DE3539415A1

DE3539415A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum erkennen und verdecken von fehlern in einem digitalen videosignal

Info

Publication number: DE3539415A1
Application number: DE19853539415
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Heitmann; Peter Wagner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Philips GmbH
Priority date: 1985-11-07
Filing date: 1985-11-07
Publication date: 1987-05-14
Also published as: US4837624A; JPS62117486A; FR2590095B1; DE3539415C2; FR2590095A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Er kennen und Verdecken von Fehlern in einem digitalen Videosignal nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Ein solches Verfahren ist aus dem Aufsatz von Goldberg und Rossi "Digital Television Error Correction without Overhead Bits", der in einem Sonderband "Television Technology in the 80′s" auf Seite 80 bis 88 veröffentlicht ist. Das bekannte Verfahren nutzt die Tatsache, daß bei der digitalen Codierung eines durch Tiefpaßfilterung begrenzten Videosignals Energiemaxima im Bereich der Abtastfrequenz und Vielfachen davon entstehen, während ein einzelner Bitfehler merkbare Energiebeträge im Bereich der halben Abtast frequenz erzeugt, in dem das ungestörte Video signal wiederum ein Energieminimum aufweist. Bitfehler werden daher durch Messen des Energiegehaltes bei der halben Abtastfrequenz erkannt. Dabei werden durch Fehler bei höherwertigen Bits höhere Energiebeträge erzeugt als durch Fehler geringwertigen Bits. Daher läßt sich die Amplitude eines mit der halben Abtast frequenz bandpaßgefilterten Signals die Wertigkeit des fehlerhaften Bits bestimmen.

Die Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung weist daher nach einem Digital-Analog-Umsetzer unter anderem ein analoges Bandpaßfilter mit einem Maximum der Durchlaßkurve bei der halben Abtast frequenz und einen Synchrondemodulator sowie einen Nulldurchgangsdetektor zum Erkennen des Fehlerortes aus dem demodulierten, tiefpaßge filterten und differenzierten Signal auf. Die anschließende Fehlerkorrektureinrichtung ändert den logischen Zustand des als fehlerhaft erkannten Bits und korrigiert damit Einzelbitfehler. In der Praxis bereitet jedoch die zuverlässige Bestimmung des fehlerhaft übertragenen Bits aus den beiden Kriterien Fehlerzeit und Fehleramplitude große Schwierigkeiten. Auch ist die Notwendigkeit der Digital-Analog-Wandlung zur Bestimmung des Fehlerorts und der Fehlergröße nachteilig.

Weiter ist bekannt (DE-OS 31 21 310), digitale Filterstrukturen zur Verdeckung von Fehlern in digitalen Videosignalen zu verwenden, wobei eine aufeinanderfolgende Anzahl von Abtastwerten zur Mittelwertbildung herangezogen werden. Das dafür erforderliche Tiefpaßfilter n-ter Ordnung kann dadurch realisiert werden, daß das in einem Hochpaßfilter n-ter Ordnung gefilterte Signal vom Ursprungssignal subtrahiert wird. Für die Fehlererkennung ist jedoch ein weiteres Filter notwendig. Dies führt zu einem erhöhten Schal tungsaufwand.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Wortfehler anstelle von schwer zu ortenden Einzelbitfehlern verbessert werden. Daß die Verbesserung durch Fehlerverdeckung anstelle mathematisch richtiger Fehlerkorrektur erfolgt, ist im wiedergegebenen Bild kaum sichtbar und hat den großen Vorteil, daß vor allem Mehrbitfehler, die mit dem eingangs genannten Verfahren überhaupt nicht korrigierbar sind, zufriedenstellend bearbeitet werden können. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß dabei gleichzeitig die Verdeckung der erkannten Fehler mit nur geringfügig größerem Schaltungsaufwand durchzuführen ist.

Durch die in einem Teil der Unteransprüche aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Erkennung der Fehlergröße und des Fehlerortes ausschließlich in der digitalen Ebene erfolgt.

In einem weiteren Teil der Unteransprüche sind vorteilhafte Merkmale einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die Filteranordnung zur Fehlerüberdeckung auch gleichzeitig zur Erkennung des Fehlers eingesetzt ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 schematisch als Blockschaltbild eine Schaltungsanordnung zum Erkennen und Verdecken von Fehlern in einem digitalen Videosignal,

Fig. 2 ein erweitertes Blockschaltbild der Fehlererkennungs- und Fehlersignalauf bereitungsschaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 wird das digitale Videosignal vom Schaltungseingang (11) einmal dem Eingang eines digitalen Hochpaßfilters (12) und gleichzeitig einer Verzögerungsstufe (13) zur Anpassung der Signallaufzeiten zugeführt. Der Ausgang des Hochpaßfilters (12), das als digitales Transversalfilter ungerader Ordnungszahl ausgeführt sein kann, ist mit dem Eingang einer Fehlererken nungs- und Fehlersignalaufbereitungsschaltung (14) verbunden und gleichzeitig mit einem Eingang einer Addierstufe (15). Der zweite Eingang der Addierstufe (15) ist mit dem Ausgang der Verzögerungseinrichtung (13) verbunden. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß das Ausgangssignal der Verzögerungsstufe (13) der Addierstufe (15) mit einer Phasenlage zugeführt wird, die entgegengesetzt der Phasenlage des Signals vom Ausgang des Hochpaßfilters (12) ist. In der Addierstufe (15) wird daher der hochpaßgefilterte Anteil des digitalen Videosignals von dem in der Verzögerungseinrichtung (13) in der Laufzeit angepaßten Originalsignal abgezogen. Dazu wird das verzögerte Eingangssignal vom Ausgang der Verzögerungsstufe (13) zu dem hochpaßgefilterten Signal am Ausgang des Hochpaßfilters (12) addiert. Der Verstärkungsfaktor eines Digitalfilters ist normalerweise im Durchlaßbereich =1, im vorliegenden Fall wird der Verstärkungsfaktor des Hochpasses im Durchlaßbereich derart gewählt, daß sich der mittlere Koeffizient zu -1 ergibt. Dies führt dazu, daß bei Addition des laufzeitangepaßten Eingangssignals ein Tiefpaß-Interpolationsfilter entsteht, das durch einen mittleren Koeffizienten =0 gekennzeichnet ist.

Das Hochpaßfilter wird z.B. durch ein FIR-Filter 11. Ordnung realisiert. Die Koeffizienten werden dabei nach folgender Tabelle bestimmt:

Das Ergebnis am Ausgang der Addierstufe (15) ist ein interpolations-tiefpaßgefiltertes Signal, das an einen Ausgang einer Umschalteinrichtung (16) gegeben wird, während das Ausgangssignal der Verzögerungsstufe (13) nach abermaliger Verzögerung in einer zweiten Verzögerungsstufe (17) zur Laufzeit anpassung dem zweiten Eingang der Umschalteinrichtung (16) zugeleitet wird. Die Verzögerung der Verzögerungs stufe (17) und einer weiteren Verzögerungsstufe (19) zwischen dem Ausgang der Addierstufe (15) und dem ersten Eingang der Umschalteinrichtung (16) sind einmal derart gewählt, daß ihre Ausgangssignale zueinander zeitgleich sind und zum zweiten gleichen sie die Rechenzeit der Fehlererkennungs- und Fehlersignalaufbereitungsschaltung (14) aus. Hochpaß filter (12), Verzögerungsstufe (13) und Addierstufe (15) bilden also gemeinsam ein Interpolations-Tief paßfilter (18). Am Ausgang der Umschalteinrichtung (16) steht das digitale Videosignal mit verdeckten Einzelwortfehlern an. Das Signal am Ausgang der Fehlererkennungs- und Fehlersignalaufbereitungs schaltung (14) steuert im Fehlerfalle die Umschalt einrichtung (16) so, daß anstelle des laufzeitange paßten Originalsignals vom Ausgang der Verzögerungs einrichtung (17) das interpolations-tiefpaßgefilterte Signal vom Ausgang der Addierstufe (15) an den Aus gang durchgegeben wird.

In Fig. 2 ist die Fehlererkennungs- und Fehlersignalaufbereitungsschaltung als erweitertes Blockschaltbild dargestellt. Vom Eingang (21) wird das hochpaßgefilterte Videosignal nacheinander zwei digitalen Differenzstufen (22, 23) zugeleitet.

Die zweimalige Differentation dient der schmaleren Filterung und der Beseitigung von Gleichstroman teilen im hochpaßgefilterten Signal, die aufgrund der endlichen Sperrdämpfung des Hochpasses bei der Frequenz f=0 vorhanden sein können. Die Sprungantwort des Hochpasses (12) (Fig. 1) ist in Fig. 2a dargestellt, das Signal am Ausgang der zweiten Differenzierstufe (23) in Fig. 2b. Vom Ausgang der digitalen Differenzierstufe (23) gelangt das Signal zu einer digital wirkenden Gleichrichtereinrichtung (24). In der digitalen Gleichrichtereinrichtung erhält das Signal eine Form, die in Fig. 2c oben dargestellt. Dieses Signal wird in einem weiteren digitalen Differenzierer (25) differenziert. Die Stelle größter Amplitude im Signal (2 c) ist exakt durch den Vorzeichenwechsel des Signals nach Fig. 2d bestimmt. Das gleichgerichtete Signal nach Fig. 2c vom Ausgang der Gleichrichterschaltung (24) gelangt zu einem Schwellwertdetektor (27), der die Signalamplitude mit einem vorgegebenen Referenzwert vergleicht und beim Überschreiten der Referenzwertamplitude für die Dauer der Überschreitung ein Fenstersignal gemäß Fig. 2c unten abgibt. Dieses Fenstersignal wird nach entsprechender Verzögerung in der Verzögerungseinrichtung (28) zur Anpassung der Laufzeit an den Steuereingang des Logikschaltkreises (26) gegeben. Der Logikschaltkreis (26) gibt im Falle der Vorzeichenumkehr des Signals vom Ausgang des digitalen Differenzierers (25) beim gleichzeitigen Vorhandensein des Fenstersignals an seinem Ausgang ein Fehlersignal F ab, das wie im Zusammenhang mit Fig. 1 dargestellt und erläutert, zur Umschaltung vom Ursprungssignal auf das Ersatzsignal mit verdeckten Einzelwortfehlern dient.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen und Verdecken von Fehlern in einem digitalen Videosignal, bei dem anstelle eines fehlerhaften Wertes für einen Bildpunkt ein durch Interpolation aus benachbarten Bildpunkten gebildeter Ersatzwert eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das fehlerbehaftete digitale Videosignal zunächst eine Hochpaßfilterung zum Erkennen von einzelstehenden Fehlern aus den Energiebeträgen des hochpaßgefilterten Signals im Bereich der halben Abtastfrequenz unterworfen wird und daß durch Subtraktion dieses hochpaßgefilterten Signals vom Eingangssignal ein interpolationstief paßgefiltertes Signal als Ersatzwert gebildet wird, der im Fehlerfalle anstelle des Ursprungssignals eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hochpaßfilter ein Transversalfilter ungerader Ordnung (FIR-Filter) verwendet wird und daß im Fehlerfalle durch eine Korrektur des mittleren Koeffizienten dieses Filters zu "-1" der mittlere Koeffizient des aus Hochpaßfilter und einem Addierer gebildeten Interpolationstiefpaßfilters zu "0" wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein und dasselbe Hochpaßfilter für die Fehlererkennung und für die Verdeckung von digitalen Wortfehlern.