DE3526596C2 - Schaltungsanordnung zur Detektion einer Bewegung in einem Fernsehbild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.

Bei der üblichen Fernsehbilddarstellung werden zeitlich aufeinanderfolgende Halbbilder im Zeilensprungverfahren auf einem Bildschirm dargestellt. Bei einer sogenannten Vollbilddarstellung werden zwei zeitlich benachbarte Halbbilder, von denen das eine um die Übertragungszeit eines Halbbildes verzögert wurde, durch Ineinanderschachteln der Zeilen der beiden Halbbilder gleichzeitig auf dem Bildschirm dargestellt. Zur Erläuterung sind in Fig. 1a drei aufeinanderfolgende Halbbilder 8, 9 und 10 mit den Bildzeilen 1 bis 7 und in Fig. 1b die aus diesen Halbbildern gebildeten Vollbilder 11 und 12 schematisch dargestellt. Die Halbbilder weisen eine vertikale Kante 13 auf, an der die Zeilen 1 bis 7 von einem dunklen Bildbereich 14 in einen hellen Bildbereich 15 übergehen. Diese Kante 13 bewegt sich im Laufe des Bildgeschehens in horizontaler Richtung nach dem rechten Bildrand 16 zu, so daß sich die Kante 13 zur Zeit t₁ am Ort x₁ des ersten Halbbildes befindet, zur Zeit t₂ am Ort x₂ des zweiten Halbbildes und zur Zeit t₃ am Ort x₃ des dritten Halbbildes befindet. Da die Orte x₁, x₂ und x₃ zueinander in den drei Halbbildern 8, 9 und 10 versetzt liegen, liegen auch die die Kante bildenden Übergänge am Ort x₁ versetzt zu den die Kante 13 bildenden Übergänge am Ort x₂ des zweiten Halbbildes 9 in dem aus diesen beiden Halbbildern gebildeten ersten Vollbild 11. Die bewegte Kante 13 der Halbbilder wird somit in der Vollbilddarstellung zu einem verwaschenen Balken 13′ mit einer Balkenbreite, die gleich dem Abstand des Ortes x₂ von dem Ort x₁ ist und die beim nahen Hinsehen eine Zähnchenstruktur aufweist.

Um diese Bildungsschärfe, die von der kammartigen Zähnchenstruktur an einer sich bewegenden Kante hervorgerufen wird, zu reduzieren oder zu beseitigen, ist es zunächst erforderlich, im Fernsehvollbild die Stellen mit einer derartigen Bewegungsverschleifung zu detektieren und zur Kennung der Bewegungsverschleifung ein ortsbezogenes Detektionssignal zu erzeugen. Diese Bewegungsdetektion kann auch für weitere Vollbildsignalverarbeitungen ausgenützt werden, z. B. der Vollbildwiedergabe mit erhöhter Bildfrequenz, einer Vollbildwiedergabe mit Rauschbefreiungssystemen oder einer Vollbildwiedergabe mit Cross- Color-Reduktionsverfahren beim PAL-Standard.

In der nachveröffentlichten DE 34 44 836 A1 ist hierfür eine Detektionsschaltung vorgeschlagen, die drei Halbbildverzögerungsschaltungen benötigt, von denen wenigstens zwei in Reihe geschaltet sind. Durch eine Subtraktionsschaltung werden die Zeilensignale jeweils eines ersten und eines dritten Halbbildes örtlich miteinander verglichen und bei einer Abweichung des Signalinhaltes ein Ausgangssignal erzeugt, das nach einer Betragsbildung und einer Amplitudenbewertung und nach Durchlaufen einer weiteren Halbbildverzögerungsschaltung als Detektionssignal ausgegeben wird. Die vorgeschlagene Detektionsschaltung benötigt jedoch einen hohen schaltungstechnischen Aufwand, da jede Halbbildverzögerungsschaltung für die Zwischenspeicherung der Information eines Halbbildes eine Speicherschaltung mit hohem Speicheraufwand darstellt.

Aus der DE 31 26 713 C2 ist außerdem eine Bewegungsdetektionsschaltung für ein Fernsehsignal mit Zeilensprungverfahren bekannt, die nur eine Halbbildverzögerungsschaltung enthält. Des weiteren sind eine Vergleichsschaltung mit Subtrahierern und zusätzlichen Verzögerungsschaltungen, die eine Verzögerungszeit entsprechend einer Zeilendauer aufweisen, eine Ausgangsschaltung und eine Vorzeichenwechseldetektionsschaltung jeweils mit diversen logischen Verknüpfungen enthalten. Die Vergleichsschaltung bildet aus den Zeileninhalten von mindestens drei aneinandergrenzenden Bildzeilen des ersten und zweiten Halbbildes Differenzsignale. Diese Signale werden der Ausgangsschaltung zugeführt, die mit der Vorzeichenwechseldetektionsschaltung derart gekoppelt ist, daß nur bei einem Vorzeichenwechsel der Unterschiede in der Information zwischen den entsprechenden Zeilen beider Halbbilder ein Bewegungsdetektionssignal entsteht.

Auch für diese Lösung ist noch ein beträchtlicher Aufwand insbesondere für Zeilenverzögerungsmittel und logische Bauelemente notwendig.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Detektionsschaltungsanordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art so auszugestalten, daß gegenüber dem Stand der Technik ein geringerer Bauelementeaufwand erforderlich ist. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Eine Bewegungsdetektionsschaltung nach der Erfindung kommt mit einer einzigen Halbbildverzögerunsschaltung aus, so daß sie einen wesentlich geringeren Speicheraufwand aufweist als bekannte Bewegungsdetektionsschaltungen. Außerdem wurde festgestellt, daß die Bewegungsdetektion bei bekannten Bewegungsdetektorschaltungen versagt, wenn in der Vollbilddarstellung bestimmte Bewegungsgeschwindigkeiten periodischer Bildstrukturen vorkommen, insbesondere dann, wenn sich die Bildstruktur während der Zeitdauer zweier Halbbilder gerade um eine Periode weiterbewegt. Ein derartiges Versagen der Bewegungsdetektion wird bei der erfindungsgemäßen Bewegungsdetektionsschaltung dadurch vermieden, daß Übergänge nicht in horizontaler, sondern in vertikaler Richtung detektiert werden, nämlich durch die senkrecht orientierte Detektion periodisch auftretender kammartiger Bildstrukturen mit einer definierten vertikalen Ortsfrequenz.

Eine bei der erfindungsgemäßen Bewegungsdetektorschaltungsanordnung verwendete schmalbandige Bandpaß-Filterschaltung kann nach dem Prinzip linearer Signalverarbeitung z. B. als Korrelationsfilter verwirklicht werden oder auch auf nichtlinearen Verfahren beruhen. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen einer Bewegungsdetektionsschaltungsanordnung nach der Erfindung und insbesondere vorteilhafte Ausbildungen der verwendeten Bandpaßfilterschaltung angegeben. Diese Filterschaltungen weisen trotz eines geringen Schaltungsaufwandes eine sehr geringe Bandbreite bei sehr geringer Einschwingungszeit und verhältnismäßig hohem Ausgangssignal auf. Dabei soll die schmalbandige Bandpaß-Filterschaltung so ausgebildet sein, daß sie bereits nach wenigen Eingangsschwingungen (drei oder vier Schwingungen) ein verwertbares Ausgangssignal erzeugt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1a, 1b eine schematische Darstellung benachbarter Halbbilder und daraus gebildeter Vollbilder einer Fernsehwiedergabe,

Fig. 2 eine Blockdarstellung einer Bewegungsdetektorschaltungsanordnung, und

Fig. 3 und 4 je ein ausführlicheres Blockschaltbild einer Bewegungsdetektorschaltungsanordnung.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung die prinzipielle Zusammensetzung einer an eine Videosignalleitung 17 eines nicht näher dargestellten Videogerätes angeschlossene Bewegungsdetektorschaltungsanordnung 18. Diese besteht im wesentlichen aus einer Vollbildsignal-Schaltungsanordnung 19 und einer schmalbandigen Bandpaß-Filterschaltung 20. Die Durchlaßfrequenz fo der Bandpaß- Filterschaltung 20 ist auf die sogenannte vertikale Ortsfrequenz der kammartigen Zahnstruktur des bei der Bewegung einer senkrechten Kante in einer Vollbilddarstellung entstehenden Kantenstreifen 13′ zwischen den Orten x₁ und x₂ des in Fig. 1b dargestellten Vollbildes 11 abgestimmt. Demzufolge ist die Durchlaßfrequenz der schmalbandigen Bandpaß-Filterschaltung gleich der Anzahl der Zeilenpaare pro Vollbild einer Vollbilddarstellung, die jeweils aus den korrespondierenden Zeilen der beiden Halbbilder gebildet sind, aus denen das Vollbild besteht, multipliziert mit der Zahl der Vollbilder pro Sekunde der Vollbilddarstellung. Ein Zeilenpaar des Vollbildes 11 in Fig. 1b bilden beispielsweise die beiden benachbarten Zeilen 1 und 2, wobei die Zeile 1 aus dem ersten Halbbild 8 der Fig. 1 kommt und die Zeile 2 die hierzu korrespondierende Zeile des zweiten Halbbildes 9 ist. Die im Vollbild 11 der Fig. 1b dargestellte Struktur des Kantenstreifens 13′ ist typisch für einen horizontal bewegten Bildbereich mit einem senkrecht verlaufenden Kantenbereich. Deshalb zeigt ein Ausgangssignal S_B der Bandpaßfilterschaltung 20, die auf diese charakteristische Frequenz fo abgestimmt ist, eindeutig eine horizontale Bewegung des detektierten Bildbereiches an. Dieses Ausgangssignal wird beispielsweise einer Videosignalverarbeitungschaltung 21 zugeführt, die aus den im Zeilensprungverfahren gewonnenen Videosignalen auf der Videosignalleitung 17 und beispielsweise in der Vollbildsignalschaltungsanordnung 19 um eine Halbbildlänge verzögerte und über eine Leitung 22 zugeführte Videosignale zweier aufeinanderfolgender Halbbilder ein Vollbild (z. B. 11 in Fig. 1b) erstellt und auf dem Bildschirm 23 einer Bildröhre 24 abbildet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Bewegungsdetektorschaltungsanordnung besteht die Vollbildsignalschaltungsanordnung 19 aus einer mit ihrem Eingang 27 an die Videosignalleitung 17 angeschlossenen Halbbildverzögerungsschaltung 25 und einer an deren Ausgang 28 angeschlossenen Zeilenverzögerungsschaltung 26. Die Halbbildverzögerungsschaltung verzögert die an ihrem Eingang 27 liegenden Bildsignale um die zeitliche Länge eines Halbbildes und die Zeilenverzögerungsschaltung um die Länge einer Zeile dieses Halbbildes. An die Ein- und Ausgänge 27 und 28 der Halbbildverzögerungsschaltung und den Ausgang 29 der Zeilenverzögerungsschaltung 26 sind zwei Addierschaltungen 30 und 31 mit positivem und negativem Addiereingang angeschlossen, die Bestandteil einer die schmalbandige Bandpaß-Filterschaltung bildende Rechenschaltung 32 sind. An den Ausgang der ersten Addierschaltung 30, die aus dem Eingangssignal S1 und dem Ausgangssignal S2 einen ersten Differenzwert S21 bildet, ist ein Ausgangskanal 33 angeschlossen, in dem eine Betragsbildungsschaltung 34 und eine Kehrwertschaltung 35 angeordnet sind und der auf einen Multipliziereingang einer Multiplizierschaltung 37 führt. Der Ausgang der zweiten Addierschaltung 31, die aus dem Eingangssignal S1 der Halbbildverzögerungsschaltung 25 und dem Ausgangssignal S3 der Zeilenverzögerungsschaltung 26 einen zweiten Differenzwert S31 bildet, ist über eine zweite Betragsbildungsschaltung 39 an den zweiten Multipliziereingang 38 der Multiplizierschaltung 37 angeschlossen. Durch die Multiplikation des Betrages des Kehrwertes des ersten Differenzwertes S21 mit dem Betrag des zweiten Differenzwertes S31 entsteht am Ausgang der Multiplizierschaltung 37 ein vom Ort x in der Bildzeile abhängiges Signal S(x) gemäß folgender Funktion:

Darin ist fo die Abstimmfrequenz der als Bandpaßfilterschaltung ausgebildeten Rechenschaltung 32 in der Darstellung der vertikalen Ortsfrequenz, z. B. fo = 312,5 Perioden pro Bildhöhe, und f(x) die vertikale Ortsfrequenz des Bildmusters am Ort x des detektierten Vollbildes. Diese Rechenfunktion hat den Vorteil, daß sie unabhängig vom Ort x und von der Modulationstiefe des Eingangssignales ist und außerdem rasch dem Wert Unendlich zustrebt, was einer schmalen Bandbreite gleichkommt.

Bedingt durch die eingeschränkte Rechengenauigkeit und durch die Quantisierung des Signals in einem digitalen System wird jedoch diese Unabhängigkeit vom Ort der Detektion und dem Grenzwert Unendlich nicht absolut erreicht werden. Deshalb ist dem Ausgang der Multiplizierschaltung 37 eine Bewertungsschaltung 40 nachgeschaltet, die das Ausgangssignal S(x) der Multiplizierschaltung einer nichtlinearen Bewertungsfunktion 41 unterwirft, so daß hierdurch dennoch eine recht schmalbandige Detektion für die vertikale Ortsfrequenz fo erreicht wird.

Das Ausgangssignal S2 der Halbbildverzögerungsschaltung 25 gelangt außerdem an einen ersten Eingang 42 einer Videosignalverarbeitungsschaltung 21 zur Darstellung eines Vollbildes auf dem Bildschirm 23 einer Bildröhre 24 und über eine Zwischenzeilenrechenschaltung 43 an einen ersten Eingang 44 einer Überblendschaltung 45. Der zweite Eingang 46 der Überblendschaltung ist an die Videosignalleitung 17 angeschlossen, während der Ausgang der Überblendschaltung an den zweiten Eingang 47 der Videosignalverarbeitungsschaltung 21 angeschlossen ist. Ohne Ausgangssignal S_B der Bewertungsschaltung 40, deren Ausgang an einen Steuereingang 48 der Überblendschaltung angeschlossen ist, ist im wesentlichen das Videosignal S1 über die Überblendschaltung an den zweiten Eingang 47 der Videosignalverarbeitungsschaltung angelegt. Bei einem Ausgangssignal S_B der Bewertungsschaltung 40, das einen bewegten Bildabschnitt anzeigt, wird entsprechend der Amplitude dieses Signales das durch die Schaltung 43 modifizierte Ausgangssignal S2 der Halbbildverzögerungsschaltung 25 mit zunehmendem Anteil an den zweiten Eingang 47 der Videosignalverarbeitungsschaltung gelegt. Dadurch wird eine Bewegungsverschleifung der senkrechten Kanten waagerecht bewegter Bildteile weitgehend verhindert.

Die in Fig. 4 dargestellte Bewegungsdetektorschaltung unterscheidet sich von der in Fig. 3 dargestellten Bewegungsdetektorschaltung 18 im wesentlichen dadurch, daß an den Eingang 37 der Halbbildverzögerungsschaltung 25 eine zweite Zeilenverzögerungsschaltung 49 angeschlossen ist und daß die Rechenschaltung 32 eine dritte Addierschaltung 50 mit einem positiven und einem negativen Addiereingang enthält. Diese Addierschaltung 50 bildet aus den Videosignalen S3 am Ausgang 29 der ersten Zeilenverzögerungsschaltung 26 und den Videosignalen S4 am Ausgang 51 der zweiten Zeilenverzögerungsschaltung 49 einen dritten Differenzwert S34. Eine vierte Addierschaltung 52 im Ausgangskanal 33 bildet aus dem Differenzwert S21 der ersten Addierschaltung 30 und dem Differenzwert S34 der dritten Addierschaltung 50 einen Summenwert S21′, der in der Rechenverarbeitung an die Stelle des bisherigen Differenzwertes S21 der ersten Addierschaltung 30 tritt. Dadurch wird die Sicherheit der Detektion der Bewegung eines Bildinhaltes wesentlich erhöht und ein deutlicheres Ausgangssignal S(x) der Multiplizierschaltung 37 erzielt.

Claims (6)

1. Schaltungsanordnung zur Detektion einer im wesentlichen horizontal gerichteten Bewegung einer Kante in einem im Zeilensprungverfahren auf einer Videosignalleitung zeilenweise übertragenen Fernsehbild, gekennzeichnet
- durch eine an die Videosignalleitung (17) angeschlossene Schaltungsanordnung (19), die einem zeilenabwechselnd aus zwei Halbbildern (8, 9) gebildeten Vollbild (11) entsprechende Bildzeilen (1, 2) erzeugt,
- und durch eine schmalbandige Bandpaß-Filterschaltung (20), der diese Bildzeilen zugeführt sind und deren Durchlaßfrequenz (fo) gleich der Anzahl der Zeilenpaare pro Vollbild, die aus den korrespondierenden Zeilen (1, 2) der beiden Halbbilder (8, 9) gebildet sind, aus denen das Vollbild besteht, vervielfacht mit der Zahl der Vollbilder pro Sekunde ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollbildzeilen-Schaltungsanordnung eine mit ihrem Eingang (27) an die Videosignalleitung (17) angeschlossene Halbbildverzögerungsschaltung (25) und eine an den Eingang oder Ausgang (28) der Halbbildverzögerungsschaltung angeschlossene Zeilenverzögerungsschaltung (26) enthält und daß die Bandpaß-Filterschaltung eine Rechenschaltung (32) ist, die aus dem Eingangssignal (S1) und dem Ausgangssignal (S2) der Halbbildverzögerungsschaltung einen ersten Differenzwert (S21) und aus dem Eingangssignal und dem zeilenverzögerten Ausgangssignal der Halbbildverzögerungsschaltung einerseits oder dem Ausgangssignal und dem zeilenverzögerten Eingangssignal der Halbbildverzögerungsschaltung einen zweiten Differenzwert (S31) bildet, den Kehrwert des Betrages des ersten Differenzwertes mit dem Betrag des zweiten Differenzwertes multipliziert und das Produkt als Detektionssignal (S(x)) ausgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Eingang (27) und an den Ausgang (28) der Halbbildverzögerungsschaltung (25) je eine Zeilenverzögerungsschaltung (26, 49) angeschlossen ist und die Rechenschaltung (32) aus den Ausgangssignalen (S3, S4) der beiden Zeilenverzögerungsschaltungen einen dritten Differenzwert (S34) bildet und dem ersten Differenzwert (S21) zuaddiert.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenschaltung (32) zwei Addierschaltungen (30, 31) zur Bildung des ersten und des zweiten Differenzwertes (S21, S31) und eine Multiplizierschaltung (37) enthält, daß beiden Addierschaltungen eine Betragsbildungsschaltung (34, 39) nachgeschaltet ist und daß im Ausgangskanal (33) der Addierschaltung (30) für den ersten Differenzwert (S21) eine Kehrwertschaltung (35) angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 4, gekennzeichnet durch eine dritte Addierschaltung (50) für einen dritten Differenzwert (S34) und durch eine vierte Addierschaltung (52), die im Ausgangskanal (33) der ersten Addierschaltung (30) angeordnet ist und das Ausgangssignal (S34) der dritten Addierschaltung zum Ausgangssignal (S21) der ersten Addierschaltung addiert.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang der schmalbandigen Bandpaß-Filterschaltung (20, 32) angeschlossene Bewertungsschaltung (40) mit einer nicht linearen Bewertungsfunktion (41).