DE3853554T2

DE3853554T2 - Bewegungsvektorabschätzung in Fernsehbildern.

Info

Publication number: DE3853554T2
Application number: DE3853554T
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: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2008-05-21
Also published as: DE3853554D1; US4901145A; EP0294955A3; EP0294955B1; EP0294955A2; JPS63313982A

Description

Die Erfindung betrifft eine Bewegungsvektorabschätzung in Fernsehbildern. Solche Bewegungsvektorabschätzung wird in der Praxis in Fernseh-Normwandlern und in Zeitlupenprozessoren verwendet.
Internationaler Fernsehprogrammaustausch erfordert Normwandler aufgrund der verschiedenen Fernsehnormen, die in unterschiedlichen Ländern eingesetzt werden, beispielsweise das 625 Zeilen und 50 Teilbilder pro Sekunde (625/50) PAL-System, das in Großbritannien eingesetzt wird, und das 525 Zeilen und 60 Teilbilder pro Sekunde (525/60) NTSC-System, das in den Vereinigten Staaten eingesetzt wird.
Es sind bereits unterschiedliche Normwandler vorgeschlagen worden. Einer der besten bekannten ist der ACE (Advanced Conversion Equipment), der von der englischen Rundfunkgesellschaft entwickelt wurde. Grundsätzlich arbeitet der ACE mit einem digitalen Eingangsfernsehsignal Zeile für Zeile, um interpolierte Abtastungen abzuleiten, die erforderlich sind, um ein digitales Ausgangsfernsehsignal zu bilden. Die Interpolation wird nicht nur räumlich durchgeführt unter Verwendung von vier aufeinander folgenden horizontalen Abtastlinien des Eingangsfernsehsignales, sondern auch zeitlich unter Verwendung von vier aufeinander folgenden Feldern/Teilbildern des Eingangsfernsehsignales. Somit wird jede Zeile des Ausgangsfernsehsignales abgeleitet durch Multiplikation entsprechender Abtastungen von 16 Zeilen des Eingangsfernsehsignales durch entsprechende Gewichtungskoeffizienten.
Weitere Einzelheiten des ACE können entnommen werden der englischen Patentschrift GB - A - 2059712 und der Veröffentlichung "Digitale 4-Teilbild-Normwandler für die Achtziger", R. N. Robinson und G. J. Cooper, Seiten 11 - 13, "Television" (die Zeitung der königlichen Fernsehgesellschaft), Januar/Februar 1982.
Obwohl der ACE gute Ergebnisse erbringt, besteht das Problem, daß die Ausstattung sehr groß (umständlich) ist. Um dieses Problem zu lösen haben wir bereits einen Fernsehnormwandler vorgeschlagen, der eine Dreiteilbilderspeicherung und eine Vierzeilenspeicherung enthält zum Empfang eines digitalen Eingangsfernsehsignales eines Standards und davon Anordnungen von 16 Zeilen ableitet, wobei jede Anordnung aus vier aufeinander folgenden Zeilen von jedem der vier aufeinanderfolgenden Teilbilder des Eingangsfernsehsignales besteht. Ein Wichtungskoeffizientenspeicher speichert Sätze von sechzehn Wichtungskoeffizienten, entsprechend der Sätze, die sowohl räumlich, als auch zeitlich mit Positionen von entsprechenden Zeilen eines digitalen Ausgangsfernsehsignales eines unterschiedlichen Standards korrespondieren, relativ zu den sechzehn Zeilen des Eingangsfernsehsignales. Zwei Interpolationsfilter leiten dann Zeile für Zeile das Ausgangsfernsehsignal durch Multiplikation entsprechender Abtastwerte von jeder der sechzehn Zeilen des Eingangsfernsehsignales ab durch einen entsprechenden Gewichtungskoeffizienten in einem Satz von Wichtungskoeffizienten und addiert die sich ergebenden Produkte, um einen interpolierten Abtastwert zu bilden und vier Ausgangsteilbildspeicher erhalten und speichern die abgeleiteten Zeilen des Ausgangsfernsehsignales. Zur Speicherung der zusätzlichen Zeilen die abgeleitet werden, wenn das Ausgangsfernsehsignal mehr Zeilen aufweist als das Eingangsfernsehsignal, wird ein 45-Zeilen-Speicher zwischengeschaltet zwischen einem der Interpolationsfilter und den Ausgangsteilbildspeichern. Weitere Einzelheiten sind der britischen Patentschrift GB - A - 2140644 zu entnehmen.
Die Leistung eines solchen Normwandlers, der die vertikale/zeitliche Interpolationstechnik einsetzt, stellt einen Kompromiß dar zwischen der Erzeugung unscharfer Bilder während der Beibehaltung guter Bewegungsdarstellung und Erhaltung vertikaler Auflösung aber auf Kosten des "Zitterns" (vertikales Zittern). Das Erstgenannte ist ein Ergebnis der Nachfilterung, um störende Alias-Effekte zu verhindern; das Zuletztgenannte ist ein Ergebnis des Eindringens von benachbarten zweidimensionalen Wiederholungsabtaststrukturen.
Wir haben deshalb vorgeschlagen, daß die Bewegungsvektorabschätzung in den Fernsehnormwandlern und in Zeitlupenprozessoren mit beinhaltet sein soll. Dieses Problem mit der Mehrheit von Verfahren zur Bewegungsvektorabschätzung besteht darin, daß ihre Verwendung vornehmlich bei Anwendungen wie Videokonferenzen geschehen ist, wobei allgemein die Hauptsache entweder Kopf oder Schultern einer einzelnen Person ist oder eine kleine Gruppe von Leuten, die um einen Tisch herumsitzt. Mit Telefonbildern dieses Types ist die Bewegung relativ einfach im Vergleich mit Rundfunkfernsehbildern, worin beispielsweise bei einer Pferderennveranstaltung die Kamera der Führungsgruppe in einem Rennen folgen soll. In dieser Situation würde die Bewegung komplex sein, zum Beispiel, weil die Kamera schwenken würde. Somit kann der Hintergrund sich mit einer größeren Geschwindigkeit bewegen, als acht Pixel pro Teilbild, während im Vordergrund zumindest ein Pferd galoppieren würde. Dies bedeutet, daß das Verfahren zur Bewegungsvektorabschätzung versuchen muß, die Beine des Pferdes zu verfolgen, die sich sehr wohl in unterschiedlichen Richtungen zu der des sich bereits bewegenden Hintergrundes bewegen können.
Entsprechend einem Ziel der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bewegungsvektorabschätzung in einem Fernsehnormwandler oder einem Zeitlupenprozessor bereitgestellt, wobei das Verfahren ein digitalisiertes ein Bild darstellendes Signal verwendet und eine Bewegung in besagtem Bild an Punkten, die um eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen in horizontaler Richtung und eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind, durch eine Blockvergleichs-technik mit aufeinander folgender Verbesserung der Bewegungsvektorabschätzung bestimmt wird, was dadurch gekennzeichnet ist, daß die Blockvergleichstechnik folgende Schritte aufweist: Prüfung auf eine Minimumdifferenz in drei Positionen, der zentralen Position eines Blockes, einer vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nach links und der gleichen vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nach rechts; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von weniger als der vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer Abtastung oder Linie verteilt sind; und Vergleich der Differenz, die an der durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Position erzeugt wird, mit den zwei Differenzen oberhalb und unterhalb, um den Vertikalvektorwert einzustellen, und mit den zwei Differenzen nach links und nach rechts, um den Horizontalvektorwert einzustellen.
Entsprechend einer anderen Zielsetzung der vorliegenden Erfindung wird ein Fernsehnormwandler oder ein Zeitlupenprozessor bereitgestellt, der eine Vorrichtung zur Bewegungsvektorabschätzung in einem Fernsehbild beinhaltet, die eine Blockvergleichstechnik mit aufeinanderfolgender Verbesserung verwendet, wobei die Vorrichtung ein Vektorfilter und einen Vektorberechner aufweist; was dadurch gekennzeichnet ist, daß der besagte Vektorberechner derart ausgeführt ist, um die folgenden Schritte auf ein digitalisiertes Signal anzuwenden, das das Bild repräsentiert und an den Vektorberechner durch das besagte Vektorfilter geliefert wird: Prüfung auf eine Minimumdifferenz in drei Positionen, der zentralen Position eines Blockes, einer vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nach links und der gleichen vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nach rechts; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von weniger als der vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer Abtastung oder Linie verteilt sind; und Vergleich der Differenz, die an der durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Position erzeugt wird, mit den zwei Differenzen oberhalb und unterhalb, um den Vertikalvektorwert einzustellen, und mit den zwei Differenzen nach links und nach rechts, um den Horizontalvektorwert einzustellen.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und worin die Figuren im einzelnen folgendes darstellen:
Figur 1 zeigt einen Fernsehnormwandler in Form eines sehr vereinfachten Blockdiagrammes;
Figur 2 zeigt in Form eines Blockdiagrammes einen ersten Fernsehnormwandler;
Figur 3 zeigt in Form eines Blockdiagrammes einen zweiten Fernsehnormwandler;
Figur 4 zeigt einen Teil des Normwandlers entsprechend Figur 3 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 5 zeigt Zeitschaubilder zur Erklärung des Verfahrensablaufes nach Figur 4;
Figur 6 zeigt einen Teil des Normwandlers entsprechend Figur 2 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 7 zeigt Zeitablaufschaubilder zur Erklärung des Verfahrensablaufes nach Figur 6;
Figur 8 zeigt einen Teil des Normwandlers entsprechend Figur 2 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 9 zeigt Zeitablaufschaubilder zur Erklärung des Verfahrensvorganges entsprechend Figur 8;
Figur 10 zeigt einen Teil des Normwandlers entsprechend Figur 2 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 11 zeigt einen Teil des Normwandlers nach Figur 2 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 12 zeigt einen Teil der Figur 11 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 13 zeigt ein Zeitablaufschaubild zur Erklärung des Verfahrensablaufes von Figur 12;
Figur 14 zeigt einen Teil des Normwandlers nach Figur 2 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes;
Figur 15 zeigt ein Zeitablaufschaubild zur Erklärung des Verfahrensablaufes nach Figur 14;
Figur 16 zeigt einen Teil der Figur 14 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes; und
Figur 17 zeigt einen Teil des Normwandlers nach Figur 2 in Form eines detaillierteren Blockdiagrammes.
Zum leichteren Verständnis der Bewegungsvektorabschätzung, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt, wird die Form und die Betriebsweise von zwei Normwandlern und einem Zeitlupenprozessor, der eine solche Bewegungsvektorabschätzung verwendet, zunächst beschrieben. Der zu beschreibende Normwandler behält die vertikale Auflösung bei und vermeidet das "Zittern" durch Bewegungskompensation zwischen Teilbildern. Dies bewirkt, daß die Bewegung zwischen aufeinander folgenden Teilbildern analysiert wird. Diese Teilbilder können dann Pixel für Pixel "aufeinander ausgerichtet" werden, so daß sie statische Bilder darstellen, auf denen eine Umwandlung stattfinden kann. Als Ergebnis kann die vertikale Auflösung beibehalten werden.
Die zu beschreibenden Normwandler können in zwei Teile getrennt werden. Der erste Teil ist analog einem bekannten Normwandler, der vertikale/zeitliche Interpolation ausführt, um zwischen 525/60 und 625/50 Fernsehnormen umzuwandeln. Dies alleine würde ein Ausgangssignal erzeugen, in dem die vertikale Auflösung beibehalten ist, aber mit dem zusätzlichen Effekt des Zitterns. Um dieses Zittern zu entfernen, werden vier Teilbilder des digitalen Eingangsfernsehsignales, die in dem Umwandlungsverfahren verwendet werden, ausgerichtet (abgeglichen) unter der Kontrolle des Bewegungsvektors, der von einem Bewegungsanalysator erzeugt wird, der den zweiten Teil des Normwandlers bildet.
Dies wird in sehr vereinfachter Blockdiagrammform in Figur 1 gezeigt. Der Videoanteil eines digitalisierten Eingangsfernsehsignales von einem Standard, der beispielsweise durch Abtastung eines analogen Fernsehsignales bei 13,5 MHz abgeleitet worden ist, wird an einen Interpolator 1 geliefert, von dem der Videoanteil des geforderten Ausgangsfernsehsignales mit einem unterschiedlichen Standard abgeleitet wird. Ein Bewegungsanalysator 2 empfängt das Luminanzvideo (Helligkeitsbild) und leitet den Bewegungsvektor ab, der Daten zur Verfügung stellt, die die Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Teilbildern des Eingangsfernsehsignales darstellen, um den Betrieb des Interpolators 1 zu steuern. Der Interpolator 1 funktioniert in einer allgemein ähnlichen Weise wie der entsprechende Teil eines bekannten Normwandlers, auf den im obigen beispielsweise Bezug genommen wurde. Er enthält jedoch auch die Mittel zur Ausrichtung der vier Teilbilder, die bei der Interpolation verwendet werden, unter der Steuerung des Bewegungsvektors.
Die wiederholte Positionierung der vier Teilbilder wird in zwei Stufen ausgeführt. Die erste Stufe verwendet eine Variierung der Adresse eines variablen Verzögerungselementes, das mit jedem Teilbild verbunden ist, um die erneute Positionierung des Bildes zur nächstliegenden Zeile oder Abtastung durchzuführen. Der zweite Schritt verwendet Interpolationstechniken sowohl vertikal, als auch horizontal, um eine erneute Positionierung innerhalb +/- 1/16 Zeile oder +/- 1/8 Abtastung zu erreichen. Auch, wenn keine Bewegung vorliegt, werden beide obigen Techniken verwendet, um eine Umwandlung von Zeilenstandards zu ermöglichen.
Der Vertikalinterpolator weist vier Abgriffe (tap) pro Feld auf, die es ermöglichen, ein 8- tap-Vertikalfilter wirksam auf die statischen Bilder anzuwenden. Ein 8-tap-Interpolator ermöglicht eine gute vertikale Auflösung, die beibehalten wird mit minimalen Störungen. Die Wirkung von Störungen in dem Horizontalinterpolator ist ein geringeres Problem, sodaß ein 2-tap-Horizontalfilter verwendet wird, obwohl ein 4-tap-Horizontalfilter beispielsweise verwendet werden könnte.
Der zeitliche Interpolator wird im normalen Betrieb verwendet, um eine Interpolation von Blickwinkeländerungen zu ermöglichen oder, wenn kein erfaßbarer Bewegungsvektor detektierbar ist, wenn also der Interpolator 1 zu einer normalen Normwandlungsfunktion zurückkehren muß, worin keine Bildneueinstellung auftaucht.
Bei einer Umwandlung von einer hohen Teilbildrate zu einer niedrigeren Rate werden die hereinkommenden Teilbilder interpoliert, sodaß ein interpoliertes Teilbild gelegentlich fallengelassen werden kann ohne irgendeine Bewegungsverschlechterung. Die gesamte Interpolation wird an der Eingangsteilbildrate vorgenommen und weitergeleitet an einen Zeitbasiskorrektor, der dann die Teilbilder verteilt, die über die geforderte Zeitdauer für die Ausgangsnorm erzeugt worden sind.
Die obige Funktion ist notwendig, wenn von 525/60 auf 625/50 umgewandelt wird. Es ist jedoch ebenso wichtig, daß 625 Zeilen erzeugt werden müssen, wo nur 525 Zeilen in dem Eingangssignal existieren.
Um das Problem der Umwandlung der Zeilenzahlen zu lösen wird ein zweiter Zeitbasiskorrektor am Eingang verwendet, um ein Signal zu erzeugen mit 585 Zeilen bei der 60 Hz-Rate. Ein 585-Zeilen-Format kann alle aktiven Bildinformationen in dem 625-Zeilen-Format enthalten. Entsprechend diesem ersten Zeitbasiskorrektor ergeben sich gelegentlich Zeilen, die keine Videoinformation aufweisen. Die Interpolatorspeicher sind während dieser Zeit gesperrt, sodaß eine zusätzliche interpolierte Zeile von den gleichen Zeilen erzeugt werden kann, die zur Erzeugung der vorausgehenden Ausgangszeile verwendet worden sind. Dieses Verfahren erlaubt eine Interpolation von 625 Zeilen aus den ursprünglich 525.
Der Grund zur Auswahl des 585/60 Formates wird nun detaillierter beschrieben. Ein 625-Zeilen-Bild enthält 288 aktive Zeilen in jedem Teilbild, und 720 Abtastungen in jeder horizontalen Linie bei der Abtastrate von 13,5 MHz. Die im folgenden zu beschreibenden Schaltungen der Fernsehnormwandler entsprechend der Figuren 2 und 3 verwenden Techniken, die es erlauben, die Bilder horizontal um +/-24 Abtastungen zu verschieben. Dies erfordert eine minimale horizontale Austastung von 48 Abtastungen.
Die vollständige Anzahl von in einem Feld erforderlichen Abtastpositionen beträgt deshalb:
(720+48)x288 =221184.
Es bestehen eindeutig erkennbare Vorteile bei der Verwendung eines 13,5 MHz Taktes innerhalb des gesamten Systemes, wobei in diesem Fall die Anzahl der Taktzyklen innerhalb einer 60 Hz-Periode (exakter einer 59,94 Hz-Periode) beträgt:
225225.
Wenn 576 Zeilen von Daten in einem Rahmen gefordert werden, so würde die Anzahl der horizontalen Abtastungen 782.03125 betragen. Obwohl diese Anzahl ausreichend ist, um die erforderlichen (720 + 48) Abtastungen zu enthalten, würde bei der Teilabtastung angenommen werden, daß der Aufbau nicht orthogonal auf einer Zeilen-zu- Zeilen-Basis gewesen ist. Dieses würde wesentliche Ausführungsschwierigkeiten in dem Rest des Normwandlers verursachen, sodaß die Anzahl von erforderlichen Zeilen nach und nach erhöht werden würde, von 576, bis zu einer Gesamtzahl von Abtastungen, bis zu 770, die in jeder Zeile existieren.
Das einzige Format, das die orthogonale Struktur erreicht ist das 585/60 Format, das zusätzlich eine nützliche vertikale Austastung von 4 Zeilen in dem ersten Teilbild, 5 Zeilen in dem zweiten Teilbild und 50 Abtastungen von horizontalen Austastungen ermöglicht.
In dem 625/50 zu 625/50 Zeitlupenmodus, auf den im folgenden Bezug genommen wird, ist es nicht erforderlich, das aktive Video des 625-Formates innerhalb einer 60 Hz- Periode zu speichern, sodaß die Interpolation und andere Verfahrensschritte in dem normalen 625/50 Format ausgeführt werden können.
Wenn von einer niedrigen Teilbildrate zu einer höheren Rate umgewandelt wird, so wird von dem Eingangszeitbasiskorrektor die Erzeugung eines Bildstromes mit der Ausgangsrate gefordert. Dies wird durch gelegentliche Wiederholung eines Eingangsteilbildes erreicht. Wenn das wiederholte Teilbild auftritt, müssen sämtliche Interpolatorspeicher gesperrt werden, sodaß die Interpolation auf die gleichen Eingangsteilbilder angewendet wird, die zur Schaffung des vorherigen Ausgangsteilbildes verwendet werden.
Wenn diese Technik nicht eingesetzt werden würde, wären zwei Sätze von Interpolator und Bewegungsdetektor erforderlich, um das fehlende Teilbild darzustellen.
Die obige Funktionsweise wird ausgeführt, wenn eine Umwandlung von 625/50 auf 525/60 erfolgt. Um die Existenz von 625 Zeilen während einer 60-Teilbilder pro Sekunde Periode zu ermöglichen, ist erneut das 585/60 Zwischenformat zur Übernahme erforderlich. Während dieses Ablaufes werden einige der interpolierten Zeilen nicht erforderlich sein, da lediglich 525 aus den ursprünglichen 625 erzeugt werden müssen.
Ein Zeitbasiswandler ist deshalb am Ausgang erforderlich, um das endgültige Format 525/60 zu erzeugen.
Der Betrag der erforderlichen Interpolation wird bestimmt durch Vergleich zwischen der Synchronisierungsimpulsphase am Eingang und am Ausgang.
Wie oben erwähnt würde die Bewegungsanalyse in Bezug auf die Helligkeit des Eingangsbildes ausgeführt. Das eingesetzte Verfahren benutzt eine Anzahl von zu erreichenden Stufen bei einem einzigen Bewegungsvektor für jedes Pixel. Eine Bewegung kann detektiert werden in dem Bereich von +/-24 Pixeln horizontal und +/-8 (Teilbildrate) vertikal.
In einer ersten Stufe wird eine Bewegung in dem Bild an Punkten auf dem Bildschirm, die sechzehn Abtastungen horizontal und acht Zeilen vertikal beabstandet sind bestimmt, indem eine Blockvergleichstechnik verwendet wird. Die ursprünglichen Bewegungsvektoren in einem Teilbild werden alle sechzehn Abtastungen und bei jeder achten Zeile berechnet. Jeder dieser Punkte wird zum Zentrum eines Suchblockes. Begrifflich wird jeder Block abgetastet mit +/- vierundzwanzig Aufnahmen horizontal, und + acht und - acht Aufnahmen vertikal über das nächste Teilbild, wobei jedesmal die Addition der Differenzen zwischen den zwei Teilbildern über den Bereich des Suchblockes erzeugt wird. Die minimale Gesamtdifferenz zeigt dann an, in welcher Richtung das Objekt an dem Punkt bewegt wurde.
In der Praxis wird die obige Technik in verschiedenen Schritten angewandt, was das Aufkommen und die Komplexität der erforderlichen Hardware weitgehend reduziert:

Schritt 1.

Prüfen auf eine Minimumdifferenz in gerade drei Positionen, der zentralen Position, sechzehn Abtastungen nach links, sechzehn Abtastungen nach rechts.

Schritt 2. Starten von dem oben bezeichneten Punkt.

Prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, symmetrisch verteilt um den obigen Startpunkt in Schritten von acht Abtastungen oder Linien.

Schritt 3. Starten von dem oben bezeichneten Punkt.

Prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, symmetrisch verteilt um den obigen Startpunkt in Schritten von vier Abtastungen oder Zeilen.

Schritt 4. Starten von dem oben bezeichneten Punkt.

Prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, symmetrisch verteilt um den obigen Startpunkt in Schritten von zwei Abtastungen oder Zeilen.

Schritt 5. Starten von dem oben bezeichneten Punkt.

Prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, symmetrisch verteilt um den obigen Startpunkt in Schritten von einer Abtastung oder Zeile.

Schritt 6.

Nach dem Schritt 5 ist die Bewegung des Objektes zu dem nächstliegenden Pixel detektiert worden. Ein genauerer Vektorwert kann erhalten werden durch Addition eines sechsten Schrittes, in dem die an der Endposition, bezeichnet durch Schritt 5, erzeugte Differenz verglichen wird mit den beiden Differenzen oberhalb und unterhalb, um den vertikalen Vektorwert einzustellen und mit den beiden Differenzen nach links und nach rechts, um den horizontalen Vektorwert einzustellen.
Die obige Technik beruht auf dem Erhalt von Abhängigkeiten zwischen dem Referenzsuchblock und einem ähnlichen Block von Bilddaten auf dem folgenden Teilbild (den Suchpositionen). In Schritt 5 besteht die Möglichkeit, daß die wahre Bewegung ein halbes Pixel mehr oder weniger als die detektierte beträgt, aber es ist für die Herstellung des besten Zusammenhanges notwendig, daß sie an diesem Punkt erscheint, sogar wenn eine genaue Abhängigkeit nicht erhalten werden kann. Um diese Erscheinungen sicherzustellen kann das Bild sowohl vertikal, als auch horizontal durch ein Gauß'sches Filter gefiltert werden, das eine Dämpfung von +6 dB bei ½ Nyquist-Frequenz aufweist.
Ähnliches gilt für Schritt 4, wobei das Bild mit einem 6 dB-Dämpfungsfilter bei Y4 Nyquist-Frequenz gefiltert werden kann, wodurch eine 1-Pixel-Fehlerdetektion ermöglicht wird.
Im Schritt 3 wird ein Bildfilter mit einer 6 dB-Dämpfung bei 1/8 Nyquist-Frequenz verwendet, wodurch ein 2-Pixel-Fehler erkennbar ist.
Im Schritt 2 wird ein Filter mit einer 6 dB-Dämpfung bei 1/16 Nyquist-Frequenz verwendet, wodurch ein 4-Pixel-Fehler erkennbar ist.
Schließlich wird im Schritt 1 ein Bildfilter mit einer 6 dB-Dämpfung bei 1/32 Nyquist-Frequenz eingesetzt, wodurch ein 8-Pixel-Fehler erkennbar ist. Weil die Bilder so häufig gefiltert werden in den Schritten 1, 2, 3 und 4, können zusätzlich die Abtastungen reduziert werden, beispielsweise auf die Hälfte der Anzahl, wodurch weiterhin die Anzahl der Berechnungen und die Aufwendung an erforderlicher Hardware wesentlich reduziert wird.
Die wirksame Suchblockgröße beträgt sechzehn Zeilen in der Höhe und achtundvierzig Abtastungen in der Länge. Ein großer Suchblock ist notwendig um die Bewegung von großen flachen Bereichen genau zu detektieren. Der zentrale Teil von ebenen Bereichen ist unwichtig, da die Werte der Pixel an diesen Punkten sich nicht von einem Teilbild zum nächsten verändern, aber die Ränder solcher Objekte sind offensichtlich wichtig. Wenn die Detektion der Bewegung begrenzt wird auf +/- vierundzwanzig Abtastungen horizontal und +/- acht Zeilen vertikal, dann wird ein Block der obigen Größe die Minimumgröße aufweisen, die eine genaue Bewegungsdetektion sicherstellt.
In den Normwandlern liegt, in Abhängigkeit von dem Umwandlungsmodus, das in den Bewegungsanalysator 2 herein kommende Helligkeitsbild in verschiedenen Formen von 585-Zeilen/60-Teilbilder pro Sekunde vor. Dies kann Wiederholungszeilen enthalten für 525 Eingangs- oder Wiederholungsteilbilder für den 625 Eingang. Zusätzlich enthält das Eingangssignal beide Teilbildpolaritäten. Der erste Verfahrensschritt besteht in der Sicherung von gleichmäßigen Daten und einer einzigen Teilbildpolarität (Polung) für das Bewegungsabschätzungsverfahren. Dieses wird durchgeführt durch Interpolation der Eingangsdaten durch eine Vektorschnittstelle, um die Kontinuität beizubehalten und durch horizontale Filterung zur Hilfe bei nachfolgender Bewegungsdetektion/Korrelation.
Verschiedene Ausgangssignale von dieser Schaltung werden an Bewegungsabschätzungsvektorfilter und an Bewegungsdetektions-Teilbildspeicher/Vektorselektoren geleitet. Das Ausgangssignal der Vektorschnittstelle ist, wie oben beschrieben, ein räumlich gleichmäßiges einziges Teilbild aus Polaritätsdaten. Das Ausgangssignal der Teilbildspeicher/Vektorselektoren hängt von den Eingangs- und Ausgangsmoden ab. In einigen Moden ist es gleichmäßig (ununterbrochen) und in anderen enthält es wiederholte Zeilen/Teilbilder. Die Vektorfilter und Vektorberechner führen die oben hervorgehobenen Schritte aus.
Die Verarbeitung der verschiedenen Schritte wird durch Vektorberechner und Vektorprozessoren durchgeführt. Die Vektorberechner führen die Schritte 1 bis 5 und der Vektorprozessor den Schritt 6 aus. Zusätzlich führt der Vektorprozessor die zweite Stufe in der Bewegungsabschätzung aus, wie folgt:
Für jeden 8x16 Block wird eine Auswahl von vier von sieben Bewegungsvektoren durchgeführt, wobei die sieben Bewegungsvektoren diejenigen für diesen speziellen Block sind und die sechs für die sechs nächstliegenden entsprechenden Blöcke. Zusätzlich bestimmt der Vektorprozessor auch die vier allgemeinsten Bewegungsvektoren aus dem gesamten Eingangsteilbild, die als Modalbewegungsvektoren bezeichnet werden. Die erste Verwendung der Modalbewegungsvektoren ist in den Grenzbereichen in der Nähe der Ränder eines Teilbildes, wo eine Berechnung irgendwelcher lokalen Bewegungsvektoren aktuell nicht möglich ist. Ebenso werden die lokalen Bewegungsvektoren durch die modalen Bewegungsvektoren ersetzt, wenn irgendeiner oder mehrere der lokalen Bewegungsvektoren gleich sind.
In der nächsten Stufe der Bewegungsdetektion werden für jedes Pixel die Bewegungsvektoren geprüft durch die Erzeugung der Differenz zwischen den extrapolierten Positionen im Teilbild 0 zum Teilbild 1. Während der Normumwandlung muß ein Teilbild interpoliert werden zwischen zwei Teilbildern; das heißt, zwischen dem Teilbild 0 und dem Teilbild 1. Somit können die zwischen diesen zwei Teilbildern erzeugten Bewegungsvektoren als am meisten repräsentativ für die Bewegung angesehen werden. Vier Bewegungsvektoren werden verwendet für diese zwei Teilbilder. Um zu entscheiden, welch es der korrekte Bewegungsvektor ist, wird ein Pixel vom Feld 0 verglichen mit einem Pixel vom Feld 1 unter Verwendung des Bewegungsvektors, um zu entscheiden, wo das zu erzeugende Pixel herkam im Feld 0 und wo es im Feld 1 hingelangt ist. Mathematisch heißt das, wenn die Position x, y, z erzeugt werden muß; x = horizontale Position, y = vertikale Position, z = zeitliche Position zwischen Teilbild 0 und Teilbild 1, wobei die Pixel für den Vergleich wie unten gezeigt aussehen. Es wird angenommen, daß Teilbild 0 sich bei z = 0 befindet und Teilbild 1 bei z = 1.

Pixel von Teilbild 0

x&sup0; = x - (Vh*z)
y&sup0; =y - (Vv*z)

Pixel von Teilbild 1

x¹ =x+(1-z)Vh
y¹ =y+(1-z)Vv
Vh = horizontaler Anteil des Vektors
Vv = vertikaler Anteil des Vektors
Für jeden Bewegungsvektor wird ein Modus der Differenz zwischen den Pixeln, die im Teilbild 0 und im Teilbild 1 angezeigt werden, gefunden. Die Minimumdifferenz wird angenommen als eine erste Abschätzung, um den richtigen Bewegungsvektor anzuzeigen. Wenn eine Anzahl von Bewegungsvektoren eine sehr ähnliche Differenz erzeugen, dann werden diese Bewegungsvektoren erneut überprüft unter Verwendung eines Vergleiches zwischen den Teilfeldern -1 und 0. Pixel von Teilbild -1 x&supmin;¹ =x - (1+z)Vh y = y - (1+z) Vv
Der Minimummodus der Differenz der verbleibenden Vektoren, erzeugt durch diese zweite Überprüfung, wird dann als der genaueste der Bewegungsvektoren betrachtet.
Wenn die Anzahl der Bewegungsvektoren erneut ähnliche Differenzen aufweist, dann kann die Annahme getroffen werden, daß keine Bewegung existiert. Wenn sich lediglich der horizontale Anteil verändert und der vertikale Anteil nicht, dann würde nur der horizontale Anteil zu null gesetzt werden und der vertikale Anteil würde als der detektierte Wert beibehalten werden. Wenn lediglich der vertikale Anteil variiert, dann würde der horizontale Anteil beibehalten werden und nur der vertikale Anteil würde zu null gesetzt werden. Wenn die ausgewählte Pixeldifferenz zu groß ist, besteht die Möglichkeit, den gesamten Bewegungsvektor in beiden Richtungen zu null zu setzen.
Eine letzte Stufe wird angewandt, wenn jedem Pixel ein Bewegungsvektor zugewiesen wurde. Hierbei wird die Bewegung eines jeden Pixels verfolgt von einem Teilbild zum nächsten und ein rekursives Filter wird auf den Bewegungsvektorwert angewandt. Dieses verhindert die Auswirkungen von Rauschen und kleinen Bewegungsabschätzungsfehlern und glättet ebenso die Bewegungsbahn des Bewegungsvektors.
Es gibt zwei mögliche Wege zur Spurverfolgung der Bewegung eines Pixels. In dem ersten wird der Bewegungsvektor für ein Pixel im Teilbild t dazu benutzt, auf ein Pixel im Teilbild (t + 1) hinzuweisen. Der für dieses Pixel im Teilbild (t + 1) bestimmte Bewegungsvektor wird dann rekursiv gefiltert, um den endgültigen Bewegungsvektor für die Pixel im Teilbild (t + 1) zu bilden.
In dem zweiten wird der Bewegungsvektor für ein gegebenes Pixel im Teilbild t verwendet, um auf ein Pixel im Feld (t - 1) hinzudeuten. Der Bewegungsvektor von diesem Pixel wird dann rekursiv gefiltert mit dem Bewegungsvektor für das gegebene Pixel, um einen endgültigen Bewegungsvektor für dieses gegebene Pixel im Teilbild t auszubilden.
In jedem der Fälle ist das endgültige Ausgangssignal ein Bewegungsvektor für jedes Pixel, das von dem Bewegungsanalysator 2 zu dem Interpolator 1 geleitet wird, um bei der Einstellung der vier Teilbilder eingesetzt zu werden, die in dem Normwandlerverfah ren verwendet werden.
In Figur 2 wird in detaillierter Blockdarstellung der erste Normwandler zur Wandlung eines digitalen Eingangssignales mit 625 Zeilen und 50 Teilbildern pro Sekunde bei einem Fernsehsignal in ein digitales Ausgangssignal von 525 Zeilen und 60 Teilbildern pro Sekunde für ein Fernsehsignal gezeigt.
Das Eingangsbild mit 50 Teilbildern pro Sekunde und einerAbtastrate von 13,5 MHz, das heißt CCIR 601 Daten, wird an einen Demultiplexer 31 geliefert, der es in einen Helligkeitsanteil Y, Synchronisierungssignale SYNC und Farbanteile UV aufteilt. Die Farbanteile Y werden an einen 4-Teilbild Zeitbasiskorrektor (TBC) 11Y für die Helligkeit geliefert und die Farbanteile UV werden an einen 4-Teilbild-TBC 11C für die Farbe geliefert. Die Synchronisierungssignale SYNC werden an eine Steuereinheit 32 geliefert, zusammen mit einem Eingangsteilbild-Polaritätssignal von einem externen Eingang, und ein Ausgangsteilbild-Synchronisierungs-Referenzsignal von einem anderen externen Eingang. Die TBCs 11Y und 11C wiederholen gelegentlich Teilbilder, sodaß das Ausgangssignal 60 Teilbilder pro Sekunde aufweist. Die Steuerung (Überwachung) der TBCs 11Y und 11C, die eine Wiederholung der Teilbilder verursacht, wird abgeleitet von den Eingangsfeldsynchronisierungsimpulsen, und den erforderlichen Ausgangsteilbildsynchronisierungsimpulsen. Der Vergleich der Synchronisierungsimpulse liefert ebenso einen zeitlichen Versatz, wodurch der Betrag der zeitlichen Interpolation angezeigt wird, die an den Ausgängen der TBCs 11Y und 11C erforderlich sind, sodaß eine geringfügige Bewegung bei 60 Teilbildern pro Sekunde beobachtet werden würde.
Wenn eine Umwandlung von 50 Teilbildern pro Sekunde auf 60 Teilbilder pro Sekunde in dieser Art geschieht, ist eine Zeilenumwandlung von 625 auf 525 notwendig. Es ist deshalb notwendig, die ursprünglichen 625 Zeilen von Informationen beizubehalten bei einer 60-Teilbilder-pro-Sekunde-Rate, sodaß sie alle verfügbar sind, um die interpolierten Zeilen zu bilden.
Der Normwandler verwendet eine Zwischennorm, die in der Lage ist, sämtliche aktiven vertikalen Informationen des 50-Teilbilder-pro-Sekunde-Signales beizubehalten bei der 60-Teilbilder-pro-Sekunde-Rate. Die Zwischennorm enthält ebenso sämtliche aktiven Zeileninformationen, die Zeile für Zeile senkrecht angeordnet sind und noch die ursprüngliche 13,5 MHz Abtastrate verwenden.
Die verwendete Zwischennorm, die wie oben erklärt auch in der Lage ist, sämtliche dieser Anforderungen zu erfüllen, weist ein 585-Zeilen-Format und 60 Teilbilder pro Sekunde auf. Bei der Abtastung mit 13,5 MHz wird jede Zeile dieses Formates genau 770 Abtastungen aufweisen. Deshalb wird deutlich, daß 585 Zeilen ausreichend sind, um die 576 aktiven Zeilen des 625-Zeilen-Formates und eine 60-Teilbilder-pro-Sekunde- Rate zu enthalten. Da diese aktive Zeilenbreite nur 720 Abtastungen beträgt, ergeben sich noch 50 Abtastungen mit horizontalen Lücken.
Die Helligkeitsdaten (D) von dem TBC 11Y werden mittels einer Bearbeitungskompensationsverzögerung 17Y an ein Helligkeits/Zeit-Schieberegister 16 Y geliefert, das vier Teilbildspeicher (FS) 12Y, 13Y, 14Y und 15Y beinhaltet. Der Helligkeits-TBC 11Y liefert ebenso ein zeitliches Stillstandssignal (F) durch die Verzögerungsschaltung 17Y an das Schieberegister 16Y. Der Farb-TBC 11C liefert die Farbdaten (D) mittels einer Bearbeitungskompensationsverzögerungsschaltung 17C an ein Farb/Zeit-Schieberegister 16C, welches vier Teilbildspeicher 12C, 13C, 14C und 15C beinhaltet. Der Farb-TBC 11C liefert ebenfalls ein zeitliches Stillstandssignal mittels der Verzögerungsschaltung 17C an das Schieberegister 16C. Mit dem Schieberegister 16Y ist ein Helligkeitsinterpolator 1Y verbunden, welcher Eingangssignale von jedem der Teilbildspeicher 12Y, 13Y, 14Y und 15Y empfängt und das 585-Zeilen-Format ableitet. Das Ausgangssignal des Helligkeitsinterpolators 1Y wird an einen 2-Teilbild-Helligkeits-TBC 18Y geliefert. Mit dem Schieberegister 16C ist ein Farbinterpolator 1C verbunden, der Eingangssignale von jedem der Teilbildspeicher 12C, 13C, 14C und 15C liefert und ebenso das 585- Zeilen-Format ableitet. Das Ausgangssignal des Farbinterpolators 1C wird an einen 2- Teilbild-Farb-TBC 18C geliefert. Wenn die Ausgangssignale der TBCs 11Y und 11C während eines Wiederholungsteilbildes stillstehen, so werden die Schieberegister 16Y und 16C ebenso festgelegt, sodaß vier unterschiedliche aufeinander folgende Teilbilder des Eingangssignales immer in den Schieberegistern 16Y und 16C existieren. Somit werden die Schieberegister 16Y und 16C dazu verwendet, die zeitlichen Abgriffe für die Interpolatoren 1Y und 1C bereitzustellen.
Jeder zeitliche Abgriff erzeugt vier Zeilenabgriffe an jeder Position in Abhängigkeit von den Bewegungsvektoren, sodaß ein zweidimensionales Filter verwendet werden kann, um die notwendige Interpolation bereitzustellen. Das interpolierte Bild wird 576 aktive Zeilen beinhalten, sodaß ein korrektes Bild erhalten wird, wenn jede 6. Zeile in einem Feld fallen gelassen wird. Die verbleiben den 484 Zeilen erzeugen den aktiven Bildteil mit dem 525 Zeilen-Format. Um zu ermoglichen, daß Zeilen in dieser Art und Weise fallengelassen werden, werden die Ausgangssignale von den Interpolatoren 1Y und 1C an den 2-Teilbild-TBC 18 geliefert. Die TBCs 18Y und 18C schreiben in samtliche 576/2 Zeilen, aber lesen lediglich aus den erforderlichen 484/2 Zeilen, um das erforderliche Ausgangsfernsehsignal bereitzustellen. Die Ausgangssignale des Helligkeits-TBC 18Y und des Farb-TBC 18C werden an einen Multiplexer 34 geliefert, der in Vielfachübertragung die Helligkeitsanteile Y und die Farbanteile UV überträgt, um CCIR 601 Ausgangsdaten in der Form eines digitalen 525-Zeilen und 60-Teilbilder pro Sekunde Fernsehsignales bereitzustellen.
Die Steuerung 32 liefert Steuersignale (C) an den Helligkeits-TBC 11Y und den Farb-TBC 11C. Die Steuerung 32 liefert ebenso Steuersignale an den Helligkeits-TBC 18Y und den Farb-TBC 18C. Sie liefert ebenso Interpolationssteuersignale (IC) an den Helligkeitsinterpolator 1L und den Farbinterpolator 1C.
Es werden nur die Helligkeitsdaten, wie sie durch den Helligkeits-TBC 11Y bereitgestellt werden, ebenso geliefert an den Bewegungsanalysator 2, der im oberen Teil der Figur 2 gezeigt wird, sodaß Bewegungsvektoren erzeugt werden können. In der Tat ist eine Rahmenverzögerung notwendig zwischen den TBCs 11Y und 11C und den Schieberegistern 16Y und 16C, um für die Zeit der Bearbeitung die Bewegungsvektoren darzustellen. Die Festlegung (das Einfrieren) der Schieberegister 16Y und 16C muß deshalb auch um einen Rahmen verzögert werden und diese Verzögerungen werden durch die Verzögerungsschaltungen 17Y und 17C herbeigeführt.
Der Bewegungsanalysator 2 enthält eine Vektorschnittstelle 35, an die die Helligkeitsdaten von dem Helligkeits-TBC 11Y geliefert werden, zusammen mit dem Interpolationssteuersignal von der Steuerung 32. Die Vektorschnittstelle 35 liefert Daten, die interpoliert sind zu 625 Zeilen an ein Vektorfilter 36 und einen Vektorberechner 37, welche zusammen die Bewegungsabschätzung, wie oben beschrieben, ausführen. Das Ausgangssignal des Vektorberechners 37 wird an einen modalen Bewegungsvektorprozessor 38 geliefert und ebenso an einen Teilpixel-Bewegungsabschätzer 39. Der Bewegungsvektorprozessor 38 liefert vier Ausgangssignale und der Teilpixel- Bewegungsabschätzer ein Ausgangssignal an einen Bewegungsvektorreduzierer 40, der vier Ausgangssignale an eine Vektorauswahleinheit 41 liefert.
Die Vektorschnittstelle 35 liefert ebenso die für diese Teilbilder interpolierten Daten an eine Bearbeitungskompensationsverzögerungsschaltung 42, an die sie auch das erhaltene Interpolationssteuersignal liefert und ebenso ein zeitliches Stillstandssignal (F), das an der Vektorschnittstelle 35 erzeugt wird. Die Daten von der Verzögerungsschaltung 42 werden an ein zeitliches Schieberegister 43 geliefert, das drei Teilbildspeicher 44, 45 und 46 enthält, die entsprechende Ausgangsdaten an die Vektorauswahleinheit 41 liefern. Die Verzögerungsschaltung 42 liefert das Interpolationssteuersignal an die Vektorauswahleinheit 41, die den ausgewählten Bewegungsvektor an ein rekursives Bewegungsvektorfilter 47 liefert, wobei das Ausgangssignal desselben die Vektordaten sind, die an den Helligkeitsinterpolator 1Y und an den Farbinterpolator 1C geliefert werden.
Die Art, in der der Bewegungsanalysator 2 die Vektordaten ableitet, ist oben detailliert beschrieben worden und wird im folgenden weiter beschrieben, wobei jedoch die Funktionen der Elemente 35 bis 43 und 47 nun kurz beschrieben werden.
Die Vektorschnittstelle 35 empfängt die Helligkeitsdaten von dem Helligkeits-TBC 11Y, und die Interpolationssteuersignale von der Steuerung 32. Sie liefert 625-Zeilen-Daten, die normalerweise in dem 585/60 Format enthalten sind, an das Vektorfilter 36. Sie liefert ebenso Daten an die Verzögerungsschaltung 42. Diese Daten müssen ein Bild in gleicher Zeilennorm enthalten, wie das geforderte Ausgangssignal, welches wiederum normalerweise im 585/60 Format enthalten ist. Jedes Teilbild der interpolierten Daten wird so erstellt, daß es regelmäßig erscheint.
Das Vektorfilter 36 erzeugt die gefilterten Bilddaten, die für die Bewegungsdetektion für die Schritte 1 bis 5 gefordert werden. Die gefilterten Bilddaten werden in abtastreduzierter Form an den Vektorberechner 37 geliefert.
Der Vektorberechner 37 bearbeitet die gefilterten und abtastreduzierten Daten von dem Vektorfilter 36 unter Verwendung eines Algorithmus, der in den obigen Gleichungen der Schritte 1 bis 5 der Bewegungsdetektion beschrieben wurde. Das Verfahren ist im wesentlichen eine zweidimensionale binäre Suche nach einer Bewegung herunter bis zur Pixel/Zeilenauflösung. Für jedes Teilbild werden 1200 Bewegungsvektoren erzeugt und sowohl an den modalen Vektorprozessor 38, als auch an den Teilpixelbewegungsabschätzer 39 geliefert. Es werden ebenso umgebende gewichtete absolute Differenzen-(WAD)Werte, wie sie oben im Schritt 5 berechnet werden, an den Teilpixelbewegungsabschätzer 39 geliefert. Für Einzelheiten der WAD-Berechnungen verweisen wir auf "Fortgeschrittene Bildcodierung (Advances in Picture Coding)", Musmann et al, Proceedings of the IEEE, April 1985. Der besondere WAD-Wert, der das Minimum des im vorausgehenden Schritt 5 der Bewegungsdetektion ist, liefert eine Güteklasse (FOM).
Der Vektorprozessor 38 berechnet die vier allgemeinsten Bewegungsvektoren, die in jedem Teilbild detektiert werden und liefert diese an den Vektorreduzierer 40. Der Teilpixelbewegungsabschätzer 39 empfängt die Bewegungsvektoren von dem Vektorberechner 37 zusammen mit den umgebenden WAD-Werten. Von diesen schätzt er eine Teilpixelbewegung ab, die zu den Bewegungsvektorwerten hinzugefügt werden muß. Mit jedem Bewegungsvektor wird dessen korrespondierender endgültiger WAD- Wert ebenso an den Vektorreduzierer 40 geliefert.
Der Vektorreduzierer 40 empfängt die Bewegungsvektoren von dem Vektorprozessor 38 und von dem Teilpixelbewegungsabschätzer 39. Für jeden Bewegungsvektor von dem Teilpixelbewegungsabschätzer 39 werden die sechs Bewegungsvektoren, die am nächsten liegen, zusammengruppiert. Für jeden Bewegungsvektor bestehen dann elf Auswahlmöglichkeiten. Im Reduzierungsverfahren werden vier Bewegungsvektoren von den elf ausgewählt zur Lieferung an die Vektorauswahleinheit 41.
Der Vektorreduzierer 40 beliefert die Vektorauswahleinheit 41 mit vier repräsentativen Bewegungsvektoren für jede 16-Pixel für einen 8-Zeilen-Block des Bildes. Durch Vergleich von Pixeln über drei Teilbilder wählt die Vektorauswahleinheit 41 den einzigen besten Bewegungsvektor für jedes Pixel in dem Bild aus. Der ausgewählte Bewegungsvektor wird an das Bewegungsvektorfilter 47 geliefert.
Die Verzögerungsschaltung 42 verzögert die Daten um einen Rahmen weniger als einundzwanzig Zeilen, um andere Verzögerungen in dem System zu kompensieren.
Das temporäre Schieberegister 43 hält und liefert die drei Teilbilder-Daten, die von der Vektorauswahleinheit 41 verwendet werden.
Das Bewegungsvektorfilter 47 verfolgt einen Bewegungsvektor von einem Teilbild zu einem anderen, womit einige Filterungen auf den Bewegungsvektor angewandt werden durch Kombination von Bewegungsvektoren in unterschiedlichen Teilbildern, sodaß Bewegungsdetektionsfehler reduziert werden. Das Ausgangssignal des Bewegungsvektorfilters 47 wird an die Helligkeits- und Farbinterpolatoren 1Y und 1C zur Überwachung der Einstellung der Teilbilddaten geliefert.
Genau die gleiche Hardware kann für einen Zeitlupenprozessor verwendet werden mit guter Bewegungsdarstellung für entweder ein 625/50 oder ein 525/60 Fernsehsignal.
Es ist nun jedoch notwendig, den Vertikalinterpolator zu verwenden, um die Umwandlung in der Zeilenanzahl bereitzustellen. In allen Fällen bestimmt die Steuerung 32, welche Funktionen erforderlich sind bei der Erkennung der Eingangs/Ausgangsnorm von den Eingangs- und Ausgangssynchronisationsimpulsen des Teilbildes. Bei der Zeitlupe wird die Eingangspolarität des Teilbildes verwendet.
Während bei der Umwandlung von 50 Teilbildern pro Sekunde in 60 Teilbilder pro Sekunde ein Teilbild gelegentlich wiederholt wurde, wird bei der Zeitlupe das Teilbild genauso oft wiederholt, wie das Eingangsteilbild wiederholt wird. Da wiederholte Teilbilder nicht in die Schieberegister 16Y und 16C eingeschrieben werden, enthalten die Schieberegister 16Y und 16C wiederum unterschiedliche aufeinander folgende Teilbilder. In der Tat wird die ursprüngliche verschachtelte Struktur beibehalten, wenn ein Videobandrekorder eine Wiedergabe ohne irgendeine Interpolation davon ausführt, womit eine vollständige Auflösung von zu erzeugenden Bildern ermöglicht wird. Der erforderliche zeitliche Versatz wird berechnet durch Vergleich der aktuellen Teilbildimpulsrate, die 50 Teilbilder pro Sekunde oder 60 Teilbilder pro Sekunde sein kann, mit der Rate, mit der ein neues Teilbild empfangen wird. Um den zeitlichen Versatz auf diese Art und Weise bestimmen zu können, benötigt das System ein verfügbares Signal, das die wahre Teilbildpolarität des Teilbildes anzeigt, das wiederholt zurückgespielt wird. Der Vertikalinterpolator wird immer die Teilbildpolarität erzeugen, die am Ausgang erforderlich ist.
Die TBCs 11Y und 11C sind nicht wirklich erforderlich für eine Zeitlupenbearbeitung, aber ihre Anwesenheit liefert eine Rahmensynchronisierungseinrichtung und vereinfacht ebenso die Systemkonfiguration.
Der zweite Normwandler zur Umwandlung eines digitalisierten 525 Zeilen und 60 Teilbilder pro Sekunde Eingangsfernsehsignales in ein digitalisiertes 625 Zeilen und 50 Teilbilder pro Sekunde Ausgangsfernsehsignal wird in detaillierter Blockform in Figur 3 gezeigt.
In diesem Fall erfordert die Interpolation, daß sämtliche Eingangsdaten in aufeinanderfolgender Form verfügbar sind. In diesem Fall würde es deshalb nicht möglich sein, die Teilbilder pro Sekunde vor den Interpolatoren 1Y und 1C umzuwandeln. Die Eingangsdaten enthalten jedoch lediglich 484 aktive Zeilen und die Interpolatoren 1Y und 1C müssen 576 erzeugen. Die 2-Teilbilder TBCs 18Y und 18C werden deshalb vor dem Normwandler positioniert, um die notwendige Zeitlücke für die 484 Zeilen/576 Zeilen- Umwandlung bereitzustellen.
Die ursprüngliche gleichmäßige Zeilenstruktur wird in die TBCs 18Y und 18C eingeschrieben, wird aber in der 585-Zeilen-Norm ausgelesen mit ungefähr jeder sechsten Zeile als Leerzeile. Die Interpolatoren 1Y und 1C werden dann benutzt, um ein gleichmäßiges Bild bei der Ausgangszeilenrate zu erzeugen, indem ihre Zeilenspeicher während der Eingangsleerzeile eingefroren sind und die erforderliche zusätzliche Zeile am Ausgang erzeugt wird, womit ein räumlich korrektes Bild produziert wird. Der erforderliche zeitliche Versatz wird detektiert und verwendet wie in dem ersten Normwandler, obwohl die Interpolation so angewandt wird, daß ein Teilbild gelegentlich fallengelassen werden kann, wobei die Bewegung ruhig bleibt. Das Teilbild wird fallengelassen, sodaß die Umwandlung von 60 Teilbildern pro Sekunde in 50 Teilbilder pro Sekunde erzielt wird. Das Fallenlassen eines Teilbildes wird erreicht durch Verwendung der 4-Teilbild TBCs 11Y und 11C am Ausgang.
Somit unterscheidet sich der zweite Normwandler von dem ersten Normwandler entsprechend Figur 2 nur unwesentlich. Insbesondere werden die Helligkeits-TBCs 11Y und 18Y ausgetauscht und die Farb-TBCs 11C und 18C werden ebenso ausgetauscht. Es werden auch keine zeitlichen Stillstandssignale gefordert.
In beiden Fällen hat die Steuerung 32 verschiedene Funktionen, wie im folgenden beschrieben; Steuerung des Auslesens und Einschreibens bezüglich der TBCs 11Y, 11C, 18Y und 18C; Erzeugen einer zeitlichen Versetzungsanzahl, und in dem Fall des ersten Normwandlers Erzeugen des zeitlichen Stillstandssignales, und Erzeugung einer vertikalen Versetzungsanzahl zusammen mit Vertikalinterpolationssteuerungssignalen. Diese Funktionen werden nun detaillierter beschrieben.
Zunächst schalten die 2-Teilfeld-Helligkeits- und Farb-TBCs 18Y und 18C immer zwischen Teilbildspeichern am Ende eines jeden 60 Hz-Teilbildes. Die Funktionsweise der 4-Teilbild-Helligkeits- und Farb-TBCs 11Y und 11C hängt von dem Modus der Funktion ab und ihre Steuerung ist auch verbunden mit der Erzeugung des zeitlichen Versetzungssignales. In der Tat wird die Steuerung der Helligkeits- und Farb-TBCs 11Y und 11C bestimmt von dem Eingangs- und Ausgangsteilbildsynchronisierungssignal.
Die Ableitung des zeitlichen Versetzungssignales in dem Fall der 525/60 zu 625/50 Bearbeitung wird nun unter Bezug auf die Figuren 4 und 5 beschrieben.
In Figur 4 wird die Steuerung 32 derart dargestellt, daß sie einen Zeilenzähler 61, sowie einen ersten und einen zweiten Signalspeicher (Latch) 62 und 63 beinhaltet. Ein Zeilentaktsignal wird an einen Taktanschluß des Zeilenzählers 61 geliefert, während das Eingangsteilbildsynchronisierungssignal an einen Reset-Anschluß des Zeilenzählers 61 und an einen Taktanschluß des zweiten Signalspeichers 62 geliefert wird. Das Ausgangsteilbildsynchronisierungssignal wird an einen Taktanschluß des ersten Signalspeichers 62 geliefert. Das Ausgangssignal des Zeilenzählers 61 wird an den Eingang des ersten Signalspeichers 62 geliefert, das Ausgangssignal desselben wird an den Eingang des zweiten Signalspeichers 63 geliefert, das Ausgangssignal desselben ist das zeitliche Versetzungssignal, das an die Helligkeits- und Farb-Schieberegister 11Y, 11C, 18Y und 18C geliefert wird.
Die Eingangs- und Ausgangsteilbildsynchronisierungssignale werden in den Figuren 5A und 5B entsprechend gezeigt. Die Figur 5C zeigt das Ausgangssignal des Zeilenzählers 61, der wiederholt von 0 bis 524 zählt. Die Figuren 5D und 5E zeigen die Ausgangssignale der ersten und zweiten Signalspeicher 62 und 63 entsprechend. Beim Selbsthalten des Zählers 61 wird das erforderliche Verhältnis der Eingangsteilbildperiode bestimmt. Der zeitliche Verschiebewert tn zeigt die Position zwischen Eingangsteilbildern an, wo das Ausgangsteilbild interpoliert werden muß, sodaß, wenn das ergänzte Teilbild entsprechend Figur 5A fallengelassen wird, eine gleichmäßige Bewegung weiterhin erscheint. Somit ist das Teilbild, das die zeitliche Versetzung verwendet, wie es zusätzlich in Figur 5E gezeigt wird, eines, das fallengelassen wird. Es zeigt sich unter Bezug auf die Figuren 5A und 5B, daß das Teilbild, das fallengelassen wird, ein solches ist, das mit keiner neuen zeitlichen Verschiebung verbunden ist. Das Teilbild (durch Pfeil markiert), das fallengelassen wird, wird bezeichnet durch das zeitliche Stillstandssignal für die folgende Schaltung.
Die Ableitung des zeitlichen Versetzungssignales in dem Fall der 625/50 zur 525/60 Bearbeitung wird nun unter Bezug auf die Figuren 6 und 7 beschrieben.
In Figur 6 wird die Steuereinheit 32 so dargestellt, daß sie einen Zeilenzähler 71 und einen Signalspeicher 72 enthält. Ein Zeilentaktsignal wird an einen Taktanschluß des Zeilenzählers 71 geliefert, während das Eingangsteilbildsynchronisierungssignal an einen Reset-Anschluß des Zeilenzählers 71 geliefert wird. Das Ausgangsteilbildsynchronisierungssignal wird an einen Taktanschluß des Signalspeichers 72 geliefert. Das Ausgangssignal des Zeilenzählers 71 wird an den Eingang des Signalspeichers 72 geliefert, das Ausgangssignal desselben ist das zeitliche Versetzungssignal, das an die Helligkeits- und Farb-Schieberegister 11Y, 11C, 18Y und 18C geliefert wird.
Die Eingangs- und Ausgangsteilbildsynchronisierungssignale werden in den Figuren 7A und 7B entsprechend gezeigt. Die Figur 7C zeigt das Ausgangssignal des Zeilenzählers 71, der wiederholt von 0 bis 624 zählt. Die Figur 7D zeigt das Ausgangssignal des Signalspeichers 72. Durch Selbsthalten des Zählers 71 wird das erforderliche Verhältnis der Eingangsteilbildperiode bestimmt. Somit bezeichnet der zeitliche Versetzungswert tn erneut die Position zwischen zwei Eingangsteilbildern, wo das Ausgangsteilbild interpoliert werden muß, sodaß, wenn das ergänzte Teilbild wiederholt wird, eine gleichmäßige Bewegung weiterhin auftritt. Das Teilbild, das wiederholt wird, ist das, mit dem zwei zeitliche Verschiebewerte verbunden sind. Das Teilbild (durch Pfeil bezeichnet), welches wiederholt werden muß, wird für die folgende Schaltung bezeichnet durch das Stillstandssignal.
Die Abweichung des zeitlichen Versetzungssignales in dem Fall der Zeitlupe, entweder bei 525/60 zu 525/60 oder 625/50 zu 625/50 ist die gleiche, und wird nun unter Bezug auf die Figuren 8 und 9 beschrieben.
In Figur 8 ist die Steuereinheit 32 so dargestellt, daß sie einen Zeilenzähler 81 enthält, sowie einen Teilbildzähler 82, erste bis vierte Signalspeicher 83 bis 86, ein exklusives ODER Schaltglied 87 und einen Impulszähler 88. Das Eingangsteilbildsynchronisierungssignal wird an einen Taktanschluß des ersten Signalspeichers 83 geliefert, an einen Taktfreigabe(Bereitstellungs)-Anschluß des Teilbildzählers 82 und an einen zweiten Reset-Anschluß des Zeilenzählers 81. Das Eingangsteilbildpolaritätssignal wird geliefert an den ersten Signalspeicher 83 und dann an den zweiten Signalspeicher 84 und auch an einen Eingang des Schaltgliedes 87 (Gatter). Der zweite Signalspeicher 84 liefert sein Ausgangssignal an den zweiten Eingang des Gatters 87, das Ausgangssignal desselben wird geliefert an einen ersten Reset-Anschluß des Zeilenzählers 81, an einen Reset-Anschluß des Teilbildzählers 82 und an einen Taktanschluß des dritten Signalspeichers 85, der einen Geschwindigkeitsdetektionslatch darstellt. Ein Zeilentaktsignal wird geliefert an einen Taktanschluß des zweiten Signalspeichers 84 und an entsprechende Taktanschlüsse des Zeilenzählers 81 und des Teilbildzählers 84. Das Ausgangssignal des Zeilenzählers 81 wird geliefert an einen Eingangsanschluß des Impulszählers 88 und das Ausgangssignal des Teilbildzählers 82 wird geliefert an den Eingang des dritten Signalspeichers 85 und ebenso an einen Versetzungseingangsanschluß des lmpulszählers 82. Das Ausgangsteilbildsynchronisierungssignal wird geliefert an einen Taktanschluß des vierten Signalspeichers 86. Das Ausgangssignal des dritten Signalspeichers 85 wird geliefert an einen Skalierungsfaktoranschluß des Impulszählers 88, das Ausgangssignal desselben wird geliefert an den vierten Signalspeicher 86, das Ausgangssignal desselben ist das zeitliche Versetzungssignal.
Das Eingangsteilbildsynchronisierungssignal und das Eingangsteilbildpolaritätssignal werden in den Figuren 9A und 9B entsprechend gezeigt. Die Figur 9C bezeichnet ebenfalls die Eingangsteilbildersynchronisierungssignale und die Figur 9D die Ausgangsteilbildsynchronisierungssignale. Die Figuren 9E und 9F geben die Funktionen des Teilbildzählers 82 und des Zeilenzählers 81 wieder, die entsprechend Teilbilder und Zeilen von 0 bis N zählen. Die Figur 9G stellt das Ausgangssignal des vierten Signalspeichers 86 dar, welches das zeitliche Versetzungssignal ist. Die Figur 9H zeigt das zeitliche Stillstandssignal (das wirksam ist, wenn es "Low" ist) und, wie durch Pfeile gekennzeichnet, ist das ergänzte Teilbild, das die zeitliche Versetzung verwendet, eine Wiederholung des vorausgehenden Teilbildes, das die zeitliche Versetzung t1 verwendete.
Um das zeitliche Stillstandssignal zu erzeugen, wird die Steuerung 32 in Figur 10 so dargestellt, daß sie ein synchronisiertes RS Flip-Flop 91, einen Signalspeicher 92, einen Invertierer 93 und ein UND - Schaltglied (Gatter) 94 beinhaltet. Das Ausgangsteilbildsynchronisierungssignal wird geliefert an einen Eingang des Flip-Flop 91, an den Eingang des Invertierers 93 und an einen Taktbereitstellungsanschluß des Signalspeichers 92. Das Eingangsteilbildsynchronisierungssignal wird geliefert an den anderen Eingang des Flip-Flop 91, während ein Zeilentaktsignal an Taktanschlüsse des Flip- Flops 91 und an den Signalspeicher 92 geliefert werden. Das Ausgangssignal des Flip- Flop 91 wird geliefert an einen Eingang des Gatters 94, welches an seinem anderen Eingang das Ausgangssignal des Invertierers 93 empfängt. Das Ausgangssignal des Gatters 94 wird geliefert an den Eingang des Signalspeichers 92, das Ausgangssignal desselben bildet das zeitliche Stillstandssignal. Die Funktion dieser Schaltung ist derart, daß, wenn mehr als ein Ausgangsteilbildsynchronisierungsimpuls auf einen Eingangsteilbildsynchronisierungsimpuls folgt, ein Stillstand auftritt.
Unter Rückbeziehung auf Figur 2 wird nun die Erzeugung der vertikalen Versetzungsanzahl durch die Steuerung 32 beschrieben. Der gleiche Adressenerzeuger, der Daten von dem Helligkeits-TBC 11Y ausliest in den Helligkeitsinterpolator 1Y und in den Bewegungsanalysator 2, adressiert auch einen Iöschbaren programmierbaren Nur-Lese- Speicher (EPROM), der die Vertikalversetzungsanzahl zusammen mit vertikalen Stillstandssignalen bereitstellt, wenn es erforderlich ist.
(In der Anordnung entsprechend Figur 3, die für eine 525/60 zu 625/50 Umwandlung verwendet wird, werden die Leseadressen des Helligkeits-TBC 18Y verwendet, aber in allen anderen Moden werden die Leseadressen des Helligkeits-TBC 11Y verwendet.)
Die Vertikalversetzungsanzahl wird unter der Annahme erzeugt, daß sowohl die Eingangs-, als auch die Ausgangsteilbilder gleichmäßig sind, und sie zeigt dann die Position an zwischen zwei Eingangszeilen, wo die Ausgangszeile interpoliert werden muß, sodaß ein ungestörtes Bild erzeugt werden würde, wenn: eine Zeile gelegentlich fallengelassen würde in einer 625/50 auf 525/60 Umwandlung, oder eine Zeile gelegentlich wiederholt werden würde in einer 525/60 zu 625/50 Umwandlung.
Wenn eine Zeile wiederholt wird durch den Helligkeits-TBC 11Y (18Y), wird ein vertikales Stillstandssignal erzeugt.
Wenn die Eingangsteilbilder nicht beide gleichmäßig sind, müssen die Interpolatoren 1Y und 1C Gebrauch machen von der Eingangsteilbildpolarität und der Ausgangsteilbildpolarität, um eine korrekte Interpolation sicherzustellen.
Die Inhalte der EPROM werden auf ähnliche Weise erzeugt, wie oben in Verbindung mit Figur 10 beschrieben, für das zeitliche Versetzungssignal, in dem die bekannte Zeilenposition sowohl in einem 525-, als auch in einem 625-Bild verwendet wird.
Die Form und die Funktionsweise des Vektorfilters 36 und des Vektorberechners 37, den die vorliegende Erfindung insbesondere betrifft, wird nun detaillierter mit Bezug auf die Figuren 11 bis 17 beschrieben.
Unter Bezug auf Figur 11, die das Vektorfilter 36 in Blockform zeigt, sind die Schritte 1 bis Schritt 5 entsprechend der Speicher 101 bis 105 enthalten, zwei Auswahleinheiten 106 und 107, ein Filterspeicher 108, ein Filter mit endlicher Stoßantwort (FIR) 109 (nicht rekursives System) und ein Abtastreduzierer 110, mit entsprechend dargestellten Verbindungen. Die Schritte 1 bis 5 sind die, auf die bereits Bezug genommen wurde.
Das Vektorfilter 36 empfängt an seinem Eingang die Daten, die aufeinander folgende 625-Zeilen-Teilbilder der gleichen Polarität (in diesem Fall gleichmäßig) enthalten von der Vektorschnittstelle 35 (Figur 2 oder 3). Da die Teilbilder von gleicher Polarität sind, sind sie alle in der gleichen räumlichen Position. Innerhalb des vorausgehenden Bearbeitungsverfahrens der Einstellung sämtlicher Teilbilder auf die gleiche Polarität liegt eine zweidimensionale Filterfunktion vor, was bedeutet, daß die an das Vektorfilter 36 gelieferten Daten ausreichend gefiltert worden sind, um als Daten im Schritt 5 (oder im letzten Schritt) verwendet zu werden. Diese Schritt-5-Daten werden in dem Vektorfilter 36 gespeichert, während die verbleibende Bearbeitung ausgeführt wird. Diese Bearbeitung ist in ihrer Art rekursiv unter Steuerung der Auswahleinheiten 106 und 107, worin die Daten der vorausgehenden Schritte in zwei Dimensionen gefiltert und abgespeichert worden sind, und dann die Bearbeitung bezüglich dieser Schrittdaten wiederholt wird. Wegen des hier ein bezogenen Filterungsaufwandes ist es möglich, das gefilterte Ausgangssignal in beiden Dimensionen nach jedem Schritt abtastzureduzieren. Wenn dieser Prozeß viermal ausgeführt worden ist, hat das Vektorfilter 36 dann an seinen Ausgängen die Vektorberechnung, wie es durch die Daten für die Schritte 1 bis 5 bezeichnet wird.
Das FIR-Filter 109, derAbtastreduzierer 110 und der Filterspeicher 108 führen die zweidimensionale Filterungsabtastreduzierungsfunktion durch. Ein detaillierteres Schaubild dieses Bereiches wird in Figur 12 gezeigt.
Dieser Teil des Vektorfilters 36 enthält den Filterspeicher 108, das FIR-Filter 109, das ein 7-Abgriff-Filter ist, Register (R) 121 und 122, ein synchron ladbares Register (SLR) 123, Auswahleinheiten 124 und 125, einen Invertierer 126, und Zeilen- und Spaltenadressengeneratoren 127 und 128.
Wie der Figur 12 zu entnehmen ist, wird die zweidimensionale Filterbearbeitung ausgeführt durch ein einzelnes eindimensionales Filter, was darauf begründet ist, daß die gewünschte zweidimensionale Antwort aktuell variabel abtrennbar ist, was bedeutet, daß ein zweidimensionaler Umlauf in dem Zeitbereich ausgeführt werden kann als eine Serie von zwei eindimensionalen Umläufen. In dieser speziellen Anwendung sind die vertikalen und horizontalen Antworten identisch und nehmen die Form einer Kosinus- Quadrat oder höheren Kosinusfunktion an, deren Frequenzantwort derart ist, daß der Filterausgang größer ist, als 48 dB nach unten auf die Nyquist-Frequenz, und 6 dB nach unten zur halben Nyquist-Frequenz. Diese Antwort wird ausgeführt unter Verwendung des einzelnen 7-Abgriff FIR Filters 109, was unter Verwendung von zwei 4-Abgriff FIR Filterchips, hintereinandergeschaltet mit einem Endfilterkoeffizienten durchgeführt wird, der zu 0 setzbar ist. Da die Filterkoeffizienten sich während sämtlicher andauernder Bearbeitungen nicht verändern, können sie in die Filterchips beim Einschalten geladen werden, aber in der Praxis ist die Schaltung so aufgebaut, daß die Koeffizienten bei jedem Rahmen wieder geladen werden, da eine Programmierung in einen programmierbaren Nur-Lese-Speicher (PROM) mit bis zu fünfzehn weiteren Sets von Koeffizienten möglich ist, sollte dies notwendig sein, und dies kann dann durch einen 4- Weg-Bit-Schalter ausgewählt werden, der auf der Frontplatte montiert ist.
Bei der Funktion dieser Schaltung für den Eingang von sagen wir Schritt-5-Daten und die Erzeugung von Schritt-4-Daten als ein Ausgangssignal ist das zweidimensional gefilterte und abtastreduzierte Ausgangssignal wie folgt.
Der Eingang besteht in diesem Fall aus Daten eines normalen Teilbildes und dieses wird horizontal gefiltert durch das 7-Abgriff-FIR Filter 109, das bei einer Volltaktrate funktioniert. Das Ausgangssignal des FIR-Filters 109 wird zu dem SLR 123 geführt, der gesteuert wird durch ein Halbtaktratensignal, dessen Auswirkung dergestalt ist, daß jede andere Abtastung weggelassen wird, womit das gefilterte Ausgangssignal horizontal reduziert wird mit einem Faktor von 2.
Horizontal gefilterte und reduzierte Daten von dem SLR 123 werden in den Filterspeicher 108 Reihe für Reihe geschrieben. Da dieser Prozeß über das gesamte Teilbild ausgeführt wird, wird der Filterspeicher 108 ein Teilbild enthalten, das aus der korrekten Anzahl von Zeilen besteht, aber welches in seiner Größe horizontal um den Faktor 2 reduziert worden ist. Gelegentlich, weil die Filterantwort derart ist, daß das Ausgangssignal größer ist, als 48 dB hinunter bis zur Nyquist-Frequenz, wird, wenn die Abtastreduzierung stattfindet, kein alias-Frequenzanteil in dem SLR-Ausgangssignal enthalten sein.
Die Reihen und Spaltenadressen für den Filterspeicher 108 werden nun umgeschaltet, sodaß die Daten von dem Filterspeicher 108 ausgelesen werden Spalte für Spalte, und zurückgeladen werden in das FIR-Filter 109 und einen Abtastreduzierer (SLR 123), dessen Ausgangssignal die ursprünglichen Eingangsdaten sind, reduziert um einen Faktor 2, sowohl in vertikaler, als auch in horizontaler Richtung, was in diesem Fall Schritt-4-Daten wären und als solche in den Schritt-4-Speicher eingeschrieben werden würden.
Die Bearbeitung wird dann wiederholt, um die Schritt-3-Daten zu erhalten durch Auslesen des Schritt-4-Speichers 104 (Figur 11), und Zuleitung dieser Daten an den FIR- Filter 109 und eventuell in den Schritt-3-Speicher 103 (Figur 11), in ähnlicher Weise, um die Schritt-2-Daten von den Schritt-3-Daten zu erhalten. Die Lieferung von Schritt-1- Daten vom Schritt 2 ist geringfügig unterschiedlich, nämlich dadurch, daß die Filterung und das Abtastreduzierungsverfahren nur horizontal ausgeführt wird. Dies geschieht deshalb, weil der erste Schritt des Bewegungsvektorabschätzungsverfahrens die horizontale Bewegung blockiert (von 16 Pixeln) und der nächste Schritt, Schritt 2, verbessert dann die Abschätzung, die sich im Schritt 1 ergibt durch Festsetzung der Bewegung in Stufen von acht Pixeln/Zeilen von der Position, die durch den Schritt angezeigt wird.
In Figur 11 ist der Schritt-5-Speicher 105 ein Teilbildspeicher, der Schritt-4-Speicher 104 ist ein Halbteilbildspeicher, der Schritt-3-Speicher 103 ist ein Viertelteilbildspeicher, der Schritt-2-Speicher 102 ist ein Achtelteilbildspeicher und der Schritt-1-Speicher 101 ist ein Sechzehntelteilbildspeicher. In der Praxis werden die Schritte 1, 2 und 3 alle in dem gleichen Schreib/Lesespeicher (RAM) gespeichert, wobei die Schritte 4 und 5 in unabhängigen RAMs gespeichert werden.
Der vollständige Prozeß zur Bestimmung der Daten in den Schritten 1 bis 5 benötigt zwei Teilbildperioden und es ist dann notwendig, diese Daten für zwei weitere Teilbildperioden zu halten, da es erforderlich ist, diese als Suchblockdaten in einem Teilbild und Suchbereichsdaten in dem nächsten verwendet zu werden. Somit ergibt sich eine notwendige Anforderung für vier solcher Vektorfiltertafeln in dem Bewegungsvektorabschätzungssystem, und dieses wird durch ein einfaches Zeitdiagramm in Figur 13 dargestellt. Aus Figur 13 ist ersichtlich, daß die Ausgangssignale der Vektorfilter A und C mehrfach zusammen übertragbar sind und das gleiche für Vektorfilter B und D gilt; das heißt, daß der Vektorberechner verfügbar sein muß auf zwei unterschiedlichen kontinuierlichen Eingangssuchblock/Bereichdaten.
Unter Bezug auf Figur 14, die den Vektorberechner 37 in Blockform darstellt, sind die Schritt 1 - 3 Speicher 131, A und B Schritt-4-Speicher 132 und 133, A bis D, Schritt-5- Speicher 134, 135, 136 und 137, zwei gewichtete absolute Differenz(WAD)-Berechner 138 und 139 und ein Ausgangsprozessor 140, der wie dargestellt verbunden ist, beinhaltet, sowie empfangende Eingänge, wie dargestellt.
Eine Anordnung von dreißig vertikal auf vierzig horizontal Bewegungsvektoren pro Teilbild wird für jedes Teilbild berechnet und um zu ermöglichen, daß dieses in Realzeit geschieht unter Verwendung eines vernünftigen Aufkommens von Hardware, ist es notwendig, solche zehn Vektorberechnungsboards entsprechend Figur 14 zu haben. Unter Verwendung dieser Anordnungsmittel werden die Bewegungsvektoren berechnet in vier Blöcken von dreißig vertikale auf zehn horizontale.
Die Daten des Vektorfilters 36 (Figur 11) werden als ein kontinuierlicher Datenstrom für jeden der Schritte 1 bis 3, Schritt 4 und Schritt 5 geliefert und es bleibt jedem der Vektorberechner 37, zu bestimmen, welche Daten er in der Berechnung jedes Schrittes anfordert bzw. benötigt.
Das vereinfachte Fließschema entsprechend Figur 15 zeigt die Verfahrensweise der Schritt 1 bis Schritt 3 Speicher 131, die Schritt-4-Speicher 132 und 133 und den ersten WAD-Berechner 138. Die Schritt-1-Daten, als Ausgangs/Startpunkt, sind immer in einer festgelegten und bekannten Position, der Suchblock ist ein Pixel, der Suchbereich drei horizontale Pixel, wobei der resultierende Vektor dieser Berechnung entweder 0 oder +/- 16 horizontal ist. Der vertikale Anteil des Vektors ist immer 0. Um zu bestimmen, wo der Suchbereich eingeschrieben werden soll in dem nächsten Schrittspeicher, die vertikalen und horizontalen Adressen, die auf ein Maximum zählen, auf das sich der Suchbereich zu bewegt haben könnte, bestimmt durch den vorausgehenden Schritt, werden geladen in vertikale und horizontale PROMs entlang mit der vorausgehenden vertikalen und horizontalen Bewegungsvektorkomponente von dem ersten WAD- Berechner 138. Die PROMs bilden wirksam die Ausgangsadresse in die Schrittspeicher ab durch Verbindung der Bewegungsvektoranteile mit den Eingangsadressen.
Unter Bezug auf Figur 15 wird gezeigt, daß jedesmal eine Schritt-4-Verschiebung berechnet wird, ihr Wert an einen der vier Schritt-5-Speicher 134 bis 137 (Figur 14) überführt wird, die notwendig sind, um kontinuierlich die letzten Schritt-5-Ausgangssignale zu berechnen.
Die Funktion des ersten WAD-Berechners 138 besteht darin, zu berechnen und zu bestimmen, welcher der neun Bewegungsvektoren der kleinste ist und dann entsprechend die vertikalen und horizontalen Bewegungsvektorbestandteile zu modifizieren.
Die Figur 16 zeigt den ersten WAD-Berechner 138 in detaillierterer Form. Er enthält einen modularen Subtrahierer 151, ein (akkumulatives Schiebe-)Register 152, fünf Register 153, 154, 155, 156 und 157, einen SLR 158, eine Vergleichseinheit 159, ein UND- Gatter 160 und zwei PROMs 161 und 162, die wie dargestellt verbunden sind und Eingangssignale empfangen.
Die A und B Eingangssignale sind der Suchblock und die Suchbereichsdaten von den Schrittspeichern. Der erste Subtrahierer 151 berechnet die absolute Differenz zwischen den einzelnen Pixelwerten an seinen zwei Eingängen. Das Ausgangssignal ist eines von zwei Eingängen für das Register 152, wobei der andere Eingang der Registerausgang ist, der um einen Takt verzögert ist. Deshalb ist die Funktion des Registers 152 die, die WAD-Werte zu berechnen für die neun Positionen in den ersten vier Schritten. Die neun WAD-Werte werden sukzessive getaktet, so wie sie berechnet werden, an die Vergleichseinheit 149, die den Minimum-WAD-Wert für jeden Schritt bestimmt durch Freigabe (Bereitstellung) des SLR 158, wenn ein Minimum detektiert wird. Beim Start eines jeden Schrittes geht der erste WAD-Wert zwangsweise in den SLR 158.
Zur gleichen Zeit taktet das "minimumdetektierte" Signal auch das Register 155, das dann die Anzahl der Minimum-WAD-Berechnung halten wird. Diese Anzahl wird dann dem PROM 161 zugeführt, und zwar am Ende eines jeden Schrittes, zusammen mit den vertikal und horizontal Bewegungsvektorbestandteilen von dem vorausgehenden Schritt, um den resultierenden Bewegungsvektor zu bestimmen.
Der zweite WAD-Berechner 139 (Figur 14) ist virtuell identisch mit dem ersten WAD- Berechner 138 (Figuren 14 und 16), aber er beinhaltet nicht die Schaltung, die durch die gestrichelte Linie in Figur 16 umschlossen ist, sondern diese Funktion ist in dem Ausgangsprozessor (Figur 17) beinhaltet. Von dem zweiten WAD-Berechner 139 wird lediglich gefordert, den Schritt 5 zu berechnen, wohingegen der erste WAD-Berechner 138 die Schritte 1, 2, 3 und 4 berechnet und aus diesem Grund gibt es eine Anzahl von Steuerzeilen, die zur Vereinfachung in Figur 16 ausgelassen worden sind.
Mit Figur 17, auf die jetzt Bezug genommen wird, zeigt den Ausgangsprozessor, auf den im obigen Bezug genommen wurde. Er enthält sechs Register, 171, 172, 173, 174, 175 und 176, einen Invertierer 177, ein RAM 178, und drei PROMs 179, 180 und 181 mit Verbindungen und empfangenden Eingängen wie dargestellt.
Der Ausgangsprozessor nach Figur 17 modifiziert nicht nur den Bewegungsvektor, der im Schritt 4 bestimmt wurde, sodaß der Bewegungsvektor nun zur Pixelauflösung berechnet wird, die wieder davon abhängig ist, welcher der neun WAD-Berechner ein Minimum aufwies, sondern er speichert auch diesen WAD-Wert als Güteklasse (FOM), die durch die Bewegungsvektorreduzierungsschaltung verwendet wird. In der Tat werden sämtliche WAD-Werte in dem RAM 178 gespeichert, da, wenn das Minimum bestimmt worden ist, so ist es dann die Entscheidung des Ausgangsprozessors, welcher der vier anderen WAD-Werte für die nächste Schaltung notwendig ist, die der Vektorprozessor 38 (Figuren 2 und 3) ist, um irgendeine Teilpixelbewegung zu berechnen. An diesem Ende kann es notwendig sein für den zweiten WAD-Berechner 139 (Figur 11), bis zu zwei weitere WAD-Werte zu bestimmen, da der Teilpixelprozessor die WAD- Werte direkt darüber, darunter, zur Linken und zur Rechten des Minimums anfordert. Dies würde der Fall sein, wenn das Minimum irgendwo anders liegen würde, als in der zentralen Position.
Schließlich ist es nun möglich, den Bewegungsvektor bereitzustellen, der zur Pixelauflösung berechnet ist, zusammen mit seiner FOM und vier anderer WAD-Werte, die notwendig sind zur Bestimmung irgendeiner Teilpixelbewegung, an den Vektorprozessor 38 und den Teilpixelbewegungsabschätzer 39 (Figuren 2 und 3) zur weiteren Bearbeitung, wie oben beschrieben.
Es sei noch auf sieben andere europäische Patentanmeldungen verwiesen, die zu GB-Patentanmeldungen 87 28 445, 87 28 446, 87 28 447, 87 28 449, 87 28 450, 87 28 451, 87 28 452, korrespondieren und die sich auf ähnliche Gegenstände beziehen, und die wir am gleichen Tage wie die vorliegende Anmeldung eingereicht haben.

Claims

1. Verfahren zur Bewegungsvektorabschätzung in einem Fernseh- Normwandler oder einem Zeitlupenprozessor, wobei das Verfahren ein digitalisiertes ein Bild darstellendes Signal verwendet und eine Bewegung in besagtem Bild an Punkten, die um eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen in horizontaler Richtung und eine vorbestimmte Anzahl von Abtastungen in vertikaler Richtung voneinander beabstandet sind, durch eine Blockvergleichstechnik mit aufeinanderfolgender Verbesserung der Bewegungsvektorabschätzung bestimmt wird, dadurch gekennzeichet, daß die Blockvergleichstechnik folgende Schritte aufweist:

Prüfung auf eine Minimumdifferenz in drei Positionen, der zentralen Position eines Blockes, einer vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nach links und der gleichen vorbestimmten Anzahl von Abtastungen nach rechts;

beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von weniger als der vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestiinmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind;

beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind;

beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer Abtastung oder Linie verteilt sind; und

Vergleich der Differenz, die an der durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Position erzeugt wird, mit den zwei Differenzen oberhalb und unterhalb, um den Vertikalvektorwert einzustellen, und mit den zwei Differenzen nach links und nach rechts, um den Horizontalvektorwert einzti :lent

2. Fernseh-Normwandler oder Zeitlupenprozessor, beinhaltend eine Vorrichtung zur Bewegungsvektorabschätzung in einem Fernsehbild, 5die eine Blockvergleichstechnik mit aufeinanderfolgender Verbesserung verwendet, wobei die Vorrichtung ein Vektorfilter (36) und einen Vektorberechner (37) aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Vektorberechner (37) derart ausgeführt ist, um die folgenden Schritte auf ein digitalisiertes Signal anzuwenden, das das Bild repräsentiert und an den Vektorberechner (37) durch den besagten Vektorfilter (36) geliefert wird:

beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von weniger als der vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind; beginnend von dem durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Punkt, prüfen auf eine Minimumdifferenz in neun Positionen, die symmetrisch um diesen Punkt in Schritten von einer noch kleineren vorbestimmten Anzahl von Abtastungen oder Linien verteilt sind;

Vergleich der Differenz, die an der durch den vorhergehenden Schritt bezeichneten Position erzeugt wird, mit den zwei Differenzen oberhalb und unterhalb, um den Vertikalvektorwert einzustellen, und mit den zwei Differenzen nach links und nach rechts, um den Horizontalvektorwert einzustellen.

3. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 2, worin die Vorrichtung zur Abschätzung die Bewegung zwischen aufeinanderfolgenden Feldern (Teilbildern) eines Eingangsfernsehsignales von einer Fernseh-Normwandler analysiert; und weiterhin enthaltene Interpoliermittel (1) die besagten Felder ausrichten, um statische Bilder effektiv darzustellen und eine Umwandlung unter Verwendung dieser statischen Bilder zu bewirken, um das geforderte Ausgangsfernsehsignal einer anderen Fernseh-Norm abzuleiten.

4. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 3, worin das Interpoliermittel (1) eine vertikal/zeitliche Interpolation bewirkt und das Eingangsfernsehsignal an das Interpoliermittel (1) über einen Zeitbasiskorrektor (11, 18) geliefert wird, der davon ein Fernsehsignal mit 585-Zeilen und 60-Felder (Teilbilder) pro Sekunde liefert.

5, Fernseh-Normwandler nach Anspruch 4, worin das Eingangsfernsehsignal ein Signal mit 625-Zeilen und 50-Felder pro Sekunde ist, wobei der Zeitbasiskorrektor (11,18) ein 4-Feld- Zeitbasiskorrektor (11) ist und das Ausgangssignal des Zeitbasiskorrektors (11) an das Interpoliermittel (1) über ein 4-Feld-Schieberegister (12) geliefert wird.

6. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 4, worin das Eingangsfernsehsignal ein Signal mit 525-Zeilen und 60-Felder pro Sekunde ist, wobei der Zeitbasiskorrektor (11,18) ein 2-Feld- Zeitbasiskorrektor (18) ist und das Ausgangssignal des Zeitbasiskorrektors (18) an das Interpoliermittel (1) über ein 4- Feld Schieberegister (12) geliefert wird.

7. Fernseh-Normwandler nach einem der Ansprüche 3-6, worin das Interpoliermittel (1) derart funktioniert, um die Adresse eines variablen Verzögerungsgliedes zu variieren, um jedes Pixel des Bildes auf die nächstliegende Zeile oder Abtastung neu einzustellen und dann jedes Pixel des Bildes sowohl vertikal, als auch horizontal auf einen Bruchteil einer Zeile oder einen Bruchteil einer Abtastung entsprechend neu einzustellen.

8. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 7, worin die vertikale Umstellung auf einen Bruchteil einer Zeile durch einen Vertikalinterpolierer mit vier Abgriffen pro Feld ausgeführt wird und die horizontale Umstellung auf einen Bruchteil einer Abtastung durch einen horizontalen Filter (1) mit zwei oder vier Abgriffen ausgeführt wird.

9. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 2 zur Umwandlung von 625- Zeilen und 50-Felder pro Sekunde auf 525-Zeilen und 60-Felder pro Sekunde, der weiterhin folgendes aufweist:

einen 4-Feld-Zeitbasiskorrektor (11) zum Empfang eines digitalen Fernseheingangssignales mit 625-Zeilen und 50-Feldern, wobei die Vorrichtung zur Abschätzung des Bewegungsvektors mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrektors (11) zur Analyse der Bewegung in dem Eingangsfernsehsignal verbunden ist;

ein Schieberegister (12), daß ebenso mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrektors (11) verbunden ist;

einen Interpolierer (1) zur Ableitung von Abtastungen von einem gewünschten digitalen Ausgangsfernsehsignal mit 525-Zeilen und 60-Feldern pro Sekunde in Abhängigkeit von Abtastungen, die von dem Schieberegister (12) abgeleitet sind, und von Bildbewegungsdaten, die durch die Abschätzungsvorrichtung (36- 40) abgeleitet sind; und

ein 2-Feld-Zeitbasiskorrektor (18) zur Zusammenstellung der abgeleiteten Abtastungen zur Ausbildung des besagten Ausgangsfernsehsignales.

10. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 9, worin der 4-Feld- Zeitbasiskorrektor (11) ein Fernsehsignal mit 585-Zeilen und 60- Felder pro Sekunde von dem Eingangsfernsehsignal zur Lieferung an das Schieberegister (12) ableitet.

11. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 2 zur Umwandlung von 525- Zeilen und 60-Felder pro Sekunde in 625-Zeilen und 50-Felder pro Sekunde, der weiterhin folgendes enthält:

einen 2-Feld-Zeitbasiskorrektor (18) zum Empfang eines digitalen Eingangsfernsehsignales mit 525-Zeilen und 60-Felder pro Sekunde, wobei das Gerät zur Bewegungsvektorabschätzung mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrektors (18) zur Analyse der Bewegung in dem Eingangsfernsehsignal verbunden ist;

ein Schieberegister (12), das ebenso mit dem Ausgang des Zeitbasiskorrektors (18) verbunden ist;

einen Interpolierer (1) zur Ableitung von Abtastungen eines geforderten digitalen Ausgangsfernsehsignales mit 625-Zeilen und 50-Feldern pro Sekunde in Abhängigkeit von Abtastungen, die von dem Schieberegister (12) abgeleitet werden, und Bildbewegungsdaten, die durch die Vorrichtung zur Abschätzung (36-40) abgeleitet werden; und

einen 4-Feld-Zeitbasiskorrektor zur Zusammenstellung der abgeleiteten Abtastungen, um das Ausgangsfernsehsignal zu bilden.

12. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 11, worin der 2-Feld- Zeitbasiskorrektor (18) ein Fernsehsignal mit 585-Zeilen und 60- Felder pro Sekunde ableitet von dem Eingangsfernsehsignal zur Lieferung an das Schieberegister (12).

13. Fernseh-Normwandler nach Anspruch 10 oder Anspruch 12, worin die Vorrichtung zur Bewegungsabschätzung (36-40) Bewegungsvektoren in Abhängigkeit von der Bewegung zwischen korrespondierenden Pixeln in aufeinanderfolgenden Bildern des besagten Eingangsfernsehsignales ableitet und diese Bewegungsvektoren an den Interpolierer (1) liefert, um die Pixel in den auf einanderf olgenden Feldern wirksam auszurichten, um statische Bilder darzustellen.

14. Zeitlupenprozessor nach Anspruch 2, der weiterhin folgendes enthält:

eine Eingangsschaltung (31,11) zum Empfang eines digitalen Eingangsfernsehsignales, wobei die Vorrichtung zur Bewegungsabschätzung (36-40) zur Bewegungsanalyse in dem digitalen Eingangsfernsehsignal ausgelegt ist;

ein Schieberegister (12) zum Halten von aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Feldern des Eingangsfernsehsignales;

einen Interpolierer zum Ableiten von Abtastungen eines geforderten digitalen Zeitlupen-Fernsehausgangssignales in Abhängigkeit von dem Grad der Zeitlupe, von Abtastungen, die von dem Schieberegister (12) abgeleitet werden, und von Bildbewegungsdaten, die durch die Vorrichtung zur Bewegungsabschätzung abgeleitet werden; und

ein 2-Feld-Zeitbasiskorrektor (18) zur Zusammenstellung der abgeleiteten Abtastungen, um das Zeitlupen-Ausgangsfernsehsignal zu bilden.

15. Zeitlupenprozessor nach Anspruch 14, worin die Eingangsschaltung (31, 11) einen 4-Feld Zeitbasiskorrektor (11) enthält.

16. Zeitlupenprozessor nach Anspruch 15, worin der 4-Feld- Zeitbasiskorrektor (11) ein Fernsehsignal mit 585-Zeilen und 60- Felder pro Sekunde von dem Eingangsfernsehsignal zur Lieferung an das Schieberegister (12) ableitet.