DE3685589T2

DE3685589T2 - Videosignal-verarbeitung fuer bandbreitenverringerung.

Info

Publication number: DE3685589T2
Application number: DE8787900234T
Authority: DE
Inventors: John Borer; A Thomas
Original assignee: British Broadcasting Corp
Current assignee: British Broadcasting Corp
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1986-12-23
Publication date: 1993-02-04
Anticipated expiration: 2006-12-24
Also published as: DE3685589D1; WO1987005770A1; GB2188509B; JPH01500236A; US4873573A; EP0263112B1; GB8702581D0; EP0263112A1; GB2188509A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Codieren und Decodieren von Videosignalen, um die Reduktion der Bandbreite von übertragenen (oder aufgezeichneten) Signalen zu ermöglichen. Obwohl die Erfindung unter Bezug auf die europäischen Zeilensprung- Standards mit 625 Zeilen und 50 Teilbildern/s detailliert erläutert wird, ist die Erfindung nicht auf irgendwelche besonderen Standards beschränkt und kann sowohl in Verbindung mit Zeilensprungsystemen als auch nicht verschachtelten (sequentiellen) System verwendet werden. Wann immer die Bezeichnungen Sender und Empfänger (oder analoge Bezeichnungen) verwendet werden, werden auch die Bezeichnungen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät als nicht schriftlich erwähnte Alternativen mitverstanden. Die Erfindung ist von besonderem Nutzen für die Übertragung von HDTV (high definition television = Hochauflösungsfernsehen).

Zitierte Schriften

1. Chariglione, L., Corgnier, La. and Guglielmo, M.Pre- and Post- Processing in a Video Terminal using Motion Vectors. 1986. I.B.C. Brighton 1986. (IEE Conference Publication No. 268, Seiten 332 - 335).
2. Girod, B., Thoma R. Motion-compensating conversion without loss of vertical resolution line-interlaced television systems. Eurasip Workshop on 'Coding of HDTV signals', L'Aquila, November 1986.
3. Storey, R. HDTV Motion Adoptive Bandwidth Reduction using DATV. BBC Research Department Report 1986/5. British Patent Application No. 85 31777 (GB-A-2 197 561).
4. Storey, R. Compatible Transmission of HDTV in a 625 line Channel. British Patent Specification No. 86 20110 (GB-A-2 194 409).
5. Thomas, G.A. Bandwidth Reduction by Adaptive Subsampling and Motion Compensation DATV Techniques. October 1986. 128th SMPTE Techinical Conference, October 24-29 1986, New York. British Patent Applications 86 06809 and 86 17320 (GB-A-2 188 510).
6. Ninomiya, Y. et al. 1984. A Single Channel HDTV Broadcast System, The MUSE. NHK Laboratories Note No.304, September 1984.
7. EP-A-0 146 713.
Es ist möglich, eine Bandbreitereduktion eines Standbildes durch Unterabtastung, Übertragung unterschiedlicher Sätze von Unterabtastpunkten in einer zyklischen Folge von Teilbildern, beispielsweise eine Folge von vier Teilbildern, und durch Aufbauen des Bildes am Empfänger durch Akkumulieren dieser Punkte aus jedem Teilbildzyklus zu erzielen. Die Bandbreitereduktion wird im wesentlichen durch Zeitfilterung erzielt. Eine weitere Reduktion kann durch Übertragung nur einiger Punkte auf diese Weise und Erzeugen der übrigen am Empfänger durch Interpolation erzielt werden.
Die Prozedur der zeitlichen Filterung kann nicht auf sich bewegende Bildbereiche angewandt werden, da sie das Bild unscharf machen würde. Es wurde bereits vorgeschlagen, auf ein niederes Orts-Detailfilter umzuschalten, um für die sich bewegenden Bereiche ein Signal komprimierter Bandbreite vorzusehen (zitierte Schrift 3). Jedoch ist es wünschenswert, einen sich bewegenden Bereich übertragen zu können, der mit hoher Detailliertheit eine gute Korrelation von Teilbild zu Teilbild beibehält. Der Verlust an Auflösung ist sehr offensichtlich, wenn ein niederes 0rts-Detailfilter verwendet wird.
Die zitierte Schrift 6 beschreibt das MUSE bewegungskompensierte Unterabtastsystem, in dem vorgeschlagen wird, einen Bewegungsvektor pro Fernsehteilbild zu übertragen. Die zitierte Schrift 7 beschreibt ebenfalls das MUSE-System. Das MUSE-System tastet das Signal ungeachtet des Bewegungsinhalts vom Bild an denselben Stellen ab. Darüber hinaus überläßt es das MUSE-System dem Empfänger, zu bestimmen, welche Bereiche des Bildes als stationär, als bewegend mit dem einzigen übertragenen Vektor, oder als bewegend mit einem unbekannten Vektor behandelt werden sollen. Dies erfordert am Empfänger einen hohen Aufwand an ausgeklügelten Verarbeitungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, es zu ermöglichen, eine Bandbreitereduktion in einer solchen Weise zu erzielen, daß korreliertes Detail sich bewegender Bereiche nicht verlorengeht.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Aufnahmeoder Wiedergabegerät der im Anspruch 1 und 2 weiter unten definierten Art vor sowie ein Gerät zum Erzeugen eines Videosignals reduzierter Bandbreite gemäß der Definition in den Ansprüchen 15 und 16.
Die Erfindung ist speziell in den angefügten Ansprüchen definiert und wird nur beispielhalber detailliert unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen:
FIG. 1 eine grundlegende Abtaststruktur repräsentiert, die in einem Bandbreitereduktionssystem verwendet wird;
FIG. 2 die Rekonstruktion eines detaillierten Bildes in stationären Bereichen darstellt;
FIG. 3a ein effektives Abtastraster darstellt, das zur Wirkung als niederes Orts-Detailfilter in sich bewegenden Bereichen verwendet wird;
FIG. 3b die erforderlichen Vorfiltercharakteristiken darstellt;
FIG. 4 die Interpolation von Geschwindigkeitsvektoren darstellt, wenn Vektoren über eine Bildperiode gemessen werden;
FIG. 5 den Effekt der Blockgröße auf die Anzahl von Abtastwerten in einem Block darstellt;
FIG. 6 einen einfachen zweidimensionalen linearen Interpolator darstellt;
FIG. 7 die Rekonstruktion eines detaillierten Bildes unter Verwendung von Bewegungsvektorinformation darstellt;
FIG. 8 den Rekonstruktionsprozeß darstellt, der für einen eindimensionalen Fall gezeigt ist;
FIG. 9 das Problem von verdunkeltem Hintergrund darstellt und, wie "Rückverfolgung" hier hilft;
FIG. 10 ein Blockschaltbild eines vollstänidigen Übertragungssystems, das die vorliegende Erfindung verkörpert, ist;
FIG. 11 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist;
FIG. 12 und 13 Vorfiltercharakteristiken für das System aus FIG. 11 zeigen;
FIG. 14a und 14b Abtastraster für das Ausführungsbeispiel der FIG. 11 zeigen;
FIG. 15 die Wirkung eines einfachen Verschachtelungs-Auf-Sequentiell-Umsetzers zeigt; und
FIG. 16 bis 19 die Spektren von abgetasteten Objekten darstellen, die sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten bewegen.
Um bewegungsadaptive Bandbreitereduktionssysteme zu untersuchen, ist kürzlich einiges an Hardware entwickelt worden (zitierte Schrift 3). Diese Ausrüstung enthält zwei digitale Filter, die ein ankommendes monochromatisches 625 Zeilen TV-Signal auf zwei unterschiedliche Arten filtern, wobei eine optimal für sich bewegende Bereiche des Bildes (ein räumliches Filter) und eines optimal für stationäre Bereiche (ein zeitliches Filter) ist. Beide Arten von Filtern reduzieren die Bandbreite um einen Faktor 4 und ermöglichen daher, daß das gefilterte Signal auf einem groberen Abtastraster (FIG. 1) rückabgetastet werden kann, welches eine Wiederholsequenz von vier Teilbildern aufweist. In FIG. 1 repräsentiert ein Punkt eine Stelle, die nicht abgetastet wird. Die Bezugszahlen 1 bis 4 repräsentieren die Stellen, die in den Teilbildern 1 bis 4 jeweils einer 4-Teilbildwiederholsequenz abgetastet werden. Dieses Verfahren ermöglicht, daß in stationären Bereichen ein hochgradig detailliertes Bild übertragen werden kann, da Abtastwerte, die über eine 4-Teilbildperiode aufgenommen werden, im Empfänger akkumuliert werden können, um ein detailliertes Bild aufzubauen. Dies ist in FIG. 2 dargestellt, in der der obere Bereich eine Ansicht von Abtastwerden X von "einem Ende aus" ist, die in aufeinanderfolgenden Teilbildern n-3, n-2, n-1 und n in den Empfänger eingehen, während der untere Bereich die im Ausgangsbild akkumulierten Abtastwerte zeigt. Die Punkte sind nichtabgetastete Stellen (vgl. FIG. 1), und diese dazwischenliegenden Punkte werden im Empfänger in einer per se bekannten Weise interpoliert.
In sich bewegenden Bereichen kann diese Technik nicht verwendet werden (da das Zulassen der Akkumulation von Abtastwerten über eine Zeitperiode jedes sich bewegende Objekt unscharf machen würde), so daß das Ausgangssignal vom niederen Orts-Detailfilter eine bessere Darstellung des Bildes ergibt. Das Signal von diesem Filter kann durch die in einem Teilbild (FIG. 3a) aufgenommenen Abtastwerte vollständig dargestellt werden. Die FIG. 3b zeigt die für ein Vorfilter erforderlichen Eigenschaften. Die gestrichelten Linien zeigen die Nyquist-Grenzen in den Vertikal- und Horizontalfrequenzen für ein voll sequentielles System. Das schraffierte Dreieck zeigt das Vorfilterdurchlaßband an. Die Hardware selektiert auf einer Block-Um-Block- Basis, welche der beiden Übertragungsverfahren am geeignetsten ist, wobei ein Block etwa sechs Pixel breit wie ein Diamant geformt ist. Information darüber, welcher Übertragungsmodus für jeden Block selektiert worden ist, wird dem Empfänger als Digitalsignal übersandt, so daß er weiß, wie die Rekonstruktion durchzuführen ist. Wir bezeichnen dies allgemein als DATV, was digitalunterstützte Fernsehtechnik bedeutet.
Ein Hauptvorteil dieses Bandbreitereduktionsverfahrens besteht darin, daß das in der Bandbreite reduzierte Signal auf einem "einfachen" Empfänger (ohne einen Vollbildspeicher und nur mit einem einfachen Ortsinterpolator) so angesehen werden kann, daß sich ein erkennbares Bild ergibt. Die einzige signifikante Störung würde im Aliasingeffekt in Bereichen bestehen, die im "Hochdetail"-Modus gesendet werden, da sie nicht auf eine Weise vorgefiltert worden sind, die es gestattet, daß das Signal durch nur ein Teilbild von Abtastwerten dargestellt werden kann. Dies erzeugt einen Effekt eines bitähnlichen Zwischenzeilenzitterns horizontal und vertikal auf einem Viertel der Teilbildrate. Ist darüber hinaus ein Bild, das angenommen 1249 Zeilen enthält, auf diese Weise codiert worden, ist es möglich, die Abtastwerte auf eine Weise zu übertragen, daß das Signal wie ein 625 Zeilensignal "aussieht".
Das Bandbreitereduktionssystem hat überraschend gute Leistungen erbracht, leidet jedoch an einem Hauptnachteil, nämlich daran, daß der Verlust an Auflösung in Bereichen gut korrelierter Bewegung (der das Auge einfach folgen kann) sehr offensichtlich war. Um eine hohe 0rtsauflösung in Bereichen gut korrelierter Bewegung aufrechtzuerhalten, ist es erforderlich, imstande zu sein, die Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung einer derartigen Bewegung zu messen und das Unterabtastraster in einer solchen Weise zu bewegen, daß das sich bewegende Objekt, soweit wie die Abtaststruktur betroffen ist, stationär erscheinend gemacht wird.
Es bestehen infolgedessen zwei zu lösende Probleme: Erstens muß eine gute Technik zum Messen von Bewegungsvektoren gefunden werden, und zweitens müssen die Details, wie diese Information zur Verbesserung des Übertragungssystems zu verwenden ist, erarbeitet werden.
Das Problem der Auffindung guter Bewegungsmeßtechnik war der Gegenstand einer Studie, die Computersimulation versprechender Techniken beinhaltete. Die Resultate dieser Untersuchungen sind anderswo (zitierte Schrift 5) beschrieben.
Die Erfindung ist mit dem zweiten Problem befaßt, nämlich der Anwendung von Bewegungsvektorinformation auf Bandbreitereduktionssysteme, die sich bewegende Abtaststrukturen verwenden. Es werden untersuchte Algorithmen und erzielte Ergebnisse beschrieben.
Die Technik der Bewegungsvektormessung, die in der Schrift 5 beschrieben ist, beinhaltet die Durchführung einer Phasenkorrelation zwischen ziemlich großen Blöcken in zwei aufeinanderfolgenden Bildern und die Extraktion der vorhandenen dominanten Vektoren durch Suchen von Peaks in der Korrelationsoberfläche. Jedem Pixel (oder kleinem Block) im Bild wird dann einer dieser Vektoren auf der Grundlage zugewiesen, welcher Vektor die beste Anpassung ergibt, wenn das Pixel (oder der Block) in einem Bild mit dem entsprechenden Bereich im anderen Bild, jedoch verschoben durch den Bewegungsvektor, verglichen wird. Weiter unten sind die Details darüber, wie bislang diese Technik auf das hier diskutierte Problem der Bandbreitereduktion angewandt worden ist, angegeben.
Jedes ungerade Teilbild des Eingangsbildes wird in Meßblöcke von 64 Pixel pro 32 Zeilen aufgeteilt (andere ähiiliche Ausmaße würden wahrscheinlich angemessen gut funktionieren, jedoch ist es zuträglich, wenn sie Potenzen von 2 darstellen, da die schnelle Fourier- Transformation zur Durchfürrung der Korrelation verwendet wird). Eine Phasenkorrelation (vgl. Schrift 5) wird zwischen entsprechenden Blöcken in nacheinander folgenden ungeraden Teilbildern durchgeführt und die Korrelationsoberfläche (ohne jedwede vorhergehende Interpolation) wird zur Auffindung der drei größten Peaks abgesucht. Die Suchregion kann auf einen Bereich der Korrelationsoberfläche beschränkt werden, der einem "sensiblen" Bereich von Geschwindigkeiten entspricht; sind jedoch die Meßblöcke nur 64 Pixel groß und wird die Messung über eine Bildperiode ausgeführt, dann ist möglicherweise ein voller Bereich von +/- 32 Pixel pro Bild (äquivalent einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 1 s pro Bildweite) erforderlich.
Die Vektormessung und -zuordnung werden aus einigen Gründen eher über eine Bildperiode als über eine Teilbildperiode durchgeführt:
(a) Dies ermöglicht, daß die Korrelations- und Anpassungsprozesse Zugriff auf Abtastwerte haben, die räumlich von denselben Punkten genommen sind, was bedeutet, daß stationäre Objekte mit einem hohen Ausmaß an vertikalem Detail nicht in Bewegung erscheinen.
(b) Alle Bewegungen sind zweimal so groß wie im Fall, bei dem die Messungen über eine Teilbildperiode gemacht würden, wodurch tatsächlich möglich ist, die Bewegungen genauer (auf einer absoluten Basis) zu messen, und es möglich ist, ähnliche Geschwindigkeitsvektoren einfacher zu unterscheiden,
(c) Da die Vektoren für die Zwischenteilbilder aus den "bildbasierten" Vektoren interpoliert werden, ist nur halb so viel an Vektorinformation zum Empfänger zu übertragen,
(d)Das Ausmaß an Vektormeßverarbeitung am Sender ist halbiert.
Die einzige Einbuße bei dieser Näherung besteht darin, daß sich in einer Bildperiode signifikant beschleunigende Objekte nicht korrekt verfolgt werden können. Jedoch tritt dies relativ selten ein. Die FIG. 4 zeigt, wie die Geschwindigkeitsvektorinterpolation durchgeführt wird. Unter der Voraussetzung, daß die Summe der Bewegung über zwei Teilbilder gleich der Bewegung über ein Bild ist, gilt
Mn = Vn-1,2 + Vn,1.
Darüber hinaus entsprechen die Vektoren für ein Teilbild 2 dem Durchschnittswert der Teilbild 1-Vektoren zu beiden Seiten, so daß gilt
Vn,2 = 1/2(Vn,1 + Vn+1,1)
Hierzu sei angemerkt, daß diese Interpolationstechnik nicht verwendet werden kann, wenn das Eingangssignal z.B. von einem Fernsehfilm stammt, wobei die Teilbilder 1 und 2 sich auf denselben Augenblick beziehen. In dieser Situation würden die Bewegungsvektoren vom Teilbild 2 stets Null sein.
Jedem kleinen diamantförmigen Übertragungsblock wird einer der Vektoren zugeordnet, der im Korrelationsprozeß gemessen worden ist. Die Liste von "Menüvektoren", aus der ein Vektor ausgewählt wird, wird von den (maximal) drei Vektoren, die im Meßblock gemessen worden sind, der den Übertragungsblock (den "zentralen" Block) enthält, zusammen mit den Vektoren gebildet wird, die in den unmittelbar angrenzenden Meßblöcken gemessen werden. Infolgedessen könnte ein Maximum an 27 Vektoren versucht werden. Jedoch hat es wenig Zweck, mehrere sehr ähnliche Vektoren zu versuchen (die Geschwindigkeit großer Objekte wird wahrscheinlich in mehreren angrenzenden Blöcken gemessen worden sein), so daß Vektoren in benachbarten Blöcken nur dann enthalten sind, wenn sie von Vektoren im zentralen Block um mehr als ein spezifiziertes Ausmaß differieren. Ein minimaler Differenzwert von 0,2 Pixeln pro Bildperiode wurde als vernünftige Zahl ermittelt. Es wurde ferner ermittelt, daß die Genauigkeit der Vektorzuordnung in einigen Bereichen des Bildes verbessert werden konnte, indem die Summe der Modulus- oder Betragspixeldifferenzen über einen Bereich geringfügig größer gemessen wurde als den des Entscheidungsblocks (Bereiche, die grob insgesamt ein Pixel größer waren, wurden versucht).
Wie in der zitierten Schrift 5 diskutiert, kann die Genauigkeit des Vektorzuordnungsprozesses verbessert werden, falls der Modulusfehler, dar über einen Übertragungsblock summiert ist, mit einem Wichtungsfaktor multipliziert wird, der die Größe des Vektors erhöht. Dies bedeutet, daß da, wo zwei Vektoren, die beinahe gleich gut auf einen Bereich passen, eine Neigung zur Selektion des kleineren Vektors hin vorliegen wird. Das heißt, daß Bereiche, die frei von signifikanten Details sind, dazu neigen, insgesamt denselben kleinen Vektor zugeordnet zu bekommen als eine Mischung von Vektoren unterschiedlicher Größen. Zukünftige Untersuchungen werden auf die Möglichkeit anderer Verbesserungen des Vektorzuordnungsprozesses wie die Wiederzuordnung eines Vektors, falls ein Block einen verschiedenen Vektor von allen seinen Nachbarn hat, gerichtet werden.
Die insgesamte Genauigkeit, die für den Bewegungsvektormeßprozeß erforderlich ist, kann abgeschätzt werden, indem die Art und Weise betrachtet wird, mit der das Bild abgetastet und rekonstruiert wird. Vier aufeinanderfolgende Teilbilder an Information werden kombiniert, um ein Ausgangsbild aufzubauen, so daß, falls ein Meßfehler eines Pixels über diese Zeitperiode vorliegt, ein signifikanter Abfall in der Amplitude einer Frequenz vorliegen wird, die einen Zyklus in zwei Pixelperioden (die Nyquistgrenze) aufweist. Infolgedessen sollten Bewegungsvektoren auf eine bessere Genauigkeit als etwa ein Viertel eines Pixels pro Teilbildperiode oder die Hälfte eines Pixels pro Bildperiode gemessen werden. Die oben diskutierte Phasenkorrelationstechnik kann Genauigkeiten von etwa 0,2 Pixeln pro Bildperiode ohne irgendeine intelligentere Maßnahme als die quadratische Interpolation zwischen Punkten auf der Korrelationsoberfläche erbringen. Infolgedessen sollte diese Technik für diese Anwendung leicht genügen.
Obwohl die Bewegungsvektormeßtechnik der zitierten Schrift 5 sich als sehr effektiv erwiesen hat, besteht kein Grund, warum keine anderen Techniken im Bandbreitereduktionssystem der Erfindung verwendet werden könnten, solange ihre Funktionsfähigkeit den oben diskutierten Zahlen genügt.
Wie zuvor erwähnt, sollte das Bild vor der Abtastung einem mäßigen Diagonal-Ortsfilter sowie einem Vertikal-Zeitfilter unterworfen werden. In der Praxis gibt es so wenige Frequenzen in realen Bildern mit hohen Diagonalkomponenten, daß dieses Filter für Testzwecke ohne irgendeinen signifikanten Effekt auf die Ergebnisse weggelassen werden kann. Dies wurde bei der oben beschriebenen Hardware getan und auch bei den hier beschriebenen Computersimulationen.
Das Vertikal-Zeitfilter muß "bewegungskompensiert" sein, wenn es bei sich bewegenden Abtaststrukturen verwendet wird, da Bildmaterial, das sich mit dem zugeordneten Geschwindigkeitsvektor bewegt, als stationär zu betrachten ist. Dies bedeutet, daß die Stelle von Eingangsabtastwerten in das Filter um die Summe der Bewegung zwischen dem Teilbild, das die Eingangsabtastwerte enthält, und dem "zentralen" Teilbild verschoben werden muß. Dies bedeutet, daß eine Unter-Pixelinterpolation erforderlich ist, da die Bewegungsvektoren auf Unterpixelgenauigkeit bekannt sind. In der Praxis kann jedoch diese Interpolation durch leichtes Ändern der Werte der Filterkoeffizienten erzielt werden. Jeder Übertragungsblock muß separat gefiltert werden, da er seinen eigenen Bewegungsvektor und seine eigene Bewegungsentwicklung hat.
Um im "hochdetaillierten" Modus ein sich bewegendes Objekt zu übertragen, ist es erforderlich, daß die Abtaststruktur sich mit dem Objekt bewegt. Der Grund hierfür kann an Hand des gegenwärtigen europäischen 625 Zeilen- Zeilensprung-TV-Systems einfach verstanden werden. Das Zeilensprungverfahren oder Zwischenzeilenabtastungsverfahren ist optimal für Objekte, die sich nicht vertikal bewegen; in einer solchen Situation ist es möglich, ein volles 625-zeiliges sequentielles Bild des Objekts zu rekonstruieren (obwohl, falls irgendeine horizontale Bewegung vorhanden wäre, Bewegungskompensationstechniken doch erforderlich wären). Sobald das Objekt beginnt, sich vertikal zu bewegen, kann es nicht mehr länger einwandfrei abgetastet werden. Bei einer Geschwindigkeit der Bewegung von einer Bildzeile pro Teilbildperiode werden dieselben Stellen auf dem Objekt für jedes Teilbild abgetastet, und die Abtastung ist effektiv 312 Zeilen sequentiell geworden. Falls jedoch das Abtastraster auf das Objekt festgesetzt würde, wäre es stets möglich, ein hochgradig detailliertes sequentielles Bild zu rekonstruieren. Die Situation beim Bandbreitereduktionssystem, das dieser Diskussion zugrundeliegt, ist sehr ähnlich, außer daß die Abtaststruktur auch in der Horizontalrichtung effektiv verschachtelt ist.
Jeder kleine diamantförmige Übertragungsblock muß so betrachtet werden, daß er seine eigene Abtaststruktur hat, die sich entsprechend der Bewegungsvektoren für diesen Block bewegt. Dieses setzt unmittelbar eine Begrenzung bezüglich der Größe und Form der Übertragungsblöcke, da zur Aufrechterhaltung einer konstanten Datenrate stets eine feste Anzahl von Abtastwerten pro Block übertragen werden muß. Wie die FIG. 5 zeigt, könnte ein diamantförmiger Block A von 6 Pixelbreite 1, 2 oder 4 Abtastwerte in Abhängigkeit von der relativen Position des Blocks und der Abtaststruktur enthalten. Die einzig vernünftigen Blockgrößen, die das Kriterium "fester Anzahl von Abtastwerten" erfüllen, sind Quadrate oder Diamantformen einer Weite von 4 oder 8 Pixeln. Diamantstrukturen B von 8 Pixeln Weite wurden für diese Untersuchung ausgewählt, da diese Ausdehnung grob auf die Fenster der Ortsfilter angepaßt ist. Der Vorteil einer Verwendung von Diamantstrukturblöcken bevorzugt gegenüber quadratischen Blöcken besteht darin, daß, da viele, wahrscheinlich die meisten, Objekte horizontale oder vertikale Kanten haben, weniger Probleme mit Kanten von Objekten auftreten, die sich simultan aus zahlreichen Blöcken herausbewegen und die Blockstruktur deutlicher machen. Es wären wahrscheinlich Vorteile gegeben (im Hinblich auf die Bildqualität), falls kleinere Blöcke verwendet werden würden, jedoch würde dies die Bitrate des digitalen Teils der Übertragungsleitung nicht akzeptierbar erhöhen. Es kann in der Tat notwendig werden, größere Blöcke zu verwenden, um die Bitrate weiter einzuschränken.
Der "erste" Satz von Abtastwerten, die in einen Übertragungsblock zu übernehmen sind, liegt wie für das Teilbild 1 in FIG. 1 gezeigt. Der nächste Satz von Abtastwerten wird an den Positionen aufgenommen, die für die Abtastwertstellen im Teilbild 2 gezeigt sind, jedoch um den dem Block zugewiesenen Bewegungsvektor verschoben sind. Da, wo Abtastwerte an Punkten zwischen Eingangs-Abtastwertstellen erforderlich sind, wird ein einfacher linearer Interpolator verwendet (FIG. 6). Dies ist dazu bestimmt, die Ortsfrequenzantwort etwas zu begrenzen (insbesondere vertikal, falls die Quelle verschachtelt ist), jedoch würde die Verwendung eines intelligenteren Interpolators abhelfen. Subjektiv wer die Verbesserung, die durch Steigerung auf einen Interpolator erzielt wurde, der auf einer kubischen Spline-Anpassung basiert, geringfügig, jedoch erhöhte sich die erforderliche Verarbeitungszeit signifikant.
Anfängliche Untersuchungen ermöglichten, daß dieser Prozeß sich "ad infinitum" fortsetzte, so daß die Abtaststruktur indefinit wandern konnte. Diese Näherung hat einige Nachteile:
(a) Ein sich bewegendes Objekt konnte zur Ruhe kommen, so daß die Abtaststruktur von ihrer "natürlichen Ruhestelle" um eine Bildzeile verschoben wurde. Dies würde bedeuten, daß Abtastwerte stets zwischen zwei Teilbildzeilen interpoliert wurden, woraus eine schlechte vertikale Auflösung resultierte. Dieses Problem würde weniger akut bei einer sequentiellen Quelle.
(b) Die Abtaststruktur von zwei aneinandergrenzenden Blöckenkönnte sich in entgegengesetzter Richtung bewegen, so daß ein permanenter Spalt insgesamt in der Abtaststruktur zurückgelassen würde.
(c) Jeder Übertragungsfehler in der digitalen Bewegungsvektorinformation würde dazu führen, daß der Empfänger die Spur der korrekten Abtaststrukturstelle verlieren würde, da die Stelle jedes Abtastwerts von der vollständigen Bewegungsvergangenheit dieses Blocks abhängt.
Um diese Probleme zu vermeiden, wurde ein Verfahren ausgelegt, in dem die Position der Abtaststruktur am Beginn jeder 4-Teilbildperiode auf ihre "Teilbild 1" Position zurückgestellt wird. Infolgedessen ist die Position der Struktur niemals mehr als drei Bewegungsvektoren von der Stelle entfernt, wo sie startete. Dies bedeutet jedoch, daß jeder Satz von vier Teilbildern isoliert behandelt werden muß und daß der Rekonstruktionsprozeß zeitlich "vorausschauend" sowie auch "zurückschauend" arbeiten muß. Dies ist weiter unten detailliert beschrieben.
Bewegt sich die Abtaststruktur um mehr als vier Pixel horizontal oder vertikal, ist es selbstverständlich notwendig, "neue" Abtaststellen in den Block wandern zu lassen, wenn andere aus der Kante "herausfallen". Wie oben diskutiert, wurde die Blckgröße so gewählt, daß neue Abtaststellen jeweils eintreten, wenn andere herausfallen, wodurch eine konstante Anzahl von Abtastwerten pro Block beibehalten wird.
Es wird nun der Prozeß betrachtet, der zur Rekonstruktion eines kompletten sequentiellen Bildes aus einem vier Teilbild-Wert von Unterabtastwerten erforderlich ist.
Jeder Übertragungsblock wird separat rekonstruiert. Der Rekonstruktionsprozeß kann so betrachtet werden, daß die Abtastwerte von jeder der vier Abtastwertphasen in geeignete Stellen innerhalb eines "Rahmenspeichers" in der Weise plaziert werden, daß am Ende des Prozesses die Hälfte der Stellen im Rahmen- oder Bildspeicher mit Abtastwerten gefüllt ist, die ein fünfpunktiges oder quincunxiales Muster bilden. Die andere Hälfte von Stellen wird dann unter Verwendung eines zweidimensionalen Interpolators wie im Fall von stationären Bildern gemäß FIG. 2 interpoliert.
Jedes Ausgangsbild wird aus den vier Abtastwertteilbildern gebildet, die die gegenwärtige "Phase" enthalten (siehe FIG. 7). Die Zahlen 1, 2, 3, 4, 1 ... repräsentieren die Teilbilder der Ünterabtastsequenz. Die ersten Teilbilder 1 werden stets an festen Stellen abgetastet. Die Teilbild-auf-Teilbild-Bewegungsvektoren V&sub1;&sub2;, V&sub2;&sub3; und V&sub3;&sub4; sind durch Pfeile symbolisiert. Die Vektoren V&sub4;&sub1; werden nicht verwendet. Dann sind beispielshalber die Verschiebungen, die zur Rekonstruktion des Teilbilds 3 analog zu FIG. 2 angewandt werden, gezeigt.
Beispielsweise wird Teilbild 2 um -V&sub2;&sub3; verschoben. Ein Satz von Abtastwerten muß daher durch keinerlei Bewegungsvektor verschoben werden, da diese Abtastwerte sich auf dieselbe Zeit wie das gegenwärtige Ausgangsbild beziehen. Die anderen drei Sätze müssen um einen Betrag gleich der Summe der Bewegungsvektoren zwischen der Zeit, wenn die Abtastwerte genommen wurden, und der Zeit, die dem Ausgangsbild entspricht, bewegt werden. Da die Stellen, die abgetastet wurden, durch dieselbe Summe von Bewegungsvektoren versetzt wurden, ist die endgültige Anordnung von Abtastwerten nach dem Rekonstruktionsprozeß garantiert fünfpunktig wie das Raster, das in FIG. 1 gezeigt ist. Der Rekonstruktionsprozeß ist in FIG. 8 für einen eindimensionalen Fall mit den Abtaststellen von Teilbildern 1 bis 4 dargestellt, die am oberen Ende bei nichtvorhandener Bewegung gezeigt sind. Ein sich bewegendes Objekt wird durch einen Strich R in Teilbildern 1 bis 4 dargestellt, wo dabei die bewegten Abtastpunkte auf jedem Strich mit 1, 2, 3 und 4 markiert sind. Dann ist gezeigt, wie die Vektorverschiebungen von FTG. 7 angewandt sind, um das rekonstruierte Bild RR für das Teilbild 3 zu bilden, wobei RR sämtliche vier Abtastpunkte enthält.
Es ist unwahrscheinlich, daß die exakte Stelle, an der die Abtastwerte enden, mit dem Satz von fünfpunktigen zur Verfügung stehenden Stellen koinzidiert, da die Position der Stellen von der Position des Unterabtastrasters für das entsprechende Eingangsteilbild abhängt. So könnte äeder Block im endgültigen im Rahmen- oder Bildspeicher am Empfänger rekonstruierten End- Bild bis zur Hälfte des Abstands zwischen fünfpunktigen Stellen außer Position sein. Dies bedeutet, daß die Unterpixelinterpolation erforderlich ist, wenn der Rahmenspeicher ausgelesen wird, um die Distanz zwischen den Punkten, zu denen die Abtastwerte gehen "wollten", und den festen Stellen, die ihnen zur Verfügung stehen, auszugleichen. Die erforderliche Subpixelverschiebung ist für jeden Block unterschiedlich, da die Länge der Verschiebung von der Position der Abtaststruktur an diesem Zeitpunkt abhängt.
Es können Probleme auftreten, falls jedem Block in jeder Phase gestattet wird, zum Ausgangsbild beizutragen. Man möchte nicht, daß ein Bereich des Bildes, der in einer Phase der Abtaststruktur sichtbar ist, jedoch in einer späteren Phase verdeckt worden ist, wieder erscheint, wenn das spätere Bild rekonstruiert wird. Infolgedessen ist es notwendig, herauszuarbeiten, welche Bereiche des Bildes zu "verdeckten" Bereichen wurden, und Abtastwerte aus diesen Bereichen in einem Rekonstruktionsprozeß nicht zu verwenden. Dieses Problem wird durch "Rückverfolgung" der Vektoren für jeden Bereich des Ausgangsbildes und Verwenden der Bildinformation, die "entlang des Wegs" liegt, im Rekonstruktionsprozeß gelöst. Dies bedeutet, daß jeder Bereich des Ausgangsbildes nicht mehr als vier Sätze von Abtastwerten haben kann, die zu ihm beitragen, und Bildinformation, die verdeckt worden ist, wird nicht verwendet. FIG. 9 zeigt das potentielle Problem und den Weg, nach dem diese Lösung arbeitet. Ein Beispiel für die Art von Bildinformation, die diese spezielle Behandlung erfordert, ist die Kante eines Objekts im Vordergrund, das sich recht schnell über den Hintergrund bewegt. Ohne diese "Rückverfolgungs"-Technik könnte es dazu kommen, daß die vordere Kante des Objekts durch den "Hochdetail"-Modus nicht angemessen rekonstruiert würde und so auf die Übertragungsinethode des "geringen Details" zurückfallen würde. Es kann sein, daß diese im Empfänger erforderliche extra hochentwickelte Auslegung zur Implementierung dieses Algorithmus nicht durch die geringfügige in der Qualität erzielte Verbesserung garantiert wird.
In FIG. 9 repräsentieren die vertikalen gestrichel ten Linien Blookgrenzen. Blöcke SO gehören zu einem stationären Objekt gegenüber einem sich bewegenden Hintergrund MB, dessen Bewegungsvektoren die diagonalen Pfeile sind. Mit a markierte Blöcke könnten an der Stelle a' enden, und die Blöcke b könnten bis zur Stelle b' enden, wobei einfache Rekonstruktionstechniken im Rekonstruktionsteilbild 4 verwendet werden. Dies bedeutet, daß verdeckter Hintergrund in das stationäre Objekt einfällt. Falls jedoch jeder Pfeil in der Endphase zurückverfolgt wird und nur Blöcke, die "auf dem Weg" gefunden werden, verwendet werden, werden die Blöcke a und b nicht zur Erzeugung des Ausgangsbildes verwendet. Dieselben Grundsätze werden bei der Rekonstruktion unter Verwendung von "zukünftigen" sowie auch "zurückliegenden" Teilbildern angewandt.
In diesem Beispiel wurden der Einfachheit halber Bewegungsvektoren gewählt, die pro Teilbildperiode exakt ein Block breit sind.
Probleme können auch an der Grenze zwischen Blöcken auftreten, falls die Bewegungsvektoren von den Blöcken voneinander wegzeigen. In zahlreichen Fällen bewegen sich die Abtaststrukturen in einer solchen Weise, daß sie wenige Stellen im Rahmenspeicher ungefüllt lassen. Falls der Rahmenspeicher mit null Abtastwerten vor dem Rekonstruktionsprozeß gefüllt war, führte dies zu kleinen grauen Puiilzten, die im Ausgangsbild erscheinen. Diese Problem kann vermieden werden, indem der Rahmenspeicher zunächst mit einem Bild gefüllt wird, das nur von der gegenwärtigen Eingangsabtastphase abgeleitet wird, wobei ein Ortsinterpolator zur Auffüllung in den fehlenden 75 % der Abtastwerte verwendet wird. Werden infolgedessen irgendwelche quincunxial positionierte Stellen im Rahmenspeicher nicht durch den Rekonstruktionsprozeß gefüllt, so werden die Bilddaten, die an diesen Stellen sichtbar sind, von der Art einer Version "geringen Details" des gegenwärtigen Teilbildes sein. Dies bedeutet effektiv, daß das System auf Pixel-um-Pixel- Basis in einem Bereich eines freiliegenden Hintergrundes in den Modus geringen Details zurückfallen kann, ohne daß der gesamte Übertragungsblock in den Modus geringen Details zurückgeschaltet wird. Das Teilbild "geringen Details", das zum Füllen des Rahmenspeichers verwendet wird, ist nicht tatsächlich eine Version geringen Details im Eingangsbild, da es von einem Abtastwertsatz eines Bildes abgeleitet ist, das nicht mit einem geeigneten Ortsfilter vorgefiltert worden ist. Dies bedeutet, daß in detaillierten Bereichen ein gewisses Aliasing vorliegen wird, da jedoch diese Information nur zum Auffüllen einiger Pixel erforderlich ist, spielt es keine größere Rolle.
Es wird nun kurz der "Rückfall"-Übertragungsmodus geringen Details beschrieben, der derselbe ist wie der in der zitierten Schrift 3 verwendete. Arbeiten die Bewegungsmessung und die sich bewegenden Unterabtastalgorithmen gut, so sollte dieser Modus nur in Bereichen des Bildes erforderlich sein, die regellose Bewegung oder nicht bedeckten Hintergrund enthalten.
Das Eingangsbild wird wie in FIG. 3 gezeigt, gefiltert und einer Unterabtastung unterzogen. Das Unterabtastraster ist in dem Sinn "fixiert", daß es der 4-Teilbildsequenz von FIG. 1 folgt und sich nicht bewegt, um Objekten zu folgen, wie dies das "Hochdetailmodus"-Abtastraster tut. Ein Ausgangsbild wird unter Verwendung eines Ortsinterpolators rekonstruiert, der ein Teilbild erzeugt, das mit dem vergleichbar ist, das im "Hochdetail"-Modus gewonnen wird, wie weiter unten beschrieben wird.
Das in dieser Untersuchung verwendete Verfahren zur Selektion des Übertragungsmodus, der für jeden Block der am meisten geeignete ist, ist dasselbe Verfahren wie das, das in der Hardware früher beschrieben wurde (zitierte Schrift 3). Der Vollständigkeit halber wird dieses Verfahren hier kurz beschrieben.
Für jeden Übertragungsblock wird die Modulusdifferenz zwischen dem originalen Signal und dem Signal nach Durchleiten sowohl durch den Modus "geringen" als auch "hohen" Ortsdetails berechnet. Die Summen der Fehler über dem Blockbereich werden nach Multiplikation mit einem Wichtungsfaktor verglichen, und das Verfahren, welches den geringsten Fehler ergibt, wird zur Übertragung des Blocks verwendet. Der Wichtungsfaktor, der für diese Untersuchungen verwendet wurde, betrug 0,55 für Fehler im Modus geringen Details und 0,45 für Fehler im Hochdetailmodus. Dies begünstigt die Modusselektion geringfügig zugunsten des Hochdetailmodus, da dies sich erwies, den besten objektiven Eindruck zu ergeben.
Es wurde ein Versuch unternommen, in dem der Bereich des Bildes, über den die Fehler summiert wurden, erhöht wurde, um geringfügig größer als der Bereich eines Übertragungsblocks zu sein. Obwohl dies eine geringfügige Verbesserung in einigen Bereichen des Bildes ergab, sind weitere Untersuchungen notwendig, um herauszufinden, ob diese Technik eine zuverlässigere Modusselektionstechnik ergibt.
Wenn einmal ein Modus für einen Übertragungsblock selektiert ist, werden Unterabtastwerte, die diesem Modus entsprechen, übertragen. Jedoch werden die Abtastwerte im Rahmenspeicher im "Detail"-Teil des Übertragungssystems nicht geändert, wenn der Modus geringen Details selektiert ist. Dies bedeutet, daß das Ausgangssignal des Hochdetailteils des Systems am Übertrager nicht exakt dasselbe wie das Signal sein wird, das in diesem Modus am Empfänger decodiert wird, falls in diesem Satz von vier Teilbildern ein Moduswechsel stattgefunden hat. Der Grund, die Abtastwerte nicht zu ändern, besteht darin, daß der Hochdetailmodus dann "selbstkonsistent" sein wird und gerade eben nicht gestört sein wird, weil ein Teilbild keine gute Repräsentation des Signals ergab. Dies sollte das System davor schützen, im Modus geringen Details "festgesetzt" zu werden. Da darüber hinaus die Rekonstruktionstechnik zeitlich sowohl rückwärts als auch vorwärts blickt, ist es nicht möglich, die Abtastwerte am Übertrager in fühlbarer Weise zu aktualisieren, das es erforderlich wäre, zu wissen, welche Teilbilder auf welche Weise übertragen wurden, bevor der Rekonstruktionsprozeß begonnen wurde.
Die Simulationsarbeit, die bis heute durchgeführt wurde, erwies, daß die Leistung des adaptiven Basis-Unterabtastsystems durch Hinzufügung von Bewegungsvektorinformation signifikant gesteigert werden kann. Eine Bearbeitung der Bildsequenz, für die beispielsweise die FIG. 3 der zitierten Schrift 3 herangezogen wurde, zeigte, daß das Fahrzeug im Hochdetail-Ortsmodus mit minimalen Beeinträchtigungen übertragen werden kann, wohingegen es ohne Bewegungsvektorinformation in den Modus geringen Details zurückfällt. Das sich bewegende Tor in dieser Sequenz kann glücklicherweise jedoch im Modus geringen Details übertragen werden, da es sich ausreichend schnell (etwa 2,4 Pixel pro Teilbildperiode) bewegt, so daß auf ihm sowieso nur wenig Ortsdetail liegt.
Es gibt jedoch noch einige geringfügige Beeinträchtigungen in den Ausgangsbildern. Beispielsweise erscheinen die Kanten des Fahrzeugs geringfügig sonderbar, wahrscheinlich, weil die entsprechenden Übertragungsblöcke zwei Arten von Bewegung enthalten. Anfängliche Untersuchungen benutzten im "Detail"-Pfad kein Vertikal/Zeitvorfilter, und es ist möglich, daß die Einbeziehung eines derartigen Filters (selbstverständlich bewegungskompensiert) die Amplitude von Bildinformation reduzieren kann, die durch das Bewegungsmeßsystem nicht korrekt verfolgt wird. Dies kann die Amplitude von Vertikalzeilen reduzieren, die in Bereichen zu erscheinen neigen, welche sich in keiner gut definierten Weise bewegen. Das Auftreten derartiger Störungen könnte auch durch Erhöhen der Ausdehnungen verschiedener Filterfenster herabgesetzt werden, so daß diese schärfere Abfallflanken haben können.
Es gibt Spielraum für die Optimierung von Parametern wie die Fenstergrößen, die in den Stufen der Vektorzuordnung und Moduszuordnung verwendet werden, wie die "Hochgeschwindigkeits"-Wichtungsfaktoren, die "Modusselektions"-Wichtungsfaktoren und verschiedene Details der Vektormeßstufe. Es muß auch Gedankenarbeit darauf verwendet werden, die Dimensionen der Meß- und Übertragungsblöcke, die Anzahl von erforderlichen "Menü"-Vektoren und die erforderliche Auflösung für diese Vektoren festzulegen. Zahlreiche dieser Parameter werden von der zur Verfügung stehenden Bandbreite im digitalen Teil der Übertragungsleitung abhängen.
Es wurde nun ein Verfahren zum Anwenden von Bewegungsvektormessung auf ein Video-Bandbreitereduktionssystem beschrieben, das auf der bewegungsadaptiven Unterabtastung basiert. Die FIG. 10 zeigt ein Blockschaltbild des vollständigen Übertragungssystems. Eine Computersimulation der Technik hat versprechende Ergebnisse hervorgebracht, die eine signifikante Verbesserung der Leistung des ursprünglichen (Nichtvektor) - Systems zeigt. Die Technik erscheint bereits ausreichend gut, um die Basis eines Hochauflösungsfernseh-Bandbreitereduktionssystems zu bilden, und weitere Arbeit sollte ihre Leistungsfähigkeit weiter verbessern.
Es ist keine detaillierte Beschreibung der Hardware erforderlich, da das System aus so bekannten einzelnen Elementen wie Filtern und Interpolatoren aufgebaut ist. Der Bewegungsvektorgenerator 10 ist so aufgebaut, wie in der zitierten Schrift 5 beschrieben. Die Bewegungsvektoren MV werden zur Steuerung der Positionen der Abtastpunkte in der Unterabtasteinheit 12 verwendet, die den Vorfiltern 13 folgt und den Hochdetailinodus sowohl bei Bewegung oder auch nicht vorliegender Bewegung (Nullvektor) abwickelt und unterabgetastete Hochdetailbilddaten SSH liefert. Die Abtastpunkte werden im wesentlichen durch Verschieben der Abtastzeiten bewegt.
Hochdetailrekonstruktion 14 wird wie oben beschrieben verwirklicht, um SSH zurück auf rekonstruiertes Hochdetailvideo RVH umzusetzen.
Ein Vorfilter 16 und eine Unterabtasteinheit 18 festen Rasters liefern unterabgetastete (räumlich gefilterte) Bilddaten geringen Details SSL. Ein Ortsinterpolator 20 bewirkt eine Rekonstruktibn geringen Details, um SSL zurück auf ein rekonstruiertes Video RVL geringen Details umzusetzen.
Ein Modusselektor 22 vergleicht sowohl RWH und RVL mit dem Videoeingang (in geeigneter Weise verzögert) und steuert einen Schalter 24, der zwischen SSH und SSL als dem in der Bandbreite reduzierten Analogsignal, das zu übertragen (aufzuzeichnen) ist, selektiert. Die übertragenen Daten umfassen das analoge Signal plus einem digitalen Signal, das sowohl die Rewegungsvektoren MV als auch das Modussignal trägt, welches anzeigt, ob ein Block als SSH oder SSL gesendet wird.
Am Empfänger (Wiedergabegerät) umfaßt der Decodierer eine Hochdetailrekonstruktion 14' und eine ekonstruktion 20' geringen Details, die im Codierer als Blöcke 14 und 20 aufgebaut sind. Die Hochdetaileinheit 14' benutzt die empfangenen Bewegungsvektoren in der oben beschriebenen Weise, und ein Schalter 26 wird durch das empfangene Nodussignal gesteuert, um zwischen RVH' und RWL' als dem Videoausgangssignal zu selektieren, das dem Display zuzuführen ist.
Das beschriebene Bandbreitereduktionssystem liefert eine Reduktion um einen Faktor von etwa 4 im Fall eines verschachtelten Eingangssignals. Das System ist imstande, die volle Auflösung, die durch sequentielle hellen und Displays geboten wird, zu tragen, und liefert einen Bandbreitereduktionsfaktor von 8 bei derartigen Signalen. Das übertragene Signal kann so verpackt werden, daß es wie ein Signal mit einer geringeren Anzahl von Zeilen aussieht, und könnte mit minimaler Verarbeitung auf einem einfachen Empfänger so dargestellt werden, daß sich ein vernünftiges Bild ergibt.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Abtaststrukturbewegung derart, daß die Abtaststruktur jeweils alle vier Teilbilder auf ihre ursprüngliche Startposition "zurückgestellt" wird, und sich während der folgenden drei Teilbilder bewegt, um jedweder Bewegung zu folgen. Dies hat den Effekt der Abtastung derselben Punkte auf einem bewegenden Objekt, die abgetastet würden, falls das 0bjekt stationär wäre.
Es ist möglich, im wesentlichen dieselben Abtastwerte zu gewinnen, falls die Abtastwerte sämtlich während des ersten Bildes in der 4-Teilbildsequenz genommen werden (unter Voraussetzung perfekter Bewegungsmessung und Zulassung jedweder Differenz in den Vorfiltern) und die anderen drei Teilbilder überhaupt nicht abgetastet werden. Information in den anderen Teilbildern wird jedoch noch verwendet, um ein sequentielles Bild aus dem ersten verschachtelten Teilbild zu erzeugen; dieser Prozeß verwendet Bewegungsvektorinformation.
Der Vorteil dieser Näherung besteht darin, daß jedwede Fehler im Bewegungsvektormeßprozeß sich nicht mehr länger durch das Auftreten der Unterabtaststruktur auf dem Bild selbst manifestiren werden. Die Fehler werden stattdessen als leichte Diskontinuitäten an den Blockkanten auftreten; dies wird wahrscheinlich subjektiv weniger stören.
Unter Verwendung dieser Näherung erscheint das Übertragungssystem als ein 12 1/2 Hz sequentielles System mit Abtastwertumordnung zum Zwecke einer kompatiblen Übertragung und einer Rahmenrate-Aufwärtsumsetzung am Empfänger, unterstützt durch Bewegungsvektorinformation, die im digitalen Hilfskanal gesendet wird. Der "Rückfall"-Modus geringen Details ist natürlich immer noch präsent.
Eine transparente Umsetzung zwischen Quellen - und Displaystandards unter Verwendung von Bewegungskompensation (zitierte Schrift 1) suggestiert ein Verfahren der Bandbreitereduktion. Ein solches Verfahren kann zur Übertragung von HDTV geeignet sein. Es würde jedoch die Verwendung eines digitalen Hilfskanals erfordern. Es stellt sich heraus, daß dieses System sehr ähnlich dem Verfahren ist, das in den zitierten Schriften 3, 4 und 5 vorgeschlagen ist. Betrachtet man dieses Verfahren aus einer anderen Perspektive, so werden beträchtliche Unterschiede zum NHK- und MUSE-System (zitierte Schrift 6) deutlicher. Darüber hinaus legt diese Betrachtungsweise mögliche Verbesserungen zum oben beschriebenen Verfahren nahe.
Die Basis dieses Verfahrens ist die bewegungskompensierte zeitliche Unterabtastung. Dies reduziert die Signalredundanz infolge temporaler Frequenzen, die allein durch sich bewegende Objekte hervorgerufen werden. Die Bildqualität wird durch Übertragung dieser Information in der Form von Bewegungsvektoren bei sehr stark reduzierter Bandbreite als digitaler Hilfskanal erhalten.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf einen "detaillierte" Bildkanal. Dieser Kanal trägt Information aus stationären und gut korrelierten sich bewegenden Bereichen. Wie in den zitierten Schriften 3 bis 5 und in FIG. 10 würde auch ein Kanal geringen Details vorliegen. Dieser würde dazu verwendet, falls der detaillierte Bildkanal infolge eines schlecht korrelierten Bildinhalts versagen würde. Bei Nichtvorliegen eines HDTV-Standards wird das Verfahren für eine konventionelle 625 Zeilenquelle beschrieben. Dieses Verfahren kann selbstverständlich auf die Verwendung mit einer HDTV-Quelle umgesetzt werden.
Der erste Teil des Kanals (in FIG. 11 gezeigt) ist ein bewegungskompensierter Standardumsetzer 30. Dies würde ein Ausgangssignal mit 625/12 1/2/1:1 aus einem Eingangssignal mit 625/50/2:1 (Video) oder 625/25/1:1 (Film) erzeugen. Falls, was wahrscheinlich, das Eingangssignal aus einem verschachtelten Video resultierte, würde der Umsetzer eine implizite Umsetzung von verschachtelt auf sequentiell ausführen müssen.
Hierauf folgt dann ein Orts(Diagonal)-Vorfilter 32, das die Verwendung einer 2:1 Ortsabtastung im Unterabtaster 34 ermöglicht. Eine geeignete Filterung bewirkt nur eine geringe Reduktion der Bildqualität, wie in den obigen zitierten Schriften 3, 4 und 5 beschrieben ist.
Eine praktische Umsetzung dieses Systems würde diese beiden ersten Blöcke kombinieren. Der kombinierte Filter/Standard- oder Normumsetzer würde nicht mehr Hardware als das Vorfilter allein erfordern.
Das verwendete Orts-Zeitfilter ist in den FIG. 12 und 13 gezeigt. Die FIG. 12 zeigt das verwendete Vorfilter im Detailkanal. Das gezeigte Filter ist für ein stationäres Objekt; es würde für ein bewegtes Objekt in geeigneter Weise abgeschrägt. Das feste Vorfilter, das im Kanal geringen Details verwendet wird, ist in FIG. 13 gezeigt.
Die FIG.14a zeigt das im Hochdetailkanal verwendete Abtastraster, das mit 12 1/2 Hz wiederholt ist. Die FIG. 14b zeigt die 4-Teilbildsequenz von Abtastpunkten, die auf 50 Hz für den Kanal geringen Details verwendet wird.
Das zeitlich unterabgetastete Ausgangssignal vom Standardumsetzer würde dann im Umordner 36 umgeordnet, um einem pseudoquincunxialen (313/50/2:1) Signal zu gleichen. In einem HDTV-System könnte das unterabgetastete Signal zum Angleichen auf ein kompatibles 625/50/2:1-Signal umgeordnet werden (zitierte Schrift 4). Die Umordnung könnte durch Darstellen von Objekten unter Verwendung von Bewegungsvektoren so erfolgen, daß sie zur rechten Zeit am rechten Ort erscheinen. Keine Subpixelinterpolation wird durchgefürt. Verschiebungsvektoren, die zur Verschiebung von Objekten verwendet werden, sind zum nächsten Pixel vertikal und horizontal gerundet.
Das Pseudoquincunxialsignal kann dann übertragen werden, wobei zugeordnete Bewegungsinformation im digitalen Hilfskanal übertragen wird.
Das empfangene Signal wird im Ordner 40 geordnet und im Interpolator 42 zum Erzeugen eines 626/12 1/2/1:1 Signal interpoliert. Das Signal wird dann unter Verwendung eines bewegungskompensierten Standardumsetzers 44 auf die erforderliche Displaynorm aufwärts umgesetzt. Wiederum würden in einem praktischen System das Interpolationsfilter 42 und der Standardumsetzer 44 kombiniert.
Die letztendliche Displaynorm ist für die tatsächliche Übertragung des Signals von geringer Relevanz. Dies bedeutet, daß, während die offensichtliche Displaynorm dieselbe wie die der Quelle sein kann, andere Displaynormen gleichermaßen gültig sind. Beispielsweise könnten die Bilder mit 625/100/2:1 dargestellt werden; sämtliche für eine (fiktive) Aufwärtsumsetzung erforderliche Information liegt in den digitalen Hilfsdaten vor. Es kann auch in Betracht gezogen werden, die Bilder mit einer 60 Hz Norm darzustellen. Es ist von Interesse, anzumerken, daß die von einer Filmquelle dargestellte Bewegung automatisch unter Verwendung dieses Bandbreitereduktionssystems verbessert würde.
Das System erreicht eine Bandbreitereduktion um einen Faktor 4:1. Diese Näherung der Bandbreitereduktion kann weniger empfänglich für geringe Fehler in der Messung der Bewegungsvektoren sein. Eine Übertragung über ein pseudoquincunxiales Signal dient zur Kompatibilität mit der Übertragung eines Signals geringen Details. Der letztere Übertragungsmodus würde in Bereichen schlecht korrelierter oder regelloser Bewegung verwendet.
Die Hardware-Anforderungen für eine einfache Version dieses Systems sind vergleichbar mit denen für das System der zitierten Schrift 5 und der obigen FIG. 10. In der Tat ist ein großer Teil der Hardware identisch.
Eine einfache Version des Übertragungsstandardumsetzers könnte zu Anfang gebaut werden. Er würde einfach die "fehlenden" Zeilen im Teilbild 1 (einer Vierteilbildsequenz) aus Teilbild 2 unter Verwendung von Bewegungsvektoren interpolieren. Teilbilder 3 und 4 würden verworfen. Diese Teilbilder würden jedoch für die Bewegungsmessung verwendet. Zu einem späteren Zeitpunkt könnte ein weiter entwickelter Umsetzer mit mehr Hardware und Verwendung der Teilbilder 3 und 4 gebaut werden. Dies würde die Systemleistung verbessern.
Eine einfache Version des Ausgangsstandardumsetzers könnte ebenfalls gebaut werden. Er würde sich bewegende Objekte auf ihre korrekte Position im Ausgangsteilbild unter Verwendung von Bewegungsinformation verschieben. Eine Subpixelinterpolation würde verwendet, um das beste Ausgangsbild zu liefern. Zu einem späteren Zeitpunkt könnte ein weiter entwickelter entwickelter Standardumsetzer zur Verbesserung der Leistung verwendet werden.
Es gibt zwei hauptsächliche Verbesserungen, die durch Einsatz besserer Standardumsetzer erzielt werden. Erstens könnten sie das Rauschen der Ausgangsbilder reduzieren. Dies ist der Fall infolge ihrer schmaleren (bewegungskompensierten) zeitlichen Bandbreite. Zweitens sollten sie das zeitliche Aliasing reduzieren, das von anderen Einflüssen wie der Bewegung der Objekte herrührt. Dies wird durch eine geeignete (bewegungskompensierte) Vor- und Nachfilterung erzielt.
Eine Umsetzung von Verschachtelung auf Sequentiell ist ein Interpolationsprozeß. Die fehlenden Zwischenzeilen in einem Teilbild müssen aus anderen angrenzenden Zeilen in der Zeit und im Raum interpoliert werden. Eine einfache Näherungslösung besteht in der Interpolation der fehlenden Zeilen in einem Teilbild aus angrenzenden Teilbildern (davor und/oder danach), wobei die Bewegung der Objekte zugelassen ist. Dies ist in FIG. 15 dargestellt, in der der Vektor V die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts darstellt. Dies führt unglücklicherweise räumliche Aliasingkomponenten ein. Diese treten auf, weil die (abgetasteten) angrenzenden Teilbilder interpoliert und dann verschoben werden. Idealerweise würden die angrenzenden Teilbilder verschoben, bevor sie abgetastet würden, jedoch ist dies nicht möglich. Bewegungskompensierte Umsetzung kann eine Verbesserung bei fixierter Vertikal/Temporal-Filterung bedeuten, da sie eher ein räumliches als ein räumlich-zeitliches Aliasing erzeugt.
Die der Umsetzung von Verschachtelung auf Sequentiell innewohnenden Probleme können berücksichtigt werden, indem die Frequenzdomäne betrachtet wird. Idealerweise würde das verschachtelte Bild mit Nullen aufgefüllt oder gepolstert sein und unter Verwendung eines geeigneten Tiefpaßfensters gefiltert werden. Die FIG. 16, 17, 18 und 19 zeigen die Spektren eines abgetasteten stationären Objekts, eines Objekts, das sich mit 25 s/ph (Sekunden pro Picture pro Bildhöhe) bewegt, eines Objekts, das sich mit 12 s/ph bewegt, und eines Objekts, das sich mit 6,25 s/ph (625/25/1:1) bewegt. Der gestrichelte Pfeil in FIG. 16 entspricht einer Bewegung mit 25 5/ph, wobei sich Objekte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen. Die gestrichelten Bereiche in FIG. 16 zeigen geeignete bewegungskompensierte Tiefpaßfilterfenster an. Diese Bereiche sind als "Rechtecke" gezeigt, jedoch hat dieses keinen Einfluß auf die Argumente.
Die FIG. 17 zeigt, daß selbst bei geringen Geschwindigkeiten ein geeignetes Tiefpaßinterpolationsfenster nur die Hälfte der zur Verfügung stehenden Bandbreite belegen kann. Dies bedeutet, daß, wenn die vertikale Geschwindigkeit eines Objekts zunimmt, der bewegungskompensierte Interpolator weniger und weniger imstande ist, den Änderungen in der Form des sich bewegenden 0bjekts usw. gerecht zu werden. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Geschwindigkeit eines Objekts einen geringen Wert 12 s/ph (FIG. 18) erreicht, erzeugt ein bewegungskompensierter Interpolator nicht vermeidbares räumliches Aliasing.
Diese Argumente legen nahe, dar selbst ein bewegungskompensierter Interpolator keine transparente Umsetzung von Verschachtelung auf Sequentiell von anderen als sich sehr langsam bewegenden Bildern durchführen kann.
Es könnte in Betracht gezogen werden, daß eine sequentielle Quelle gleicher Bandbreite geeigneter für bewegungskompensierte Bildverarbeitung wäre als eine verschachtelte. Falls eine verschachtelte Quelle verwendet wird, ist es wahrscheinlich, daß die Ergebnisse merklich schlechter als für eine sequentielle sind.
Die Diskussion in diesem Abschnitt betrachtete eine "ideale" Quelle. Dies ist eine, die den maximal möglichen Signalinhalt enthält. Eine solche Quelle ist ein respektables Ziel, das bei HDTV anzustreben ist. Jedoch liefern gegenwärtige Quellen nicht den maximal möglichen Signalinhalt. Dies bedeutet, daß Beeinträchtigungen, die durch eine Umsetzung von verschachtelt auf sequentiell hervorgerufen werden, bei gegenwärtigen Quellen weniger kritisch sind als bei den zuvor beschriebenen idealen Quellen.

Claims

1. Aufnahme- oder Wiedergabegerät für ein Videosignal reduzierter Bandbreite, das von einem digitalen Signal begleitet ist, welches Bewegungsvektorinformation trägt, die individuell zu mehreren Blöcken von Pixeln gehört, aufweisend eine Einrichtung (14') zum Akkumulieren von Unterabtastpunkten von den Teilbildern jedes eines Wiederholzyklus einer vorbestimmten Nehrzahl von n Teilbildern und eine Einrichtung, die auf die Bewegungsvektorinformation anspricht, um die Unterabtastpunkte in Übereinstimmung mit der entsprechenden Bewegungsvektorinformation derart zu verschieben, daß die akkumulierten Punkte ein Hochauflösungsbild sowohl in stationären Bereichen als auch in sich bewegenden Bereichen liefern, die von Teilbild zu Teilbild korreliert sind, wobei die Unterabtastpunkte von einem Abtastraster abgeleitet werden, das in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Bewegung in jedem Block von Teilbiid zu Teilbild bewegt wird, wobei das Raster periodisch nach n Teilbildern auf ein Datum zurückgestellt wird.

2. Aufnahme-oder Wiedergabegerät für ein Videosignal reduzierter Bandbreite, das von einem digitalen Signal begleitet ist, welches Bewegungsvektorinformation trägt, die individuell zu mehreren Blöcken von Pixeln gehört, aufweisend eine Einrichtung (14') zum Akkumulieren von Unterabtastpunkten von den Teilbildern jedes eines Wiederholzyklus einer vorbestimmten Mehrzahl von n Teilbildern und eine Einrichtung, die auf die Bewegungsvektorinformation anspricht, um die Unterabtastpunkte in Übereinstimmung mit der entsprechenden Bewegungsvektorinformation derart zu verschieben, daß die akkumulierten Punkte ein Hochauflösungsbild sowohl in stationären Bereichen als auch in sich bewegenden Bereichen liefern, die von Teilbild zu Teilbild korreliert sind, wobei die Unterabtastpunkte von einem Raster abgeleitet werden, das eine zeitliche Unterabtastung ausführt, indem es jeden kompletten Satz von Ortsabtastwerten von einem Zeitmoment heranzieht, wobei die Abtastwerte über n Teilbilder übertragen und akkumuliert werden.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Einrichtung zum Interpolieren von Zwischenpunkten unter den akkumulierten Punkten.

4. Gerät nach Anspruch 3, in welchem die Interpolationseinrichtung in Übereinstimmung mit einer zweidimensionalen Interpolationsfunktion arbeitet.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die besagten Pixelblöcke im wesentlichen rautenförmige Blöcke umfassen.

6. Gerät nach Anspruch 5, in welchem die besagten Blöcke von 4 bis 8 Pixel breit sind.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem die Bewegungsvektorinformation Bewegungsvektoren auf Subpixelgenauigkeit definiert.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem die akkumulierten Punkte jedes Teilbildes sowohl von vorausgehenden als auch von darauffolgenden Teilbildern desselben Zyklus von Teilbildern abgeleitet sind.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in welchem die akkumulierten Punkte jedes Teilbildes nur von diesem Teilbild und vorausgehenden Teilbildern abgeleitet sind.

10. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend eine Einrichtung (20') zum Rekonstruieren eines Bildes durch räumliche Interpolation der Unterabtastpunkte, die nur in einem Teilbild aufgenommen sind, und eine Einrichtung (26), die auf ein das Videosignal begleitendes Modussignal anspricht, um zur Ausgabe zwischen dem durch Akkumulation von Punkten rekonstruierten Bild und dem durch räumliche Interpolation rekonstruierten Bild zu selektieren.

11. Gerät nach Anspruch 10, in welchem die Selektionseinrichtung (26) am Übergang zwischen zwei in unterhiedlichen Modi gesendeten Blöcken graduierlich schaltet.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend einen Bildspeicher, in dem das Hochauflösungsbild rekonstruiert ist, und eine Einrichtung zum Füllen des Bildspeichers mit einem Bild, das durch einfache Interpolation aus den Unterabtastpunkten eines einzelnen Teilbildes erzeugt ist, bevor die Rekonstruktion durch Akkumulation von Punkten stattfindet.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, enthaltend eine Einrichtung zur Zurückverfolgung von Bewegungsvektoren aus dem Teilbild, das rekonstruiert wird, und zur Veranlassung, daß Unterabtastpunkte nicht in ihre Akkumulation einbezogen werden, wenn sie zu einem vorausgehenden oder darauffolgenden Teilbild gehören und zu einem Bewegungsvektor, der durch die Zurückverfolgung aus dem Teilbild, das rekonstruiert wird, nicht erreicht wird.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend einen folgenden bewegungskompensierten Normumsetzer, der auf die Bewegungsvektoren anspricht.

15. Gerät zum Erzeugen eines Videosignals reduzierter Bandbreite aus einem Videoeingangssignal, aufweisend eine Einrichtung (10) zum Erzeugen von Bewegungsvektoren, die die Bewegung jedes einer Mehrzahl von Blöcken von Pixeln beschreiben, die ein Bild aufbauen, eine Einrichtung (12) zur Unterabtastung des Videoeingangssignals, um in jedem Teilbild jedes eines Wiederholzyklus einer vorbestimmten Mehrzahl von n Teilbildern einen entsprechenden Teilsatz von Bildpunkten in korrekter räumlicher Beziehung zu den Punkten der anderen Teilbilder desselben Zyklus zu liefern, und eine Einrichtung, die ein Kompositsignal liefert, das das Videosignal (SSH), das durch die Unterabtasteinrichtung erzeugt ist, und ein digitales Signal (MV) umfaßt, das die Bewegungsvektoren führt, wobei die Unterabtastpunkte aus einem Abtastraster abgeleitet werden, das in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Bewegung in jedem Block von Teilbild zu Teilbild bewegt wird, wobei das Raster nach n Teilbildern periodisch auf ein Datum zurückgestellt wird.

16. Gerät zum Erzeugen eines Videosignals reduzierter Bandbreite aus einem Videoeingangssignal, aufweisend eine Einrichtung (10) zum Erzeugen von Bewegungsvektoren, die die Bewegung jedes einer Nehrzahl von Blöcken von Pixeln beschreiben, die ein Bild aufbauen, eine Einrichtung (12) zur Unterabtastung des Videoeingangssignals, um in jedem Teilbild jedes eines Wiederholzyklus einer vorbestimmten Mehrzahl von n Teilbildern einen entsprechenden Teilsatz von Bildpunkten in korrekter räumlicher Beziehung zu den Punkten der anderen Teilbilder desselben Zyklus zu liefern, und eine Einrichtung, die ein Kompositsignal ausführt, das das Videosignal (SSH), das durch die Unterabtasteinrichtung erzeugt ist, und ein digitales Signal (MV) umfaßt, das die Bewegungsvektoren führt, wobei die Unterabtastpunkte von einem Raster abgeleitet werden, das eine zeitliche Unterabtastung ausführt, indem es jeden kompletten Satz von räumlichen Abtastwerten von einem Zeitaugenblick aufgreift, wobei die Abtastwerte über n Teilbilder ausgegeben werden.

17. Gerät nach Anspruch 15 oder 16, ferner aufweisend eine Einrichtung zum Interpolieren von Zwischenpunkten unter den akkumulierten Punkten.

18. Gerät nach Anspruch 17, in welchem die Interpolationseinrichtung in Übereinstimmung mit einer zweidimensionalen Interpolationsfunktion arbeitet.

19. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 18, in welchem die besagten Pixelblöcke im wesentlichen rautenförmige Blöcke umfassen.

20. Gerät nach Anspruch 19, in welchem diese Blöcke von 4 bis 8 Pixeln breit sind.

21. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 20, in welchem die Bewegungsvektorinformation Bewegungsvektoren auf Subpixelgenauigkeit definiert.

22. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 21, aufweisend eine Einrichtung (18) zum Erzeugen eines alternativen Signals reduzierter Bandbreite durch eine Feld zu Feld Unterabtastung unter Durchführung einer räumlichen Filterung, und eine Einrichtung (22), die von Block zu Block zwischen den beiden Signalen reduzierter Bandbreite selektiert, um das Signal zu verwenden, das dem Videoeingangssignal am besten angepaßt ist.

23. Gerät nach Anspruch 22, in welchem die Selektionseinrichtung eine Einrichtung (14) zur Wiederherstellung eines Hochauflösungssignals aus dem erstgenannten Signal reduzierter Bandbreite durch Akkumulation von Unterabtastpunkten, die entsprechend den Bewegungsvektoren verschoben sind, aus den Teilbildern jedes Zyklus, eine Einrichtung (20) zur Wiederherstellung eines Signals geringer Auflösung aus dem alternativen Signal reduzierter Bandbreite durch räumliche Interpolation und eine Einrichtung (22) aufweist, die jedes wiederhergestellte Signal mit dem Videoeingangssignal vergleicht, um zu ermitteln, welches die bessere Anpassung liefert.

24. Gerät nach Anspruch 23, in welchem die Vergleichseinrichtung einen das Hochauflösungssignal favorisierenden bewerteten Vergleich ausführt.

25. Gerät nach Anspruch 22, 23 oder 24, aufweisend ein räumliches Vorfilter (16), das der Teilbild zu Teilbild- Unterabtastungseinrichtung vorgeschaltet ist.

26. Gerät nach einem der Ansprüche 22 bis 25, in welchem das Kompositsignal ein Modussignal umfaßt, das anzeigt, welches Signal reduzierter Bandbreite selektiert ist.

27. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 26, in welchem der Unterabtasteinrichtung von Anspruch 15 oder 16 ein Vertikal-Zeit- oder Zeitfilter (13) vorgeschaltet ist, dessen Eingangsabtastwerte durch die Bewegungsvektoren so verschoben sind, daß jeder sich bewegende Block so gefiltert wird, als wäre er stationär.

28. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 27, in welchem die Abtaststruktur quincunxartig ist und sich über einen Vierteilbildzyklus wiederholt.

29. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 28, in welchem das Videoeingangssignal ein Zeilensprungsignal ist, die Bewegungsvektoren von Bild zu Bild gemessen werden und diese Bewegungsvektoren zur Lieferung von Teilbild zu Teilbild-Bewegungsvektoren interpoliert verden.

30. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 29, in welchem die Einrichtung zum Erzeugen von Bewegungsvektoren (10) eine Phasenkorrelation zwischen Blöcken zweier aufeinanderfolgender Bilder ausführt, um dominante Vektoren als Peaks in einer Korrelationsfläche zu extrahieren, und jedes Pixel oder jeder Pixelblock dann dem einen der Bewegungsvektoren zugewiesen wird, der die Anpassung von Bild zu Bild erzeugt.

31. Gerät nach Anspruch 30, in welchem die Phasenkorrelation auf grofße Blöcke angewandt wird und die Vektorzuweisung für kleine Blöcke vorgesehen ist.

32. Gerät nach einem der Ansprüche 15 bis 31, aufweisend einen vorgeschalteten bewegungskompensierten Normumsetzer, der auf die Bewegungsvektoren anspricht.