DE3739812A1

DE3739812A1 - Anordnung zur verarbeitung von fernsignalen unter anpassung an bildbewegungen

Info

Publication number: DE3739812A1
Application number: DE19873739812
Authority: DE
Inventors: Robert Andrew Wargo; Leopold Albert Harwood; Dalton Harold Pritchard; Michael Stephen Chartier
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Licensing Corp
Priority date: 1986-11-25
Filing date: 1987-11-24
Publication date: 1988-06-01
Also published as: IT1222970B; GB2198311B; FR2607342A1; HK48096A; IT8722385A0; FR2607342B1; GB8727266D0; GB2198311A; JPH0437636B2; KR970004198B1; US4716462A; KR880006937A; DE3739812C2; JPS63141491A

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur adaptiven Verarbei tung eines Fernsehsignals abhängig von bewegungsbedingten Bildänderungen im Fernsehsignal.

Die Trennung von Leuchtdichte- und Farbartkomponenten eines zusammengesetzten Videosignals (Videosignalgemisch) ist ein notwendiger Schritt bei der Verarbeitung eines Fernsehsignals. Diese Trennung kann zufriedenstellend durch ein Vollbild-Kammfilter erfolgen, solange sich im Bild nichts bewegt. Beim Vorhandensein von Bildbewegungen jedoch ist ein Zeilen-Kammfilter dem Vollbild-Kammfilter vorzuziehen, weil es bewegungsbedingte Störerscheinungen (Artefakte") vermindert. Die Folge kann aber eine ver minderte Bildauflösung in Vertikalrichtung sein. Außer dem können hängende Punkte oder Flecken ("hanging dots") an vertikalen Übergängen der Bildfarbe oder an diagonalen Leuchtdichteübergängen auftreten.

Aus einem Fernsehsignal entwickeltes wiedergegebenes Bild kann verbessert werden, indem man eine Darstellung mit verdoppelter Abtastung ohne Zeilensprung wählt, unter Ein fügung von Zwischenzeilen zwischen den gesendeten sprin genden Zeilen des Zeilensprung-Formats. Als Zwischenzeile kann man eine Zeile aus dem jeweils vorangegangenen Teil bild nehmen, die an dem der Zwischenzeile entsprechenden Ort liegt; das Ergebnis ist aber nur dann zufriedenstel lend, wenn keine Bildbewegung stattgefunden hat. Beim Vorhandensein von Bildbewegungen ist es vorzuziehen, die Zwischenzeilen durch Interpolation von benachbarten Zei len innerhalb desselben Teilbildes herzustellen, wobei jedoch eine verminderte Bildauflösung in Vertikalrichtung und ein Zeilenflimmern in Kauf zu nehmen ist.

Damit sie optimal arbeiten, erzeugen Systeme der vorstehend beschriebenen Art gleichzeitig unterschiedlich verarbeite te Signale. Beispielsweise werden sowohl auf Zeilenbasis kammgefilterte als auch auf Vollbildbasis kammgefilterte Leuchtdichte- und Farbartkomponenten erzeugt, oder es werden durch Teilbildverzögerung erhaltene Zwischensignale und durch Zeileninterpolation erhaltene Zwischensignale erzeugt. Auf der Grundlage einer Schätzung der Bildbewe gung wird dann das eine oder das andere oder irgendeine Mischung der beiden alternativen Signale für die weitere Verarbeitung dem Rest des Systems zugeführt.

Bei der Bestimmung der jeweils richtigen Proportionen, die den unterschiedlich verarbeiteten Signalen abhängig von der Bildbewegung zu geben sind, haben sich Probleme ergeben. Im Falle der Leuchtdichte/Farbart-Trennung wird ein bewegungsbedingter Artefakt im wiedergegebenen Bild sichtbar, wenn ein zu großer Anteil des auf Vollbildbasis kammgefilterten Leuchtdichtesignals in der das abgetrennte Leuchtdichtesignal bildenden Mischung enthalten ist. Ent hält die besagte Mischung einen zu großen Anteil des auf Zeilenbasis kammgefilterten Leuchtdichtesignals, dann kann die vertikale Auflösung im Bereich von Bildänderungen ver mindert sein, und es können die erwähnten "hanging dots" sichtbar werden.

Im Falle eines Konverters für verdoppelte Abtastung ohne Zeilensprung können bewegungsbedingte Artefakte (z. B. gezackte Ränder) im bewegten Bildbereich sichtbar werden, wenn ein zu großer Anteil des teilbildverzögerten Signals in der Mischung enthalten ist, welche die Zwischenzeile liefert. Ist andererseits der Anteil des zeileninterpo lierten Signals in der besagten Mischung zu groß, dann vermindert sich die vertikale Auflösung im bewegten Be reich, und es entsteht merkliches Zeilenflimmern.

Es ist wünschenswert, die Verarbeitung des Videosignals adaptiv als Funktion der Bewegung derart zu steuern, daß sich mit der Signalmischung weder eine übermäßige Verschlech terung der Bildauflösung noch eine Erhöhung der Sichtbar keit bewegungsbedingter Artefakte einstellt. Diese Auf gabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, wie sie im Patentanspruch 1 allgemein definiert ist. Vor teilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in Unteran sprüchen gekennzeichnet.

Gemäß den Prinzipien der Erfindung werden Unterschiede oder Differenzen im gesendeten Bild über ein Bildabtast intervall geschätzt, und es wird ein Steuersignal er zeugt, das eine nichtlineare Funktion der geschätzten Bild differenz ist. Dieses Steuersignal wird verwendet, um die adaptive Verarbeitung des Fernsehsignals zu steuern.

Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die nichtlineare Funktion, über die das Steuersignal K in Relation zum Bilddifferenzsignal x steht, im wesentlichen eine Exponentialfunktion der Form

K = A e^- ^b/x, (1)

wobei A und b Konstanten sind. In einer vorteilhaften Aus führungsform der Erfindung wird ein Schätzwert eines Para meter des gesendeten Bildes abgeleitet, und die nichtli neare Übertragungsfunktion wird abhängig vom Wert des ge schätzten Parameters modifiziert.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung hängt ein erstes verarbeitetes Signal von einer Vielzahl von Signalen ab, die repräsentativ für Zeilen innerhalb einer ersten Abtastung des Bildes sind, und ein zweites Signal hängt von einem Signal ab, das eine Zeile in einer anderen Abtastung repräsentiert. Die beiden Signale werden in ei nem Verhältnis zueinander kombiniert, das auf einem Steuer signal beruht, welches im Falle relativ kleiner Bildände rungen einen Minimalwert hat und sich bei größeren Bild änderungen asymptotisch einem Maximalwert nähert und wel ches für zwischenliegende Werte eine monoton abnehmende Neigung hat.

Die Erfindung wird nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Trennung von Leuchtdichte- und Farbartkomponenten (Leucht dichte/Farbart-Separator), die einen Steuersignalgenerator gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Konverters für verdoppelte zeilensprunglose Abtastung, der einen erfin dungsgemäßen Steuersignalgenerator enthält;

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild eines bekannten Be wegungsdetektors, der in den Schaltungen nach Fig. 1 oder 2 verwendet werden kann;

Fig. 4 zeigt eine Übertragungsfunktion des in Fig. 1 oder 2 dargestellten Steuersignalgenerators;

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild einer digitalen Aus führungsform eines die Übertragungsfunktion nach Fig. 4 aufweisenden Steuersignalgenerators, der in den Schaltun gen nach Fig. 1 oder 2 verwendet werden kann;

Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Signalvereini gungsschaltung, die in den Schaltungen nach Fig. 1 und 2 verwendet werden kann;

Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines Zeileninterpola tors, der in der Schaltung nach Fig. 2 benutzt werden kann;

Fig. 8 zeigt eine Übertragungsfunktion des Steuersi gnalgenerators, der in der Schaltung nach Fig. 2 verwendet werden kann;

Fig. 9 ist eine digitale Ausführungsform eines die Übertragungsfunktion nach Fig. 9 aufweisenden Steuersi gnalgenerators, der in der Schaltung nach Fig. 2 benutzt werden kann.

Die Fig. 1 zeigt einen Leuchtdichte/Farbart-Separator, das heißt eine Einrichtung zur Trennung von Leuchtdichte- und Farbartkomponenten. Gemäß der Fig. 1 ist ein Eingangs anschluß 5 mit einer Quelle (nicht gezeigt) eines zusammen gesetzten Videosignals (Videosignalgemisch) gekoppelt, das eine Leuchtdichte und eine Farbartkomponente enthält. Der Eingangsanschluß 5 ist mit jeweils einem Eingang eines auf Vollbildbasis arbeitenden Kammfilters (Vollbild-Kammfilter) 10, eines auf Zeilenbasis arbeitenden Kammfilters (Zeilen- Kammfilter 20) und eines Bewegungsdetektors 30 verbunden. Das Vollbild-Kammfilter 10 erzeugt an zugeordneten Ausgän gen eine vollbildweise kammgefilterte Leuchtdichtekomponen te Y _f und eine vollbildweise kammgefilterte Farbartkompo nente C _f. Der die vollbildweise kammgefilterte Leuchtdich tekomponente Y _f liefernde Ausgang ist mit einem Eingang einer Signalvereinigungsschaltung 40 verbunden.

Das Zeilen-Kammfilter 20 liefert an zugeordneten Ausgängen eine zeilenweise kammgefilterte Leuchtdichtekomponente Y _L und eine zeilenweise kammgefilterte Farbartkomponente C _L. Der die zeilenweise kammgefilterte Leuchtdichtekomponen te Y _L liefernde Ausgang ist mit einem zweiten Eingang der Vereinigungsschaltung 40 verbunden. Ein Ausgang der Ver einigungsschaltung 40 führt zu einer Ausgangsklemme 15 und liefert die abgetrennte Leuchtdichtekomponente Y. Ein Aus gang des Bewegungsdetektors 30 liefert ein Signal M, das auf einen Eingang eines Steuersignalgenerators 50 gegeben wird. Ein Ausgang des Steuersignalgenerators 50 liefert ein Steuersignal K, das auf einen Steuereingang der Ver einigungsschaltung 40 gekoppelt wird.

Im Betrieb erzeugen das Vollbild-Kammfilter 10 und das Zeilen-Kammfilter 20 in an sich bekannter Weise Signale, welche die Leuchtdichtekomponente enthalten. Der Bewe gungsdetektor 30 erzeugt bildpunktweise die Bilddifferenz über den Verlauf eines Bildabtastintervalls, z. B. über die Dauer einer Vollbildperiode. Der Betrag der Bilddifferenz wird als Signal M abgegeben. Der Steuersignalgenerator 50 erzeugt das Steuersignal K als eine nichtlineare Funktion des Bewegungssignals M. Die Vereinigungsschaltung 40 kom biniert zueinander komplementäre, durch das Steuersignal K eingestellte Anteile des vollbildweise kammgefilterten und des zeilenweise kammgefilterten Leuchtdichtesignals zur Bildung des ausgangsseitigen Leuchtdichtesignals Y.

Wenn das Bewegungssignal anzeigt, daß sich über die Dauer des vorangegangenen Bildabtastintervalls keine Bilddiffe renz ergeben hat, dann wird die Vereinigungsschaltung 40 so eingestellt, daß sie als ausgangsseitiges Leuchtdichte signal Y im wesentlichen nur das vollbildweise kammgefil terte Leuchtdichtesignal Y _f liefert. Zeigt das Bewegungs signal M an, daß sich über das Vollbildintervall eine große Differenz ergeben hat, dann wird die Vereinigungs schaltung 40 so eingestellt, daß sie als ausgangsseitiges Leuchtdichtesignal Y im wesentlichen nur die zeilenweise kammgefilterte Leuchtdichtekomponente Y _L liefert. Für Zwischenwerte der Bilddifferenz wird das gegenseitige Ver hältnis der vollbildweise und zeilenweise kammgefilterten Leuchtdichtekomponenten in der Vereinigungsschaltung 40 entsprechend dem Steuersignal K variiert.

Die Fig. 2 zeigt einen Konverter für verdoppelte Abtastung ohne Zeilensprung. Gemäß der Fig. 2 ist ein Eingangsan schluß 7 mit einer Quelle (nicht gezeigt) einer Komponente eines Videosignals gekoppelt, bei der es sich z. B. um die Leuchtdichtekomponente Y handele. Der Eingangsanschluß 7 ist mit Eingängen einer Ausgleichsverzögerung 80, eines Zeileninterpolators 60, einer Teilbildverzögerung 70 und eines Bewegungsdetektors 30 verbunden. Ein Ausgang der Ausgleichsverzögerung 80 liefert ein Signal R, das auf einen Eingang eines Zeitpressers 83 gekoppelt wird. Ein Ausgang des Zeitpressers 83 ist mit einem ersten Eingang eines Umschalters 90 verbunden. Der Pol des Umschalters 90 ist mit einer Ausgangsklemme 25 gekoppelt. Die Aus gangsklemme 25 führt zu einer Wiedergabeeinrichtung (nicht dargestellt), die das mit verdoppelter Abtastung und ohne Zeilensprung erscheinende Signal, welches das gesendete Bild darstellt, wiedergeben kann.

Ein Ausgang es Zeileninterpolators 60 liefert ein Signal I _L, das auf einen ersten Eingang einer Signalvereinigungs schaltung 40′ gegeben wird. Ein Ausgang der Teilbildver zögerung 70 liefert ein Signal I _f, das an einen zweiten Eingang der Vereinigungsschaltung 40′ gelegt wird. Ein Ausgang der Vereinigungsschaltung 40′ liefert ein Signal I, das auf einen Eingang eines zweiten Zeitpressers 87 gekoppelt wird. Ein Ausgang des Zeitpressers 87 führt zu einem zweiten Eingang des Umschalters 90.

Ein Ausgang des Bewegungsdetektors 30 liefert ein Signal M, das auf einen Eingang eines Steuersignalgenerators 50′ gekoppelt wird. Ein Ausgang des Steuersignalgenerators 50′ liefert ein Steuersignal K, das an einen Steuereingang der Signalvereinigungsschaltung 40′ gelegt wird.

Im Betrieb liefern der Zeileninterpolator 60 und die Teil bildverzögerung 70 unterschiedlich verarbeitete Schätzwerte einer Zwischenzeile I, die zwischen zwei empfangenen Zeilen darzustellen ist. Der Zeileninterpolator 60 erzeugt eine interpolierte Zwischenzeile I _L, und die Teilbildverzögerung 70 liefert ein um eine Teilbildperiode verzögertes Zwischen signal I _f, beides in an sich bekannter Weise. Die Signal vereinigungsschaltung 40′ kombiniert komplementäre Anteile der Zwischensignale I _L und I _f, um das Zwischensignal I zu erzeugen.

Das Signal M zeigt den Betrag der Bilddifferenz des Kom ponentensignals Y über das vorangegangene Bildintervall an. Das Steuersignal K ist eine nichtlineare Funktion des Bewegungssignals M und steuert die Anteile des zeilenin terpolierten Zwischensignals I _L und des teilbildverzöger ten Zwischensignals I _f in der Zwischenzeile I. Wenn das Bewegungssignal M anzeigt, daß sich über das vorangegangene Bildzeitintervall keine Bilddifferenz ergeben hat, dann besteht das Zwischensignal I im wesentlichen nur aus dem teilbildverzögerten Zwischensignal I _f. Hat sich eine große Differenz ergeben, dann ist das Zwischensignal I im wesentlichen nur das zeileninterpolierte Zwischensignal I _L. Für mittlere Werte der Bilddifferenz wird das Verhält nis von I _L und I _f in der Vereinigungsschaltung 40′ ent sprechend dem Steuersignal K variiert.

Der Zeitpresser 83 komprimiert die Zeit, die zur Abtastung einer empfangenen Zeile R erforderlich ist, auf die Hälfte eines Horizontalzeilenintervalls. Eine ähnliche Funktion führt der Zeitpresser 87 für die Zwischenzeile I durch. Die Zeitpresser 83 und 87 und der Schalter 90 bilden zu sammen eine Anordnung, welche die empfangene Zeile R und die Zwischenzeile I im Zeitmultiplex innerhalb der Zeit spanne einer einzigen Horizontalzeilenperiode vereinigt. Auf diese Weise wird ein Videosignal für verdoppelte Ab tastung ohne Zeilensprung geschaffen.

Die Fig. 3 zeigt einen bekannten Bilddifferenz-Detektor, der als Bewegungsdetektor 30 in den Schaltungen nach den Fig. 1 und 2 verwendet werden kann. Der in Fig. 3 ge zeigte Eingangsanschluß 31 ist mit dem Eingangsanschluß 5 in Fig. 1 oder mit dem Eingangsanschluß 7 in Fig. 2 ver bunden. Der Eingangsanschluß 31 ist mit jeweils einem Ein gang einer Vollbildverzögerung 32 und einer Subtrahier schaltung 34 gekoppelt. Ein Ausgang der Vollbildverzögerung 32 führt zu einem zweiten Eingang der Subtrahierschaltung 34. Der Ausgang der Subtrahierschaltung 34 ist über ein Tiefpaßfilter 36 und eine Absolutwertschaltung 38 mit ei nem Ausgangsanschluß 39 verbunden. Der Ausgangsanschluß 39 ist mit dem Steuersignalgenerator 50 nach Fig. 1 oder mit dem Steuersignalgenerator 50′ nach Fig. 2 gekoppelt.

Im Betrieb, wenn ein Videosignalgemisch an den Anschluß 31 gelegt wird, liefert die Subtrahierschaltung 34 die Differenz von Bildsignalwerten, die um die Zeitdauer einer Vollbildperiode auseinanderliegen. Das Tiefpaßfilter 36 dämpft das Frequenzband, das normalerweise die Farbinfor mation enthält, so daß nur die Information der Bilddiffe renz übrigbleibt. Die Absolutwertschaltung 38 liefert den Betrag der Bilddifferenz als Signal M am Ausgangsanschluß 39. Der beschriebene Bewegungsdetektor berechnet also Bilddifferenzen über ein Bildintervall, das gleich einer Vollbildperiode ist. Es können aber auch Bildintervalle anderer Dauer benutzt werden, z. B. einer Dauer gleich ei ner Teilbildperiode. Außerdem können Informationen aus dem gegenwärtig verarbeiteten Teilbild benutzt werden, um die Bildbewegung zu schätzen.

Um herauszufinden, welches die optimale nichtlineare Funk tion für die Steuersignalgeneratoren 50 und 50′ ist, wur de eine Reihe von Experimenten durchgeführt. Hierzu wurde eine Schaltung ähnlich derjenigen nach Fig. 1 gebaut, um die Leuchtdichte- und Farbartkomponenten eines Videosignal gemischs voneinander zu trennen. Die getrennten Komponenten wurden dann verarbeitet, um ein Bild auf einer Bildröhre wiederzugeben.

Des weiteren wurde künstlich ein Videosignal geschaffen, um ein Bild auf einem dunkelgrauen Hintergrund mit einem Pegel von 20 IRE-Einheiten zu senden, worin ein Signalpe gel von 7,5 IRE-Einheiten ein schwarzes Bild ergibt und ein Signalpegel von 100 IRE-Einheiten ein weißes Bild er gibt. Das Bild war ein Quadrat, das sich vom Hintergrund um eine vorbestimmte Anzahl von IRE-Einheiten unterschied und sich auf dem Hintergrund in Horizontalrichtung hin- und herbewegte. Bei einem auf Vollbildbasis kammgefilterten Fernsehsignal wird in der Darstellung eines solchen Bildes ein Bewegungs-Artefakt sichtbar, der aus einem Schatten am linken und rechten Rand des Quadrats besteht. Hat bei spielsweise der Hintergrund einen Pegel von 20 IRE-Einhei ten und das Quadrat einen Pegel von 22 IRE-Einheiten, dann ist der Betrag M der Bildänderung in diesen Schattenbe reichen gleich 2 IRE-Einheiten.

Diese Bilddarstellung wurde dann beobachtet, und das Steu ersignal K wurde von Hand variiert, ausgehend von einem Wert, bei dem nur die vollbildweise kammgefilterten Kom ponenten dargestellt werden, bis zu einem Wert, bei dem nur die zeilenweise kammgefilterten Komponenten darge stellt werden. Der Wert von K, bei dem der Schatten un sichtbar wurde, wurde notiert.

Als z. B. im Falle einer Bilddifferenz von 2 IRE-Einheiten das Signal K auf 80/127 eingestellt war, lag der Schatten gerade unter der Sichtbarkeitsgrenze. Der Versuch wurde dann mit Bilddarstellungen wiederholt, in denen jeweils eine andere Anzahl von IRE-Einheiten für den Unterschied zwischen dem Quadrat und dem 20-IRE-Hintergrund gewählt wurde, gemäß der untenstehenden Tabelle I. Bei jedem Ver such wurde der optimale Wert für K notiert. Diese gesamte Versuchsreihe wurde dann mit einem Hintergrundpegel von 35 IRE-Einheiten wiederholt, ohne daß sich wesentliche Änderungen zeigten. Die untenstehende Tabelle I veran schaulicht die Ergebnisse dieser Versuche.

Die Versuche mit dem horizontal bewegten massiven, aus gefüllten Quadrat geben Aufschluß über Bewegungseinflüsse auf niedrigfrequente Leuchtdichtekomponenten. Die beschrie bene Reihe der Versuche wurde mit einer Darstellung dünner vertikalen Linien wiederholt, die sich um vorbestimmte IRE-Werte gegenüber einem Hintergrundpegel von zunächst 20 IRE-Einheiten und dann 30 IRE-Einheiten unterschieden. Ein solches Muster enthält hochfrequente Leuchtdichtein formation. Die untenstehende Tabelle II veranschaulicht die Ergebnisse der Versuchsreihe für hochfrequente Leucht dichteinformation. Einschlägige empirisch abgeleitete Punkte sind in der Fig. 4 dargestellt und definieren Orte einer Funktion, welche bei einer mit Vollbildverzögerung durchgeführten Verarbeitung die optimale Mischung für höchste Vertikalauflösung ohne sichtbare bewegungsbedingte Artefakte liefert.

Tabelle I

M (IRE)K

2 80/127 15116/127 35123/127 55127/127

Tabelle II

M (IRE)K

2 92/127 5100/127 15120/127 35124/127 55127/127

Auf der Grundlage dieser Tabellen wurde eine mathematische Gleichung abgeleitet, welche die durch die erwähnten Punkte dargestellte Funktion angenähert wiedergibt. Diese Funktion ist:

K = A e^-0,924/ ^M, (2)

worin A die Konstante ist, die den maximal anzunehmenden Wert von K bestimmt, und M die in IRE-Einheiten ausgedrück te Bilddifferenz ist, die sich an einer speziellen Horizon tal- und Vertikalkoordinate über die Zeit einer Vollbild periode ergibt. Obwohl die Gleichung die empirisch gewonne nen Daten darstellt, können andere mathematische Formeln diese Daten ebenso genau darstellen. Es sind die empiri schen Daten, welche die Funktion bestimmen; eine mathema tische Formulierung gibt lediglich eine Näherung der Funk tion und erlaubt es, den jeweils richtigen Funktionswert für Orte zwischen den empirisch ermittelten Punkten zu schätzen.

Die Fig. 5 zeigt eine digitale Ausführungsform eines Steuersignalgenerators 50, der in der Schaltung nach Fig. 1 verwendet werden kann. Gemäß der Fig. 5 wird ein Festwertspeicher (ROM) 59 verwendet, dessen Adressenein gänge zum Empfang eines Mehrbit-Digitalsignals M vom Be wegungsdetektor 30 (Fig. 1) angeschlossen sind. Die Daten ausgänge des ROM 59 liefern ein Signal K′, das an die Si gnalvereinigungsschaltung 40 (Fig. 1) gelegt wird. Wenn das digitale Mehrbit-Ausgangssignal K′ aus n Bits besteht, dann kann das Signal K′ maximal den Wert 2ⁿ ^{- 1} annehmen. Wenn z. B. n = 7 ist, dann ist der Maximalwert gleich 127, und die Funktion läßt sich durch folgende mathematische Glei chung angenähert ausdrücken:

K′ = 127 e^-0,924/ ^M. (3)

Das Steuersignal K ist gleich K′/128 und ändert sich von 0 bis 127/128 in Schritten von jeweils 1/128. Bei der digitalen Ausführungsform kann K′ mit einer festen Dämp fung von 128 verwendet werden, was schaltungstechnisch durch eine Stellenverschiebung zu machen ist. Der ROM 59 ist so vorprogrammiert, daß es für jeden Wert von M den entsprechenden Wert von K′ enthält, und zwar an dem durch den jeweiligen Wert von M adressierten Speicherplatz. So mit wird für ein digitales Eingangssignal des Wertes M ein digitales Ausgangssignal K′ erzeugt, das den Wert 127 K hat, wie es in der obenstehenden Gleichung (3) geschrieben ist. Der vorprogrammierte ROM 59 ist im wesentlichen ein als Nachschlagtabelle arbeitender Funktionsgenerator. Wie oben beschrieben, definieren die empirisch gefundenen Punkte die Funktion, und die in den ROM 59 einprogrammier te Tabelle liefert Schätzwerte der Funktion für die Ein gangswerte. Es gibt auch andere mathematische Formeln, aus denen Wertetabellen für akzeptable Schätzwerte der Funk tion abgeleitet werden können.

Die Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der Signalvereini gungsschaltung 40 oder 40′. Gemäß der Fig. 6 ist ein Ein gangsanschluß 41 mit einem ersten Eingang einer Multipli zierschaltung 43 verbunden. Der Ausgang der Multiplizier schaltung 43 führt zu einem ersten Eingang eines Addierers 44, dessen Ausgang mit einem Ausgangsanschluß 49 verbunden ist. Dieser Ausgangsanschluß 49 ist mit dem Ausgangsan schluß 15 der Anordnung nach Fig. 1 oder mit dem Eingang des Zeitpressers 87 der Anordnung nach Fig. 2 verbunden.

Ein zweiter Eingangsanschluß 42 ist mit dem Ausgang des Zeilen-Kammfilters 20 in Fig. 1 oder des Zeileninterpola tors 60 in Fig. 2 verbunden. Der Eingangsanschluß 42 führt zu einem ersten Eingang einer zweiten Multiplizierschal tung 45, deren Ausgang mit einem zweiten Eingang des Addie rers 44 verbunden ist. Ein Steuereingang 46 kommt vom Aus gang des Steuersignalgenerators 50 in Fig. 1 oder des Steuersignalgenerators 50′ in Fig. 2. Der Steuereingang 46, der das Steuersignal K führt, ist mit einem zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 45 und mit einem Ein gang eines Funktionsgenerators 47 verbunden, der das Si gnal A - K erzeugt, wobei A der Maximalwert des Steuersi gnals K ist, wie es oben für die Gleichungen (1) und (2) beschrieben wurde. Der Ausgang des Funktionsgenerators 47 ist mit einem zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 43 verbunden.

Im Betrieb erzeugen die Multiplizierschaltungen 43 und 45 Signale, die veränderbare Proportionen der jeweiligen Ein gangssignale sind. Der Addierer 33 kombiniert die propor tionierten Signale von den Multiplizierschaltungen 43 und 45, um am Anschluß 49 ein Ausgangssignal zu liefern, das die Eingangssignale von den Anschlüssen 41 und 42 in einem veränderbaren Anteilsverhältnis enthält, wobei dieses Ver hältnis durch das Steuersignal K vom Steuereingang 46 ein gestellt wird. Wenn z. B. das Steuersignal K = 0 ist, dann werden das Nullfache des Signals vom Eingangsanschluß 41 und das (A -0)-fache, also das A-fache, des Signals vom Eingangsanschluß 41 im Addierer 44 kombiniert. Ist das Steuersignal K = A, dann werden im Addierer 44 das A -fache des Signals vom Eingangsanschluß 42 und das (A-A)-fache, also das Nullfache, des Signals vom Eingangsanschluß 41 kombiniert. Bei Zwischenwerten von K werden andere Anteile der Eingangssignale von den Anschlüssen 41 und 42 im Addie rer 44 miteinander kombiniert. Wenn z. B. K = ¹/₄ A ist, dann werden im Addierer 44 das ¹/₄ A-fache des Signals vom Ein gangsanschluß 42 und das (A-¹/₄ A)-fache, also das ³/₄ A-fache, des Signals vom Eingangsanschluß 41 kombiniert. Ist A = 1, dann werden komplementäre Teilbeträge der Eingangssignale im Addierer 44 kombiniert.

Ein Steuersignalgenerator 50′ mit der in Fig. 4 darge stellten Übertragungsfunktion kann mit Vorteil in dem ge mäß Fig. 2 ausgebildeten Konverter für verdoppelte, zeilen sprunglose Abtastung verwendet werden. In einem solchen Konverter wird ein Mittelweg ausgehandelt zwischen einer seits dem Zeilenflimmern und dem Verlust an Vertikalauf lösung infolge zeileninterpolierter Zwischenzeilensignale und andererseits den bewegungsbedingten Artefakten wie z. B. gezackten Rändern, die aufgrund der teilbildverzöger ten Zwischenzeilensignale entstehen.

Weitere Versuche haben ergeben, daß bei sich nicht ändern den Bildern der Anteil zeileninterpolierter Zwischenzeilen signale nicht größer sein sollte als 36/127 und daß bei sich ändernden Bildern dieser Anteil nicht kleiner sein sollte als 80/127. Da Bilddifferenzen manchmal auch durch Rauschen verursacht sein können, läßt sich nicht feststel len, ob ein Differenzsignal niedrigen Wertes am Ausgang eines Bewegungsdetektors von Rauschen in einem sich nicht ändernden Bild herrührt oder eine bewegungsbedingte Bild differenz in einem kontrastarmen Bild ist. Somit wird eine Wahl des Anteilsmaßes von 36/127 oder 80/127 nicht für alle Fälle korrekt sein.

Die Fig. 8 zeigt eine Übertragungsfunktion für den Steuer signalgenerator 50′ (Fig. 2), die das vorstehend beschrie bene Problem in gewissem Maße mindert. Die dick ausgezoge ne Kurve entspricht der in Fig. 4 dargestellten Übertra gungsfunktion, nur mit dem Unterschied, daß für K _f ein Minimalwert von 36/128 festgelegt ist. Sich nicht ändernde Bilder werden somit in richtiger Weise verarbeitet, wenn Bilddifferenzen niedrigen Wertes gefühlt werden. Falls solche Differenzen jedoch durch Bildbewegung verursacht sind, dann ergibt sich eine gewisse Verschlechterung. Weil die Kurve einen K-Wert von 80/128 erreicht, wenn das Bild differenzsignal M einen Wert erreicht, der einer Differenz von 2 IRE-Einheiten über das Bildabtastintervall entspricht (vgl. die obige Tabelle I), wird diese Verschlechterung je, doch schnell durch größere Bildänderungen eliminiert.

Stark ausgeprägte vertikale Übergänge in sich nicht be wegenden Bildern führen zu Flimmern, falls eine durch Rau schen verursachte Bilddifferenz vorhanden ist. Dieses Rau schen ist in den helleren Bereichen des vertikalen Über gangs sichtbarer als in den dunkleren Bereichen. Ein Weg zur Verminderung dieser Qualitätsverschlechterung des Bil des besteht darin, die sich auf vertikale Bilddetails be ziehende Energie festzustellen und die Übertragungsfunk tion abhängig von der Höhe der erfaßten Vertikaldetail energie zu modifizieren. Wenn ein erhöhtes Maß an Verti kaldetailinformation gefühlt wird, dann wird der Minimal wert von K _f des Steuersignals K von 36/128 auf 0 vermin dert. Wenn also die Vertikaldetailenergie wächst, wird mehr vom teilbildverzögerten Signal mit dem zeileninter polierten Signal zusammengemischt, um das Zwischenzeilen signal zu bilden.

In der Anordnung nach Fig. 2 liefert der Zeileninterpola tor 60 an einem zweiten Ausgang ein Vertikaldetail-Infor mationssignal VD (gestrichelt angedeutet), das an einen zweiten Eingang des Steuersignalgenerators 50′ gelegt wird.

Der Steuersignalgenerator 50′ hat die in Fig. 8 darge stellte Übertragungsfunktion und wird durch den Pegel des vom Zeileninterpolator 60 gelieferten Vertikaldetail-In formationssignals modifiziert.

Die Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Zeileninterpola tors 60, die in der gestrichelt gezeigten Variante des Konverters nach Fig. 2 verwendet werden kann. Der Ein gangsanschluß 7 ist mit einem Eingang eines um ein Zeilen intervall verzögernden Elementes 61 verbunden und führt außerdem zu jeweils einem ersten Eingang eines Addierers 62 und einer Subtrahierschaltung 64. Der Ausgang des Zei lenverzögerungselementes 61 ist mit den zweiten Eingängen des Addierers 62 und der Subtrahierschaltung 64 verbunden. Der Ausgang des Addierers 62 führt zu einer Bemessungs schaltung 63, die ihr Eingangssignal mit ¹/₂ multipliziert. Der Ausgang der Bemessungsschaltung 63 liefert ein Signal I _L, das auf einen Eingang der Signalvereinigungsschaltung 40′ (Fig. 2) gegeben wird. Der Ausgang der Subtrahierschal tung 64 ist über ein Tiefpaßfilter 65 mit einer Absolut wertschaltung 66 verbunden. Das Tiefpaßfilter 65 dämpft denjenigen Spektralbereich des Eingangssignals, der nor malerweise Farbartinformation enthält, so daß nur Vertikal detailinformation übrigbleibt. Die Absolutwertschaltung 66 erzeugt das Signal VD, das den Betrag der Vertikaldetail information repräsentiert und an den Steuersignalgenerator 50′ (Fig. 2) gelegt wird.

Die Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform des Steuersignalge nerators 50′, die in der gestrichelten Variante der Anord nung nach Fig. 2 verwendet werden kann. Gemäß der Fig. 9 wird das Signal VD vom Zeileninterpolator 60 (Fig. 2) an eine Teilgruppe der Adresseneingänge eines Festwertspei chers (ROM) 59′ gelegt. Das Signal M vom Bewegungsdetektor 30 (Fig. 2) wird dem Rest der Adresseneingänge des ROM 59′ angelegt. Die Ausgänge des ROM 59′ liefern das Steuersignal K und sind mit der Signalvereinigungsschaltung 40′ (Fig. 2) verbunden.

Für den Betrieb ist im ROM 59′ eine Vielzahl verschiedener Übertragungsfunktionen programmiert, z. B. wie sie in Fig. 8 dargestellt sind. Das Bilddifferenzsignal M adressiert einen Speicherplatz, der den entsprechenden Wert von K für ein ausgewähltes Exemplar der einprogrammierten Übertra gungsfunktionen enthält. Dieses Steuersignal K wird an die Signalvereinigungsschaltung 40′ (Fig. 2) gelegt. Wel che Übertragungsfunktion ausgewählt wird, hängt vom Wert des Signals VD ab. Wie in Fig. 8 gezeigt, nimmt der Mini malwert K _f von K ab, wenn sich der Wert des Signals VD erhöht.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die nichtlineare Übertragungsfunktion, welche das Vollbilddifferenzsignal M (d. h. die Differenz zwischen Signalwerten, die um die Dauer einer Vollbildperiode auseinanderliegen) in derarti ge Beziehung zur Proportionalitätskonstante K setzt, daß ein optimaler Kompromiß entsteht zwischen einerseits den durch die Vollbilddifferenzen hervorgerufenen Artefakten (Bewegungsartefakte) und andererseits den vollbildinter nen Artefakten (Zeilenflimmern, Verlust an Vertikalauf lösung). Zu Erläuterungszwecken wurde die Erfindung vor stehend an Ausführungsbeispielen für Einrichtungen zur Leuchtdichte/Farbart-Trennung und für Konverter zur ver doppelten Abtastung ohne Zeilensprung beschrieben; die erfindungsgemäßen Prinzipien können jedoch auch mit Vor teil bei anderen Verarbeitungen angewandt werden, in denen Vollbilddifferenzsignale zur Erzeugung sichtbarer Stör effekte neigen.

Claims

1. Anordnung zur Verarbeitung von Fernsehsignalen, mit einer Quelle eines Fernsehsignals und einer mit der Quelle gekoppelten Schützeinrichtung zum Schätzen von Bildänderungen, die sich über mindestens ein Bildab tastintervall ergeben, gekennzeichnet durch
eine mit der Fernsehsignalquelle (5) gekoppelte Verarbeitungseinrichtung (40) zur adaptiven Verarbei tung des Fernsehsignals abhängig von einem Steuersi gnal;
einen Steuersignalgenerator (50), der zwischen der Schätzeinrichtung und der adaptiven Verarbeitungsein richtung angeordnet ist, um das Steuersignal gemäß einer Funktion zu erzeugen, die im wesentlichen durch die Gleichung K = A e^- ^b/x beschrieben ist, worin K der Wert des Steuersignals, A der maximal anzunehmende Wert des Steuersignals, x die geschätzte Bildänderung und b eine Konstante ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß mit der Fernsehsignalquelle (5) eine Einrichtung (60) zum Schätzen eines Parameters des Fernsehsignals gekoppelt ist;
daß der Steuersignalgenerator (50′) einen mit der Bildänderungs-Schätzeinrichtung (30) gekoppelten Ein gang und einen mit der Parameter-Schätzeinrichtung (60) gekoppelten Eingang aufweist und einen mit der adapti ven Verarbeitungseinrichtung (40′) gekoppelten Ausgang hat, um das Steuersignal so zu erzeugen, daß es einen Minimalwert für relativ kleine geschätzte Bildänderun gen hat, sich für relativ große geschätzte Bildänderun gen asymptotisch einem Maximalwert nähert und im Bereich dazwischenliegender Werte eine monoton abnehmende Nei gung hat.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Beziehung des Steuersignals zu den geschätzten Bildänderungen als Funktion des geschätzten Parameters ändert.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der Steuersignalgenerator einer Funktion folgt, die für x-Werte unterhalb eines vorbestimmten Wertes durch die Gleichung K = K _f und ansonsten durch die Glei chung K = A e^- ^b/x beschrieben ist, worin K der Wert des Steuersignals, A der Maximalwert, x die geschätzte Bild änderung, b eine Konstante und K _f der Minimalwert ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich K _f als Funktion des geschätzten Parameters ändert.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Fernsehsignal aufeinan derfolgende Abtastung eines Bildes darstellt, deren jede eine einer Vielzahl von Zeilen besteht, und daß die adaptive Verarbeitungseinrichtung (40) folgendes enthält:
eine erste Verarbeitungseinrichtung (43 ), die mit der Fernsehsignalquelle gekoppelt ist und auf eine Vielzahl von Signalen anspricht, die einzelne Zeilen innerhalb einer ersten Abtastung des Bildes darstellen;
eine zweite Verarbeitungseinrichtung (45), die mit der Fernsehsignalquelle gekoppelt ist und auf ein Si gnal anspricht, das eine Zeile in einer anderen als der ersten Abtastung des Bildes darstellt;
eine Vereinigungseinrichtung (44), die einen mit der ersten Verarbeitungseinrichtung gekoppelten Eingang und einen mit der zweiten Verarbeitungseinrichtung gekoppel ten Eingang hat, um die an diesen Eingängen angelegten Signale in einem vom Steuersignal abhängigen Anteils verhältnis zu kombinieren;
eine zwischen die Schätzeinrichtung und die Vereini gungseinrichtung gekoppelte Einrichtung (47) zur Erzeu gung des Steuersignals derart, daß es für relativ kleine geschätzte Bildänderungen einen Minimalwert hat, sich für relativ große geschätzte Änderungen asymptotisch einem Maximalwert nähert und im Bereich zwischenliegen der Werte eine monoton abnehmende Neigung hat.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Steuersignalgenerator (50; 50′) einen Festwertspeicher (59; 59′) aufweist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß b = 0,924 ist.