DE4121727C2 - Bewegungssignalprozessor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bewegungssignalprozessor zur Anwendung bei digitalem Fernsehen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Schaltung zum Glätten von Bildsignalen, die um einen Randbereich eines Bewegungsbildes und eines Standbildes verteilt sind, indem der Übergang, der zwischen den obengenannten beiden Bereichen auftreten kann, ausgedehnt wird, wobei der Schaltkreis das zeitlich verarbeitete Bewegungssignal in ein räumlich verarbeitetes Bewegungssignal umbildet.

Ein digitales Videosignalverarbeitungssystem, an dem seit kurzem intensiv geforscht wird, benützt in der Regel große Speicher und benutzt in diesem Fall häufig, um eine gute Qualität des dargestellten Bildes zu erreichen, Vollbildspeicher. Das Videosignalverarbeitungssystem, welches derartige Vollbildspeicher einsetzt, benützt Kammfilter, um damit einfach die Luminanzsignale und die Chrominanzsignale von dem zusammengesetzten Videosignal zu trennen. Diese Kammfilter arbeiten in befriedigender Weise für Standbilder, welche keine Bildbewegung enthalten. Die obengenannte Technik weist jedoch den Nachteil auf, daß um Bewegungsbereiche Effekte auftreten, die in hohem Maße die Qualität des angezeigten Bildes vermindern.

Um eine derartige Verschlechterung des Bildes in der Nähe der Bewegung zu vermeiden ist es notwendig, von dem gekämmten Vollbildsignal auf eine Art Ersatzsignal, das eine bessere Qualität als das gekämmte Vollbildsignal aufweist, umzuschalten. Bisher sind zwei Verfahren vorgeschlagen worden, mit denen die Umschaltoperation zwischen den beiden Signalen erreicht werden kann, eines davon ist das harte Umschalten, das andere ist die weiche Umschalttechnik.

Das harte Umschalten, das infolge einer Bewegungsdetektion durchgeführt wird, weist zwei Zustände ohne dazwischenliegende Zustände auf (Zustand 1 für den Bewegungsbereich oder Zustand 0 für Standbildbereich). Es wird sich daher, falls die harte Umschalttechnik angewendet wird, eine neue Verschlechterung des dargestellten Bildes ergeben. Diese Verschlechterung des Bildes ist vor allem durch den Unterschied in der Auflösung zwischen dem gekämmten Vollbildsignal und dem Ersatzsignal mit der besseren Qualität hervorgerufen. Eine andere, sehr wahrnehmbare Störung tritt auf, wenn das Ersatzsignal aus einem gekämmten Zeilensignal besteht. In diesem Fall treten hängende Punkte (hanging dots) entlang der bewegten horizontalen Übergänge auf.

Diese Störung wird besonders unangenehm, wenn das Bild eine Vielzahl von bewegten hochfrequenten Details enthält und das System daher schnell zwischen den zwei unterschiedlichen verarbeiteten Signalen umschaltet.

Für einen digitalen Videosignalprozessor ist es daher wünschenswert, daß er eine weiche Umschaltung, die einen allmählichen Übergang zwischen bewegten und stationären Teilen des Bildes ermöglicht, aufweist. Ein allgemeines Bewegungssignalverarbeitungssystem zum Durchführen dieser weichen Umschaltung ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.

In Fig. 3 ist ein Ein-Bit-Bewegungssignalausdehner (1-bit motion signal spreader) gezeigt, wie er beispielsweise aus der US 4868650 bekannt ist. Zum Durchführen einer Voll-Bit-Bewegungssignalverarbeitung sollte der Bewegungsdetektor 100 und der Steuersignalausdehner 102 entsprechend durch einen Bewegungsdetektor für Vollbit-Bewegungssignale und einen K-Wert-Generator zum Erzeugen eines Wertes K im Bereich zwischen 0 und 1 ersetzt werden.

Wie in der Zeichnung gezeigt, beinhaltet das allgemeine Bewegungssignalverarbeitungssystem im wesentlichen den Bewegungsdetektor 100 zum Detektieren von Bewegungssignalen von dem eingegebenen zusammengesetzten Videosignal und einen Steuersignalausdehner 102 zum Verarbeiten der Bewegungssignale, die von dem Bewegungsdetektor 100 bereitgestellt werden, um dadurch das ausgedehnte Steuersignal mit den Werten K und 1-K zu erzeugen. Weiterhin verarbeitet ein räumlicher Prozessor 106 räumlich das zusammengesetzte Eingangs-Videosignal durch Verwendung eines Zeilenkammfilters und ein zeitlicher Prozessor 110 verarbeitet zeitlich das zuammengesetzte Videoeingangssignal durch Verwendung eines Vollbildkammfilters (frame comb-filter). Die entsprechenden Ausgänge des räumlichen Prozessors (spatial processor) 106 und des zeitlichen Prozessors (temporal processor) 110 werden mit dem Steuersignalausgang mit den Werten K und 1-K wie sie von dem Steuersignalausdehner 102 zur Verfügung gestellt werden, mittels der Multiplizierer 112 und 114 entsprechend gemischt. In diesem Fall hat das Steuersignal einen Wert zwischen 0Kl. Die entsprechenden Ausgänge der Multiplizierer 112 und 114 werden mit Hilfe eines Addierers 116 gemischt, um damit bewegungsverarbeitete Bildsignale zu erzeugen. Gleichzeitig wird, da das zusammengesetzte Videoeingangssignal während der Verarbeitung in dem Bewegungsdetektor 100 und dem Steuersignalausdehner 102 verzögert werden, das zusammengesetzte Videoeingangssignal durch die Verzögerungsschaltkreise 104 und 108 um eine bestimmte Zeit verzögert, um dadurch das verzögerte Steuersignal mit den Werten K und 1-K an die Ausgänge des räumlichen Prozessors 106 und des zeitlichen Prozessors 110 anzupassen.

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild mit der Struktur des Bewegungsdetektors 100 und des Steuersignalausdehners 102, wie es im genannten Stand der Technik bekannt ist. Dabei empfängt ein Vollbilddifferenzschaltkreis 118 das zusammengesetzte Videosignal oder das Luminanzsignal, um ein Bewegungsdifferenzsignal zwischen den Vollbildern zu detektieren. Ein räumlicher Tiefpaßfilter 120 filtert räumlich das Vollbilddifferenzsignal, wie es vom Vollbilddifferenzschaltkreis 118 bereitgestellt wird, um damit das Bewegungsdifferenzsignal zu glätten und das Farbsignal zurückzuhalten. Ein Absolutwertschaltkreis 122 erzeugt von dem Ausgangssignal des räumlichen Tiefpaßfilters 120 absolute Werte. Die absoluten Werte werden mit einem bestimmten Schwellwert von einem Komparator 124 verglichen, welcher das Ein-Bit-Steuersignal, entsprechend dem Vergleich erzeugt. Damit wird das 1-Bit-Steuersignal durch den Ausdehnprozessor (spreading processor) 126 ausgedehnt und die K-Werte werden dann von einem K-Wert-Generator 132 erzeugt. Die K-Werte haben dabei kontinuierliche Werte von 0K, wobei ein K-Wert von 1 bedeutet, daß die Bewegung des Bildes sehr auffällig ist und ein K-Wert von 0 bedeutet, daß keine Bewegung im Bild ist.

Da dieser bekannte Bewegungssignalprozessor gezwungenermaßen die Ausdehnung um ein detektiertes Bewegungssignal zentriert und das detektierte 1-Bit-Bewegungssignal als ein Bewegungssignal (K = 1) betrachtet, bei dem die Bewegung sehr beachtlich ist, kann das Bewegungssignal nicht adaptiv ausgedehnt werden. Entsprechend kann, falls eine Vielzahl von bewegten hochfrequenten Details verarbeitet werden, die Verschlechterung des dargestellten Bildes nicht erfolgreich vermieden werden. Weiterhin können, falls die Bildsignale Impulsstörungen enthalten, diese Impulsstörungen als Bewegungssignale mißgedeutet werden und dadurch ein Ausdehnen von ungewünschten Bildsignalen auftreten. Zusätzlich hat, da diese Struktur nur Bewegungssignale, die in der Richtung der zeitlichen Achse korreliert sind, in Übereinstimmung mit lediglich dem Vollbilddifferenzsignal detektiert, das Bewegungssignal nur geringe räumliche Korrelation. Es ist daher schwierig, das Bewegungssignal angepaßt an den Bewegungsbereich räumlich zu verarbeiten.

Aus der US 4733297 ist ein Luminanz-Farbsignal-Trennschaltkreis bekannt, bei dem zur Steuerung eines Mischverhältnisses zwischen einem Bewegungsbildinterpolati­ onssignal und einem Standbildinterpolationssignal ein Bewegungsdetektionsschalt­ kreis vorgesehen ist, der an seinem Eingang ein Differenzvollbildsignal erhält. Der Bewegungsdetektionsschaltkreis gibt sein Ausgangssignal an einen Bewegungsver­ arbeitungsschaltkreis weiter. Gemäß Fig. 9 besteht dieser aus einer Maximalwert­ bestimmungseinrichtung, die auf der Grundlage von räumlich benachbarten Pixel­ werten einen Maximalwert als geglätteten, räumlich korrelierten Bewegungswert für jeweils einen Pixelbereich erzeugt. Mittels eines direkt nachgeschalteten Horizon­ talfilters erfolgt dank eine weitere ebenfalls auf räumlicher Korrelation beruhende Glättung des zuvor erwähnten Bewegungswertes.

Aus US-A-4 651 211 ist eine weitere Videosignalbewegungs­ detektioneinrichtung bekannt, bei der zunächst ein Vollbilddif­ ferenzsignal erzeugt wird und dieses Differenzsignal in hoch­ frequente und tieffrequente Komponenten zerlegt wird. Sowohl die hochfrequenten als auch die tieffrequenten Bewegungswertkom­ ponenten werden jeweils einem Kombinationsschaltkreis zuge­ führt, in dem in einem Bildfenster liegende benachbarte Bewe­ gungswerte addiert werden und der Bewegungswert einem Schwell­ wertentscheider zugeführt wird. Die entsprechenden Ausgänge von der hochfrequenten und tieffrequenten Seite werden dann wieder­ um kombiniert, um insgesamt ein Bewegungssignal zu erzeugen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen digitalen Bewegungssignalprozessor anzugeben, mit dem eine bildinformationsabhängige Umschaltung zwischen Zeilen- und Vollbild-Kammfilterung erzielt wird, basierend auf einer schärferen Erfassung des relevanten Bewegungsbereichs.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Dabei stellen die angegebenen Alternativen "Maximalwert, Minimalwert, Zwischenwert" selbständige Lösungen dar.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren im einzelnen:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines Bewegungssignalprozessors entsprechend der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild zum Erklären eines Bewegungsdetektors und des Steuersignalausdehners gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Bewegungssignalprozessors gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 4 einen Maximalwertdetektor der Fig. 1, welcher ein "3 × 3"-Bildfenster aufweist;

Fig. 5A und 5B "3 × 3"-Bildfenster zum Erklären der Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Bereichsdetektor der Fig. 1 mit einem "3× 3"-Bildfenster;

Fig. 7A ein exemplarisches Bildfenster, wie es von dem Bereichsdetektor erhalten wird,

Fig. 7B einen charakteristischen Graphen des Bereichsdetektors für den Fall, daß eine Begrenzung (clipping process) ausgeführt wird;

Fig. 7C einen weiteren exemplarischen charakteristischen Graphen des Bereichsdetektors für den Fall, daß die Begrenzung ausgeführt wird;

Fig. 7D ein exemplarisches Diagramm zum Erklären der Streuung des Bildsignals im Falle eines "3 × 3" rechteckförmigen Bildfensters;

Fig. 7E ein exemplarisches Diagramm zum Erklären der Streuung des Bildsignals im Falle eines "5 × 5" Diamantbildfensters;

Fig. 7F ein Diagramm zum Erläutern der Betriebscharakteristik des Bereichsdetektors;

Fig. 8 ein Diagramm des Bereichsdetektors, der mit dem räumlichen Tiefpaßfilter verbunden ist zum Verbessern der Glättungscharakteristik;

Fig. 9A und 9B die Ausgangscharakteristiken des K- Wert-Generators der Fig. 3;

Fig. 10A den Steuersignalausdehner der Fig. 1 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10B einen weichen Umschaltungsprozessor, der das Vollbitbewegungssignal des Maximalwertdetektors verwendet;

Fig. 11A ein Blockschaltbild eines räumlichen Ausdehners, welcher durch den Bereichsdetektor der Fig. 1 entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ersetzt werden kann;

Fig. 11B und 11C entsprechend die eindimensionale Ausgangscharakteristiken des räumlichen Streuers und des diagonalen Tiefpaßfilters der Fig. 11A;

Fig. 12 ein detailliertes Schaltbild des horizontalen oder vertikalen Ausdehners der Fig. 11A;

Fig. 13A und 13B detaillierte Schaltkreise der Grundblockeinheiten der Fig. 12 und deren verarbeiteten Werte;

Fig. 14A und 14B detaillierte Blockschaltbilder des horizontalen Ausdehners der Fig. 12, vervollständigt durch die Verwendung der Grundblockeinheiten und der Zwischenwerte davon; und

Fig. 15 das Ergebnis der Bildsignalausdehnung, wie sie mit dem räumlichen Streuer der Fig. 11A erreicht wird.

Die Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Gleiche Referenznummern kennzeichnen gleiche Teile in den Zeichnungen.

Fig. 1 stellt das grundlegende Blockdiagramm der Erfindung dar. Die Betriebsweise und Struktur des Vollbilddifferenzschaltkreises 118, des räumlichen Tiefpaßfilters 120, des Absolutwertschaltkreises 122 und des Komparators 124 sind die gleichen wie die in Fig. 2. Mit anderen Worten detektiert der Vollbilddifferenzdetektor 118 die Bewegungssignaldifferenzen zwischen den Vollbildern, die dem räumlichen Tiefpaßfilter 120 zum Filtern der tieffrequenten Komponenten von diesem Vollbilddifferenzsignal, zugeführt werden. Der Ausgang des räumlichen Tiefpaßfilters 120 besteht aus positiven und negativen Komponenten und dieses Signal wird von dem Absolutwertschaltkreis 122 in einen absoluten Wert (positiver Wert) übergeführt. Der Maximalwert-Auswahlschaltkreis 128, der den Absolutwert empfängt, wählt den Maximalwert der Eingangssignale von dem "M × N"-Bildfenster aus, um die um den ausgewählten Maximalwert zentrierte Bewegung räumlich auszudehnen, wobei der Glättungseffekt entsprechend der Auswahl der Form des Bildfensters bestimmt wird. Gemäß Experimenten mit der Erfindung zeigen das rechtwinklige und das Diamantbildfenster gute Glättungseigenschaften, selbst für sehr hochfrequente Details. Insbesondere für Fälle, wo das Vollbilddifferenzsignal um den Rand zwischen dem Bewegungsbereich und dem Standbildbereich gelegen ist, zeigt die Erfindung besonders gute Effekte.

Die Größe und die Form des Bildfensters sollte geeignet angepaßt sein, da, falls die Größe des Bildfensters unnötigerweise groß ist, die Qualität des Bildes durch die übermäßige Ausdehnung der Bewegung beeinträchtigt werden kann.

Da das Ausgangssignal, das von dem Maximalwertdetektor 128 erzeugt wird, selbst ein räumlich gestreutes Signal ist, kann es als Bewegungssteuersignal zum Steuern des weichen Umschaltens mittels dem K-Wert-Generator, der die Charakteristiken, wie sie in den Fig. 9A und 9B gezeigt sind, aufweist, direkt benutzt werden. Zusätzlich wird der Ausgang des Maximalwertdetektors 128 mit einem Schwellwert verglichen, der im voraus von dem Komparator 124 gesetzt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird, falls das Ausgangssignal des Maximalwertdetektors 128 als größer festgestellt wird als der Schwellwert THR, der Wert, der von dem Maximalwertselektor 128 ausgewählt wurde, als Maximalwert erkannt und der Komparator 124 wird daraufhin ein 1-Bit-Bewegungssignal erzeugen. Ein solches Bewegungssignal bedeutet, daß die detektierte Bewegung im Verhältnis zu der zeitlichen Achse eine Signalkomponente ist, deren Bewegung größer ist als der Schwellwert THR, und dieses Signal ist der Wert, der räumlich mittels dem Maximalwertdetektor 128 ausgedehnt wird. Es ist deshalb möglich, dieses Bewegungssignal für das harte Umschalten zu verwenden.

Der Zweck des Bereichsdetektors 130, der das obere 1-Bit-Bewegungssignal empfängt, ist mehr die räumliche Rekonstruktion des Bildsignals als die Bewegung auszudehnen. In diesem Fall wird die Bildrekonstruktion mittels der Detektion eines neuen Bewegungsbereichs des Bildfensters erreicht, indem die Bewegung, die über einen speziellen Wert hinausgeht, benutzt wird, wobei die Bewegung von dem Maximalwertselektor 128 mittels der Auswahl des Maximalwerts des Bildfensters räumlich ausgedehnt wird und die Bewegung räumlich entsprechend der Bewegung des Bildfensters rekonstruiert wird.

Mit anderen Worten verarbeitet der Bereichsdetektor 130 das Bewegungssignal, das zuvor von dem Maximalwertdetektor 128 korrigiert wurde, erneut, um die räumliche Korrelation des neuen Bewegungssignals vorauszuberechnen und diese neue vorausberechnete Bewegung wird dem K-Wert-Generator 132, der den Bewegungsfaktor K erzeugt, zugeführt. Zur selben Zeit kann in einfacher Weise, durch richtige Beschränkung des Maximalwertes des Ausgangs von dem Bereichdetektor 130 erreicht werden, daß die Bewegungsverarbeitung vereinfacht wird und daß im Falle eines weiten Bildfensters die große Differenz zwischen dem Zentrum des Bewegungsbereichs und des Standbildbereichs überwunden wird. Die K- und 1-K-Werte werden den Multiplizierern 112 und 114, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, zugeführt, und sie werden dadurch mit den Ausgängen von dem räumlichen Prozessor 106 und dem zeitlichen Prozessor 110 gemischt.

Die theoretischen Grundlagen dieses Prozesses können von der zeitlichen Korrelation des Vollbilddifferenzsignals unterstützt werden und bei einer Dimension, wie in der Fig. 7F gezeigt, kann die Größe der Bewegung auf der Grundlage der Bewegungen _x und _x′ in Richtung der X-Achse vorausberechnet werden. Falls diese Signale daher in zwei Dimensionen ausgedehnt werden, kann ein neues Bewegungssignal rekonstruiert werden, das als graduelles adaptives Bewegungssignal zwischen 0 und 1 mit einer räumlichen Korrelation zu der Zeitachse oder in Übereinstimmung mit der Zeitachse abgebildet werden kann, indem die Bewegungssignalkomponente, die über einem bestimmten Wert liegt, wieder verarbeitet wird.

Fig. 4 zeigt den Maximalwertdetektor 128 der Fig. 1 im Detail. Wie in der Zeichnung dargestellt, weist der Maximalwertdetektor 128 einen exemplarischen Schaltkreis für ein "3 × 3" rechtwinkliges Bildfenster auf, bei dem ein Komparator 150 mit einem Auswahlanschluß eine Mehrzahl von Abtastverzögerungsschaltkreisen 134, 136, 140, 142, 146 und 148 und zwei Verzögerungsleitungen 138 und 144 beinhaltet. Der Maximalwertdetektor 128 empfängt den Absolutwert des räumlichen tiefpaßgefilterten Vollbilddifferenzsignals, der der Reihe nach mittels des Vollbilddifferenzschaltkreises 118, des räumlichen Tiefpaßfilters 120 und des Absolutwertschaltkreises 122 verarbeitet wird. In diesem Fall wird eine erste Bildzeile als Signal "a" ohne Verzögerung, als Signal "b" um eine Abtastung durch den Abtastverzögerungsschaltkreis 134 verzögert, und als Signal "c" gegenüber dem Signal "b" erneut verzögert dem Komparator 150 zugeführt.

Gleichzeitig wird eine zweite Bildzeile als zeilenverzögertes Signal "d", welches um eine Zeile mittels des Zeilenverzögerers 138 verzögert ist, ein Signal "e", welches um eine Abtastung mittels dem Abtastverzögerungsschaltkreis 140 verzögert ist und ein Signal "f", welches gegenüber dem Signal "e" mittels des Abtastschaltkreises 142 verzögert ist, dem Komparator 150 zugeführt.

Weiterhin wird zum Erhalten einer dritten Bildzeile der Ausgang der Zeilenverzögerungsschaltung 138 von der Zeilenverzögerungsschaltung 144 um eine Zeile verzögert und dem Komparator 150 als Signal "g" zugeführt. Eine Abtastverzögerungsschaltung 146 verzögert das Signal "g" um eine Abtastung. Dieses Signal wird als Signal "h" dem Komparator 150 zugeführt. Eine Abtastverzögerungsschaltung 148 verzögert das Signal "h" um eine Abtastung und führt dieses Signal ebenfalls dem Komparator 150 zu. Die Bewegungssignalwerte, welche in der obenbeschriebenen Weise erhalten werden, sind in Fig. 5A gezeigt.

Der Komparator 150 vergleicht die Bewegungssignale, die von den Abtastverzögerungsschaltungen und den Zeilenverzögerungsschaltungen erhalten werden, um einen Maximalwert des Bewegungssignals zu erzeugen. In diesem Fall beträgt der Maximalwert M(e) der von dem Komparator 150 ausgewählt wird den Wert:

M(e) = MAX (a, b, c, d, e, f, g, h, i) (1)

wobei M(e) die Bewegung der momentanen Position "e" repräsentiert.

Fig. 5B zeigt eine Abbildung des "3 × 3"-rechtwinkligen Bildfensters, dessen entsprechende Pixels von speziellen wesentlichen Werten ersetzt sind. In diesem Fall wird in Übereinstimmung mit Formel (1) der Maximalwert Me) des Bildfensters in folgender Weise repräsentiert;

M(e) = MAX (5, 6, 0, 3, 2, 7, 0, 1, 0) = 7 (2)

In dieser Ausführungsform wird, falls der Schwellwert THR, der von dem Komparator 124 zu 4 gesetzt wird, der Maximalwert des Bildfensters aus der Fig. 5B 7, entsprechend der Formel (2). Daher erzeugt der Ausgang des Komparators 124 das 1-Bit-Bewegungssignal mit dem Wert 1. Als Ergebnis wird der Maxiinalwertdetektor 128 die momentane Position "e" als Bewegung erkennen.

In diesem Fall wird die räumliche Ausdehnung des Bewegungsbereichs durch Auswahl des Maximalwerts des Bildfensters erreicht, indem der Maximalwertdetektor benützt wird und dadurch räumlich rekonstruiert, wobei die Bewegungen zueinander korreliert sind.

Fig. 6 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild des Bereichsdetektors der Fig. 1, welches zum Vorausberechnen des Bewegungsbereiches durch Empfangen des Ausgangs des Komparators 124 dient. Es enthält eine Anzahl von Abtastverzögerungsschaltkreisen 152 bis 162, zwei Zeilen-Verzögerungsschaltkreise 164 und 166 und einen Addierer 168. In diesem Bereichsdetektor ist die Betriebsweise der Abtastverzögerungsschaltkreise 152 bis 162 und der Zeilenverzögerungsschaltkreise 164 und 166 dieselbe, wie die bei dem Maximalwertdetektor der Fig. 4, mit dem einzigen Unterschied, daß der Komparator 150 mit einer Auswahlumschaltung der Fig. 4 von einem Bereichsdetektor 168, der als Addierer ausgeführt ist, ersetzt ist.

Die Bewegungssignale, die dem Bereichsdetektor zugeführt werden, sind 1-Bit-Signale, die nur die Werte "1" oder "0" annehmen. Das Bildfenster, welches mittels der entsprechenden Abtastverzögerungsschaltkreise 152 bis 162 und der Zeilenverzögerungsschaltkreise 164 und 166 vorausberechnet wird, ist in Fig. 7A gezeigt. Der Addierer 168 zählt die Anzahl der entsprechenden Abtastungen a′-i′ nur mit dem Wert "1". Daher kann die charakteristische Formel des Bereichsdetektors 130 durch folgende Formel (3) repräsentiert werden.

S(e) = A × (Anzahl der Bewegungsabtastwerte) (3)

wobei 5(e) der Ausgang des Addierers (168) und A das Gewicht das dem Addierer 168 zum Bestimmen des Anstiegs der charakteristischen Kurve zugeführt wird.

Der Bereichsdetektor 130 kann mit einer Charakteristik, die sich von der Formel (3) unterscheidet, ausgeführt sein. Die Charakteristik, die von der Formel (4) repräsentiert wird, kann erhalten werden, indem eine Konstante B zur Formel (3) hinzugefügt wird.

S (e) = A × (Anzahl der Bewegungsabtastungen)-B (4)

Die Verarbeitung der Formel (4) wird üblicherweise von dem K-Wert-Generator durchgeführt, jedoch kann sie bei dieser Erfindung von dem Bereichsdetektor 130 durchgeführt werden. In diesem Fall ist der K-Wert-Generator überflüssig (dies kann einfach dadurch erreicht werden, daß der Ausgang des Bereichsdetektors durch einen maximalen Schrittwert unterteilt wird). In diesem Moment hat die charakteristische Kurve die, wie in Fig. 7C gezeigt ist, nach rechts geschoben wird, die Bedeutung eines räumlichen (oder flächigen) Schwellwerts, damit der Bereichsdetektor 130 den Bewegungsbereich nur ausdehnt, wenn die Anzahl der Bewegungssignale die in dem Bildfenster enthalten sind, über einem vorbestimmten Wert (B/A) liegt.

Die charakteristische Formel (3) repräsentiert einen speziellen Fall der Formel (4), bei dem B=0 ist. Bei dieser Verarbeitung kann das obige Resultat erhalten werden, falls die Bewegung von einem Bereichsdetektor ausgedehnt wird, der nicht den Maximalwertdetektorschaltkreis enthält. Der Bereichsdetektor, der im Verhältnis zu diesem Fall erwähnt wurde, weist eine Ausdehnung auf, die unterschiedlich zu den oben erwähnten ist.

Fig. 7D zeigt eine Bewegungsausdehnung eines rechtwinkligen Bildfensters für den Fall, daß die Konstante A der charakteristischen Formel (3) eins ist (A=1). In Bezug auf die Bildfenster I, II, III der Fig. 7D repräsentiert das Bildfenster I das Fenster der Bildabtastwerte, die von dem Komparator 124 zu dem Bereichsdetektor 130 zugeführt werden, während das Bildfenster II die Bildabtastsignale repräsentiert, die nicht abgeschnitten (clipped) sind. Zusätzlich repräsentiert das Bildfenster III das Ergebnis des Abschneideprozesses für die Bewegung mit dem maximalen Schritt sieben. Wie es anhand der Zeichnungen verständlich ist, werden alle Pixels in dem Bildfenster, die die Pegel acht und neun aufweisen, auf einen maximalen Schrittwert von sieben begrenzt. Indem der Maximalwert des Bereichsdetektors 130 begrenzt wird, kann die Bewegungsverarbeitung vereinfacht werden und es kann zusätzlich die Bewegungsdifferenz zwischen dem zentralen Abschnitten der Bewegungsbereiche und der Standbildbereiche reduziert werden, für den Fall eines weiten Bildfensters. Weiterhin repräsentiert Fig. 7E die Bewegungsausdehnung für den Fall eines "5 × 5" Diamantbildfensters. In gleicher Weise stellt das Bildfenster III ein Bildfenster II dar, bei dem die Bildabtastwerte auf einen maximalen Schrittwert von 7 begrenzt sind. Um die besten Effekte mit der Erfindung zu erzielen, sollte beachtet werden, daß die Größe des Bildfensters, das von dem Bereichsdetektor 130 aufgebaut wird, größer sein muß als die Größe des Bildfensters, welches von dem Maximalwertdetektor 128 aufgebaut wird.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist ein Blockschaltbild einer Schaltung, die den Bereichsdetektor 130 der Fig. 1 zusammen mit dem räumlichen Tiefpaßfilter ersetzt, wenn die Steigung A des Bereichsdetektors 130 auf einen relativ großen Wert festgelegt wird. In der Zeichnung wird der Bewegungsausdehner 170 mit dem 1-Bit-Bewegungssignal des Komparators 124 beaufschlagt und bewertet dieses Signal mit dem Gewicht A, um den Pegel des Bewegungssignals zu erhöhen. Mit anderen Worten wird, falls das Gewicht A 10 ist, die Pegeldifferenz zwischen den entsprechenden Pegeln 10 sein, was eine grobe Bewegungsausdehnung zur Folge hat. Dementsprechend, um die Verarbeitung der Bewegung sanft auszuführen, wird ein räumlicher Tiefpaßfilter 172 zum Tiefpaßfiltern benützt. Dieser Schaltkreis ist umso effektiver, wenn die Pegel der entsprechenden Bewegungssignale des Bildfensters diskrete Werte haben.

Fig. 10A zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Gezeigt ist ein Verfahren, bei welchem der Maximalwertdetektor 128 am Ausgangsanschluß des Komparators 124 angeordnet ist. Der Vorteil dieses Schaltkreises liegt darin, daß, da der Maximalwertdetektor 128 nur das 1-Bit-Bewegungssignal des Komparators 124 verarbeiten sollte, die Hardware des Maximalwertdetektors 128 leicht herstellbar ist.

Fig. 10B zeigt einen Schaltkreis zum weichen Umschalten mittels der Auswahl eines Vollbitmaximalwerts. Dieser Schaltkreis erzeugt die Bewegungssignale zwischen 0 und 1 in Übereinstimmung mit der Charakteristik des K-Wert-Generators, wie er in den Fig. 9A und 9B gezeigt ist. In diesem Fall zeigt die Charakteristik der Fig. 9B eine Verarbeitung zum Reduzieren des Ausgangswertes, falls der Eingangswert zu groß ist, um dadurch das Bewegungssignal, welches für den Fall eines weiten Bildfensters übermäßig gedehnt wird, zu korrigieren.

Entsprechend einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Bereichsdetektor 130 der Fig. 1 durch einen Bewegungsausdehnschaltkreis, wie er in der Fig. 11A gezeigt ist, ersetzt werden. Das bedeutet, daß ein horizontaler Ausdehner (horizontal spreader) 174 das Ausgangssignal des Komparators 124 horizontal dehnt, und ein vertikaler Ausdehner (vertikall spreader) 176 dieses Signal vertikal dehnt. Gleichzeitig detektiert der Maximalwertdetektor 178, wenn angenommen wird, daß der vertikale Ausdehner 176 und der horizontale Ausdehner 174 in ihren Verzögerungszeiten aneinander angepaßt sind, den Maximalwert der Ausgangssignale der Ausdehner und führt den Maximalwert einem diagonalen Tiefpaßfilter 180 zu. Der diagonale Tiefpaßfilter (diagonal lowpass filter) dehnt die Bewegungssignale diagonal, welche davor sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung gedehnt wurden, so daß die Bewegungssignale räumlich annähernd entsprechend der Form eines Kreises gedehnt werden. Fig. 11B zeigt die eindimensionale Charakteristik der Bewegungssignale, die in dieser Weise verarbeitet werden. In diesem Fall werden die Bewegungssignale, falls der maximale Schrittwert N beträgt, um N-1 in Richtung des Ausdehnungsprozesses geglättet. Von der charakteristischen Kurve ist zu ersehen, daß der diskontinuierliche Randbereich der Eingangssignale in den Ausgangssignalen geglättet ist.

In Fig. 11C ist ein Bildfenster unter Verwendung des diagonalen Tiefpaßfilters gezeigt, bei welchem die Charakteristik des diagonalen Filters im Verhältnis mit den horizontalen und vertikalen Abtastpunkten für den Fall, daß der Maximalwert 4 ist, gezeigt ist. In diesem Moment wird die charakteristische Formel des diagonalen Tiefpaßfilters durch die folgende Formel (5) repräsentiert:

M(n) = MAX[(1+p+j+r)/4,n) (5)

Die Formel (5) bedeutet, daß ein Wert, der durch Dividieren der Summe der Abtastwerte durch 4 in diagonaler Richtung erhalten wird, die um den momentanen Abtastpunkt "n" zentriert sind, mit dem Wert des momentanen Punktwertes "n" verglichen wird, um den maximalen Wert davon auszuwählen.

Das Blockschaltbild der Fig. 12 ist ein detailliertes Schaltbild des horizontalen Ausdehners 174 oder/und des vertikalen Ausdehners 176, in dem eine Anzahl von Grundblockeinheiten 182 bis 188 und Verzögerungsschaltkreisen 190 bis 196 und ein Addierer 198 enthalten sind. Zusätzlich beinhalten die entsprechenden Grundblockeinheiten 182 bis 188, wie sie in der Fig. 13A gezeigt sind, Abtastverzögerungsschaltkreise 190 und 192, und Maximalwertschaltkreise 194 und 196. In diesem Fall sind die Zwischenwerte der entsprechenden Elemente 190 bis 196 in Fig. 13B gezeigt. Die entsprechenden Grundblockeinheiten verarbeiten das 1-Bit-Bewegungssignal "0", welches den entsprechenden Grundblockeinheiten zugeführt wird, um die Bewegungssignale "s" zu erhalten, welche um eine Abtastung sowohl zur rechten als auch zur linken Seite gedehnt und um eine Abtastung verzögert werden.

Fig. 14A ist ein vollständiges Schaltbild der Fig. 12, bei der jede Grundblockeinheit durch eine Grundblockeinheit der Fig. 13A ersetzt ist. Daher werden, für den Fall, daß der maximale Schrittwert N=4, die Zwischenwerte, die von den entsprechenden Grundblockeinheiten 182 bis 188 verarbeitet werden, dem Addierer 198 zugeführt und miteinander addiert, um dadurch das endgültige Bewegungssignal, welches gedehnt ist, zu erhalten. Die entsprechenden Zwischenwerte sind, so wie in Fig. 14B gezeigt. Das resultierende Bewegungssignal "a" ist in Bezug auf das Eingangsbewegungssignal "a" ein Bewegungssignal, welches um drei Abtastungen verzögert sowohl zur rechten als auch zur linken Seite gestreut wird. Das obige Beispiel ist auf den horizontalen Ausdehner beschränkt, es kann aber in gleicher Weise ein vertikaler Ausdehner verwendet werden. Falls die Abtastverzögerungsschaltkreise durch Zeilenverzögerungsschaltkreise ersetzt werden, kann der vertikale Ausdehner so ausgelegt sein, daß der Maximalwertschaltkreis für ein 1-Bit-Eingangssignal mittels eines ODER-Gatters ausgeführt sein kann.

Fig. 15 zeigt anhand der Bildfenster die Zwischenwerte der Bewegungssignale, die von dem räumlichen Ausdehner der Fig. 11A verarbeitet wurden. Das bedeutet, daß das Bildfenster I die Eingangsbewegungssignale repräsentiert; das Bildfenster II repräsentiert die Bewegungssignale, die von dem horizontalen Ausdehner 174 horizontal gedehnt werden; das Bildfenster III repräsentiert die Bewegungssignale, die von dem vertikalen Ausdehner 176 vertikal gedehnt werden; und das Bildfenster IV repräsentiert die Mischung der gedehnten Signale der Bildfenster I und II durch den Maximalweftdetektor 178. Weiterhin repräsentiert das Bildfenster V die resultierenden Bewegungssignale der gemischten Signale, wie sie in dem Bildfenster IV gezeigt sind, welche mittels des diagonalen Tiefpaßfilters 180 diagonal gedehnt werden, wobei letztlich die Bewegungssignale in alle Richtungen gedehnt werden.

Weiterhin hat der Addierer 198 der Fig. 14A die Eigenschaft, daß er den maximalen Schrittwert begrenzt, um einen Fehler während der Signalverarbeitung zu vermeiden. Zum Beispiel, falls die Summe der Werte, die dem Addierer 198 zugeführt werden, einen Wert einnimmt, der größer als der Maximalwert ist, wird der Ausgang auf den Maximalwert begrenzt.

In einer derartigen obenbeschriebenen Verarbeitung muß, da das Bewegungsbild mittels dem Wert, welcher von dem Maximalwertdetektor räumlich gedehnt ist, verarbeitet wird, der Schwellwert des Komparators einen relativ großen Wert haben.

Um die Bewegung in angepaßter Weise entsprechend dem Bereich des 1-Bit-Bewegungssignals zu rekonstruieren, welches räumlich gedehnt ist, zu rekonstruieren, addiert die Erfindung das von dem Bereichsdetektor detektierte Bewegungssignal zu dem Bewegungswert von oder über einen speziellen Wert auf der zeitlichen Achse, welcher von dem Maximalwertdetektor räumlich gedehnt ist. Zusätzlich wird, da der Maximalwert des Ausgangs begrenzt werden kann, indem der Wert des detektierten Bereichs oder die Größe des Bildfensters begrenzt wird, der Glättungseffekt des Bewegungssignals in den Randbereichen der Bewegung und über einen weiten Bewegungsbereich erreicht.

Daher besteht der große Vorteil der Erfindung darin, daß eine Impulsstörung, welche als Bewegungssignal fehlerhaft erkannt werden kann, so verarbeitet wird, daß es eine geringere Bewegung hat als bei herkömmlichen Ausdehnungsprozessen. Daher hat die erfindungsgemäße Vorrichtung eine geringe Anfälligkeit gegenüber Störsignalen. Weiterhin wird die Hardware sehr vereinfacht und in der Praxis kann sie durch eine Kombination von logischen Elementen konstruiert werden, da die Bewegungssignale als 1-Bit-Signale verarbeitet werden. Ein weiteres besonderes Merkmal der Erfindung ist, daß die Bewegungssignale so rekonstruiert werden, daß sie für das menschliche Auge durch eine räumliche Korrelation angepaßt sind. Im Falle des anhand der Fig. 11A beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Erfindung dadurch charakterisiert, daß die Originalbewegungen auf der zeitlichen Achse räumlich annähernd entlang eines Kreises in alle Richtungen gedehnt werden.

Obwohl die Erfindung anhand von speziellen Ausführungsformen besprochen wurde, ist sie nicht auf diese beschränkt. Für den Fachmann ist klar, daß verschiedene Änderungen und Umkonstruktionen ausgeführt werden können, ohne dabei von der Idee der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können, anders als bei den angegebenen Ausführungsbeispielen, auch Minimums- oder Zwischenwerte statt der Maximalwerte verwendet werden. Weiterhin kann die Größe und die Form des Bildfensters so angepaßt werden, daß sie bestmöglich für die Charakteristiken des Bildes, welches verarbeitet wird, angepaßt ist und die Bewegungssignalverarbeitung für die zeitliche Achse kann in der gleichen Weise, wie oben beschrieben, ausgeführt sein.

Claims (10)

1. Bewegungssignalprozessor für ein digitales Videosignalverarbeitungssystem zum bewegungsinformationsabhängigen Filtern eines Videosignals mittels eines Filters für Zeilen- und Vollbild-Kammfilterung mit:
einer Einrichtung (118) zum Erzeugen eines Vollbilddifferenzsignals,
einer mit der Vollbilddifferenzsignal-Erzeugungseinrichtung verbundenen Einrich­ tung (120) zum räumlichen Tiefpaßfiltern des Vollbilddifferenzsignals,
einer mit der Einrichtung zum räumlichen Tiefpaßfiltern verbundenen Einrichtung (122) zum Erzeugen von Absolutwerten des räumlich tiefpaßgefilterten Vollbilddiffe­ renzsignals,
einer mit der Absolutwert-Erzeugungseinrichtung verbundenen Einrichtung (128; Fig. 4) zum Bestimmen eines Maximal-, Minimal- oder Zwischenwerts für jeweils ei­ nen Pixelbereich des Bildes auf der Grundlage von Absolutwerten in einem ersten vorgegebenen Bildfenster, das durch den jeweiligen Pixelbereich sowie durch die­ sem räumlich benachbarte Pixelbereiche gebildet wird,
einer mit der Bestimmungseinrichtung verbundenen Einrichtung (124) zum Verglei­ chen des Maximal-, Minimal- oder Zwischenwerts mit einem vorbestimmten Refe­ renzwert (THR) und Ausgeben von Vergleichssignalwerten für die Pixelbereiche (Fig. 7DI),
einer mit der Vergleichseinrichtung verbundenen Einrichtung (130; Fig. 6) zum Be­ rechnen eines Bewegungswerts für jeweils einen Pixelbereich auf der Grundlage von Vergleichssignalwerten der Vergleichseinrichtung in einem zweiten vorgegebe­ nen Bildfenster (Fig. 7DII), das durch den jeweiligen Pixelbereich sowie durch diesem räumlich benachbarte Pixelbereiche gebildet wird und
einer mit der Berechnungseinrichtung verbundenen Einrichtung (132) zum Erzeugen von Filtersteuersignalen (1-K, K) in Abhängigkeit von den in der Berechnungseinrich­ tung berechneten Bewegungswerten.

2. Bewegungssignalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmungseinrichtung auf­ weist:
eine Vergleichseinrichtung (150) zum Detektieren eines Maxi­ malwertes aus einer Vielzahl von Eingangssignalen, um ein Maxi­ malwertsignal zu erzeugen,
eine erste Verzögerungseinrichtung (134) zum Verzögern des Ab­ solutwertsignals um eine Abtastperiode, um ein erstes Signal (b) zu erzeugen, wobei das erste Signal von der Vergleichsein­ richtung empfangen wird,
eine zweite Verzögerungseinrichtung (136) zum Verzögern des er­ sten Signals (b) um eine Abtastperiode, um ein zweites Signal zu erzeugen, wobei das zweite Signal von der Vergleichsein­ richtung empfangen wird,
eine dritte Verzögerungseinrichtung (138) zum Verzögern des Absolutwertsignals um eine Zeilenperiode, um ein drittes Signal (d) zu erzeugen, wobei das dritte Signal von der Vergleichsein­ richtung empfangen wird,
eine vierte Verzögerungseinrichtung (140) zum Verzögern des dritten Signals um eine Abtastperiode, um ein viertes Signal (e) zu erzeugen, wobei das vierte Signal von der Vergleichsein­ richtung empfangen wird,
eine fünfte Vergleichseinrichtung (142) zum Verzögern des vier­ ten Signals um eine Abtastperiode, um ein fünftes Signal (f) zu erzeugen, wobei das fünfte Signal von der Vergleichseinrichtung empfangen wird,
eine sechste Verzögerungseinrichtung (144) zum Verzögern des dritten Signals um eine Zeilenperiode, um ein sechstes Signal (g) zu erzeugen, wobei das sechste Signal von der Vergleichsein­ richtung empfangen wird,
eine siebte Verzögerungseinrichtung (146) zum Verzögern des sechsten Signals um eine Abtastperiode, um ein siebtes Signal (h) zu erzeugen, wobei das siebte Signal von der Verzögerungs­ einrichtung empfangen wird,
eine achte Verzögerungseinrichtung (148) zum Verzögern des siebten Signals um eine Abtastperiode, um ein achtes Signal (i) zu erzeugen, wobei das achte Signal von der Vergleichseinrich­ tung empfangen wird.

3. Bewegungssignalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung ein 1-Bit-Signal weiter­ gibt, das das Vorhandensein oder Fehlen von Bewegungen repräsentiert.

4. Bewegungssignalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung den Bewegungswert im Pixelbereich durch Addieren der in dem zweiten Bildfenster liegenden Bewegungswerte berechnet.

5. Bewegungssignalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung die berechneten Bewegungswerte auf einen Maximalwert begrenzt.

6. Bewegungssignalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bildfenster rechteckförmige Form aufweist.

7. Bewegungssignalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bildfenster Diamantform aufweist.

8. Bewegungssignalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungseinrichtung aufweist:
einen Addierer (168) zum Addieren einer Vielzahl von Eingangssignalen, um ein extrapoliertes Signal zu erzeugen,
eine neunte Verzögerungseinrichtung (152) zum Verzögern des Ausgangssignals der Vergleichseinrichtung um eine Abtastperiode, um ein neuntes Signal (b′) zu erzeugen, wobei das neunte Signal von dem Addierer empfangen wird,
eine zehnte Verzögerungseinrichtung (154) zum Verzögern des neunten Signals um eine Abtastperiode, um ein zehntes Signal (c′) zu erzeugen, wobei das zehnte Signal von dem Addierer emp­ fangen wird,
eine elfte Verzögerungseinrichtung (164) zum Verzögern des Aus­ gangssignals der Vergleichseinrichtung um eine Zeilenperiode, um ein elftes Signal (d′) zu erzeugen, wobei das elfte Signal von dem Addierer empfangen wird,
eine zwölfte Verzögerungseinrichtung (156) zum Verzögern des elften Signals um eine Abtastperiode, um ein zwölftes Signal (e′) zu erzeugen, wobei das zwölfte Signal von dem Addierer empfangen wird,
eine dreizehnte Verzögerungseinrichtung (158) zum Verzögern des zwölften Signals um eine Abtastperiode, um ein dreizehntes Sig­ nal (f′) zu erzeugen, wobei das dreizehnte Signal von dem Ad­ dierer empfangen wird,
eine vierzehnte Verzögerungseinrichtung (166) zum Verzögern des elften Signals um eine Zeilenperiode, um ein vierzehntes Signal zu erzeugen, wobei das vierzehnte Signal von dem Addierer empfangen wird,
eine fünfzehnte Verzögerungseinrichtung (160) zum Verzögern des vierzehnten Signals um eine Abtastperiode, um ein fünfzehntes Signal (h′) zu erzeugen, wobei das fünfzehnte Signal von dem Addierer empfangen wird,
eine sechzehnte Verzögerungseinrichtung (162) zum Verzögern des fünfzehnten Signals um eine Abtastperiode, um ein sechzehntes Signal (i′) zu erzeugen, wobei das sechzehnte Signal von dem Addierer empfangen wird.

9. Bewegungssignalprozessor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Addierer (168) das von ihm ausgegebene Signal mit einem Wert A gewichtet.

10. Bewegungssignalprozessor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Addierer (168) sein Ausgangssignal gegenüber einem Referenzwert um einen Wert B verschiebt.