DE4440661C2 - Bewegungsdetektionsverfahren für ein Vollbild und Bewegungsdetektor zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bewegungsdetektionsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 sowie einen Bewegungsdetektor zur Durchführung des Verfahrens.

Bewegungsdetektionsverfahren und die zugehörigen Bewegungsdetektoren sind bekannt. Beispielhaft wird hierzu auf

• - Hentschel, Ch.; Johansen, Ch.; Teichner, D. Bildspeichergestützte digitale Verarbeitung von Farbfernsehsignalen, Fernseh- und Kinotechnik 40 (1986), Heft 3, 4, 5,
• - Teichner, D.: Adaptive Filter Techniques for Separation of Luminance and Chrominance in PAL TV Signals. IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. CE-32 (1986), No. 3, pp 241-250 sowie
• - Hentschel, Ch.: Comparison between Median Filtering and Vertical Edge Controlled Interpolation for Flicker Reduction, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. CE-35 (1989), No. 3, pp 279-289 verwiesen.

Bewegungsdetektionsverfahren und die zugehörigen Bewegungsdetektoren zielen in der Videotechnik im allgemeinen darauf ab, bei der Bildsignalverarbeitung zwischen verschiedenen Verarbeitungsmodi, die für ruhende bzw. für bewegte Bereiche besonders gut geeignet sind, umzuschalten. In der Regel werden hierbei die Differenzen örtlich gleicher Bildpunkte ausgewertet, wobei die Differenz bei Bewegung ungleich Null wird. In Zeilensprungsystemen besteht zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilbildern ein Offset um eine Zeile, weshalb hier nicht direkt die örtlich richtige Differenz gebildet werden kann. Daher werden für die Bewegungsdetektion in der Regel die Differenzen zwischen aufeinanderfolgenden Vollbildern gebildet, was die doppelte Laufzeit (in Ländern mit 50-Hz-Teilbildfrequenz 40 ms statt 20 ms) und somit auch einen erhöhten Hardwareaufwand an Bildspeichern mit sich bringt. Weiterhin erweist es sich oft als Nachteil, daß bestimmte Bewegungsfrequenzen um 25 Hz mit diesen Bewegungsdetektoren nicht erfaßt werden können.

Sehr vorteilhaft für die Hardwarerealisierung sind Bewegungsdetektoren mit nur einem Teilbildspeicher als Verzögerungsglied. Als Beispiel seien rekursiv arbeitende Bewegungsdetektoren genannt, wie sie bei der Rauschreduktion eingesetzt werden. Zur Differenzbildung werden entweder örtlich versetzte Bildpunkte zwischen geometrisch benachbarten Zeilen verwendet oder es wird in einem Teilbild durch eine vertikale Interpolation das gewünschte komplementäre Raster erzeugt. Hierbei werden jedoch auch ruhende horizontale Kanten mit erfaßt, so daß sich diese Art der Bewegungsdetektion nicht für Verfahren zur Flimmerreduktion eignet. Eine Erweiterung dieser Detektion ist in "ntz Archiv", Band 4 (1982), Heft 10, Seiten 313 bis 321, angebeben und besteht darin, daß nachträglich eine vertikale Tiefpaßfilterung durchgeführt wird. Ein weiterer Bewegungsdetektor verwendet eine Hochpaßfilterung im Vollbild, wobei eine nichtlineare Steuerung des Detektionssignals erfolgt, die ebenfalls auf einer Hochpaßfilterung im Vollbild basiert.

Die Bewegungsdetektoren sollen im allgemeinen auch bewegte kontrastarme Objekte erkennen, wobei dann ein Kompromiß in Bezug auf die Rauschempfindlichkeit gebildet werden muß. Rauschen führt nach der Differenzbildung zu Signalanteilen, die häufig eine Bewegung vortäuschen. In der Regel ist der Aufwand für die Reduzierung der Rauschempfindlichkeit beträchtlich.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bewegungsdetektionsverfahren und den zugehörigen Bewegungsdetektor zur Verfügung zu stellen, das bzw. der bereits mit einer Teilbildverzögerung zuverlässig arbeitet.

Die Aufgabe wird für das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der erfinderische Bewegungsdetektor zeichnet sich dadurch aus,

• - daß der Bewegungsdetektor ein Vollbild-Hochpaßfilter und eine dem Vollbild-Hochpaßfilter nachgeschaltete Auswerteeinheit aufweist,
• - daß dem Vollbild-Hochpaßfilter das Videovollbild zuführbar ist,
• - daß das Vollbild-Hochpaßfilter (5) insbesondere die vertikale Nyquistfrequenz passieren läßt, die eine Periode aufweist, die in etwa dem Abstand von einer Videozeile zur geometrisch übernächsten Videozeile entspricht, und
• - daß die Auswerteeinheit das Vollbild als unbewegt detektiert, wenn ihr vom Vollbild-Hochpaßfilter ein betragsmäßig kleines Signal zugeführt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird also nicht global die Differenz zwischen den Teilbildinhalten gebildet, sondern es werden deren hochfrequente vertikale Anteile ausgewertet. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, daß bei üblichen Kameras Strukturen mit einer Zeilenbreite von eins nicht erfaßt werden, da die Abtastung in der Regel über zwei Zeilen erfolgt. Genau diese Strukturen treten aber in bewegten Bereichen auf und können bereits innerhalb eines Vollbildes sicher erkannt werden.

Die Bewegungsdetektion erfolgt vorzugsweise bildpunktgenau. Um daher bewegte Bildpunkte von feinen, ruhenden Bildpunkten sicher unterscheiden zu können, sollte das Vollbild-Hochpaßfilter als schmalbandiges Hochpaßfilter ausgebildet sein, also eine schmalbandige Filterung durchführen.

Eine wesentlich effektivere Detektion der Bewegung erhält man in der erfindungsgemäßen Schaltung, wenn eine Auswertung der hochfrequenten Anteile nicht nur im Vollbild, sondern gemäß den Ansprüchen 4, 5, 13 und 14 auch innerhalb eines oder auch beider Teilbilder erfolgt. Vorteile dieser Lösung sind die Informationen über die bereits im ruhenden Bild vorhandenen hochfrequenten Anteile, die dazu genutzt werden können, mit einfachen Filtern mit nur wenigen Koeffizienten eine Detektion der hochfrequenten "Mäusezähnchen" durchzuführen und sicher von ruhenden Strukturen zu trennen. Auch Rauschstörungen werden wirkungsvoll unterdrückt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, anhand der Zeichnungen sowie aus den weiteren Unteransprüchen. Dabei zeigen

Fig. 1A und B die Entstehung von sogenannten "Mäusezähnchen" in bewegten Gebieten eines Vollbildes;

Fig. 2 das Schema eines Bewegungsdetektors mit Teilbildverzögerung;

Fig. 3 das Beispiel einer vertikalen Filterung in den einzelnen Teilbildern und im Vollbild;

Fig. 4 A, B und C die spektrale Empfindlichkeit der Frequenz­ filterung in den Teilbildern und im Vollbild;

Fig. 5 die Detektionsgebiete in der vertikal­ zeitlichen Frequenzebene;

Fig. 6 die Detektionsgebiete in der horizontal­ zeitlichen Frequenzebene;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Bewegungsdetektors und

Fig. 8 die Ermittlung der Bewegungsinformation.

Wie allgemein bekannt, werden Videobilder nicht als Vollbilder, sondern als Teil- oder Halbbilder übertragen. Ein Vollbild besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Teilbildern. Jedes Teilbild besteht aus einer Anzahl von vertikal untereinander angeordneten Videozeilen, wobei jede Videozeile aus einzelnen Bildpunkten besteht. Im Vollbild sind dann die Videozeilen der Videoteilbilder alternierend angeordnet.

Gemäß Fig. 1A wird ein Balken 1 horizontal bewegt. Der Balken befindet sich dadurch in aufeinanderfolgenden Teilbildern n, n+1 an unterschiedlichen Stellen. Innerhalb eines Teilbildes n, n+1 treten noch keine vertikalen hochfrequenten Strukturen auf, so daß die Differenz zwischen untereinanderliegenden Zeilen innerhalb eines Teilbildes n, n+1 null ist. Im Vollbild dagegen sieht man in den bewegten Bereichen die hochfrequenten Strukturen, die der sogenannten Nyquistfrequenz entsprechen. Diese Strukturen sind auch unter dem Namen "Mäusezähnchen" bekannt.

Gemäß Fig. 1B wird ein anderes Objekt, hier eine Ellipse 2, in einer nicht horizontalen Richtung bewegt. Auch in diesem Fall treten "Mäusezähnchen" in den bewegten Bereichen auf.

Anhand von Fig. 1 erkennt man also, daß es zur Bewegungsdetektion ausreicht, die vertikale Nyquistfrequenz möglichst genau zu detektieren.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besteht der erfindungsgemäße Bewegungsdetektor im Prinzip aus den vertikalen Teilbild-Hochpaßfiltern (Vollbild-Bandpaßfiltern) 3, 4 sowie dem vertikalen Vollbild-Hochpaßfilter 5. Den Filtern 3 bis 5 sind Betragsbildner 6 nachgeschaltet, deren Ausgangssignal der Auswerteeinheit 7 zugeführt wird. Das am Eingang 8 eingespeiste Videosignal wird den Filtern 3 und 5 direkt sowie den Filtern 4 und 5 indirekt über die Verzögerungseinheit 9 zugeführt. Die Verzögerungseinheit 9 verzögert das Videosignal um genau ein Teilbild, so daß gleichzeitig im Vollbild-Hochpaßfilter 5 die Teilbilder n und n+1, im Teilbild-Hochpaßfilter 3 das Videoteilbild n+1, und im Teilbild-Hochpaßfilter 4 das Teilbild n ausgewertet werden.

Die Auswerteeinheit 7 wertet die ihr zugeführten Eingangssignale aus und entscheidet dann, ob eine Bewegung erfolgt ist oder nicht. Die Auswertung erfolgt dabei bildpunktgenau, daß heißt für jeden einzelnen Bildpunkt. Wenn das von der Auswerteeinheit 7 gelieferte Ausgangssignal einen großen Wert hat, so wird dies als bewegt interpretiert, wenn das Ausgangssignal klein ist, als unbewegt.

Das Ausgangssignal der Auswerteeinheit 7 kann in an sich bekannter Art und Weise nachbearbeitet werden und ein zweistufiges Signal (bewegt-unbewegt) oder ein feiner quantisiertes bis hin zu einem analogen Signal ausgeben. Es kann beispielsweise durch eine planare Tiefpaßfilterung geglättet werden, es kann nachverstärkt werden, und es kann auch eine nichtlineare Amplitudenbewertung erfolgen. Diese Nachverarbeitung ist allgemein üblich und der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 nicht dargestellt.

Zur Erläuterung der gewählten Bezeichnungen Vollbild-Hochpaßfilter 5 und Teilbild-Hochpaßfilter 3 und 4 sei auf folgendes hingewiesen:

In abgetasteten Systemen ist die höchste darstellbare Frequenz die Nyquistfrequenz, die der halben Abtastfrequenz entspricht. Wenn diese Frequenz ein Filter ungedämpft passieren kann und niederfrequente Signale unterdrückt werden, handelt es sich um ein Hochpaßfilter. Dies ist bei dem beschriebenen Vollbild-Hochpaßfilter 5 uneingeschränkt der Fall. Anders ist die Lage bei der Filterung im Teilbild. Bezogen auf die volle Zeilenzahl im Vollbild handelt es sich tatsächlich um ein Bandpaßfilter, wie es auch aus den Spektren zu ersehen ist. Jedoch wird nur innerhalb eines Teilbildes mit der halben Zeilenzahl gefiltert, weshalb innerhalb des Teilbildes ein Hochpaßfilter zur Anwendung kommt. Daher wird gleichberechtigt von einem Teilbild-Hochpaßfilter oder einen Vollbild-Bandpaßfilter gesprochen. Wegen der gleichen Filterkoeffizienten im Vollbild 5 und im Teilbild 3 wird die Bezeichnung Hochpaß gewählt, wobei zur Unterscheidung der Bezug Teilbild oder Vollbild vorangestellt ist.

Um die Nyquistfrequenz möglichst genau detektieren zu können und um Bewegungsinformation möglichst sicher von feinen, ruhenden Details trennen zu können, sollte das Vollbild-Hochpaßfilter 5 schmalbandig ausgelegt sein. Das Vollbild-Hochpaßfilter 5 sollte also insbesondere die Nyquistfrequenz aufweisen, die einer Periode entspricht, die möglichst genau dem Abstand von einer Videozeile zur übernächsten geometrischen Videozeile des Vollbildes entspricht. Zwecks möglichst guter Detektion feiner, ruhender Details sollten in analoger Weise die Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 möglichst derart ausgelegt sein, daß ihre Mittenfrequenz einer Periode entspricht, die möglichst genau gleich dem Abstand einer Videozeile zur viertnächsten geometrischen Videozeile (des Vollbildes) entspricht.

Ein Beispiel einer derartigen Filterung ist in Fig. 3 dargestellt. Gemäß Fig. 3 werden benachbarte Videozeilen des Videoteilbildes n durch das Teilbild-Hochpaßfilter 4 mit den Koeffizienten -0,5 und +0,5 gewichtet. Dadurch wird ein sinusförmiger Frequenzgang erreicht. Gleichzeitig wird durch das Teilbild-Hochpaßfilter 3 das unverzögerte Teilbild n+1 derart gefiltert, daß drei benachbarte Zeilen des Videoteilbildes n+1 mit den Koeffizienten -0,25, 0,5, -0,25 gewichtet werden. Dadurch wird ein sinus²-förmiger Frequenzgang erreicht. Im Vollbild wird ebenfalls über drei Zeilen mit den zuletzt genannten Koeffizienten gefiltert, wobei im Vollbild selbstverständlich Videozeilen beider Teilbilder n, n+1 gefiltert werden. Das Vollbild-Hochpaßfilter 5 hat also sein Maximum bei der Nyquistfrequenz, während die Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 sie unterdrücken.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, besitzen sowohl die Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 als auch das Vollbild-Hochpaßfilter 5 ihren Schwerpunkt bei der doppelt schraffierten Zeile. Es sind also die Gruppenlaufzeiten bzw. Verarbeitungsgeschwindigkeiten der Hochpaßfilter 3 bis 5 aufeinander abgestimmt.

Durch die Auswertung der Ausgangssignale der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 erhält man Informationen über bereits im ruhenden Bild vorhandene hochfrequente Anteile. Diese Anteile können dazu genutzt werden, die Filter 3 bis 5 mit nur wenigen Koeffizienten zu versehen und dennoch sicher ruhende feine Details von Bewegungsinformation trennen zu können. Auch können Rauschstörungen wirkungsvoller unterdrückt werden. Im Ergebnis kann mittels der dreifachen Filterung in den Filtern 3 bis 5 der effektive Detektionsbereich des Bewegungsdetektors auf Frequenzen in der Nähe der Nyquistfrequenz konzentriert werden, obwohl das Vollbild-Hochpaßfilter 5 ein relativ breitbandiges Filter ist. Es wird also trotz Verwendung einfacher, breitbandiger Filter durch die Kombination mehrerer derartiger Filter 3 bis 5 miteinander eine im Ergebnis sehr schmalbandige Filterung erreicht.

Die Filtercharakteristiken der einzelnen Filter sind in den Fig. 4A bis 4C dargestellt. Nach rechts ist jeweils die normierte vertikale Frequenz aufgetragen, nach oben jeweils die spektrale Empfindlichkeit. Fig. 4A zeigt die spektrale Empfindlichkeit des Filters 4, Fig. 4B die des Filters 3 und Fig. 4C die des Filters 5.

Eine Filterung über zwei Teilbilder n, n+1 hat immer auch eine zeitliche Komponente, weshalb die spektrale Empfindlichkeit des Bewegungsdetektors auch in der Frequenzebene beschrieben werden soll. In Fig. 5 ist die vertikal-zeitliche Frequenzebene dargestellt. Die im Schachbrettmuster angeordneten Punkte beschreiben die Wiederholspektren der Zeilensprungabtastung, die aufgrund der Abtastung in vertikaler Richtung (Zeilenabstand) und zeitlicher Richtung (Teilbildabstand) entstehen. Dadurch wird die maximale Übertragungsbandbreite des Basisbandes bestimmt, die hier durch die vertikal-zeitliche Nyquistgrenze dargestellt ist. Entlang der vertikalen Ortsfrequenzachse sieht man die detektierten schraffierten Bereiche mit einem Maximum bei der vertikalen Nyquistfrequenz. Aufgrund der Zeilensprungabtastung erscheint dieser Bereich gespiegelt an allen Trägern, so daß entlang der Zeitfrequenzachse die Bewegungsfrequenzen ebenfalls detektiert werden. Dies war das Ziel dieses Bewegungsdetektors. Man erkennt allerdings auch die niedrige Empfindlichkeit dieses Detektors auf mittlere vertikale Ortsfrequenzen, was gleichzeitig eine niedrige Empfindlichkeit für horizontale Kanten mit sich bringt (vorteilhaft bei der Flimmerreduktion).

Fig. 6 zeigt die Detektionsgebiete in der horizontal zeitlichen Frequenzebene. Unabhängig von der horizontalen Ortsfrequenz werden bis in der Nähe der zeitlichen Abtastfrequenz (Teilbildfrequenz) alle Bewegungsfrequenzen detektiert. Bewegungsdetektoren auf der Basis von Vollbildverzögerungen haben dagegen noch eine Nullstelle bei der halben zeitlichen Abtastfrequenz und können somit nicht alle Bewegungsfrequenzen erfassen.

Fig. 7 zeigt nun eine detailliertere Darstellung des Bewegungsdetektors von Fig. 2. Gemäß Fig. 7 weist der Bewegungsdetektor zusätzlich zur Verzögerungseinheit 9 drei Verzögerungseinheiten 10 auf, welche das Videosignal jeweils um eine Zeile verzögern. Ferner weist er acht Verstärker 11 bis 13 auf. Die Verstärker 11 verstärken das ihnen zugeführte Signal mit dem Faktor -0,25. Die Verstärker 12 verstärken das ihnen zugeführte Signal mit dem Faktor 0,5. Der Verstärker 13 verstärkt das im zugeführte Signal mit dem Faktor -0,5. Schematisch ist in Fig. 7 eingezeichnet, welche der Elemente 10 bis 13 zur jeweiligen Filterfunktion der Kamm- bzw. Hochpaßfilter 3 bis 5 beitragen. Insbesondere durch den ineinander verzahnten Aufbau der Hochpaßfilter 3 bis 5 ist gewährleistet, daß die Verarbeitungsgeschwindigkeiten (Gruppenlaufzeiten) der Filter 3 bis 5 gleich sind.

Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, werden die Beträge der Ausgangssignale der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 dem Maximumbildner 14 zugeführt und anschließend durch den Verstärker 15 mit einem vorwählbaren Verstärkungsfaktor verstärkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 15 wird einem Komparator 16 zugeführt. Als zweites Eingangssignal wird dem Komparator 16 der Betrag des Ausgangssignals des Vollbild-Hochpaßfilters 5 zugeführt.

Wenn das Signal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 größer als die Signale der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 ist, erkennt der Komparator auf bewegtes Bild. Durch Veränderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 15 kann eingestellt werden, um welchen Faktor das Ausgangssignal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 über dem der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 liegen muß, damit im Komparator 16 ein Bewegungssignal erkannt wird. Bei kleinen Signalpegeln wird dieses Kriterium jedoch unsicher. Zur Verbesserung der Empfindlichkeit wird daher ein Offset eingeführt, der am Summationspunkt 17 vom Signal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 subtrahiert wird. Das Ausgangssignal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 wird also vor dem Vergleich mit den Signalen der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 einer Signalpegelverschiebung unterzogen.

Der Komparator 16 erzeugt ein zweipegeliges Signal, das für viele Anwendungen ausreicht. Eine alternative nichtlineare Mischung der Eingangssignale könnte aber auch ein quantisiertes analoges Ausgangssignal erzeugen, was bei der weichen Überblendung zwischen verschiedenen Verfahren zur Signalverarbeitung zu weniger Störungen führt. Auch könnte sich eine weitere Verarbeitung zur Glättung und Amplitudenbewertung anschließen (Tiefpaßfilterung, nichtlineare Kennlinie u. a.). Eine Nachverarbeitung der zweipegeligen Information könnte dadurch erfolgen, daß singuläre als bewegt erkannte Punkte eliminiert werden. Es könnten aber auch Punkte eliminiert werden, die beispielsweise lediglich einen weiteren bewegten Punkt in der Nachbarschaft besitzen. Auch hier gibt es beliebig viele Möglichkeiten der Nachverarbeitung. Z. B. könnte das Gebiet als bewegt erkannt er Bildpunkte durch Dilatation vergrößert werden.

Der erfindungsgemäße Bewegungsdetektor kann weiterhin mit anderen Detektoren kombiniert werden, zum Beispiel mit Bewegungsdetektoren mit Vollbildverzögerungen, um möglicherweise die Empfindlichkeit für vertikal bewegte Strukturen zu erhöhen.

Sowohl bei der kontinuierlichen (analogen) als auch bei der zweipegeligen (digitalen) Nachverarbeitung wird das Detektionssignal pixelgenau erzeugt, so daß sich das Detektionssignal besonders gut für eine kontinuierliche Signalverarbeitung eignet.

Obenstehend wurde beschrieben, wie eine Filterung mit linearen Kammfiltern 3 bis 5 durchzuführen ist. Ebenso ist es aber auch möglich, statt einer linearen Filterung mit Verzögerungsgliedern, Multiplikatoren und Addierern, die sich mit der Systemtheorie beschreiben läßt, logische Kaminfilter zu verwenden. Zwar können dann keine Übertragungsspektren angegeben werden, jedoch müssen sie für sinusförmige Eingangssignale in etwa dieselben Charakteristiken wie in Fig. 4 aufweisen; das heißt innerhalb der Teilbilder eine hohe Empfindlichkeit bei einem Viertel der vertikalen Abtastfrequenz und innerhalb eines Vollbildes bei der halben vertikalen Abtastfrequenz. Je nach Ausführung kann die Betragsbildung bereits Teil der logischen Kammfilter sein.

Insbesonders bei linearer Filterung besitzen die Signale nicht nur Null- und Einspegel, sondern können beliebige Werte aufweisen. Wenn die Auswerteeinheit 7 als Fuzzy-Einheit ausgebildet ist, kann mit vergleichsweise geringem Aufwand eine sichere Einstufung von Bildinformation als bewegt oder unbewegt erreicht werden.

Fig. 8 zeigt nun, wie anhand der Ausgangssignale der Hochpaßfilter 3 bis 5 ein Bildpunkt als bewegt oder als unbewegt detektiert wird. Eine Null in Fig. 8 soll dabei ein kleines Signal repräsentieren, eine Eins ein großes Signal. Wenn das Ausgangssignal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 klein ist, liegt mit Sicherheit ein unbewegtes Videosignal vor. Wenn das Ausgangssignal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 groß ist, während die Ausgangssignale der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 klein sind, liegt mit Sicherheit ein bewegtes Videobild vor. Wenn mindestens eines der Ausgangssignale der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 einen hohen Wert aufweist, liegen feine Strukturen vor. Wenn sowohl das Ausgangssignal des Vollbild-Hochpaßfilters 5 als auch mindestens eines der Ausgangssignale der Teilbild-Hochpaßfilter 3, 4 einen hohen Wert aufweist, liegen feine Strukturen vor, bei denen unsicher ist, ob sie bewegt sind oder nicht. Bei einer derart unsicheren Bewegung kann die Verarbeitung je nach Anwendungsfall unterschiedlich gehandhabt werden. Der erfindungsgemäße Bewegungsdetektor weist gegenüber den bekannten Bewegungsdetektoren beträchtliche Vorteile auf. In einer einfachen Version beschränkt sich die Verzögerung auf einen Teilbildspeicher, wobei wegen der Unempfindlichkeit gegenüber horizontalen Kanten auch eine Eignung für Verfahren zur Flimmerreduktion gegeben ist. Ein weiterer Vorteil ist seine hohe Empfindlichkeit gegenüber horizontal bewegten Objekten, verbunden mit einer ungewöhnlichen Robustheit gegenüber Rauschstörungen. Zusätzlich werden auch 25-Hz-Bewegungsfrequenzen detektiert, die bei Bewegungsdetektoren mit Vollbildverzögerungen nicht erfaßt werden. Die Einsatzgebiete dieses Detektors sind dementsprechend vielfältig. Neben der Flimmerreduktion oder Rauschreduktion kann dieser Bewegungsdetektor vorteilhaft auch in Systemen zur Bewegungsschätzung und örtlichen Bewegungsinterpolation eingesetzt werden, zum Beispiel zur Vorselektion der Gebiete, in denen eine rechenintensive Bewegungsschätzung durchgeführt wird.

Bezugszeichenliste

1 Balken
2 Ellipse
3, 4 vertikales Teilbild-Hochpaßfilter
5 vertikales Vollbild-Hochpaßfilter
6 Betragsbildner
7 Auswerteeinheit
8 Eingang
9, 10 Verzögerungseinheiten:
9 Teilbildverzögerung
10 Zeilenverzögerung
11-13, 15 Verstärker
14 Maximumbildner
16 Komparator
17 Summationspunkt
n, n+1 Teilbilder

Claims (19)

1. Bewegungsdetektionsverfahren für ein Videovollbild,

• - wobei das Videovollbild aus zwei aufeinanderfolgenden Videoteilbildern (n, n+1) besteht,
• - wobei die Videoteilbilder (n, n+1) je aus einer Anzahl vertikal untereinander angeordneter Videozeilen bestehen,
• - wobei im Videovollbild die Videozeilen der Videoteilbilder (n, n+1) alternieren,
• - wobei die Videozeilen aus Bildpunkten bestehen, dadurch gekennzeichnet,
• - daß zur Bewegungsdetektion das Videovollbild einem vertikalen Vollbild-Hochpaßfilter (5) zugeführt wird, das insbesondere die vertikale Nyquistfrequenz passieren läßt, die eine Periode aufweist, die in etwa dem Abstand von einer Videozeile zur geometrisch übernächsten Videozeile entspricht, und
• - daß das Videovollbild als unbewegt detektiert wird, wenn das Vollbild-Hochpaßfilter (5) ein betragsmäßig kleines Signal liefert.

2. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion bildpunktgenau erfolgt.

3. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vollbild-Hochpaßfilter (5) eine schmalbandige Filterung durchführt.

4. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zur Detektion von unbewegten Feinstrukturen im Vollbild eines der Teilbilder (z. B. n) einem vertikalen Teilbild-Hochpaßfilter (Vollbild-Bandpaßfilter) (4) zugeführt wird, dessen Mittenfrequenz einer Periode entspricht, die in etwa dem Abstand einer Videozeile zur viertnächsten geometrischen Videozeile entspricht, und
• - daß das Videovollbild als feinstrukturiert detektiert wird, wenn das Teilbild-Hochpaßfilter (4) ein betragsmäßig großes Signal liefert.

5. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das zweite Teilbild (n+1) einem weiteren vertikalen Teilbild-Hochpaßfilter (Vollbild-Bandpaßfilter) (3) zugeführt wird, dessen Mittenfrequenz einer Periode entspricht, die in etwa dem Abstand einer Videozeile zur viertnächsten geometrischen Videozeile entspricht, und
• - daß das Videovollbild als feinstrukturiert detektiert wird, wenn das weitere Teilbild-Hochpaßfilter (3) ein betragsmäßig großes Signal liefert.

6. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilbild-Hochpaßfilter (4) und das weitere Teilbild-Hochpaßfilter (3) voneinander verschiedene Filtercharakteristiken aufweisen.

7. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit (vertikale Gruppenlaufzeit) des Teilbild-Hochpaßfilters (4), ggf. auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit des weiteren Teilbild-Hochpaßfilters (3), auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Vollbild-Hochpaßfilters (5) abgestimmt ist.

8. Bewegungsdetektionsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei betragsmäßig großem Signal des Vollbild-Hochpaßfilters (5) das Vollbild als bewegt detektiert wird, wenn das Signal des Vollbild-Hochpaßfilters (5) um einen vorwählbaren Faktor größer als das Signal des Teilbild-Hochpaßfilters (4) bzw. die Signale der Teilbild-Hochpaßfilter (3, 4) ist.

9. Bewegungsdetektionsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Vollbild-Hochpaßfilters (5) vor dem Vergleich mit dem Signal des Teilbild-Hochpaßfilters (4) bzw. den Signalen der Teilbild-Hochpaßfilter (3, 4) einer Signalpegelverschiebung unterzogen wird.

10. Bewegungsdetektionsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Signale der Hochpaßfilter (3 bis 5) in einer Fuzzy-Einheit (7) erfolgt.

11. Bewegungsdetektor für ein Videovollbild,

• - wobei das Videovollbild aus zwei aufeinanderfolgenden Videoteilbildern (n, n+1) besteht,
• - wobei die Videoteilbilder (n, n+1) je aus einer Anzahl vertikal untereinander angeordneter Videozeilen bestehen,
• - wobei im Videovollbild die Videozeilen der Videoteilbilder (n, n+1) alternieren,
• - wobei die Videozeilen aus Bildpunkten bestehen,
• - wobei der Bewegungsdetektor ein Vollbild-Hochpaßfilter (5) und eine dem Vollbild-Hochpaßfilter (5) nachgeschaltete Auswerteeinheit (7) aufweist,
• - wobei dem Vollbild-Hochpaßfilter (5) das Videovollbild zuführbar ist,
• - wobei das Vollbild-Hochpaßfilter (5) insbesondere die vertikale Nyquistfrequenz passieren läßt, die eine Periode aufweist, die in etwa dem Abstand von einer Videozeile zur geometrisch übernächsten Videozeile entspricht, und
• - wobei die Auswerteeinheit (7) das Vollbild als unbewegt detektiert, wenn ihr vom Vollbild-Hochpaßfilter (5) ein betragsmäßig kleines Signal zugeführt wird.

12. Bewegungsdetektor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vollbild-Hochpaßfilter (5) als schmalbandiges Filter ausgebildet ist.

13. Bewegungsdetektor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,

• - daß er zur Detektion von unbewegten Feinstrukturen im Vollbild ein vertikales Teilbild-Hochpaßfilter (Vollbild-Bandpaßfilter) (z. B. 4) aufweist, das der Auswerteeinheit (7) vorgeschaltet ist und dessen Mittenfrequenz einer Periode entspricht, die in etwa dem Abstand einer Videozeile zur viertnächsten geometrischen Videozeile entspricht, und
• - daß die Auswerteeinheit (7) das Videovollbild als feinstrukturiert detektiert, wenn das Teilbild-Hochpaßfilter (4) ein betragsmäßig großes Signal liefert.

14. Bewegungsdetektor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

• - daß er ein weiteres vertikales Teilbild-Hochpaßfilter (Vollbild-Bandpaßfilter) (3) aufweist, das ebenfalls der Auswerteeinheit (7) vorgeschaltet ist und dessen Mittenfrequenz ebenfalls einer Periode entspricht, die in etwa dem Abstand einer Videozeile zur viertnächsten geometrischen Videozeile entspricht, und
• - daß die Auswerteeinheit (7) das Videovollbild als feinstrukturiert detektiert, wenn das weitere Teilbild-Hochpaßfilter (3) ein betragsmäßig großes Signal liefert.

15. Bewegungsdetektor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilbild-Hochpaßfilter (4) und das weitere Teilbild-Hochpaßfilter (3) voneinander verschiedene Filtercharakteristiken aufweisen.

16. Bewegungsdetektor nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsgeschwindigkeit (vertikale Gruppenlaufzeit) des Teilbild-Hochpaßfilters, (4) ggf. auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit des weiteren Teilbild-Hochpaßfilters (3), auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Vollbild-Hochpaßfilters (5) abgestimmt ist.

17. Bewegungsdetektor nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (7) als Fuzzy-Einheit ausgebildet ist.

18. Bewegungsdetektor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Vollbild-Hochpaßfilter (5), ggf. auch das bzw. die Teilbild-Hochpaßfilter (3, 4), als analoge Kammfilter ausgebildet ist bzw. sind.

19. Bewegungsdetektor nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Vollbild-Hochpaßfilter (5), ggf. auch das bzw. die Teilbild-Hochpaßfilter (3, 4), als digitale Kammfilter ausgebildet ist bzw. sind.