da die hierzu benötigten
Speicher digitale Speicher sind, ist es erforderlich,
die zu beeinflussenden Signale vor der Speicherung in
digitale Signale umzuwandeln - falls sie nicht bereits
in digitaler Form vorliegen - und nach der entsprechenden
Beeinflussung ggf. wieder in analoge zurückzuwandeln.
Aus der DE 26 34 426 A1 ist eine Bandkompressionseinrichtung
- beispielsweise für Radarsysteme - bekannt, bei der die
Kompression durch eine Verlängerung der Dauer der Nutzsignale
darstellenden Impulse durchgeführt wird. Diese bekannte
Einrichtung enthält dabei mehrere in Reihe geschaltete Speicher
und eine hierfür notwendige relativ aufwendige
Takt-Steuerschaltung.
Weiterhin ist in der DE 30 09 152 A1 ein System zum
gleichzeitigen Übertragen einer Vielzahl von Zeichen über einen
Transponder beschrieben. Bei diesem bekannten System werden die
abgetasteten und gespeicherten Signale mit einer kleineren
Abtastrate aus dem Speicher wieder ausgelesen, wobei eine
nachfolgende Schaltungseinrichtung ein komprimiertes Signal
liefert.
Die wichtigsten Anwendungen auf dem Gebiet der Fernsehtechnik
sind das sogenannte elektrische Zoom, wobei außer
der linearen Größenveränderung auch Veränderungen lediglich
in vertikaler oder horizontaler Richtung und die
verschiedensten Verzerrungen des Bildes möglich sind.
Weitere Anwendungen sind Formatänderungen, beispielsweise
für die Wiedergabe von Cinemascopefilmen, Normwandler
für die Umwandlung von Fernsehsignalen, verschiedener
Zeilenzahlen und/oder Bildfrequenzen.
So ist beipielsweise aus G. A. Reitmeier: "Spatial
Compression and Expansion of Digital Television Images",
RCA Review, Vol. 42, Nr. 1, März 1981, Seite 3 ff,
insbesondere S. 9 bis S. 13, eine derartige Einrichtung bekannt,
bei welcher zur Kompression einige der Abtastwerte eines
Videosignals ausgelassen werden. Dieses führt jedoch bei
gegebenen Abtastfrequenzen zu Störungen des wiedergegebenen
Bildes. Ein weiterer Vorschlag innerhalb der o. g.
Literaturstelle, insbesondere S. 43 ff, besteht aus der Abtastung
des zu beeinflussenden Signals mit einer anderen
als der ursprünglichen Abtastfrequenz. Dazu ist es erforderlich,
die jeweiligen neu entstehenden Abtastwerte
durch Interpolation zu ermitteln. Werden nun diesse neuen
Abtastwerte in einen Speicher eingeschrieben und mit dem
ursprünglichen Takt wieder ausgelesen, so entsteht eine
Kompression und/oder Expansion. Dieses Verfahren hat jedoch
den Nachteil, daß eine Abtastfrequenz erforderlich
ist, welche von derjenigen, mit der die Signale ursprünglich
abgetastet wurden, verschieden ist. Insbesondere
bei einem variablen Kompressions- und/oder Expansionsfaktor
ergeben sich dadurch Schwierigkeiten beim Zusammenspiel
der einzelnen Schaltungsteile der Interpolationsschaltung
sowie des Speichers.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine
Einrichtung zur zeitlichen Kompression und/oder Expansion von
elektrischen Signalen zu schaffen, deren Kompressions-
bzw. Expansionsfaktor weitgehend kontinuierlich einstellbar
ist und bei welcher ein möglichst geringer Aufwand an
Schaltungsmitteln benötigt wird.
Gelöst wird diesse Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs
genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale.
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß
eine nahezu kontinuierliche Einstellung des Kompressions-
bzw. Expansionsfaktors möglich ist und daß bei der schaltungstechnischen
Ausgestaltung der Einrichtung unabhängig von
diesem Faktor extern nur eine Abtastfrequenz auftritt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der
im Hauptanspruch der angegebenen Einrichtung möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen
Einrichtung,
Fig. 2 zeigt schematisch die bei der Interpolation entstehenden
Signale für den Fall einer Expansion,
Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild die wesentlichen Teile
der Steuereinheit, welche Bestandteil der Anordnung
nach Fig. 1 ist,
Fig. 4 zeigt für den Fall einer Expansion die zeitliche
Folge einiger beispielhafter Abtastwerte,
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Interpolators,
Fig. 6 zeigt einen Interpolator für den Fall der Kompression,
Fig. 7 zeigt schematisch die Interpolation von Abtastwerten
für den Fall der Kompression,
Fig. 8 zeigt einen Interpolator für den Fall der vertikalen
Expansion und
Fig. 9 zeigt ebenfalls schematisch eine Einrichtung zur vertikalen
und horizontalen Kompression und Expansion
von Videosignalen.
Der Einfachheit halber wird die erfindungsgemäße Einrichtung
zunächst anhand der Fig. 1 bis 7 für eine horizontale
Kompression bzw. Expansion von Videosignalen beschrieben.
Der Schaltung nach Fig. 1 werden bei 1 die zu komprimierenden
oder zu expandierenden Signale zugeführt. Mit Hilfe
eines Amplitudensiebes 2 wird der Horizontalimpuls H
abgetrennt und der Steuereinheit 3 zugeführt. Außerdem
wird aus dem Horizontalimpuls H ein Taktsignal Ta gewonnen.
Dieses Taktsignal Ta wird in einem steuerbaren Oszillator
4 erzeugt, dessen Ausgangssignal über einen Frequenzteiler
5 einem Eingang einer Phasenvergleichsschaltung 6
zugeführt wird, an dessen anderem Eingang der Horizontalimpuls
H anliegt. Die Ausgangsspannung der Phasenvergleichsschaltung
6 steuert die Frequenz des Oszillators 4 dahingehend,
daß sie ein von der Frequenzteilerschaltung 5 bestimmtes
Vielfaches der Horizontalfrequenz beträgt. Derartige
Schaltungen, auch PLL-Schaltungen genannt, sind
bekannt und werden insbesondere in der Fernsehtechnik zur
Verkopplung verschiedener Frequenzen angewendet. Das entstehende
Taktsignal Ta wird dem Takteingang eines Analog/
Digital-Wandlers 8 zugeführt, welcher die am Eingang 1 in
analoger Form vorliegenden Signale nach Bandbegrenzung
durch einen Tiefpaß 7 in digitale Signale umwandelt. Für
übliche Fernsehsignale wird die Grenzfrequenz des Tiefpasses
bei 5 MHz liegen, so daß damit eine Frequenz des
Abtasttaktes Ta von mehr als 10 MHz erforderlich ist, um
sogenannte Aliasstörungen zu verhindern.
Die digitalen Signale gelangen über einen digitalen Tiefpaß
9, dessen Funktion später beschrieben wird, zu einem
Interpolator 10. Zur Kompression werden in den Interpolator
10 pro Zeiteinheit eine der Frequenz des Taktes Ta
entsprechende Anzahl von Abtastwerten eingeschrieben,
während eine niedrigere Anzahl pro Zeiteinheit mit dem
Takt Tk ausgelesen wird. Einzelheiten hierzu werden im
Zusammenhang mit den Fig. 2, 3 und 4 erläutert. In
einer Speichereinrichtung, bestehend aus den beiden Zeilenspeichern
11 und 12, sowie den Umschaltern 13 und 14,
werden die Ausgangssignale des Interpolators 10 (mit Tk) gespeichert
und um das Verhältnis Tk/Ta schneller ausgelesen. Damit
wird eine zeitliche Kompression erreicht. Für den Betrieb
der Anordnung nach Fig. 1 als Kompressionsschaltung kann
der weitere Interpolator 15 außer Betracht bleiben, ebenso
der digitale Tiefpaß 16, welcher bei Kompression der Signale
unwirksam ist. Die zeitkomprimierten Signale gelangen
schließlich über den Digital/Analog-Wandler 17 und
den analogen Tiefpaß 18 zum Ausgang 19 der Anordnung nach
Fig. 1.
Wie bereits erwähnt, ist bei einer Kompression der Interpolator
15 unwirksam. Dazu wird von der Steuereinheit bei
den Takteingängen des Interpolators 15 der Takt Ta zugeführt.
Soll jedoch die Schaltung nach Fig. 1 zur Expansion
verwendet werden, wird beiden Takteingängen des Interpolators
10 der Takt Ta zugeführt, so daß dieser unwirksam
wird, während der Interpolator 15 in entgegengesetzter
Weise wirkt wie der Interpolator 10 bei der Kompression,
d. h., dem Interpolator 15 werden Taktsignale Te und Ta zugeführt.
Im Zusammenhang mit den Speichern 11 und 12 sei
noch auf folgende Besonderheit hingewiesen: Für das erfindungsgemäße
System geeignete Speicher können nicht unabhängig
voneinander im Schreib- bzw. Lesebetrieb arbeiten.
Es sind deshalb zwei Speicher 11 und 12 vorgesehen, welche
zeilenweise abwechselnd jeweils im Lese- und im Schreibbetrieb
arbeiten. Hierzu werden die Schalter 13 und 14
mit Signalen halber Zeilenfrequenz aus der Steuereinheit
3 angesteuert. Für die im Bereich der Interpolatoren 10,
15 und der Speichereinrichtung 11 bis 14 auftretenden niedrigeren
Abtastfrequenzen ist ebenfalls eine Beachtung des Abtasttheorems
erforderlich. Hierzu sind die digitalen Tiefpässe
9 und 16 vorgesehen, deren Grundfrequenz steuerbar
ist. Hierzu geeignete Tiefpässe sind sogenannte Butterworth-Filter
oder Filter nach der deutschen Patentanmeldung
P 31 21 310.
Die Steuereinheit 3 gibt außer den Taktsignalen Tk (Anschluß 29) und
Te (Anschluß 30) sowie dem Signal mit halber Zeilenfrequenz 2H (Anschlüsse 38, 39)
noch digitale Signale (Ausgänge 36, 37) zur Kennzeichnung des Interpolationskoeffizienten
an die Interpolatoren 10 und 15 ab. Die
Steuereinheit 3 wird anhand der Fig. 3 genauer beschrieben.
Zunächst sei jedoch anhand von Fig. 2 auf die Interpolation
bei digitalen Verfahren zur Kompression oder Expansion von
Signalen eingegangen. In Zeile a der Fig. 2 sind auf der
Zeitachse t schematisch mehrere Abtastwerte dargestellt,
welche mit x₀, x₁, x₂, x₃ . . . bezeichnet sind und in einem
zeitlichen Abstand von Ta auftreten. Diese Abtastwerte werden
nun in einen Speicher - beispielsweise in den Speicher
11 (Fig. 1) - eingeschrieben und zum Zwecke der Expansion
mit einem langsameren Takt Te ausgelesen, wie es in
Zeile b der Fig. 2 dargestellt ist. Damit ist zwar das
Signal als solches gedehnt, es liegt jedoch noch mit einem
Takt Te vor, welcher einerseits bei veränderlichem Expansionsfaktor
ebenfalls veränderlich ist und andererseits
für die weitere Verarbeitung der digitalen Signale nicht
unbedingt geeignet ist. Es werden daher, wie in Zeile c
dargestellt, im ursprünglichen Takt Ta Interpolationswerte
ermittelt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
wird eine lineare Interpolation angewandt, welche
unter der Voraussetzung, daß die Takte Te und Ta sich wie
3 : 4 verhalten, die zwischen Zeile b und Zeile c dargestellten
Koeffizienten ergeben.
Wie im Zusammenhang mit
Fig. 3 noch näher erläutert wird, werden die Interpolationskoeffizienten
und die ggf. erforderlichen Adressen für die
Ablage der Abtastwerte im Speicher in der Steuereinheit 3
(Fig. 1) erzeugt. Bei einer Anwendung dieser Erzeugung
auf das in Fig. 2 gezeigte Beispiel ergeben sich die in
den Zeilen d-f dargestellten Werte; und zwar ergibt
sich durch eine besonders einfache Schaltung der Steuereinheit
3 ein einziger mehrstelliger Zahlenwert, dessen
Stellen vor dem Komma die Adresse und dessen Stellen nach
dem Komma den Interpolationskoeffizienten angeben. Die
in Zeile d dargestellten neuen Abtastwerte x₀′, x₁′, x₂′,
x₃′, x₄′ treten gleichzeitig mit der wiederholten Addition
des Kompressionsfaktors K = 0,75 zum Inhalt eines Akkumulators
auf. Dieser Inhalt ist in Zeile e dargestellt.
Werden nun die Stellen vor dem Komma von denen nach dem
Komma voneinander getrennt, so erhält man für die interpolierten
Abtastwerte x₀′, x₁′ usw. die in Zeile f dargestellte
Rechenregel.
Fig. 3 zeigt den wesentlichen Teil der Steuereinheit,
welche zur Erzeugung der Takte Te und Tk und zur Erzeugung
der Interpolationskoeffizienten dient. Die in Klammern
angegebenen Bezeichnungen beziehen sich auf die
Anwendung der Steuereinheit zur vertikalen Bildkompression
bzw. -expansion und bleiben bei der folgenden Beschreibung
außer Betracht.
Der Schaltung nach Fig. 3 wird der Abtasttakt Ta bei 21
zugeführt. Er wird jeweils einem Eingang der Und-Schaltungen
22 und 23 zugeleitet, deren andere Eingänge bei
offenen Schaltern 24, 25 über je einen Widerstand 26 und
27 auf logisch 1 liegen. Dadurch wird bewirkt, daß der
Takt Ta ohne Beeinflussung durch das Ausgangssignal des
Komparators 28 durch dasjenige Gatter 22, 23 geleitet
wird, dessen zugeordneter Schalter 24, 25 sich in nichtleitender
Stellung befindet. Ist also der Schalter 24
geöffnet, so gelangt der Takt Ta direkt zur Klemme 29.
Ist der Schalter 25 geöffnet, während der Schalter 24
geschlossen ist, gelangt der Takt Ta zur Klemme 30. Bei
einer Verwendung des erfindungsgemäßen Systems zur Kompression
ist der Schalter 25 geöffnet, während sich der
Schalter 24 im leitenden Zustand befindet. Bei einer
Verwendung zur Expansion befinden sich die Schalter 24
und 25 in der gezeichneten Stellung.
Ferner wird der Schaltung nach Fig. 3 bei 31 der Kompressionsfaktor
K in Form einer mehrstelligen Zahl zugeführt.
Ist der Kompressionsfaktor K kleiner als 1, arbeitet
das System nach Fig. 1 als Expansionsschaltung,
bei K größer als 1 als Kompressionsschaltung. Der Kompressionsfaktor
wird nun in einem Addierer 32 zur Summe
aller in der jeweils betrachteten Zeiteinheit - beispielsweise
innerhalb einer Fernsehzeile - bereits angefallenen
Kompressionsfaktoren hinzuaddiert. Das Ergebnis wird im
Takt Ta in das D-Register 33 eingeschrieben. Am Ausgang
des D-Registers befindet sich dann die Summe Ai aller
Kompressionsfaktoren, welche dem Addierer 32 wiederum
zugeführt wird, um den Kompressionsfaktor wiederum hinzuaddieren
und die Summe beim nächsten auftretenden
Impuls Ta in das D-Register zu übernehmen. Bei dieser
Gelegenheit sei vermerkt, daß im einfachsten Fall der
Kompressionsfaktor K konstant ist, daß jedoch ohne weiteres
eine Zeitabhängigkeit des Kompressionsfaktors K bestehen
kann, um beispielsweise nichtlineare geometrische
Verzerrungen zu erreichen. Von der besagten Summe Ai
wird der jeweils ganzzahlige Anteil ak - also die Stellen
vor dem Komma - dem Komparator 28 zugeführt, während
das Ausgangssignal bi eines Zählers 34 am anderen Komparatoreingang
ansteht. Da nun bei der Expansion voraussetzungsgemäß
K kleiner 1 ist, der Zähler 34 jedoch bei
jedem Taktimpuls Ta um 1 weiterzählt, würde Zähler 34
dem aus dem Addierer 32 und dem D-Register 33 bestehenden
Akkumulator sozusagen davonlaufen. Dabei wird der ganzzahlige
Anteil ak des Akkumulatorausgangssignals Ai kleiner
als das Ausgangssignal bi des Zählers 34 und es tritt
am Ausgang des Komparators 28 Null auf, was dazu führt, daß
die Taktimpulse Ta so lange nicht mehr zum Schaltungspunkt
30 und damit zum Zähleingang des Zählers 34 gelangen,
bis die Zahlen ak und bi gleich sind.
Ein weiteres D-Register 42, welches mit Ta getaktet wird,
verzögert das Ausgangssignal des Komparators 28 um eine
Abtastperiode. Das verzögerte Signal D liegt am Ausgang
43 an und wird zum Interpolator 10 geleitet.
In Fig. 4 sind diese Vorgänge anhand von Zeitdiagrammen
noch einmal anschaulich dargestellt, und zwar zeigt
Zeile a das Taktsignal Ta, Zeile b das Taktsignal Te,
Zeile c das Ausgangssignal Ai des D-Registers 33, Zeile
d das Ausgangssignal bi des Zählers 34 und Zeile e das
Ausgangssignal des Komparators 28.
Zu Beginn einer Fernsehzeile werden sowohl das D-Register
33 als auch der Zähler 34 mit Hilfe eines bei 35 zugeführten
zeilenfrequenten Impulses H auf Null gesetzt. Durch
den ersten in Zeile a gezeigten Taktimpuls Ta wird der gewünschte
Expansionsfaktor K - in diesem Fall 0,8 - in das
D-Register 33 übernommen. Während der ersten Abtasttaktperiode
Ta1 sind die Inhalte des D-Registers 33 und des Zählers 34
gleich. Der Komparator 28 gibt daher eine 1 ab, weshalb
der Taktimpuls Ta über das Und-Gatter 23 zum Schaltungspunkt
30 gelangt, somit also auch im Takt Te ein Impuls
auftritt. Durch diese beiden gleichzeitig auftretenden
Impulse wird jedoch der Zähler 34 auf 1 gesetzt, während
in das D-Register 33 K=0,8 eingeschrieben wird. An den
Komparatoreingängen befinden sich nun ungleiche Daten.
Der Ausgang wird deshalb auf Null geschaltet. Der nächste
auftretende Taktimpuls wird also nicht an den Eingang
des Zählers 34 und an den Schaltungspunkt 30 weitergeleitet.
Die Impulsreihe Te erfährt hier also eine Unterbrechung.
Dadurch wird bewirkt, daß der Inhalt des Zählers
34 bei 1 stehenbleibt, während der Inhalt des D-
Registers 33 auf 1,6 erhöht wird. Hierauf gleicht wieder
der ganzzahlige Anteil ak des Signals Ai dem Signal bi,
worauf am Komparatorausgang eine 1 entsteht. Der dritte
gezeigte Impuls des Taktsignals Ta wird also wieder zum
Schaltungspunkt 30 geleitet usw. Es entsteht somit ein
Takt Te, welcher sich zwar im Taktraster des Taktes Ta
befindet, über einen entsprechend langen Zeitraum betrachtet
jedoch weniger Abtastwerte umfaßt.
Für die Kompression von Signalen wird Schalter 24 geschlossen
und Schalter 25 geöffnet, so daß der Takt Ta
direkt zum Eingang des Zählers 34 gelangt. Ferner wird
bei 31 ein Kompressionsfaktor K größer 1 zugeführt. Zunächst
gelangt jedoch auch der Takt Ta über das Und-Gatter
22 zum Takteingang des D-Registers 33, so daß im
Addierer 32 und im D-Register 33 mit jedem Taktimpuls Ta
ein Wort K aufaddiert wird. Da dieser im Falle der Kompression
größer als 1 ist, läuft nun der Inhalt des D-
Registers 33 dem Inhalt des Zählers 34 fort, so daß sich
in Abhängigkeit von K der ganzzahlige Anteil ak vom Signal bi mehr oder weniger häufig
unterscheidet und somit wie beim Expandieren bei dem
Takt Tk Impulse entfallen. Es ergibt sich auch hierbei,
daß der Anteil ai des Signals Ai nach dem Komma dem Interpolationskoeffizienten
entspricht, welcher nach Taktung
in einem weiteren D-Register 45 über einen Umschalter
40 den Ausgängen 36 und 37 zugeführt ist. Beim Betrieb
als Kompressionsschaltung befindet sich der Schalter
40 in der oberen Stellung, so daß der Interpolationskoeffizient
über den Ausgang 36 dem Interpolator 10 zugeführt
wird, während der Interpolator 15 über den Ausgang 37
den Wert Null als Koeffizient ai erhält. Beim Expansionsbetrieb
gelangt der Koeffizient ai über den Ausgang 37 zum
Interpolator 15 (Fig. 1) und der Interpolator 10 erhält Null.
Als Speicher 11, 12 können Speicher verwendet werden, aus
welchen die gespeicherten Signale mit der gleichen Reihenausfolge
wie beim Einschreiben ausgelesen werden können.
Solche Speicher benötigen im allgemeinen keine Adresse. Es
ist jedoch auch die Verwendung von adressierbaren Speichern
möglich. Hierbei kann der ganzzahlige Anteil ak des
Signals Ai als Adresse verwendet werden. In diesem Zusammenhang
sei noch darauf hingewiesen, daß mit adressierbaren
Speichern noch andere Effekte, wie beispielsweise
Spiegelungen, zu erreichen sind.
Das in Zeile f der Fig. 4 dargestellte Signal stellt den
am Ausgang 37 der Anordnung nach Fig. 3 anstehenden Interpolationskoeffizienten
ai dar. Wie aus Fig. 4 ohne
weiteres ersichtlich, entspricht dieses Signal der Stelle
nach dem Komma des in Zeile c dargestellten Signals Ai.
Es ist jedoch durch das D-Register 45 (Fig. 3) um eine
Taktperiode Ta verschoben. Dieser Interpolationsfaktor ai
sowie das in Zeile g dargestellte zu expandierende Signal
wird dem Interpolator 15 zugeführt.
Der Interpolator 15 selbst ist als Blockschaltbild in
Fig. 5 dargestellt. Er besteht aus einem D-Register 50
und einem Überblender 51. Dem D-Register 50 werden die zu
beeinflussenden Signale am Eingang 52 zugeführt. Der
Überblender 51 leitet die an seinen Eingängen 53 und 54 anstehenden
Signale zu einem Ausgang 55 als Funktion eines
einem Steuereingang 56 zugeführten weiteren Signals weiter.
Das eine der Eingangssignale wird direkt mit dem
bei 56 zugeführten Koeffizienten ai multipliziert, während
das andere der Eingangssignale mit (1-ai) multipliziert
wird. Dem D-Register 50 wird übrigens ein Takt Te
zugeführt, welcher dem Schaltungspunkt 30 der Anordnung
nach Fig. 3 entnommen ist.
In Fig. 4 sind nun in Zeile g mit x₁ bis x₅ diejenigen
Signale bezeichnet, welche aus dem Speicher 11 bzw. 12
(Fig. 1) im Takt Te ausgelesen werden. Es liegt bereits
eine Expansion vor, denn ursprünglich betrug die Übertragungszeit
für 4 Abtastwerte (beispielsweise x₁ bis
x₄) vier Abtastperioden Ta, während das Auslesen aus dem
Speicher innerhalb von fünf Abtastperioden Ta erfolgt.
In Zeile h der Fig. 4 sind die um jeweils im Takt Te
verzögerten Abtastwerte x₀ bis x₄ dargestellt. Durch
den Überblendvorgang ergeben sich die in Zeile i dargestellten
Signale, welche expandiert sind und einen kontinuierlichen
Takt aufweisen.
Fig. 6 zeigt nun in ähnlicher Weise wie Fig. 4 die zeitlichen
Vorgänge bei der Kompression. In Zeile a ist wiederum
der Abtasttakt Ta dargestellt, in Zeile b der Kompressionstakt
Tk. Zeile c stellt den Inhalt des Zählers
34 (Fig. 3) dar, während in Zeile d der Inhalt des D-
Registers 33 angegeben ist. Beträgt der Inhalt des Zählers
34 4, so hat das D-Register 33 durch Akkumulation
des Wertes 1,25 bereits den Wert 5 erreicht. Der Komparator
28 gibt daher Null ab (Zeile e), so daß die Zuführung
eines Impulses Ta zum D-Register 33 unterbleibt. Beim
nächsten Abtasttakt Ta bleibt daher das D-Register 33
auf dem Wert 5 stehen und wird erst beim übernächsten
Takt auf den Wert 6,25 gebracht. Der sich am Ausgang des
D-Registers 45 ergebende Interpolationskoeffizient ai
ist in Zeile f dargestellt.
Bevor jedoch auf die weiteren in Fig. 6 dargestellten
Signale eingegangen wird, folgte eine kurze Erläuterung
des Interpolators 10 (Fig. 1) für die Kompression gem.
Fig. 7. Mit der Anordnung des Interpolators 10 vor dem
Speicher, während sich der Interpolator 15 nach dem
Speicher befindet, wird erreicht, daß sowohl beim Komprimieren
als auch beim Expandieren keine Taktsignale
erforderlich sind, welche eine höhere Frequenz als der
Abtasttakt Ta aufweisen. Da die erforderliche Frequenz
des Abtasttaktes für Fernsehsignale ohnehin schon recht
hoch ist, erleichtert diese Maßnahme die schaltungstechnische
Realisierung des erfindungsgemäßen Systems.
Die zu komprimierenden Signale werden nun einem Eingang
71 der Anordnung nach Fig. 7 zugeführt und gelangen in
ein D-Register 72, welches mit dem Abtasttakt Ta getriggert
wird. Die Eingangs- und die Ausgangssignale
des D-Registers 72 werden den Eingängen 75 und 76 eines
Überblenders 73 zugeführt, in dessen Steuereingang 74 der
Interpolationskoeffizient ai eingespeist wird. Das Überblendprodukt
steht als Interpolationswert am Ausgang des
Überblenders 73 zur Verfügung.
Zur weiteren Erläuterung der Funktion des Interpolators
nach Fig. 7 wird nunmehr wieder auf Fig. 6 verwiesen,
in deren Zeilen g und h die dem Überblender in Fig. 5
zugeführten Signale dargestellt sind. Durch die Interpolation
beider Signale mit den in Zeile f dargestellten
Interpolationskoeffizienten ergeben sich die in Zeile i
gezeigten Signale; diese werden nun in den Speicher 11
bzw. 12 (Fig. 1) eingeschrieben, was mit dem Takt Tk
erfolgt. Da jedoch durch Interpolation der Werte x₅ und
x₄ ein neuer Wert gebildet wurde, welcher nicht benötigt
wird, ist bei der Anordnung nach Fig. 7 ein Schalter 77
vorgesehen, welcher den in Fig. 6, Zeile i schraffierten Wert
nicht zum Ausgang 79 - und damit zum Speicher - leitet. Dazu
ist der Steuereingang 78 mit dem Ausgang 43 der Steuereinheit
(Fig. 3) verbunden.
Nach dem Auslesen aus dem Speicher mit einem Takt Ta
liegt dann das in Zeile k dargestellte zeitkomprimierte
Signal vor. Dieses Signal wird dann in den nachfolgenden
Stufen der Anordnung nach Fig. 1 nicht weiter beeinflußt,
wozu u. a. dem Interpolator 15 an beiden Takteingängen
ein Takt Ta und als Interpolationskoeffizient 0 zugeführt
wird.
Wie eingangs erwähnt, wurde zunächst eine Einrichtung zur
Kompression oder Expansion eines Fernsehbildes in horizontaler
Richtung beschrieben. Eine Größenänderung in vertikaler
Richtung kann nun grundsätzlich mit dem gleichen
System erfolgen, wenn in den Interpolatoren nicht nebeneinander
liegende Abtastwerte interpoliert werden, sondern
übereinanderliegende Abtastwerte - das heißt, benachbarte
Abtastwerte zweier aufeinanderfolgender Zeilen -
zur Interpolation herangezogen werden. Ferner ist anstelle
der Zeilenspeicher 11 und 12 (Fig. 1) jeweils ein Halbbildspeicher
erforderlich.
Der Steuereinheit wird dann anstelle des Abtasttaktes Ta
ein Horizontalimpuls H und anstelle des Horizontalimpulses
H ein Vertikalimpuls V zugeführt. Anstelle der
Ausgangssignale der Steuereinheit Tk und Te, welche eine
der Abtastfrequenz entsprechende Folgefrequenz aufweisen,
treten dann die Signale TkV und TeV mit einer Folgefrequenz
auf, welche der Vertikalfrequenz V des Fernsehsignals
entspricht. Die genannten Bezeichnungen sind in Fig. 3
in Klammern angegeben.
Zur Interpolation zweier übereinanderliegender Bildpunkte
zum Zwecke der Kompression kann ein Interpolator 10, welcher
als Blockschaltbild in Fig. 7 dargestellt ist, verwendet
werden, wobei lediglich anstelle des D-Registers 72,
welches die Signale um eine Abtastperiode verzögert, ein
Schieberegister mit einer der Anzahl der Abtastwerte pro
Zeile entsprechenden Anzahl von Speicherplätzen verwendet
werden kann. Bei einem praktisch ausgeführten Gerät wurden
864 Speicherplätze für jeweils 8 Bit verwendet.
Ein etwas vom Interpolator 15 abweichender Interpolator
für die vertikale Expansion ist in Fig. 8 dargestellt. Ihm
werden die Ausgangssignale des Speichers bei 81 zugeführt
und der Interpolationskoeffizient bei 84. Das Schieberegister
82 weist eine Anzahl der Abtastwerte je Zeile
entsprechende Anzahl von Speicherplätzen auf, so daß sich
bei Zuführung des Abtasttaktes Ta eine Verzögerung um
eine Zeile ergibt. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 5
beschrieben, werden das unverzögerte sowie das um eine
Zeile verzögerte Signal den Eingängen 85 und 86 eines
Überblenders 83 zugeführt und entsprechend dem Interpolationskoeffizienten
der Interpolationswert gebildet und
am Ausgang 89 abgegeben.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, werden jedoch die Abtastwerte
(z. B. x₀ und x₁) während zweier Interpolationsperioden
benötigt. Da in diesem Fall eine Interpolationsperiode
einer Zeilendauer entspricht, im Falle der vertikalen Expansion
die in Fig. 4 dargestellten Werte x₁, x₂ usw.
beispielsweise die obenerwähnten 864 Abtastwerte darstellen,
ist eine Wiederholung der Abtastwerte jeweils
einer Zeile erforderlich. Hierzu ist am Eingang des
Schieberegisters 82 ein Umschalter 87 vorgesehen, dessen
Select-Eingang 88 mit dem Impuls D (s. Ausgang 43 der
Fig. 3) beaufschlagt ist. Solange Impulse des Taktes
TeV gleichzeitig mit H-Impulsen auftreten, befindet sich
der Schalter in der unteren Stellung. Bei Fehlen von Impulsen,
also nach dem Auftreten des in Zeile e (Fig. 4)
dargestellten Impulses wird der Schalter 88 durch den
Impuls D in die obere Stellung gebracht. Die in Fig. 4
in Klammern angegebenen Bezeichnungen gelten wiederum
für eine vertikale Expansion.
Fig. 9 zeigt schließlich eine Anordnung zur Größenänderung
eines Fernsehbildes in beiden Richtungen. Die Signale
werden wiederum bei 1 zugeführt, in einem Tiefpaß 7 bandbegrenzt
und mit Hilfe eines Analog/Digital-Wandlers 8 in
digitale Signale umgewandelt. Die Gewinnung des Takts und
des H-Impulses geschieht ebenfalls wie bei der Anordnung
nach Fig. 1 mit Hilfe eines Amplitudensiebes 2 und einer
PLL-Schaltung 4, 5, 6. Aus dem Amplitudensieb 2 wird ferner
ein Impuls V abgeleitet. Der Schaltungsblock 91 umfaßt die
Elemente 9 bis 16 der Anordnung nach Fig. 1. Er beinhaltet
also diejenigen Elemente, welche zur Expansion bzw. Kompression
von bereits digital vorliegenden Fernsehsignalen
in horizontaler Richtung erforderlich sind und wird von
den Signalen Tk, ai und Te mit Hilfe der Steuereinheit 3
angesteuert. Ein Taktsignal Ta wird ihm ebenfalls zugeführt.
Die somit in horizontaler Richtung beeinflußten
Signale werden einer zweiten Expansions- bzw. Kompressionschaltung
92 zugeführt, welche ähnliche, entsprechend
den obigen Ausführungen abgewandelte Elemente 9′ bis 16′
beinhaltet. Hierzu gehört eine Steuereinheit 3′, welche
mit den Impulsen H und V getaktet wird und an die Schaltung
92 die Signale TkV, TeV und aiV abgibt. Nach der
einer vertikalen Größenänderung entsprechenden Beeinflussung
werden die Ausgangssignale der Schaltung 92 in
dem Digital/Analog-Wandler 17 in analoge Signale rückgewandelt
und gelangen über den Tiefpaß 18 zum Ausgang 19 der
Anordnung nach Fig. 9.
Die Kompressionsfaktoren KH für
die horizontale Größenänderung und KV für die vertikale
Größenänderung sind mit den Gebern 93 und 94 einstellbar.
Die Geber können beispielsweise aus Potentiometern mit je
einem anschließenden Analog/Digital-Wandler bestehen. Es
sind jedoch auch entsprechende digitale Geber bekannt.
Eine weitere Möglichkeit besteht in sogenannten Inkrementalgebern,
bei welchen ein Vorwärts/Rückwärts-Zähler vorgesehen
ist, welcher durch die Zuführung entsprechender
Impulse aufwärts bzw. abwärts zählt. Ebenfalls mit Zählern
läßt sich eine kontinuierliche zeitliche Veränderung des
Kompressionsfaktors erreichen. Selbstverständlich können
die Kompressionsfaktoren KH und KV auch von Recheneinheiten
aufgrund von gespeicherten Daten und vorgegebenen
Algorithmen erzeugt werden.
Mit den Einstellern 93 und 94 können die Faktoren KH und
KV getrennt beeinflußt werden. Im Normalfall einer unverzerrten
Bildvergrößerung oder -verkleinerung gilt jedoch
KH=KV. Hierfür kann Schalter 95 in die gezeichnete Stellung
gebracht werden, so daß beide Faktoren vom Einsteller
93 den Steuereinheiten 3 und 3′ zugeleitet werden
können.
Bisher wurde das erfindungsgemäße System und seine Anwendung
auf Fernsehsignale beschrieben. Selbstverständlich
kann das erfindungsgemäße System auch für Farbfernsehsignale
angewendet werden, wozu für das Luminanzsignal
und das Chrominanzsignal jeweils eine Einrichtung 91 bzw.
92 (Fig. 9) vorgesehen werden kann. Hierbei würde das
Chrominanzsignal beide Farbdifferenzsignale im Zeitmultiplex
beinhalten.
Claims (7)
1. Einrichtung zur zeitlichen Kompression und/oder Expansion
von elektrischen Signalen, insbesondere von Videosignalen, bei
der Abtastwerte der Signale interpoliert werden und bei
der die digitalisierten Signale mit einem ersten Taktsignal
in einen digitalen Speicher eingeschrieben und mit einem
zweiten Taktsignal ausgelesen werden, dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Taktsignale aus einer kontinuierlichen Impulsfolge gebildet ist,
während das andere Taktsignal eine abhängig
von den gewählten Kompressions- oder Expansionsfaktors Unterbrechungen
aufweisende Impulsfolge gleichen Taktrasters ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
von Beginn eines vorgegebenen Zeitabschnittes der Signale
an
- - die Taktimpulse des kontinuierlichen Taktsignals gezählt werden und
- - der Kompressionsfaktor mit jedem Taktimpuls in einem Akkumulator zu der Summe der bisher in dem Akkumulator aufsummierten Kompressionsfaktoren hinzuaddiert wird,
- - daß die Anzahl der Taktimpulse und der ganzzahlige Anteil der akkumulierten Kompressionsfaktoren verglichen werden und
- - daß bei Ungleichheit dieser Werte bei Kompressionsfaktoren größer als 1 die Zuführung der Taktimpulse zum Akkumulator und/oder bei Kompressionsfaktoren kleiner als 1 die Zählung der Taktimpulse unterbleibt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der eine Eingang eines Addierers (32) mit dem Kompressions-
bzw. Expansionsfaktor und der andere Eingang
mit den Ausgangssignalen eines D-Registers (33) beaufschlagt
sind, daß der Ausgang des Addierers (32) mit dem Dateneingang
des D-Registers (33) verbunden ist, daß die den
ganzzahligen Anteil (a) darstellenden Ausgangssignale des
D-Registers (33) einem Eingang eines Komparators (28)
zugeführt sind, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang
eines Zählers (34) verbunden ist und daß Umschaltmittel
(22, 23, 24, 25, 26, 27) vorgesehen sind, welche wahlweise
einen der Takteingänge des D-Registers (33) und des Zählers
(34) Taktimpulse (Ta) und dem anderen der Takteingänge
Taktimpulse (Tk/Te) welche in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung
des Komparators (28) unterbrochen sind, zuführen.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Stellen nach dem Komma der Ausgangsdaten des D-Registers
(33) als Interpolationskoeffizienten (ai) zur Bildung
neuer Abtastwerte, welche zwischen zwei benachbarten
Abtastwerten der Signale liegen, herangezogen werden.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Interpolator (10 bzw. 15) vorgesehen ist, daß der Interpolator
eine Verzögerungsschaltung (50; 72; 82) enthält,
daß der Eingang und der Ausgang der Verzögerungsschaltung
mit den Eingängen eines Überblenders (51; 73; 83) verbunden
sind, daß einem Steuereingang des Überblenders der Interpolationskoeffizient
(ai) zuführbar ist und daß dem Ausgang (55; 79; 89)
des Überblenders der Interpolationswert entnehmbar ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Interpolator (10) zur Kompression von Signalen vorgesehen
und vor einem Speicher (11, 12) angeordnet ist und daß zwischen
dem Ausgang des Interpolators (10) und dem Speicher
(11, 12) eine Torschaltung (77) vorgesehen ist, welche
die Zuführung von Daten zum Speicher während mindestens
eines Teils der Unterbrechungen unterdrückt.
7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Interpolator (15) zur Expansion vorgesehen und nach dem
Speicher (11, 12) angeordnet ist.
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D2 | Grant after examination | ||
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Owner name: PHILIPS BROADCAST TELEVISION SYSTEMS GMBH, 64347 G |
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