DE3850709T2

DE3850709T2 - Reduzierung der Bewegungsvektoren in Fernsehbildern.

Info

Publication number: DE3850709T2
Application number: DE3850709T
Authority: DE
Inventors: Clive Henry Gillard; Vincent Carl Harradine
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-06-09
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2008-05-21
Also published as: EP0294956A2; EP0294956A3; US4862259A; EP0294956B1; DE3850709D1; JPS63313987A; JP2900369B2

Description

Reduzierung der Bewegungsvektoren in Fernsehbildern

Die Erfindung betrifft die Reduzierung der Bewegungsvektoren in Fernsehbildern. Man setzt eine solche von Bewegungsvektorreduzierung insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, in Fernsehnormenwandlern und in Zeitlupenprozessoren ein.
Da in verschiedenen Ländern unterschiedliche Fernsehnormen verwendet werden, z. B. in Großbritannien das PAL-System mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde (625/50-System) und in den USA das NTSC-System mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde (525/60-System), benötigt man für den internationalen Fernsehprogrammaustausch Normenwandler.
Es wurden bereits zahlreiche verschiedene Normenwandler vorgeschlagen. Einer der Besten unter den bekannten Normenwandlern ist die von der British Broadcasting Corporation entwickelte Anlage mit der Bezeichnung ACE (Advanced Conversion Equipment). Dieser Normenwandler ACE verarbeitet ein digitales Eingangsfernsehsignal grundsätzlich Zeile für Zeile und erzeugt interpolierte Abtastproben, die zur Bildung eines digitalen Ausgangsfernsehsignals herangezogen werden. Die Interpolation geschieht nicht nur räumlich unter Verwendung von vier aufeinanderfolgenden horizontalen Abtastzeilen des Eingangsfernsehsignals sondern auch zeitlich unter Verwendung von vier aufeinanderfolgenden Eingangshalbbildern des Eingangsfernsehsignals. Man erzeugt dabei die einzelnen Zeilen des Ausgangsfernsehsignals, indem man die entsprechenden Abtastproben aus sechzehn Zeilen des Eingangsfernsehsignals mit entsprechenden Gewichtungskoeffizienten multipliziert.
Weitere Einzelheiten des Systems ACE finden sich in der britischen Patentschrift GB-A-2 059 712 und in dem Aufsatz "Four-field digital standards converter for the eighties" von R. N. Robinson und G. J. Cooper, Seiten 11-13 der Zeitschrift "Television" (The Journal of the Royal Television Society), Januar/Februar 1982.
Das ACE-System liefert zwar gute Ergebnisse, hat jedoch den Nachteil, daß die Anlage sehr sperrig ist. Zur Beseitigung dieses Nachteils haben wir einen Fernsehnormenwandler vorgeschlagen, der drei Halbbildspeicher und vier Vier-Zeilenspeicher aufweist, die ein digitales Eingangsfernsehsignal einer gegebenen Norm aufnehmen und daraus Arrays von sechzehn Zeilen gewinnen, wobei jedes dieser Arrays von vier aufeinanderfolgenden Zeilen aus jeweils vier aufeinanderfolgenden Halbbildern gebildet ist. Ein Gewichtungskoeffizientenspeicher speichert Sätze von sechzehn Gewichtungskoeffizienten. Die jeweiligen Sätze entsprechen sowohl räumlichen als auch zeitlichen Positionen der betreffenden Zeilen eines digitalen Ausgangsfernsehsignals einer anderen Norm relativ zu den sechzehn Zeilen des Eingangsfernsehsignals. Zwei Interpolationsfilter erzeugen dann das Ausgangsfernsehsignal Zeile für Zeile, indem entsprechende Abtastwerte aus jeder der sechzehn Zeilen des Eingangsfernsehsignals mit den entsprechenden Gewichtungskoeffizienten eines Gewichtungskoeffizientensatzes multipliziert und die resultierenden Produkte zur Gewinnung eines interpolierten Abtastwerts summiert werden und wobei vier Ausgangshalbbildspeicher die so abgeleiteten Zeilen des Ausgangsfernsehsignals aufnehmen und speichern. Zur Speicherung der zusätzlichen Zeilen, die dann erzeugt werden, wenn das Ausgangsfernsehsignal mehr Zeilen besitzt als das Eingangsfernsehsignal, dient ein 45-Zeilen-Speicher, der zwischen einem der Interpolationsfilter und dem Ausgangshalbbildspeicher angeordnet ist. Weitere Einzelheiten finden sich in unserer britischen Patentschrift GB-A-2 140 644.
Die Leistungsmerkmale von Normenwandlern, die mit vertikalen/zeitlichen Interpolationsverfahren arbeiten, stellen einen Kompromiß der zwischen der Erzeugung von unscharfen Bildern unter Beibehaltung einer guten Bewegungsabbildung und der Beibehaltung der vertikalen Auflösung, allerdings mit dem Nachteil größerer Verwacklungsunschärfe. Ersteres ist auf das Nachfiltern zurückzuführen, durch das störende Aliasing-Effekte vermieden werden sollen, letzteres auf das Eindringen der benachbarten zweidimensionalen Wiederholungsabtaststrukturen.
Wir haben deshalb vorgeschlagen, in Fernsehnormenwandlern und Zeitlupenprozessoren eine Bewegungsvektorschätzung einzusetzen. Bei den meisten existierenden Bewegungsvektorschätzverfahren besteht allerdings das Problem, daß ihr Einsatz einseitig für Anwendungen in Form von Videokonferenzen bestimmt ist, bei denen der Abbildungsgegenstand entweder aus dem Kopf und den Schultern einer Einzelperson oder aus einer kleinen Gruppe von Personen besteht, die um einen Tisch sitzen. Fernsehbilder dieser Art weisen eine relativ einfache Bewegung auf, wenn man sie mit Bildern vergleicht, die für den Fernsehrundfunk bestimmt sind, bei denen beispielsweise in einem Pferderennen die Kamera den führenden Teilnehmern des Rennens folgt. In dieser Situation liegt eine komplexe Bewegung vor, weil sich beispielsweise beim Schwenken der Kamera der Hintergrund mit Geschwindigkeiten bewegen kann, die größer sind als 8 Pixel pro Halbbild, während im Vordergrund wenigstens ein Pferd galoppiert. Dies bedeutet, daß die Bewegungsvektor-Schätzung versuchen muß, den Beinen der Pferde zu folgen, die sich durchaus in anderen Richtungen bewegen können als der bewegte Hintergrund. Dies macht eine Reduzierung der Bewegungsvektoren erforderlich.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Reduzierung der Anzahl der einem digitalen Fernsehbild zugeordneten Bewegungsvektoren, das durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist:
Gewinnen einer Mehrzahl von Bewegungsvektoren für jeden Block von Pixeln in dem Fernsehbild, die die allgemeinsten Bewegungsvektoren von Pixeln in diesem Block repräsentieren, wobei jedem aus dieser Mehrzahl von Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist,
Hinzufügen eines weiteren Bewegungsvektors aus dem vorhergehenden Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block zu der genannten Mehrzahl von Bewegungsvektoren, sowie eines weiteren Bewegungsvektors aus dem nächsten Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block, wobei jedem dieser weiteren Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist, und
Auswählen einer kleineren Anzahl von Bewegungsvektoren aus der Mehrzahl von Bewegungsvektoren und den weiteren Bewegungsvektoren in Abhängigkeit von den genannten Angaben.
Die vorliegende Erfindung liefert außerdem ein Gerät zur Reduzierung der Anzahl der einem digitalen Fernsehbild zugeordneten Bewegungsvektoren, das gekennzeichnet ist durch
eine Einrichtung zum Gewinnen einer Mehrzahl von Bewegungsvektoren für jeden Block von Pixeln in dem Fernsehbild, die die allgemeinsten Bewegungsvektoren von Pixeln in diesem Block repräsentieren, wobei jedem aus dieser Mehrzahl von Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist,
eine Einrichtung zum Hinzufügen eines weiteren Bewegungsvektors aus dem vorhergehenden Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block zu der genannten Mehrzahl von Bewegungsvektoren, sowie eines weiteren Bewegungsvektors aus dem nächsten Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block, wobei jedem dieser weiteren Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist,
und eine Einrichtung zum Auswählen einer kleineren Anzahl von Bewegungsvektoren aus der Mehrzahl von Bewegungsvektoren und den weiteren Bewegungsvektoren in Abhängigkeit von den genannten Angaben.
Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei gleiche Teile durchgehend mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Fig. 1 zeigt einen Fernsehnormenwandler in einer Darstellung als stark vereinfachtes Blockschema,
Fig. 2 zeigt einen ersten Fernsehnormenwandler als Blockschaltbild,
Fig. 3 zeigt einen zweiten Fernsehnormenwandler als Blockschaltbild,
Fig. 4 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 3 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild,
Fig. 5 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funktion von Fig. 4,
Fig. 6 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 2 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild,
Fig. 7 zeigt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Funktion von Fig. 6,
Fig. 8 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 2 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild,
Fig. 9 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 2 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild,
Fig. 10 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 2 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild,
Fig. 11 zeigt einen Teil eines Bewegungsvektor-Arrays von drei aufeinanderfolgenden Halbbildern in schematischer Ansicht,
Fig. 12 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 2 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild,
Fig. 13 zeigt einen Teil des Normenwandlers von Fig. 2 in einer Darstellung als ausführlicheres Blockschaltbild.
Zum besseren Verständnis der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Bewegungsvektorreduktion, seien zunächst Aufbau und Funktion zweier Normenwandler und eines Zeitlupenprozessors erläutert, bei denen eine solche Bewegungsvektorreduktion Anwendung findet. Bei den im folgenden zu beschreibenden Normenwandlern wird die vertikale Auflösung beibehalten, und das "Wackeln" wird durch Kompensieren der Bewegung zwischen den Halbbildern beseitigt. Die Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Halbbildern wird analysiert. Diese Halbbilder können dann Pixel für Pixel fluchtend ausgerichtet werden, so daß sie statische Bilder darstellen, die dann der Wandlung unterzogen werden können. Infolgedessen kann die vertikale Auflösung beibehalten werden.
Die im folgenden beschriebenen Normenwandler lassen sich in zwei Teile unterteilen: Der erste Teil, der einem bekannten Normenwandler entspricht, bewirkt die Umwandlung zwischen der 525/60- und der 625/50-Fernsehnorm durch eine vertikale/zeitliche Interpolation. Hierdurch entstände jedoch ein Ausgangssignal, in dem zwar die vertikale Auflösung beibehalten, das jedoch einen Wackeleffekt aufweisen würde. Um dieses Wackeln zu beseitigen, werden vier bei dem Wandlungsprozeß benutzte Halbbilder des digitalen Eingangsfernsehsignals unter dem Steuereinfluß von Bewegungsvektoren fluchtend ausgerichtet, die von einem den zweiten Teil des Normenwandlers bildenden Bewegungsanalysierer erzeugt werden. Dies ist in Fig. 1 als stark vereinfachtes Blockschema dargestellt. Der Videoteil eines digitalen Eingangsfernsehsignals einer gegebenen Norm, das beispielsweise durch Abtastung eines analogen Fernsehsignal mit 13,5 MHz gewonnen wird, wird einem Interpolator 1 zugeführt, der den Videoteil des gewünschten Ausgangsfernsehsignals mit einer abweichenden Norm ableitet. Das Videoluminanzsignal wird von einem Bewegungsanalysierer 2 aufgenommen, der Bewegungsvektoren bildet. Diese liefern Daten, die die Bewegung zwischen aufeinander folgenden Halbbildern des Eingangsfernsehsignals repräsentieren und zur Steuerung der Funktion des Interpolators 1 dienen. Der Interpolator 1 arbeitet im wesentlichen ähnlich wie die entsprechende Stufe eines bekannten Normenwandlers, z. B. des oben erwähnten Normenwandlers. Er enthält jedoch darüber hinaus die Mittel, mit denen die bei der Interpolation verwendeten vier Halbbilder unter dem Steuereinfluß der Bewegungsvektoren fluchtend ausgerichtet werden.
Die Neupositionierung der vier Halbbilder erfolgt in zwei Schritten. Der erste Schritt beinhaltet eine Änderung der Adresse eines jedem der Halbbilder zugeordneten variablen Verzögerungselements, um das Bild an der nächstliegenden Zeile oder Abtastprobe neu zu positionieren. Der zweite Schritt benutzt Verfahren zur Interpolation sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung zur Neupositionierung innerhalb ± 1/16 Zeile oder ± 1/8 Abtastprobe. Selbst wenn keine Bewegung stattfindet, werden beide Verfahren benutzt, um eine Zeilennormenwandlung herbeizuführen.
Der Vertikalinterpolator besitzt vier Abgriffe pro Halbbild. Dies macht es möglich, auf die statischen Bilder effektiv ein Vertikalfilter mit 8 Abgriffen anzuwenden. Ein Interpolator mit 8 Abgriffen erlaubt die Beibehaltung einer guten vertikalen Auflösung mit minimaler Verzerrung. Die Verzerrungswirkung in dem Horizontalinterpolator stellt ein geringeres Problem dar, so daß ein Horizontalfilter mit zwei Abgriffen verwendet wird, obwohl auch die Verwendung eines Horizontalfilters mit beispielsweise vier Abgriffen möglich ist.
Der zeitliche Interpolator soll im normalen Betrieb oder dann, wenn kein spürbarer Bewegungsvektor detektiert werden kann, eine Interpolation von Änderungen der Perspektive ermöglichen. Der Interpolator 1 muß in diesem Fall zu der normalen Normenwandlung zurückkehren, bei der keine Neupositionierung des Bildes stattfindet.
Bei der Wandlung von einer hohen zu einer niedrigeren Halbbildfrequenz werden die ankommenden Halbbilder so interpoliert, daß gelegentlich eines der interpolierten Halbbilder unterdrückt werden kann, ohne daß irgendeine Verschlechterung der Bewegung auftritt. Die gesamte Interpolation erfolgt mit der Eingangshalbbildfrequenz und wird einem Zeitbasiskorrigierer übergeben, der dann die Halbbilder "spreizt", die während der für die Ausgangsnorm erforderlichen Zeitperiode erzeugt werden.
Die oben beschriebene Operation ist bei der Umwandlung von der 525/60-Norm auf die 625/50-Norm erforderlich. Andererseits müssen offensichtlich 625 Zeilen erzeugt werden, obwohl das Eingangssignal nur 525 Zeilen hat.
Zur Lösung des mit der Wandlung der Zeilenzahl verbundenen Problems dient ein Korrigierer am Eingang, mit dessen Hilfe ein Signal mit 585 Zeilen und einer Halbbildfrequenz von 60 Hz erzeugt wird. Ein 585-Zeilenformat kann die gesamte aktive Bildinformation des 625-Zeilenformats enthalten. Hinter diesem ersten Zeitbasiskorrigierer befinden sich gelegentlich Zeilen, die keine Videoinformation enthalten. Die Speicher des Interpolators werden während dieser Zeit "eingefroren", so daß eine zusätzliche interpolierte Zeile aus den gleichen Zeilen erzeugt werden kann, die auch zur Erzeugung der vorhergehenden Ausgangszeile verwendet werden. Dieses Verfahren erlaubt es, aus den ursprünglichen 525 Zeilen 625 Zeilen zu interpolieren.
Es werde nun der Grund für die Auswahl des 585/60-Formats näher erläutert: Bei einer Abtastfrequenz von 13,5 MHz enthält ein 625-Zeilen-Bild in jedem Halbbild 288 aktive Zeilen und in jeder horizontalen Zeile 720 Abtastproben. Die weiter unter beschriebenen Schaltungen der Fernsehnormenwandler von Fig. 2 und 3 benutzen Verfahren, die es ermöglichen, das Bild in horizontaler Richtung um ± 24 Abtastproben zu verschieben. Dies erfordert eine minimale horizontale Austastung von 48 Abtastproben. Die Gesamtzahl der in einem Halbbild benötigten Abtastpositionen ist deshalb
(720 + 48) · 288 = 221184.
Wenn über das gesamte System ein 13,5 MHz-Takt verwendet wird, ergeben sich erkennbar erhebliche Vorteile. In diesem Fall beträgt die Anzahl der Taktzyklen in einer 60 Hz-Periode (genauer einer 59,94 Hz-Periode)
225225.
Falls in einem Vollbild 576 Datenzeilen benötigt werden, beträgt die Anzahl der horizontalen Abtastproben 782,03125. Obwohl diese Zahl groß genug ist, um die erforderlichen (720+48) Abtastproben zu enthalten, bedeutet der Bruchteil einer Abtastprobe, daß die Struktur auf einer Zeilen-zu-Zeilen-Basis nicht orthogonal ist. Dies würde erhebliche Probleme bei der Ausbildung des übrigen Teils des Normenwandlers mit sich bringen. Deshalb wurde die Anzahl der erforderlichen Zeilen von 576 allmählich vergrößert, bis in jeder Zeile eine ganze Zahl von Abtastproben, und zwar 770, vorhanden war.
Das einzige Format, mit dem die orthogonale Struktur erreicht wird, ist das 585/60- Format, das zusätzlich eine nutzbare vertikale Austastung von vier Zeilen im ersten Halbbild, fünf Zeilen im zweiten Halbbild und 50 Abtastproben der horizontalen Austastung ergibt.
In dem weiter unten erläuterten 625/50 : 625/50-Zeitlupenmodus ist es nicht erforderlich, das aktive Videosignal des 625-Zeilenformats innerhalb einer 60 Hz-Periode zu speichern, so daß die Interpolation und die weitere Verarbeitung im normalen 625/50-Format vorgenommen werden.
Bei der Wandlung von einer niedrigen in eine höhere Halbbild-Frequenz muß der Eingangs-Zeitbasis-Korrigierer einen Videodatenstrom mit der Ausgangsfrequenz erzeugen. Dies geschieht dadurch, daß ein Eingangshalbbild gelegentlich wiederholt wird. Wenn das wiederholte Halbbild auftritt, müssen alle Speicher des Interpolators eingefroren werden, so daß die Interpolation auf dieselben Eingangshalbbilder angewendet wird, die zur Erzeugung des vorhergehenden Ausgangshalbbildes verwendet werden.
Ohne Anwendung dieser Verfahren wären zwei Sätze von Interpolatoren und Bewegungsdetektoren erforderlich, um das fehlende Halbbild zu erzeugen.
Die oben beschriebene Operation wird bei der Umwandlung aus dem 625/50-Format in das 525/60-Format durchgeführt. Damit während einer Periode von 60 Halbbildern pro Sekunde 625 Zeilen zur Verfügung stehen, muß wiederum das 585/60-Zwischenformat übernommen werden. Da während dieses Prozesses einige der interpolierten Zeilen nicht benötigt werden, weil aus den ursprünglichen 625 Zeilen nur 525 Zeilen erzeugt werden sollen, benötigt man auf der Ausgangsseite einen Zeitbasiswandler, um das endgültige 525/60-Format zu erzeugen.
Der erforderliche Interpolationsbetrag wird durch Vergleichen der Eingangs- und Ausgangs-Synchronisierimpulsphasen bestimmt.
Die Bewegungsanalyse wird, wie oben erwähnt, an der Luminanz des Eingangs- Videosignals durchgeführt. Das benutzte Verfahren erfordert eine Anzahl von Schritten, um zu einem einzigen Bewegungsvektor für jedes Pixel zu gelangen. Die Bewegung kann in dem Bereich von ± 24 Pixel horizontal und ± 8 (Halbbild-Frequenz) vertikal detektiert werden.
In einem ersten Schritt wird die Bewegung in dem Bild an Punkten auf dem Bildschirm bestimmt, die in horizontaler Richtung einen Abstand von 10 Abtastproben und in vertikaler Richtung einen Abstand von 8 Zeilen haben, wobei ein Blockausgleichverfahren eingesetzt wird. Für jede sechzehnte Abtastprobe und für jede achte Zeile werden die ursprünglichen Bewegungsvektoren in einem Halbbild berechnet. Jeder dieser Punkte befindet sich im Zentrum eines Suchblocks. Begrifflich wird jeder Block über ± 24 Abtastproben in horizontaler Richtung und 18 Abtastproben in vertikaler Richtung über das nächste Halbbild abgetastet, wobei jedesmal die Summe der Differenzen zwischen den beiden Halbbildern über die Fläche des Suchblocks erzeugt wird. Die kleinste Gesamtdifferenz zeigt dann an, in welcher Richtung sich das Objekt an dem betreffenden Punkt bewegt hat.
In der Praxis wird das beschriebene Verfahren in separaten Schritten durchgeführt, wodurch Umfang und Komplexität der erforderlichen Hardware erheblich reduziert werden:

Schritt 1:

Prüfung der kleinsten Differenz in genau drei Positionen, nämlich der Zentrumsposition, sechzehn Abtastproben nach links und sechzehn Abtastproben nach rechts.

Schritt 2:

Beginnend von dem obigen Punkt Prüfen der kleinsten Differenz in neun Positionen, die symmetrisch um den obigen Startpunkt verteilt sind, in Schritten von acht Abtastproben oder Zeilen.

Schritt 3:

Beginnend von dem obigen Punkt: Prüfen der kleinsten Differenz in neun Positionen, die symmetrisch um den obigen Startpunkt verteilt sind, in Schritten von vier Abtastproben oder Zeilen.

Schritt 4:

Beginnend von dem obigen Punkt: Prüfen der kleinsten Differenz in neun Positionen, die symmetrisch um den obigen Startpunkt verteilt sind, in Schritten von zwei Abtastproben oder Zeilen.

Schritt 5:

Beginnend von dem obigen Punkt: Prüfen der kleinsten Differenz in neun Positionen, die symmetrisch um den obigen Startpunkt verteilt sind, in Schritten von einer Abtastprobe oder Zeile.

Schritt 6:

Nach Schritt 5 ist die Bewegung des Objekts zum nächstgelegenen Pixel detektiert. Ein genauerer Vektorwert kann gewonnen werden, indem man einen sechsten Schritt hinzufügt, in welchem Differenz, die in der durch Schritt 5 angezeigten Endposition erzeugt wird, zur Justierung des vertikalen Vektorwerts mit den beiden Differenzen darüber und darunter und zur Justierung des horizontalen Vektorwerts mit den beiden Differenzen auf der linken und der rechten Seite verglichen wird.
Das obige Verfahren geht davon aus, daß zwischen dem Referenzsuchblock und einem ähnlichen Block von Videodaten in dem folgenden Halbbild (den Suchpositionen) Korrelation erreicht wird. In Schritt 5 kann die wahre Bewegung ein halbes Pixel größer oder kleiner sein, als dies detektiert wurde. Für die beste Korrelation ist es jedoch erforderlich, zu diesem Punkt zu kommen, selbst wenn eine exakte Korrelation nicht erreichbar ist. Um sicherzustellen, daß dies geschieht, kann das Bild sowohl vertikal als auch horizontal mit Hilfe eines Gauß-Filters mit +6 dB-Dämpfung bei 1/2 Nyquistfrequenz gefiltert werden.
Ähnlich kann im Schritt 4 das Bild mit 6 dB-Dämpfung bei 1/4 Nyquistfrequenz gefiltert werden. Dies läßt einen 1-Pixel-Fehler bei der Detektierung zu.
Schritt 3 verwendet ein Bild, das mit 6 dB-Dämpfung bei 1/8 Nyquistfrequenz gefiltert wird und einen 2-Pixel-Fehler zuläßt.
Schritt 1 schließlich verwendet ein Bild, das mit 6 dB-Dämpfung bei 1/32 Nyquistfrequenz gefiltert wird und einen 8-Pixel-Fehler zuläßt. Wegen der starken Filterung der Bilder während der Schritte 1, 2, 3 und 4 können außerdem die Abtastproben reduziert, z. B. halbiert werden, was zu einer erheblichen Reduzierung in der Anzahl der Berechnungen und des Umfangs der erforderlichen Hardware führt.
Der effektive Suchblock hat eine Höhe von sechzehn Zeilen und eine Länge von achtundvierzig Abtastproben. Um die Bewegung großer ebener Flächen genau zu detektieren, benötigt man einen großen Suchblock. Der zentrale Teil von ebenen Flächen ist unwichtig, weil sich die Pixelwerte an diesen Punkten von einem Bild zum nächsten nicht ändern. Die Kanten solcher Objekte sind jedoch offensichtlich wichtig. Falls die Bewegungsdetektierung auf ± 24 Abtastproben horizontal und 18 Zeilen vertikal beschränkt wird, stellt ein Block der oben genannten Größe das Minimum dar, um eine genaue Bewegungsdetektierung zu gewährleisten.
In Normenwandlern liegt das Luminanz-Videosignal am Eingang des Bewegungsanalysierers 2 je nach Umwandlungsmodus in verschiedenen Formen mit 585 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde vor. Für die 525-Zeilen-Einangssignale kann die Wiederholung von Zeilen oder für die 625-Zeilen-Einangssignale die Wiederholung von Halbbildern umfassen. Außerdem enthält das Eingangssignal beide Feldpolaritäten. Der erste Prozeßschritt besteht darin, die Datenkontinuität und eine einzige Feldpolarität für die Bewegungsschätzung sicherzustellen. Dies geschieht durch Interpolation der Eingangsdaten mit Hilfe eines Vektor-Interface, um Kontinuität beizubehalten, und durch horizontale Filterung, um die anschließende Bewegungsdetektierung/Korrelation zu unterstützen.
Getrennte Ausgangssignale dieser Schaltung werden an Bewegungsschätzungs- Vektorfilter und Bewegungsdetektierung/Halbbildspeicher (Vektorwähler) weitergegeben. Das Ausgangssignal des Vektor-Interface bilden, wie oben beschrieben, räumlich kontinuierliche Daten mit einer einzigen Halbbildpolarität. Das Ausgangssignal für die Halbbildspeicher/Vektorwähler hängt von den Eingangs- und Ausgangsmoden ab. Bei einigen Moden ist es kontinuierlich, bei anderen enthält es wiederholte Zeilen/Halbbilder. Die oben beschriebenen Schritte werden von den Vektorfiltern und Vektorrechnern ausgeführt.
Die Verarbeitung erfolgt in den einzelnen Schritten durch Vektorrechner bzw. einen Vektorprozessor. Die Vektorrechner führen die Schritte 1 bis 5 aus, der Vektorprozessor den Schritt 6. Der Vektorprozessor führt außerdem die zweite Stufe der Bewegungsschätzung aus. Dies geschieht folgendermaßen:
Für jeden (8·16)-Block werden vier aus sieben Bewegungsvektoren ausgewählt. Diese sieben Bewegungsvektoren sind der eine Bewegungsvektor für diesen speziellen Block und die sechs für die jeweils nächstgelegenen Blöcke.
Außerdem bestimmt der Vektorprozessor die vier allgemeinsten Bewegungsvektoren über das ganze Eingangshalbbild. Diese werden als modale Bewegungsvektoren bezeichnet. Die erste Benutzung der modalen Bewegungsvektoren findet in den Randflächen in der Nähe der Kante eines Halbbildes statt, wo eine tatsächliche Berechnung irgendwelcher lokaler Bewegungsvektoren nicht möglich ist. Auch dann, wenn einer oder mehrere der lokalen Bewegungsvektoren gleich sind, werden diese durch die modalen Bewegungsvektoren ersetzt.
In dem nächsten Schritt der Bewegungsdetektierung werden die vier Bewegungsvektoren für jedes Pixel geprüft, indem die Differenz zwischen den extrapolierten Positionen vom Halbbild 0 zum Halbbild 1 erzeugt wird. Während der Normenwandlung muß ein Halbbild zwischen zwei Halbbildern, z. B. zwischen dem Halbbild 0 und dem Halbbild 1, interpoliert werden. So werden die zwischen diesen beiden Halbbildern erzeugten Bewegungsvektoren als diejenigen betrachtet, die die Bewegung am besten repräsentieren. Aus diesen zwei Halbbildern werden vier Bewegungsvektoren verwendet. Um zu entscheiden, welches der korrekte Bewegungsvektor ist, wird ein Pixel aus dem Halbbild 0 mit einem Pixel aus dem Halbbild 1 verglichen, wobei der Bewegungsvektor dazu benutzt wird, zu entscheiden, von wo aus dem Halbbild 0 das zu erzeugende Pixel stammt und wohin es in dem Halbbild 1 gewandert ist. Mathematisch ausgedrückt: Falls die Position x, y und z erzeugt werden muß, wobei x die horizontale Position, y die vertikale Position und z die zeitliche Position zwischen dem Halbbild 0 und dem Halbbild 1 bedeuten, haben die für den Vergleich herangezogenen Pixel die unten angegebenen Werte. Das Halbbild 0 liege bei z = 0 und das Halbbild 1 bei z = 1.
Pixel aus dem Halbbild 0
x&sub0; = x - (Vh*z)
y&sub0; = y - (Vv*z)
Pixel aus dem Halbbild 1
x&sub1; = x + (1-z)Vh
y&sub1; = y + (1-z)Vh
wobei
Vh die horizontale Vektorkomponente und
Vv die vertikale Vektorkomponente bedeuten.
Für jeden Bewegungsvektor wird ein Modul der Differenz zwischen den in dem Halbbild 0 und dem Halbbild 1 angezeigten Pixeln aufgesucht. Als erste Schätzung wird angenommen, daß die kleinste Differenz den korrekten Bewegungsvektor angibt. Falls eine Anzahl von Bewegungsvektoren eine sehr ähnliche Differenz ergeben, werden diese Bewegungsvektoren erneut geprüft, wobei ein Vergleich zwischen den Halbbildern -1 und 0 benutzt wird.
Pixel aus dem Halbbild -1
x&submin;&sub1; = x - (1+z)Vh
y&submin;&sub1; = y - (1-z)Vv
Der bei dieser zweiten Prüfung erzeugte kleinste Modul der Differenz der verbleibenden Bewegungsvektoren wird dann als derjenige betrachtet, der den Bewegungsvektor am genauesten repräsentiert.
Falls eine Anzahl von Bewegungsvektoren wiederum ähnliche Differenzen haben, ist zu vermuten, daß keine Bewegung vorhanden ist. Falls sich nur die horizontale Komponente änderte, die vertikale Komponente hingegen nicht, wird nur die horizontale Komponente auf Null gesetzt, und die vertikale Komponente wird auf dem detektierten Wert gehalten. Falls sich nur die vertikale Komponente geändert hat, wird die horizontale Komponente beibehalten und nur die vertikale Komponenten auf Null gesetzt. Falls die gewählte Pixeldifferenz zu groß gewählt ist, besteht die Alternative, den gesamten Bewegungsvektor im beiden Richtungen auf 0 zu setzen.
Sobald jedem Pixel ein Bewegungsvektor zugeordnet ist, wird ein letzter Schritt angewendet. Dabei wird die Bewegung jedes Pixels von einem Halbbild zum nächsten Halbbild verfolgt und der Vektorwert einer rekursiven Filterung unterzogen. Dadurch werden die Auswirkungen von Rauschen und kleinen Bewegungsschätzfehlern beseitigt und die Bahn der Bewegungsvektoren geglättet.
Es gibt zwei Möglichkeiten, um die Bewegung eines Pixels zu verfolgen.
Die erste Möglichkeit besteht darin, daß der Bewegungsvektor für ein Pixel in dem Halbbild t dazu herangezogen wird, auf ein Pixel in dem Halbbild (t+1) zu zeigen. Der Bewegungsvektor, der für dieses Pixel in dem Halbbild (t+1) bestimmt wurde, wird dann rekursiv gefiltert, um den endgültigen Bewegungsvektor für das Pixel in dem Halbbild (t+1) zu gewinnen.
Die zweite Möglichkeit besteht darin, daß der Bewegungsvektor für ein gegebenes Pixel in dem Halbbild t dazu verwendet wird, auf ein Pixel in dem Halbbild (t-1) zu zeigen. Der Bewegungsvektor für dieses Pixel wird dann mit dem Bewegungsvektor für das gegebene Pixel rekursiv gefiltert, um den endgültigen Bewegungsvektor für dieses gegebene Pixel in dem Halbbild t zu gewinnen.
In beiden Fällen ist das endgültige Ausgangssignal ein Bewegungsvektor für jedes Pixel. Dieses wird von dem Bewegungsanalysierer 2 dem Interpolator 1 zugeführt und dann bei der fluchtenden Ausrichtung der vier bei der Normenwandlung benutzten Halbbilder eingesetzt.
Fig. 2 zeigt ein ausführliches Blockschaltbild des ersten Normenwandlers zur Umwandlung eines digitalen Eingangsfernsehsignals mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde in ein digitales Ausgangsfernsehsignal mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde.
Das ankommende Videosignal mit 50 Halbbildern pro Sekunde und einer Abtastfrequenz von 13,5 MHz, d. h. ein Signal in Form von Daten nach CCIR 601, wird einem Demultiplexer 31 zugeführt, in dem es in Luminanzkomponenten Y, Synchronisiersignale SYNC und Chrominanzkomponenten UV zerlegt wird. Die Luminanzkomponenten Y werden einem Vier-Halbbild-Luminanz-Zeitbasiskorrigierer (TBC) 11Y zugeführt. Die Chrominanzkomponenten UV werden einem Vier-Halbbild-Chrominanz- Zeitbasiskorrigierer 11C zugeführt. Die Synchronisiersignale SYNC werden zusammen mit einem Eingangshalbbild-Polaritätssignal von einem externen Eingang und einem Ausgangshalbbild-Synchronisierreferenzsignal von einem weiteren externen Eingang einer Steuerung 32 zugeführt. Bestimmte Halbbilder werden von den Zeitbasiskorrigierern 11Y und 11C gelegentlich wiederholt, so daß das Ausgangssignal 60 Halbbilder pro Sekunde aufweist. Die Steuerung der Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C, durch die die Wiederholung eines Halbbilds verursacht wird, wird aus den Eingangshalbbild-Synchronisierimpulsen und den geforderten Ausgangshalbbild-Synchronisierimpulsen abgeleitet. Der Vergleich der Synchronisierimpulse liefert auch eine Zahl für den Zeit-Offset, die die Größe der zeitlichen Interpolation anzeigt die für die Ausgangssignale der Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C benötigt wird, um eine glatte Bewegung mit 60 Halbbildern pro Sekunde zu erreichen.
Bei der so vorgenommenen Umwandlung von 50 Halbbildern pro Sekunde in 60 Halbbilder pro Sekunde ist auch eine Umwandlung von 625 Zeilen in 525 Zeilen erforderlich. Deshalb müssen die ursprünglichen 625 Informationszeilen bei einer Halbbildfrequenz von 60 Halbbildern pro Sekunde beibehalten werden, damit sie alle zur Bildung der interpolierten Zeilen zur Verfügung stehen.
Der Normenwandler bedient sich einer Zwischennorm, die die gesamte aktive vertikale Information des Signals von 50 Halbbildern pro Sekunde bei der Rate von 60 Halbbildern pro Sekunde enthalten kann. Die Zwischennorm enthält außerdem die gesamte aktive Zeileninformation, die Zeile für Zeile orthogonal angeordnet ist, wobei weiterhin die ursprüngliche Abtastfrequenz von 13,5 MHz verwendet wird.
Die verwendete Zwischennorm, die, wie oben erwähnt, allen diesen Forderungen entsprechen kann, ist ein Format mit 585 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde. Da die aktive Zeilenbreite nur 720 Abtastproben beträgt, stehen noch 50 Abtastproben für die horizontale Austastung zur Verfügung.
Die Luminanzdaten (D) aus dem Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y werden über eine Verzögerungsanordnung 17Y zur Kompensation der Verarbeitung einem zeitlichen Luminanz-Schieberegister 16Y mit vier Halbbildspeichern (FS) 12Y, 13Y, 14Y und 15Y zugeführt. Der Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y liefert außerdem über die Verzögerungsanordnung 17Y ein "Einfriersignal" (F) zum zeitlichen Einfrieren an das Schieberegister 16Y. Der Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 11C liefert die Chrominanzdaten (D) über eine Verzögerungsanordnung 17C zur Kompensation der Verarbeitung an ein zeitliches Chrominanz-Schieberegister 16C mit vier Halbbildspeichern 12C, 13C, 14C und 15C. Der Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 11C liefert außerdem über die Verzögerungsanordnung 17C ein "Einfriersignal" zum zeitlichen Einfrieren an das Schieberegister 16C. Dem Schieberegister 16Y ist ein Luminanzinterpolator 1Y zugeordnet, der von jedem der Halbbildspeicher 12Y, 13Y 14Y und 15Y Eingangssignale aufnimmt und das 585-Zeilenformat ableitet. Das Ausgangssignal des Luminanzinterpolierers 1Y wird einem Zwei-Halbbild-Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 18Y zugeführt. Dem Schieberegister 16C ist ein Chrominanz-lnterpolator 1C zugeordnet, der von jedem der Halbbildspeicher 12C, 13C, 14C und 15C Eingangssignale aufnimmt und ebenfalls das 585-Zeilenformat ableitet. Das Ausgangssignal des Chrominanzinterpolierers 1C wird einem Zwei-Halbbild-Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 18C zugeführt. Wenn die Ausgangssignale der Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C während der Wiederholung eines Halbbildes "eingefroren" werden, werden auch die Schieberegister 16Y und 16C "eingefroren", so daß in diesen ständig vier verschiedene aufeinanderfolgende Halbbilder des Eingangssignals vorhanden sind. Die Schieberegister 16Y und 16C dienen also zur Lieferung der zeitlichen Abgriffe für die Interpolatoren 1Y und 1C.
Jeder zeitliche Abgriff erzeugt vier Zeilenabgriffe an einer Position, die von den Bewegungsvektoren abhängt, so daß zur Durchführung der erforderlichen Interpolation ein zweidimensionales Filter verwendet werden kann. Das interpolierte Bild enthält 576 aktive Zeilen, so daß ein korrektes Bild gewonnen wird, wenn jede sechste Zeile in einem Halbbild unterdrückt wird. Die verbleibenden 484 Zeilen erzeugen den aktiven Bildabschnitt für das 525-Zeilenformat. Um Zeilen auf diese Weise unterdrücken zu können, werden die Ausgangssignale der Interpolatoren 1Y und 1C dem Zwei-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer 18 zugeführt. Die Zeitbasiskorrigierer 18Y und 18C schreiben in alle 576/2 Zeilen ein, lesen jedoch nur die benötigten 484/2 Zeilen aus, um das erforderliche Ausgangsfernsehsignal zu erzeugen. Die Ausgangssignale der Luminanz- und Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 18Y bzw. 18C werden einem Multiplexer 34 zugeführt, der die Luminanzkomponenten Y und die Chrominanzkomponenten UV zusammenfaßt und Ausgangsdaten nach CCIR 601 in Form eines digitalen Fernsehsignals mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde liefert.
Die Steuerung 32 führt dem Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y und dem Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 11C Steuersignale (C) zu. Die Steuerung 32 führt außerdem dem Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y und dem Chrominanz-Zeitbasiskodierer 18C Steuersignale zu. Sie führt weiterhin dem Luminanz-Interpolator 1L und dem Chrominanz-Interpolator 1C Interpolations-Steuersignale (IC) zu.
Die Luminanzdaten werden allein so, wie sie von dem Luminanz-Zeitbasiskodierer 11Y kommen, auch dem in den oberen Teil von Fig. 2 dargestellten Bewegungsanalysierer 2 zur Erzeugung von Bewegungsvektoren zugeführt. Zwischen den Zeitbasiskorrigierern 11Y und 11C und dem Schieberegister 16Y bzw. 16C ist eine Verzögerung um ein Vollbild erforderlich, damit die für die Verarbeitung der Bewegungsvektoren erforderliche Zeit zur Verfügung steht. Das Einfrieren der Schieberegister 16Y und 16C muß deshalb ebenfalls um ein Vollbild verzögert werden. Diese Verzögerungen werden von den Verzögerungsanordnungen 17Y und 17C erzeugt.
Der Bewegungsanalysierer 2 umfaßt ein Vektor-Interface 35, dem die Luminanzdaten von dem Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y zusammen mit dem Interpolationssteuersignal von der Steuerung 32 zugeführt werden. Das Vektor-Interface 35 liefert auf 625 Zeilen interpolierte Daten an ein Vektorfilter 36 und einen Vektorrechner 37, die zusammen die oben beschriebene Bewegungsschätzung durchführen. Das Ausgangssignal des Vektorrechners 67 wird einem modalen Bewegungsvektorprozessor 38 sowie einer Subpixel-Bewegungsschätzeinrichtung 37 zugeführt. Der Bewegungsvektorprozessor 38 liefert vier Ausgangssignale und die Subpixel-Bewegungsschätzeinrichtung ein Ausgangssignal an einen Bewegungsvektorreduzierer 40, der vier Ausgangssignale an einen Vektorwähler 41 liefert.
Das Vektor-Interface 35 liefert außerdem die auf geradzahlige Halbbilder interpolierten Daten an eine Verzögerungsanordnung 42 zur Kompensation der Verarbeitungszeit, der er auch das empfangene Interpolationssteuersignal sowie ein zeitliches Einfriersignal (F) zuführt, das in der Vektorschnittstelle 35 erzeugt wird. Die Daten aus der Verzögerungsanordnung 42 werden einem zeitlichen Schieberegister 43 mit drei Halbbildspeichern 44, 45 und 46 zugeführt, die entsprechende Datenausgangssignale an den Vektorwähler 41 liefern. Die Verzögerungsanordnung 42 liefert das Interpolationssteuersignal an den Vektorwähler 41, der den ausgewählten Bewegungsvektor einem rekursiven Bewegungsvektorfilter 47 zuführt, dessen Ausgangssignal die Bewegungsvektordaten darstellt, die dem Luminanzinterpolator 1Y und dem Chrominanzinterpolator 1C zugeführt werden.
Die Art und Weise, in der der Bewegungsanalysierer 2 die Bewegungsvektordaten ableitet, wurde oben ausführlich beschrieben und wird weiter unten weiter erläutert, zunächst sei jedoch kurz die Funktion der Elemente 35 bis 43 und 47 beschrieben.
Das Vektor-Interface 35 empfängt die Luminanzdaten aus dem Luminanz-Zeitbasiskodierer 11Y und die Interpolationssteuersignale aus der Steuerung 32. Sie liefert an das Vektorfilter 36 Daten von 625 Zeilen, die normalerweise in dem 58 5/60- Format enthalten sind. Sie liefert außerdem Daten an die Verzögerungseinrichtung 42. Diese Daten müssen ein Bild enthalten, das dieselbe Zeilennorm hat, wie das geforderte Ausgangssignal und das wiederum normalerweise in dem 585/60-Format enthalten ist. Jedes Halbbild der interpolierten Daten ist außerdem so gestaltet, daß es geradzahlig erscheint.
Das Vektorfilter 36 erzeugt die gefilterten Bilddaten, die für die oben beschriebenen Schritte 1 bis 5 der Bewegungsdetektierung benötigt werden. Die gefilterten Bilddaten werden in Form reduzierter Abtastproben an den Vektorrechner 37 gegeben.
Der Vektorrechner 37 bearbeitet die gefilterten und durch Abtastung reduzierten Daten aus dem Vektorfilter 36 unter Verwendung eines Algorithmus, der durch die Ausdrücke in den obigen Schritte 1 bis 5 der Bewegungsdetektierung beschrieben wurde. Der Prozeß stellt im wesentlichen eine zweidimensionale binäre Suche nach Bewegung bis hinunter zur Pixel/Zeile-Auflösung dar. Für jedes Halbbild werden 1200 Bewegungsvektoren erzeugt und sowohl dem modalen Vektorprozessor 38 als auch der Subpixel-Bewegungs-Schätzeinrichtung 39 zugeführt. Er liefert außerdem umgebende gewichtete absolute Differenzwerte (WAD), die in dem oben erwähnten Schritt 5 berechnet wurden, an die Subpixel-Bewegungs-Schätzeinrichtung 39. Einzelheiten der WAD-Berechnungen sind in "Advances in Picture Coding", Musmann et al. Proceedings of the IEEE, April 1985, beschrieben. Der spezifische WAD-Wert, der das Minimum in dem Schritt 5 der Bewegungsdetektierung darstellt, liefert eine Gütezahl (FOM).
Der Vektorprozessor 38 berechnet die vier allgemeinsten Bewegungsvektoren, die in jedem Halbbild detektiert werden, und liefert sie an den Vektorreduzierer 40.
Die Subpixel-Bewegungsschätzeinrichtung 39 empfängt die Bewegungsvektoren von dem Vektorrechner 37 zusammen mit den umgebenden WAD-Werten. Aus diesen schätzt er die Subpixel-Bewegung, die den Bewegungsvektorwerten angefügt wird. Mit jedem Bewegungsvektor wird auch sein entsprechender endgültiger WAD-Wert dem Vektorreduzierer 40 zugeführt.
Der Vektorreduzierer 40 nimmt die Bewegungsvektoren von dem Vektorprozessor 38 und von der Subpixel-Bewegungs-Schätzeinrichtung 3 auf. Für jeden Bewegungsvektor aus der Subpixel-Bewegungs-Schätzeinrichtung 39 werden die sechs Bewegungsvektoren zusammengefaßt, die ihm am nächsten liegen. Für jedes Bewegungsvektor gibt es dann elf Auswahlvorgänge. Der Reduzierungsprozeß wählt aus den elf Bewegungsvektoren vier aus, die dann dem Vektorwähler 41 zugeführt werden.
Der Vektorreduzierer 40 liefert an den Vektorwähler 41 vier repräsentative Bewegungsvektoren für jeden aus 16 Pixeln · 8 Zeilen bestehenden Bildblock. Durch Pixelvergleich über drei Halbbilder wählt der Vektorwähler 41 für jedes Pixel in dem Bild einen einzelnen besten Bewegungsvektor aus. Der ausgewählte Bewegungsvektor wird dem Bewegungsvektorfilter 47 zugeführt.
Die Verzögerungsanordnung 42 verzögert die Daten um ein Vollbild minus 21 Zeilen, um andere Verzögerungen in dem System zu kompensieren.
Das zeitliche Schieberegister 43 hält die Daten der drei Halbbilder, die von den Vektorwählern 41 verwendet werden, und liefert sie aus.
Das Bewegungsvektorfilter 47 verfolgt einen Bewegungsvektor von einem Halbbild zum nächsten und bewirkt eine gewisse Filterung der Bewegungsvektoren, indem es Bewegungsvektoren in verschiedenen Halbbildern kombiniert und dadurch Fehler bei der Bewegungsdetektierung reduziert. Das Ausgangssignal des Bewegungsvektorfilters 47 wird den Luminanz-Interpolatoren 1Y und 1C zugeführt und steuert das Ausrichten der Halbbilddaten.
Genau die gleiche Hardware kann auch als Zeitlupenprozessor mit guter Bewegungswiedergabe entweder für ein 625/50- oder ein 525/60-Fernsehsignal benutzt werden. Der Vertikalinterpolator für die Umwandlung der Zeilenzahl ist jedoch nicht erforderlich. In jedem Falls bestimmt die Steuerung 32 den jeweils erforderlichen Vorgang, indem sie die Eingangs/Ausgangs-Norm aus den Eingangs- und Ausgangshalbbild-Synchronisierimpulsen ermittelt. Bei der Zeitlupe wird die Polarität des Eingangshalbbildes benutzt.
Während bei der Umwandlung von 50 Halbbildern pro Sekunde in 60 Halbbilder pro Sekunde gelegentlich ein Halbbild wiederholt wurde, wird bei der Zeitlupe das Halbbild ebenso oft wiederholt, wie das Eingangshalbbild wiederholt wird. Da wiederholte Halbbilder nicht in die Schieberegister 16Y und 16C eingeschrieben werden, enthalten diese wieder unterschiedliche aufeinanderfolgende Halbbilder. Es ist in der Tat so, daß dann, wenn ein Videorekorder ohne irgendeine Interpolation von seiner Seite wiedergibt, die ursprüngliche Zwischenzeilenstruktur beibehalten wird, die die Erzeugung von Bildern mit voller Auflösung ermöglicht. Der erforderliche Zeit-Offset wird berechnet, indem die tatsächlichen Halbbildfrequenzimpulse, seien es 50 Halbbilder pro Sekunde oder 60 Halbbilder pro Sekunde, mit der Frequenz verglichen wird, mit der ein neues Halbbild empfangen wird. Um den Zeit-Offset auf diese Weise zu bestimmen, muß dem System ein Signal zur Verfügung stehen, das die wirkliche Halbbildpolarität des wiederholt wiedergegebenen Halbbildes anzeigt. Der Vertikalinterpolator erzeugt stets die am Ausgang benötigte Halbbildpolarität.
Vom Konzept her werden die Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C für den Zeitlupenbetrieb nicht unbedingt benötigt, ihr Vorhandensein erleichtert jedoch die Rahmensynchronisation und vereinfachen die Systemkonfiguration.
Der zweite Normenwandler zur Umwandlung eines digitalen Eingangsfernsehsignals mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde in ein digitales Ausgangsfernsehsignal mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde ist in Fig. 3 als ausführliches Blockschaltbild dargestellt.
Die Interpolation erfordert in diesem Fall, daß alle Eingangsdaten aufeinanderfolgend zur Verfügung stehen. Es ist deshalb in diesem Fall nicht möglich, vor den Interpolatoren 1Y und 1C in 50 Halbbilder pro Sekunde umzuwandeln. Die Eingangsdaten enthalten jedoch nur 484 aktive Zeilen, während die Interpolatoren 1Y und 1C 576 Zeilen erzeugen müssen. Die Zwei-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer 18Y und 18C befinden sich deshalb vor dem Normenwandler, um die erforderlichen Zeitschlitze für die Umwandlung von 484 in 576 Zeilen zur Verfügung zu stellen.
Die ursprüngliche kontinuierliche Zeilenstruktur wird in die Zeitbasiskorrigierer 18Y und 18C eingeschrieben und in der 585-Zeilennorm ausgelesen, wobei etwa jede sechste Zeile leer ist. Die Interpolatoren 1Y und 1C dienen dann dazu, ein kontinuierliches Bild mit der Ausgangszeilenzahl zu erzeugen, indem ihre Zeilenspeicher während der leeren Eingangszeile eingefroren wird und die erforderliche zusätzliche Zeile am Ausgang erzeugt wird, so daß die Erzeugung eines räumlich korrekten Bildes gewährleistet ist. Der erforderliche Zeit-Offset wird wie bei dem ersten Normenwandler detektiert und angewendet, obwohl die Interpolation so vorgenommen wird, daß gelegentlich ein Halbbild unterdrückt werden kann, wodurch die glatte Bewegung verlassen wird. Das Halbbild wird in der Weise unterdrückt, daß eine Umwandlung von 60 Halbbildern pro Sekunde in 50 Halbbilder pro Sekunde erreicht wird. Die Unterdrückung eines Halbbildes erfolgt mit Hilfe der Vier-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C am Ausgang.
Somit unterscheidet sich der zweite Normenwandler von dem in Fig. 2 dargestellten ersten Normenwandler nur geringfügig. Insbesondere sind die Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y und 18Y und die Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 11C und 18C jeweils vertauscht. Außerdem werden keine Signale für das zeitliche Einfrieren benötigt.
In beiden Fällen hat die Steuerung 32 verschiedene Funktionen: Sie steuert das Auslesen und Einschreiben der Zeitbasiskorrigierer 11Y, 11C, 18Y und 18C; sie erzeugt eine Zeit-Offset-Zahl und, im Fall des ersten Normenwandlers, das Signal für das zeitliche Einfrieren, und sie erzeugt zusammen mit den Steuersignalen für die vertikale Interpolation eine vertikale Offset-Zahl. Diese Funktionen werden nun näher beschrieben.
Zunächst schalten die Zwei-Halbbild-Luminanz- und -Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 18Y und 18C am Ende jedes 60 Hz Halbbildes stets zwischen Halbbildspeichern um. Die Betätigung der Vier-Halbbild-Luminanz- und -Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C hängt jedoch von der Betriebsart ab, und ihre Steuerung ist außerdem mit der Erzeugung des Zeit-Offset-Signals verbunden. Und zwar wird die Steuerung der Luminanz- und Chrominanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y und 11C aus den Eingangs- und Ausgangshalbbild-Synchronisiersignalen bestimmt.
Anhand von Fig. 4 und 5 sei nun die Ableitung des Zeit-Offset-Signals bei der Umwandlung von dem 525/60-Format auf das 625/50-Format beschrieben.
Wie Fig. 4 zeigt, enthält die Steuerung 32 einen Zeilenzähler 61 und eine erste und eine zweite Halteschaltung 62 bzw. 63. Dem Takteingang des Zeilenzählers 61 wird ein Zeilentaktsignal zugeführt. Dem Rücksetzeingang des Zeilenzählers 61 und dem Takteingang der zweiten Halteschaltung 63 wird ein Eingangshalbbild-Synchronisiersignal zugeführt. Das Ausgangshalbbild-Synchronisiersignal wird dem Takteingang der ersten Verriegelungsschaltung 62 zugeführt. Das Ausgangssignal des Zeilenzählers 61 wird dem Eingang der ersten Halteschaltung 62 zugeführt, deren Ausgangssignal dem Eingangssignal der zweiten Halteschaltung 63 zugeführt wird. Das Ausgangssignal der zweiten Halteschaltung 63 bildet das Zeit-Offset- Signal, das den Luminanz- und Chrominanz-Schieberegistern 11Y, 11C, 18Y und 18C zugeführt wird.
Die Eingangs- und Ausgangshalbbild-Synchronisiersignale sind in Fig. 5A bzw. 5B dargestellt. Fig. 5C zeigt das Ausgangssignal des Zeilenzählers 61, das wiederholt von 0 bis 524 zählt. Fig. 5D und 5E zeigen die Ausgangssignale der ersten Halteschaltung 62 bzw. der zweiten Halteschaltung 63. Durch das Verriegeln des Zählers 61 wird die geforderte Proportion der Eingangshalbbildperiode bestimmt. Der Wert tn der zeitlichen Verschiebung zeigt die Position zwischen zwei Eingangshalbbildern an, an der das Ausgangshalbbild interpoliert werden muß, so daß dann, wenn das in Fig. 5A schraffiert dargestellte Halbbild unterdrückt wird, trotzdem noch eine kontinuierliche Bewegung stattfindet. Das in Fig. 5E schraffiert dargestellte Halbbild, das den Zeit-Offset benutzt, ist das unterdrückte Halbbild. Man erkennt in Fig. 5A und 5B, daß das unterdrückte Halbbild dasjenige ist, dem keine neue zeitliche Verschiebung zugeordnet ist. Das (durch einen Pfeil gekennzeichnete) Halbbild, das unterdrückt werden soll, wird der folgenden Schaltung durch das zeitliche Einfriersignal angezeigt.
Anhand von Fig. 6 und 7 sei nun die Gewinnung des Zeit-Offset-Signals für den Fall einer Normenwandlung von dem 625/50-Format in das 525/60-Format beschrieben.
Wie Fig. 6 zeigt, umfaßt die Steuerung 32 einen Zeilenzähler 71 und eine Halteschaltung 72. Dem Takteingang des Zeilenzählers 71 wird ein Zeilentaktsignal zugeführt, während dem Rücksetzeingang des Zeilenzählers 71 das Eingangshalbbild- Synchronisiersignal zugeführt wird. Das Ausgangshalbbild-Synchronisiersignal wird dem Takteingang der Halteschaltung 72 zugeführt. Das Ausgangssignal des Zeilenzählers 71 wird dem Eingang der Halteschaltung 72 zugeführt, deren Ausgangssignal das Zeit-Offset-Signal bildet, das den Luminanz- und Chrominanz-Schieberegistern 11Y, 11C, 18Y und 18C zugeführt wird.
Die Eingangs- und Ausgangshalbbild-Synchronisiersignale sind in Fig. 7A bzw. 7B dargestellt. Fig. 7C zeigt das Ausgangssignal des Zeilenzählers 71, der wiederholt von 0 bis 624 zählt. Fig. 7D zeigt das Ausgangssignal der Halteschaltung 72. Durch Verriegeln des Zählers 71 wird die geforderte Proportion der Eingangshalbbildperiode bestimmt. Der Wert tn der zeitlichen Verschiebung zeigt also wieder die Position zwischen zwei Eingangshalbbildern an, an der das Ausgangshalbbild interpoliert werden muß, so daß dann, wenn das schraffierte Halbbild wiederholt wird, noch eine kontinuierliche Bewegung stattfindet. Das wiederholte Halbbild ist dasjenige, dem zwei zeitliche Verschiebungswerte zugeordnet sind. Das (durch einen Pfeil gekennzeichnete) Halbbild, das wiederholt werden soll, wird der nachfolgenden Schaltung durch das zeitliche Einfriersignal angezeigt.
Die Gewinnung des Zeit-Offset-Signals für den Zeitlupenfall ist unabhängig davon, ob von 525/60 auf 525/60 oder von 625/50 auf 625/50 gearbeitet wird, jeweils gleich und wird im folgenden anhand von Fig. 8 und 9 beschrieben.
Wie Fig. 8 zeigt, besitzt die Steuerung 32 einen Zeilenzähler 81, einen Halbbildzähler 82, erste bis vierte Halteschaltungen 83 bis 86, ein Exklusiv-ODER-Gatter 87 und einen Skalierer 88. Das Eingangshalbbild-Synchronisiersignal wird dem Takteingang der ersten Halteschaltung 83, dem Takt-Aktivierungseingang des Halbbildzählers 82 und einem zweiten Rücksetzeingang des Zeilenzählers 81 zugeführt. Das Eingangshalbbild-Polaritätssignal wird der ersten Halteschaltung 83 und von dort der zweiten Halteschaltung 84 und einem Eingang der Gatterschaltung 87 zugeführt. Die zweite Halteschaltung 84 liefert ein Ausgangssignal an den zweiten Eingang der Gatterschaltung 87, deren Ausgangssignal dem ersten Rücksetzeingang des Zeilenzählers 81, dem Rücksetzeingang des Halbbildzählers 82 und dem Takteingang der dritten Halteschaltung 85 zugeführt wird, die eine Geschwindigkeitsdetektor-Halteschaltung bildet. Dem Takteingang der zweiten Halteschaltung 84 und den Takteingängen des Zeilenzählers 81 und des Halbbildzählers 84 wird ein Zeilentaktsignal zugeführt. Das Ausgangssignal des Zeilenzählers 81 wird einem Eingang des Skalierers 88 zugeführt. Das Ausgangssignal des Halbbildzählers 82 wird dem Eingang der dritten Halteschaltung 85 und einem Offset-Eingang des Skalierers 88 zugeführt. Das Ausgangshalbbild-Synchronisiersignal wird dem Takteingang der vierten Halteschaltung 86 zugeführt. Das Ausgangssignal der dritten Halteschaltung 85 wird dem Skalierungsfaktor-Eingang des Skalierers 88 zugeführt, dessen Ausgangssignal der vierten Halteschaltung 86 zugeführt wird. Das Ausgangssignal der vierten Halteschaltung 86 bildet das Zeit-Offset-Signal.
Das Eingangshalbbild-Synchronisiersignal und das Eingangshalbbild-Polaritätssignal sind in Fig. 9A bzw. 9B dargestellt. Fig. 9C zeigt ebenfalls die Eingangshalbbild- Synchronisiersignale, Fig. 9D die Ausgangshalbbild-Synchronisiersignale. Fig. 9E und 9F zeigen die Funktionen des Halbbildzählers 82 und des Zeilenzählers 81, die Halbbilder bzw. Zeilen von O bis N zählen Fig. 9G zeigt das Ausgangssignal der vierten Halteschaltung 86, das das Zeit-Offset-Signal darstellt. Fig. 9H zeigt das zeitliche Einfriersignal (das bei niedrigem Pegel aktiv ist). Wie durch die Pfeile angedeutet, ist das schraffierte Halbbild, das den Zeit-Offset benutzt, eine Wiederholung des vorhergehenden Halbbildes, das den Zeit-Offset t1 benutzte.
Zur Erzeugung des zeitlichen Einfriersignals enthält die Steuerung 30, wie in Fig. 10 dargestellt, ein synchrones RS-Flip-Flop 91, eine Halteschaltung 92, einen Inverter 93 und ein UND-Glied 94. Das Ausgangshalbbild-Synchronisiersignal wird einem Eingang des Flip-Flops 91, dem Eingang des Inverters 93 und einem Takt-Aktivierungseingang der Halteschaltung 92 zugeführt. Das Eingangshalbbild-Synchronisiersignal wird dem anderen Eingang des Flip-Flops 91 zugeführt, während den Takteingängen des Flip-Flops 91 und der Halteschaltung 92 ein Zeilentaktsignal zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Flip-Flops 91 wird einem Eingang der Gatterschaltung 94 zugeführt, an deren anderem Eingang das Ausgangssignal des Inverters 93 anliegt. Das Ausgangssignal der Gatterschaltung 94 wird dem Eingang der Halteschaltung 92 zugeführt, deren Ausgangssignal das zeitliche Einfriersignal bildet. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist so, daß dann, wenn mehr als ein Ausgangshalbbild-Synchronisierimpuls auf einen Eingangshalbbild-Synchronisierimpuls folgt, ein Einfrieren stattfindet.
Anhand von Fig. 2 sei nun die Erzeugung der vertikalen Offset-Zahl durch die Steuerung 32 beschrieben. Der gleiche Adressengenerator, der die Daten aus dem Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y in den Luminanz-Interpolator 1Y und den Bewegungsanalysierer 2 einliest, adressiert auch einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese- Speicher (EPROM), der die vertikale Offset-Zahl nötigenfalls zusammen mit vertikalen Einfriersignalen liefert.
(In der Anordnung nach Fig. 3, die für die Umwandlung von dem 525/60-Format in das 625/50-Format dient, werden die Leseadressen des Luminanz-Zeitbasiskorrigierers 18Y verwendet, in allen anderen Betriebsarten jedoch die Leseadressen des Luminanz-Zeitbasiskorrigierers 11Y).
Die vertikale Offset-Zahl wird unter der Annahme erzeugt, daß sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangshalbbilder geradzahlig sind. Sie zeigt dann die Position zwischen zwei Eingangszeilen an, an der die Ausgangszeile so interpoliert werden muß, daß ein verzerrungsfreies Bild erzeugt wird, wenn
- bei der Umwandlung von 625/50 auf 525/60 gelegentlich eine Zeile unterdrückt wird oder
- bei der Umwandlung von 525/60 auf 625/50 gelegentlich eine Zeile wiederholt wird.
Wenn von dem Luminanz-Zeitbasiskorrigierer 11Y (18Y) eine Zeile wiederholt wird, wird ein vertikales Einfriersignal erzeugt. Falls die Eingangshalbbilder nicht geradzahlig sind, müssen sich die Interpolatoren 1Y und 1C der Eingangshalbbildpolarität und der Ausgangshalbbildpolarität bedienen, um eine korrekte Interpolation zu gewährleisten.
Der Speicherinhalt des EPROMs wird in ähnlicher Weise erzeugt, wie dies oben in Verbindung mit Fig. 10 für das Zeit-Offset-Signal beschrieben wurde, wobei die bekannte Zeilenposition sowohl in einem 525-Zeilen- als auch in einem 625-Zeilen-Bild verwendet wird.
Anhand von Fig. 11 bis 13 seien nun Aufbau und Funktion des Vektorreduzierers 40 beschrieben, der von der vorliegenden Erfindung speziell betroffen ist.
Wie oben erläutert wurde, werden pro Halbbild 1200 Bewegungsvektoren erzeugt. Jeder Bewegungsvektor ist einem Pixelblock aus 8 Zeilen · 16 horizontalen Abtastproben zugeordnet.
Selbstverständlich kennzeichnet ein Bewegungsvektor die Bewegung in einem bestimmten Block nicht unabhängig von der Größe dieses Blocks. Deshalb müssen für jeden Block die Bewegungsvektoren so ausgewählt werden, daß jedes Pixel innerhalb des Blocks eine deutliche Chance hat, daß seine Bewegung genau abgeschätzt wird.
Im vorliegenden Fall werden aus sieben lokalen Bewegungsvektoren vier Bewegungsvektoren ausgewählt. Diese vier Bewegungsvektoren werden dann einem zweiten Prozessor zugeführt, der aus diesen vier Bewegungsvektoren einen auswählt.
Die Bewegungsvektoren sind im kartesischen Koordinatensystem dargestellt und stehen damit in Form einer vertikalen Komponente und einer horizontalen Komponente zur Verfügung. Jedem Bewegungsvektor ist eine Gütezahl zugeordnet, die auf der gewichteten absoluten Differenz in einem Block basiert. Diese stellt eine quantitative Wertung des Korrelationsgrads innerhalb eines Blocks dar.
Man betrachte Fig. 11, die die obere linke Ecke des Bewegungsvektor-Arrays für drei aufeinanderfolgende Halbbilder zeigt und in der die sieben Bewegungsvektoren dargestellt sind, aus denen vier ausgewählt werden. Es sei in diesem Beispiel ein Block A betrachtet. Sein zugeordneter Bewegungsvektor bildet selbstverständlich einen der sieben Bewegungsvektoren. Die vier nächstgelegenen Bewegungsvektoren aus demselben Halbbild, d. h. die Bewegungsvektoren über, unter und rechts und links neben dem laufenden Bewegungsvektor, werden ebenfalls benutzt. Die verbleibenden zwei Bewegungsvektoren sind diejenigen, die in dem nächstfolgenden und in dem vorhergehenden Halbbild die gleiche räumliche Position haben, wie der Block A. Dieses sind die Lagen der sieben Bewegungsvektoren, die für alle Blöcke mit Ausnahme der äußeren Kanten des Arrays ausgewählt werden. Wie aus Fig. 11 erkennbar ist, ist dann nicht notwendigerweise ein nächstgelegener Bewegungsvektor vorhanden. In dieser Situation wird (werden) der (die) nächste(n) nächstgelegene(n) Bewegungsvektor(en) aus weiteren Bewegungsvektoren innerhalb des Arrays ausgewählt.
Welche vier aus den sieben Bewegungsvektoren bestimmt werden, ist Sache eines Vergleichs der den sieben Bewegungsvektoren zugeordneten Gütezahlen. Und zwar werden diejenigen vier Bewegungsvektoren ausgewählt, deren Gütezahlen am kleinsten sind.
In diesem Zeitpunkt können die Gütezahlen dann "ausrangiert" werden. Die vier Bewegungsvektoren werden einer weiteren Prüfung unterzogen, um festzustellen, ob einer oder mehrere von ihnen gleich sind. Die vertikalen und horizontalen Komponenten werden als Zweier-Komplemente dargestellt, die sowohl ganzzahlige Teile als auch Bruchteile aufweisen. Während des Vergleichsschrittes können einige oder alle Bruchteile und das niedrigstwertige Bit des ganzzahligen Teils maskiert werden, was in der Wirkung eine Empfindlichkeitssteuerung des Vergleichsschrittes darstellt.
Wenn festgestellt wird, daß einer oder mehrere Bewegungsvektoren gleich sind, werden die redundanten Bewegungsvektoren, im ungünstigsten Fall drei, durch einen der vier modalen Bewegungsvektoren ersetzt.
Der Bewegungsvektorreduzierer 40 hat also eine Auswahl von vier aus sieben Bewegungsvektoren zu treffen, wobei die sieben Bewegungsvektoren aus fünf Bewegungsvektoren des laufenden Halbbilds und jeweils einem Bewegungsvektor des nächstfolgenden und des vorhergehenden Halbbilds herausgegriffen sind. Um diese Forderung zu erfüllen, benötigt man vier Bewegungsvektor-Halbbildspeicher, die jeweils 1200 Bewegungsvektoren und ihre zugeordneten Gütezahlen speichern können. Fig. 12 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild des gesamten Vektorreduzierers 40.
Der Vektorreduzierer 40 umfaßt acht Register (R) 101 bis 108, vier Bewegungsvektor-Halbbildspeicher 109 bis 112, einen 4-aus-7-Prozessor 113 sowie Ausgangsspeicher 114, die in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind und Eingangssignale aufnehmen.
Die vier Bewegungsvektor-Halbbildspeicher 109 bis 112 werden zyklisch betrieben, wobei drei der Halbbildspeicher 109 bis 112 Daten für das laufende, das nächstfolgende und das vorhergehende Halbbild liefern, während der vierte mit dem beschrieben wird, was sich in dem nächsten Halbbild befindet, d. h., den Daten des nächsten Halbbildes. In dem folgenden Halbbild werden diese Daten dann Daten des laufenden Halbbilds sein, dann Daten des vorgehenden Halbbilds. Schließlich steht der Speicher für erneutes Einschreiben bereit. Die anderen drei der Bewegungsvektor-Halbbildspeicher 109 bis 112 folgen einem ähnlichen Muster.
Das Verfahren, das bei der Bestimmung der besten vier aus sieben Bewegungsvektoren angewendet wird, besteht darin, daß diejenigen vier aus den insgesamt sieben Bewegungsvektoren ausgewählt werden, deren Gütezahlen ein Minimum darstellen. In der Praxis ist es einfacher, festzustellen, welche drei Bewegungsvektoren maximale Gütezahl aufweisen.
Fig. 13 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines 4-aus-7-Bewegungsvektor-Prozessor 120 zum viermaligen Auslesen der sieben Bewegungsvektoren, bevor festgestellt wird, welches die besten vier sind. Es sind drei Lesezyklen erforderlich, um die drei maximalen Gütezahlen zu bestimmen, sowie ein Zyklus, um die besten vier Bewegungsvektoren für diesen speziellen Block auszulesen.
Der Prozessor 120 umfaßt sechs synchron ladbare Register (SLRs) 121 bis 126, vier Komparatoren 127 bis 130, zwei UND-Glieder 131 und 132 und drei ODER-Glieder 133 bis 135, die in der dargestellten Weise mit einander verbunden sind und Eingangssignale aufnehmen.
Der Prozessor 120 arbeitet in folgender Weise: Die sieben Gütezahlen werden nacheinander in das SLR 122 eingetaktet, wobei am Anfang jedes Zyklus die erste Gütezahl durch den mit dem Ausgangssignal des Komparators 127 UND-verknüpfte Startbefehl zwangsweise in das SLR 123 eingegeben wird. Jedesmal, wenn sich herausstellt, daß eine Gütezahl größer ist als die vorherige Gütezahl, wird ihr Wert in das SLR 123 geladen, und zwar zusammen mit der Adresse der speziellen Gütezahl, die in Abhängigkeit davon, welcher der drei Lesezyklen gerade abläuft, entweder in das SLR 124, das SLR 125 oder das SLR 126 geladen ist. Falls beispielsweise während des ersten Zyklus die zweite Gütezahl die größte ist, wird ihre Adresse in das SLR 124 geladen. Während des zweiten Zyklus geht das Ausgangssignal des Komparators 128 auf niedrigen Pegel, wenn die Adresse der zweiten Gütezahl auftritt. Dadurch wird der Takt für das SLR 122 deaktiviert, so daß die zweite Gütezahl in dem zweiten Zyklus nicht enthalten ist usw., bis alle drei Zyklen beendet sind. Zu dieser Zeit sind dann die Adressen der drei maximalen Gütezahlen bekannt.
Während der vierten Zyklus dienen die UND-verknüpften Ausgangssignale der Komparatoren 128, 129 und 130 zur Deaktivierung des Takts für das SLR 121, wobei eine 4-Pegel-Pipeline-Verzögerung vorgesehen ist, deren Funktion darin besteht, die vier ausgewählten Bewegungsvektoren für den nächsten Prozeß bereitzuhalten.
Der letzte Prozeßschritt vor der Übergabe der Bewegungsvektoren an den Ausgang besteht darin, festzustellen, ob irgendwelche der vier ausgewählten Bewegungsvektoren gleich sind. Dies geschieht durch eine Komparatorschaltung, die gleiche Bewegungsvektoren durch modale Bewegungsvektoren ersetzt. Es sei daran erinnert, daß die vier ausgewählten Bewegungsvektoren einem Block von Pixeln der Größe 8 Zeilen · 16 Abtastproben zugeordnet sind, wobei pro horizontale Zeile 40 derartige Blöcke vorhanden sind. So werden für acht Zeilen die gleichen Daten benötigt. Um die 4-aus-7-Berechnung pro acht Zeilen einmal auszuführen, werden die Bewegungsvektoren nach ihrer Bestimmung in einem von zwei Ausgangsspeichern 114 gespeichert. Es ist dann möglich, die benötigten Bewegungsvektoren aus diesem Speicher auszulesen, während die Bewegungsvektoren für die nächsten acht Zeilen bestimmt und in den anderen Ausgangsspeicher 114 eingeschrieben werden.
Es sei auf sieben weitere Europäische Patentanmeldungen verwiesen, die den GB-Patentanmeldungen 8728446, 8728447, 8728448, 8728449, 8728450, 8728451 und 8728452 entsprechen. Diese betreffen ähnliche Gegenstände und wurden am gleichen Tag hinterlegt wie die vorliegende Patentanmeldung. Ihr Offenbarungsgehalt wird hiermit in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen.

Claims

1. Verfahren zur Reduzierung der Anzahl der einem digitalen Fernsehbild zugeordneten Bewegungsvektoren, gekennzeichnet durch die Merkmale

Gewinnen einer Mehrzahl von Bewegungsvektoren für jeden Block von Pixeln in dem Fernsehbild, die die allgemeinsten Bewegungsvektoren von Pixeln in diesem Block repräsentieren, wobei jedem aus dieser Mehrzahl von Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist,

Hinzufügen eines weiteren Bewegungsvektors aus dem vorhergehenden Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block zu der genannten Mehrzahl von Bewegungsvektoren, sowie eines weiteren Bewegungsvektors aus dem nächsten Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block, wobei jedem dieser weiteren Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist, und

Auswählen einer kleineren Anzahl von Bewegungsvektoren aus der Mehrzahl von Bewegungsvektoren und den weiteren Bewegungsvektoren in Abhängigkeit von den genannten Angaben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jede der genannten Angaben eine Gütezahl

ist, die auf der gewichteten absoluten Differenz der Bewegungsvektoren von Pixeln in dem betreffenden Block basiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bewegungsvektoren gewonnen werden, indem die Bewegung in dem Bild an Punkten bestimmt wird, die um eine vorbestimmte Anzahl von Abtastproben in horizontaler Richtung und um eine vorbestimmte Anzahl von Abtastproben in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind, wobei ein Blockausgleichsverfahren mit sukzessiver Verfeinerung der so gewonnenen Bewegungsvektorschätzung Anwendung findet.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Blockausgleichsverfahren folgende Schritte umfaßt:

es wird auf minimale Differenz in drei Positionen geprüft, nämlich der zentralen Position eines Blocks, in einer eine vorbestimmte Anzahl von Abtastproben links liegenden Position und in einer die gleiche vorbestimmte Anzahl von Abtastproben rechts liegenden Position,

es wird, beginnend von dem durch den vorigen Schritt angegebenen Punkt minimaler Differenz und in Schritten, die eine kleinere vorbestimmte Anzahl von Abtastproben oder Zeilen umfassen, in neun um diesen Punkt symmetrisch verteilten Positionen auf minimale Differenz geprüft,

es wird, beginnend von dem durch den vorigen Schritt angegebenen Punkt minimaler Differenz und in Schritten, die eine noch kleinere vorbestimmte Anzahl von Abtastproben oder Zeilen umfassen, in neun um diesen Punkt symmetrisch verteilten Positionen auf minimale Differenz geprüft,

es wird, beginnend von dem durch den vorigen Schritt angegebenen Punkt minimaler Differenz und in Schritten, die eine nochmals kleinere vorbestimmte Anzahl von Abtastproben oder Zeilen umfassen, in neun um diesen Punkt symmetrisch verteilten Positionen auf minimale Differenz geprüft,

es wird, beginnend von dem oben angegebenen Punkt, in Schritten von einer Abtastprobe oder Zeile auf minimale Differenz in neun Positionen geprüft, die symmetrisch um den obigen Startpunkt verteilt sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4 mit dem auf den letzten Schritt von Anspruch 4 folgenden weiteren Schritt, daß die an der durch den genannten letzten Schritt angegebenen endgültigen Position erzeugte Differenz zur Justierung des vertikalen Vektorwerts mit den beiden darüber und darunter liegenden Differenzen und zur Justierung des horizontalen Vektorwerts mit den beiden links und rechts liegenden Differenzen verglichen wird.

6. Gerät zur Reduzierung der Anzahl der einem digitalen Fernsehbild zugeordneten Bewegungsvektoren, gekennzeichnet durch

eine Einrichtung (36 bis 39) zum Gewinnen einer Mehrzahl von Bewegungsvektoren für jeden Block von Pixeln in dem Fernsehbild, die die allgemeinsten Bewegungsvektoren von Pixeln in diesem Block repräsentieren, wobei jedem aus dieser Mehrzahl von Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist,

eine Einrichtung (40) zum Hinzufügen eines weiteren Bewegungsvektors aus dem vorhergehenden Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block zu der genannten Mehrzahl von Bewegungsvektoren, sowie eines weiteren Bewegungsvektors aus dem nächsten Halbbild für die räumlich gleiche Position wie der genannte Block, wobei jedem dieser weiteren Bewegungsvektoren eine Angabe über seine Genauigkeit zugeordnet ist,

und eine Einrichtung (40) zum Auswählen einer kleineren Anzahl von Bewegungsvektoren aus der Mehrzahl von Bewegungsvektoren und den weiteren Bewegungsvektoren in Abhängigkeit von den genannten Angaben.

7. Gerät nach Anspruch 6, bei dem jede der genannten Angaben eine Gütezahl ist, die auf der gewichteten absoluten Differenz der Bewegungsvektoren von Pixeln in dem betreffenden Block basiert.

8. Gerät nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Einrichtung (36 bis 39) zum Ableiten der Mehrzahl von Bewegungsvektoren ein Vektorfilter (36) und einen Vektorrechner (37) umfaßt, die die Bewegung in dem Bild an Punkten bestimmen, die um eine vorbestimmte Anzahl von Abtastproben in horizontaler Richtung und um eine vorbestimmte Anzahl von Abtastproben in vertikaler Richtung voneinander beanstandet sind, wobei ein Blockausgleichsverfahren mit sukzessiver Verfeinerung der so gewonnenen Bewegungsvektorschätzung Anwendung findet.

9. Gerät nach Anspruch 8, bei dem der Vektorrechner (37) so angeordnet ist, daß er an einem das Bild repräsentierenden digitalisierten Signal, das dem Vektorrechner (37) über das Vektorfilter (36) zugeführt wird, folgende Schritte ausführt:

es wird, beginnend von dem oben angegebenen Punkt in Schritten von einer Abtastprobe oder Zeile auf minimale Differenz in neun Positionen geprüft, die symmetrisch um den obigen Startpunkt verteilt sind.

10. Gerät nach Anspruch 9, bei dem der Vektorrechner (37) so angeordnet ist, daß er einen auf den letzten Schritt von Anspruch 9 folgenden weiteren Schritt ausführt, in welchem die Differenz, die an der durch den genannten letzten Schritt angegebenen endgültigen Position erzeugt wird, zur Justierung des vertikalen Vektorwerts mit den beiden darüber und darunter liegenden Differenzen und zur Justierung des horizontalen Vektorwerts mit den beiden links und rechts liegenden Differenzen verglichen wird.

11. Fernsehnormenwandler, der folgende Teile aufweist:

eine das Gerät (36 bis 40) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 umfassende Einrichtung zum Analysieren der Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Halbbildern eines Fernsehsignals einer ersten Fernsehnorm,

eine Einrichtung (1) zum Ausrichten dieser Halbbilder in Abhängigkeit von der Bewegungsanalyse derart, daß sie effektiv statische Bilder darstellen, und

eine Einrichtung (1) zur Durchführung der Umwandlung unter Benutzung dieser statischen Bilder zur Ableitung des gewünschten Ausgangsfernsehsignals einer anderen Fernsehnorm.

12. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 11, bei dem

die Einrichtung zur Durchführung der Umwandlung einen Interpolator (1) zur vertikalen/zeitlichen Interpolation aufweist

und das Eingangsfernsehsignal dem Interpolator (1) über einen Zeitbasiskorrigierer (11 oder 18) zugeführt wird, der daraus ein Fernsehsignal mit 585 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde erzeugt.

13. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 12, bei dem

das Eingangsfernsehsignal ein Signal mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde ist,

der Zeitbasiskorrigierer (11) ein 4-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (11) ist und

das Ausgangssignal des Zeitbasiskorrigierer (11) dem Interpolator (1) über ein 4-Halbbild-Schieberegister (12) zugeführt wird.

14. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 12, bei dem

das Eingangsfernsehsignal ein Signal mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde ist,

der Zeitbasiskorrigierer (18) ein 2-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (18) ist und

das Ausgangssignal des Zeitbasiskorrigierer (11) dem Interpolator über ein 4-Halbbild-Schieberegister (12) zugeführt wird.

15. Fernsehnormenwandler nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei dem die Einrichtung (1) zum Ausrichten der Halbbilder die Adressen eines variablen Verzögerungselements variiert, um jedes Pixel des Bildes an der nächstliegenden Zeile oder Abtastprobe neu zu positionieren und dann jedes Pixel des Bildes sowohl vertikal als auch horizontal auf einen Bruchteil einer Zeile bzw. einen Bruchteil einer Abtastprobe neu zu positionieren.

16. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 15, bei dem die vertikale Neupositionierung auf einen Bruchteil einer Zeile mit Hilfe eines Vertikalinterpolators (1) mit vier Abgriffen pro Halbbild durchgeführt wird und die horizontale Neupositionierung auf einen Bruchteil einer Abtastprobe mit Hilfe eines Horizontalfilters zwei oder vier Abgriffen durchgeführt wird.

17. Fernsehnormenwandler zur Umwandlung eines Fernsehsignals mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde in ein Fernsehsignal mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde, der folgende Teile aufweist:

einen 4-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (11) zur Aufnahme eines digitalen Eingangsfernsehsignals mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde,

einen das Gerät (36 bis 40) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 umfassenden und mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrigierers (11) verbundenen Bewegungsanalysator zur Analysierung der Bewegung in dem Eingangsfernsehsignal,

ein Schieberegister (12), das ebenfalls mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrigierers (11) verbunden ist,

einen Interpolator (1) zur Ableitung von Abtastproben des gewünschten Ausgangsfernsehsignals mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde in Abhängigkeit von Abtastproben, die von dem Schieberegister (12) gewonnen werden und von Bildbewegungsdaten, die von dem Bewegungsanalysator gewonnen werden, und einen 2-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (18) zum Zusammensetzen der gewonnenen Abtastproben und zur Bildung des Ausgangsfernsehsignals.

18. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 17, bei dem der 4-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (11) aus dem Eingangsfernsehsignal ein Fernsehsignal mit 585 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde gewinnt, das dem Schieberegister (12) zugeführt wird.

19. Fernsehnormenwandler zur Umwandlung eines Fernsehsignals mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde in ein Fernsehsignal mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde, der folgende Teile aufweist:

einen 2-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (18) zur Aufnahme eines digitalen Eingangsfernsehsignals mit 525 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde,

einen das Gerät (36 bis 40) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 umfassenden und mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrigierers (18) verbundenen Bewegungsanalysator zur Analysierung der Bewegung in dem Eingangsfernsehsignal,

ein Schieberegister (12), das ebenfalls mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrigierers (18) verbunden ist,

einen Interpolator (1) zur Ableitung von Abtastproben des gewünschten Ausgangsfernsehsignals mit 625 Zeilen und 50 Halbbildern pro Sekunde in Abhängigkeit von Abtastproben, die von dem Schieberegister (12) gewonnen werden und von Bildbewegungsdaten, die von dem Bewegungsanalysator gewonnen werden,

und einen 4-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (18) zum Zusammensetzen der gewonnenen Abtastproben und zur Bildung des Ausgangsfernsehsignals.

20. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 19, bei dem der 2-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (18) aus dem Eingangsfernsehsignal ein Fernsehsignal mit 585 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde gewinnt, das dem Schieberegister (12) zugeführt wird.

21. Fernsehnormenwandler nach Anspruch 19 oder 20, bei dem der Bewegungsanalysator in Abhängigkeit von der Bewegung zwischen korrespondierenden Pixeln in aufeinanderfolgenden Halbbildern des Eingangsfernsehsignals Bewegungsvektoren gewinnt und diese dem Interpolator (1) zuführt, um die Pixel in den aufeinanderfolgenden Halbbildern wirksam auszurichten, so daß diese statische Bilder darstellen.

22. Zeitlupenprozessor, der folgenden Teile aufweist:

eine Eingangsschaltung (31, 11) zur Aufnahme eines digitalen Eingangsfernsehsignals,

einen Bewegungsanalysator mit einem Gerät (36 bis 40) nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zum Analysieren der Bewegung in dem digitalen Eingangsfernsehsignal,

ein Schieberegister (12) zum Speichern von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Halbbildern des Eingangsfernsehsignals,

einen Interpolator (1) zur Gewinnung von Abtastproben eines gewünschten digitalen Zeitlupen-Ausgangsfernsehsignals in Abhängigkeit von dem Grad der Zeitdehnung, von Abtastproben, die von dem Schieberegister (12) gewonnen werden, und von Bildbewegungsdaten, die von dem Bewegungsanalysator gewonnen werden,

und einen 2-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (18) zum Zusammensetzen der gewonnenen Abtastproben und zur Bildung des Zeitlupen-Ausgangsfernsehsignals.

23. Zeitlupenprozessor nach Anspruch 22, bei dem die Eingangsschaltung (31, 11) einen 4-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (11) enthält.

24. Zeitlupenprozessor nach Anspruch 23, bei dem der 4-Halbbild-Zeitbasiskorrigierer (11) aus dem Eingangsfernsehsignal ein dem Schieberegister (12) zuzuführendes Fernsehsignal mit 585 Zeilen und 60 Halbbildern pro Sekunde gewinnt.