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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bearbeitung von Übergangsbereichen
in einem digitalen Bildsignal.
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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bearbeitung von Übergangsbereichen
in einem Bildsignal nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1. Ein Verfahren
zur Bildsignalkantenkorrektur ist beispielsweise aus der deutschen
Patentschrift
DE 40
39 122 C2 bekannt. Bei dem daraus bekannten Verfahren wird
ein digitalisiertes Luminanzsignal eines Videosignals in vier hintereinander
geschalteten Verzögerungsschaltungen
verzögert.
Die verzögerten
Luminanzsignale werden in nachfolgenden Stufen, nämlich Subtrahierschaltungen,
Absolutwertschaltungen, Komparatoren, und Multiplizierschaltungen
verarbeitet. In diesen Verarbeitungsstufen wird der Beginn einer
Kante und das Ende einer Kante bestimmt. Bei Erkennung des Beginns
einer Kante werden Steuersignale so erzeugt, daß statt des unverzögerten Luminanzsignals
eines der verzögerten
Luminanzsignale ausgegeben wird. Auf diese Art und Weise wird eine
Versteilerung eines Übergangs
im Bildsignal realisiert, weil quasi der obere Luminanzwert des Übergangs
von einem zum nächsten
Abtastwert ausgegeben wird, ohne Zwischenwerte auszugeben.
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Aus
EP-A-0 558 017 ist
ein Konturwiederherstellungsgerät
bekannt, in welchem von einer Anzahl Bildpunktwerte einer Videozeile
der Minimal- und Maximalwert bestimmt wird. Der Mittelwert von beiden
Werten wird von einem Bearbeitungsbildpunktwert abgezogen um einen
Korrekturwert zu berechnen. Dieser Korrekturwert gelangt in eine
Verstärkungseinstelleinheit,
die einen verstärkungseingestellten
Ausgangswert erzeugt und diesen zu dem Bearbeitungsbildpunktwert
hinzuaddiert. Um Überkorrektur
zu vermeiden ist ein nichtlinearer Bearbeitungsschaltkreis vorgesehen,
der als Begrenzer arbeitet.
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Aus
EP-A-0 654 942 ist
ein nichtlinearer Signalverarbeitungsschaltkreis bekannt, in dem
der volle Videowertbereich des Videosignals in Amplitudensegmente
eingeteilt wird. Der Verstärkungsfaktor
für jedes
dieser Segmente ist einstellbar.
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In
US-A-4 839 836 ist
eine Bearbeitungsanordnung zur Erhöhung von Signalkonturen beschrieben,
die einen Eingangsabtastwert-Übertragungszweig
beinhaltet inklusive eines Schaltkreises zur Berechnung der Ableitung
des Eingangssignal, einen Normierungsschaltkreis, einen Umwandlungsschaltkreis
und einen Renormierungsschaltkreis.
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Erfindung
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Ausgehend
von dem oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung
ein Verfahren zur Bearbeitung von Übergangsbereichen in einem
digitalen Bildsignal anzugeben, das möglichst mit dem Abtasttakt
des jeweiligen Bildsignals arbeitet und schaltungstechnisch einfach
zu realisieren ist und insbesondere ohne aufwendige Schaltungen
zur Erkennung von Übergängen (Kanten)
im Bildsignal auskommt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem aus dem Stand der Technik
bekannten Verfahren den Vorteil, daß es jeden Bildpunkt einzeln
mit dem üblichen
Abtasttakt bearbeitet und insofern schaltungstechnisch einfach zu
realisieren ist. Bei der Bearbeitung eines Bildpunktes kommt es
nicht darauf an, welche Position dieser Bildpunkt innerhalb eines Übergangs
hat. Schaltungsteile zur Definition, was ein Übergang im Bildsignal ist,
und die einen solchen Übergang
im Bild detektieren, sind nicht notwendig. Diese Eigenschaft des
Verfahrens bewirkt auch eine Unempfindlichkeit gegenüber auftretendem
Rauschen im Bildsignal.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind weitere Verbesserungen des Verfahrens möglich. Ein Übergangsbereich wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
einfach durch den maximalen und minimalen Bildpunktwert im betrachteten
Bearbeitungsblock festgelegt. Die Einteilung des so definierten Übergangsbereichs
in obere und untere Abschnitte gemäß Anspruch 2 erlaubt die einfache
Zuweisung von Korrekturwerten zur Versteilerung des Übergangs.
Dabei wird dem Bearbeitungsbildpunktwert ein positiver Korrekturwert
zugewiesen, wenn der Bearbeitungsbildpunkt in einem der oberen Abschnitte
des Übergangs
liegt und dementsprechend ein negativer Korrekturwert, wenn der
Bearbeitungsbildpunktwert in einem der unteren Abschnitte des Übergangs
liegt. So wird auf einfache Weise eine Versteilerung des Übergangs
erreicht.
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Die
Einteilung des definierten Übergangsbereichs
in obere und untere Abschnitte wird auf einfache Weise dadurch bewirkt,
daß der
Mittelwert zwischen den minimalen und maximalen Bildpunktwerten
in dem Bearbeitungsblock ermittelt wird und dieser Mittelwert als
Grenze zwischen oberen und unteren Abschnitten verwendet wird.
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Das
Verfahren kann vorteilhaft zur Kantenversteilerung in einem Bildsignal
verwendet werden. In diesem Fall handelt es sich bei dem Bildsignal
vorwiegend um eine Luminanzsignal eines Videosignals.
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Für den Fall
der Kantenversteilerung bei einem Luminanzsignal ist es vorteilhaft,
wenn der jeweilige Korrekturwert für den Bearbeitungsbildpunktwert
in Abhängigkeit
von der Differenz des maximalen und minimalen Bildpunktwerte gewählt wird.
In dem Fall kann die Kantenversteilerungsfunktion leicht gegen Null
tendieren, wenn die Differenz zwischen maximalem und minimalem Bildpunktwert
ebenfalls gegen Null geht. Dadurch kann dann auch der unerwünschte Effekt
des Auftretens von unnatürlich
wirkenden menschlichen Gesichtern in einem Videobild durch die Kantenversteilerungsmaßnahme verhindert
werden.
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Die
Maßnahmen
gemäß Anspruch
6 sind für
eine konkrete Realisierung des Verfahrens für Luminanzsignale von Vorteil.
Dadurch, daß die
vorgegebene Übergangsfunktion,
mit deren Hilfe die Bildpunktwerte des Übergangs korrigiert werden,
Abschnitte mit verschiedenen Steigungen aufweist, insbesondere zwei
Steigungen, die sich wesentlich von Null unterscheiden, werden unerwünschte Aliaseffekte
bei den höheren
Frequenzen im Bild vermieden.
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Das
Verfahren kann vorteilhaft auch zur Verbesserung der Farbübergänge bei
einem Bildsignal verwendet werden wie in Anspruch 9 beansprucht.
Aliaseffekte bei den höheren
Horizontalfrequenzen des Chrominanzsignals sind für das menschliche
Auge weniger leicht sichtbar, so daß hier eine Vereinfachung des
Verfahrens möglich
ist. Ein vereinfachtes Verfahren, daß leicht zu realisieren ist,
ist in Anspruch 10 beansprucht.
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Die
Maßnahme
nach Anspruch 11 führt
zu einer weiteren Vereinfachung der nachfolgenden Schalteinheiten.
Die Erhöhung
der Anzahl der Abtastwerte um den Faktor 2 bewirkt nämlich, daß die nachfolgenden Schaltungsteile
für die
Verarbeitung des Luminanz- und Chrominanzsignals (z. B. die Umwandlung
dieser Signale in entsprechende RGB-Signale) denselben Arbeitstakt
verwenden können.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 die
Darstellung einer Übergangsfunktion
für ein
Verfahren zur Kantenversteilerung in einem Videosignal;
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2 einen
Bearbeitungsblock für
das Verfahren zur Kantenversteilerung in einem Videosignal;
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3 ein
grobes Blockschaltbild für
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Kantenversteilerung in einem Videosignal;
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4 ein
detaillierteres Blockschaltbild für einen ersten Abschnitt des
Kantenversteilerungsverfahrens;
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5 ein
detaillierteres Blockschaltbild für einen zweiten Teil des Kantenversteilerungsverfahrens;
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6 die
Darstellung einer Übergangsfunktion
für ein
Verfahren zur Verbesserung der Farbübergänge in einem Videobild;
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7 einen
Bearbeitungsblock für
das Verfahren zur Verbesserung der Farbübergänge in einem Videobild;
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8 ein
grobes Blockschaltbild für
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zur Verbesserung der Farbübergänge in einem Videobild;
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9 ein
detaillierteres Blockschaltbild für einen ersten Abschnitt des
Verfahrens zur Verbesserung der Farbübergänge in einem Videobild;
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10 ein
detaillierteres Blockschaltbild für einen zweiten Abschnitt des
Verfahrens zur Verbesserung der Farbübergänge in einem Videobild und
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11 ein
detaillierteres Blockschaltbild für einen dritten Abschnitt des
Verfahrens zur Verbesserung der Farbübergänge in einem Videobild.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Erfindung wird zunächst
am Beispiel einer Bildsignal-Kantenkorrektur-Schaltung
beschrieben. Bei Videobildern, insbesondere Fernsehbildern, ist
es allgemein bekannt, das Videosignal (FBAS-Signal) in ein Luminanzsignal
Y und ein Chrominanzsignal C umzuwandeln. Bei dem hier verwendeten
Kantenkorrekturverfahren, wird das Luminanzsignal Y, daß zunächst noch
analog vorliegt, digitalisiert indem es abgetastet und quantisiert
wird. Die Kantenkorrektur wird dann mit digitalen Schaltungen durchgeführt. Im
folgenden wird daher vorausgesetzt, daß das Luminanzsignal Y der
Kantenkorrekturschaltung in digitaler Form zugeführt wird.
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Mit
der Bezugszahl 10 in 1 ist die
allgemeine Form eines Übergangs
im Luminanzsignal Y bezeichnet. Solche Übergänge führen bei der Ausgabe des Luminanzsignals
auf eine Farbbildröhre
letztlich zu einer Darstellung einer Kante im Bild, d. h. es ist
ein Sprung von einem relativ dunklen Bereich im Bild zu einem hellen
Bereich im Bild erkennbar. Auf der Ordinate in 1 sind
die Luminanzwerte der verschiedenen Bildpunkte dargestellt. Mit
Y0 ist der niedrigste Luminanzwert bezeichnet. Mit Y6 ist der höchste vorkommende Luminanzwert
bezeichnet. Die Abzisse von 1 stellt
praktisch eine Ortskoordinate dar, d. h. auf der X-Achse sind die
Nummern der Bildpunkte einer Videozeile aufgetragen, wobei der einfachheitshalber
die Einteilung des Luminanzsignals in verschiedene Bildpunkte nicht
im einzelnen dargestellte ist. Der dargestellte Übergang 10 wird durch
relativ wenige Bildpunktelemente (in der Größenordnung von 9 Bildpunktelementen)
gebildet. Die Bandbegrenzung des Luminanzsignals (bei übertragenen
Fernsehbildern z. B. auf 5 MHz) führt dazu, daß einige
feine Details im Luminanzsignal nicht mehr detailliert übertragen
werden können
und deshalb der Übergang
den in 1 dargestellten linearen Verlauf hat. Zur Kontraststeigerung
an solchen Bildkanten ist daher eine Nachbearbeitung solcher Übergänge erwünscht. Das
hier verwendete Verfahren zur Bildkantenkorrektur führt eine
Nachbearbeitung des Luminanzsignals derart durch, daß der Übergang
die in 1 mit der Bezugszahl 11 bezeichnete Form
aufweist. Dazu wird wie folgt vorgegangen: In einem Block von benachbarten
Bildpunktwerten werden zunächst
diejenigen Bildpunkte mit den minimalen und maximalen Luminanzwerten
ermittelt. 2 zeigt hierzu den Bearbeitungsblock.
In 2 bezeichnend Y10 z. B. einen Bildpunktwert, der
in der Zeile 1 an der nullten Position auftritt. Dementsprechend
bezeichnet z. B. Y14 den Bildpunktwert, der in der Zeile 1 an fünfter Position
in dem Bearbeitungsblock auftritt. Insgesamt besteht der Bearbeitungsblock
aus den neun aufeinanderfolgenden Bildpunktwerten einer mittleren
Zeile und den zu dem Bildpunkt mit der Nummer Y14 in vertikaler
Richtung benachbarten Bildpunkten Y04 und Y24. Ein solcher Bearbeitungsblock
dient zur Berechnung eines korrigierten Bildpunktwertes für den in
der Mitte liegenden Bildpunkt Y14. Bei der Berechnung des nächsten korrigierten
Bildpunktwertes wird der Bearbeitungsblock praktisch so verschoben,
daß dann
der Bildpunkt mit der jetzigen Nummer Y15 in der Mitte des neuen
Bearbeitungsblocks liegt.
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Zunächst werden
in dem Bearbeitungsblock die minimalen und maximalen Bildpunktwerte
ermittelt. Dabei werden aber nur die Bildpunkwerte mit den Nummern
Y10 bis Y18 und Y04 sowie Y24 betrachtet. Gemäß 1 ist Y6
der maximal vorkommende Luminanzwert und Y0 der minimal vorkommende
Luminanzwert für
die Bildpunkte. Im nächsten
Schritt wird der Mittelwert zwischen minimalem und maximalen Bildpunktwert ermittelt.
Dieser Wert entspricht dem Wert Y3 in 1. Durch
den festgelegten Mittelwert Y3 wird der Übergang in einen oberen und
unteren Abschnitt eingeteilt. Als nächstes wird noch eine sinnvolle
Einteilung der oberen und unteren Abschnitte in feinere Abschnitte
vorgenommen. Dazu wird die betragsmäßig größte Differenz zwischen zwei
benachbarten Bildpunktwerten im Bearbeitungsblock ermittelt. Der
so erhaltene Wert wird noch von der Differenz zwischen dem maximalen
Bildpunktwert Y6 und dem minimalen Bildpunktwert Y0 abgezogen und
das Ergebnis durch 4 dividiert. Dadurch wird eine Größe P erhalten,
durch die die weitere Einteilung des oberen und unteren Abschnitts
des Übergangs
vorgenommen wird. Somit entsteht die in 1 gezeigte
Einteilung mit den Grenzwerten Y1, Y2, Y3, Y4 und Y5. Danach wird
ermittelt, in welchem der Unterabschnitte der Bearbeitungsbildpunktwert
Y14 liegt. Davon ausgehend wird diesem Bearbeitungsbildpunktwert ein
Korrekturwert zugeordnet, der entweder positiv oder negativ ist.
Wie in 1 dargestellt, ist der Korrekturwert in den oberen
Abschnitten des Übergangs
positiv, hingegen in den unteren Abschnitten negativ. Schließlich wird
der so gewonnene Korrekturwert zu dem ursprünglichen Bearbeitungsbildpunktwert
Y14 hinzuaddiert.
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Deutlich
ist anhand der
1 erkennbar, daß für einen
Luminanzwert, der in dem Abschnitt zwischen den Werten Y5 und Y6
liegt, ein Korrekturwert ermittelt wird, der dem Bearbeitungsbildpunktwert
praktisch den Luminanzwert Y6 zuordnet. Entsprechendes gilt für den Abschnitt
zwischen den Luminanzwerten Y0 und Y1. Hier wird dem Bearbeitungsbildpunktwert
ein Wert zugeordnet der praktisch dem Luminanzwert (Y0) entspricht.
In dem Abschnitt Y1 bis Y2 wird dem Bearbeitungsbildpunktwert ein
solcher Korrekturwert zugeordnet, daß der resultierende Bildpunktwert
quasi auf einer nach unten verschobenen, linearen Funktion mit gleicher Steigung
wie der Original-Übergang
liegt. Entsprechendes gilt wieder für den Abschnitt zwischen den
Werten Y4 und Y5. Hier wird aber ein Korrekturwert ermittelt, der
den Bearbeitungsbildpunktwert nach oben schiebt. Liegt der Luminanzwert
des Bearbeitungsbildpunktwertes in den Abschnitten zwischen den
Werten Y2 und Y3, so wird ein negativer Korrekturwert ermittelt,
der den Bearbeitungsbildpunktwert auf eine lineare Funktion abbildet,
die eine Steigung aufweist, die um den Faktor 2 erhöht ist gegenüber der
Steigung der linearen Funktion des ursprünglichen Übergangs. Diese lineare Funktion
verläuft
durch den Mittelwert Y3 des Übergangs.
Entsprechendes geschieht für
einen Bearbeitungsbildpunktwert, der in dem Abschnitt zwischen den
Werten Y3 und Y4 liegt. Hier wird der Bearbeitungsbildpunktwert
jedoch nach oben verschoben. Ein konkretes Beispiel für eine mathematische
Realisierung des Verfahrens wird nachfolgend anhand von Formeln
gegeben. Dabei wird die Zuordnung von Korrekturwerten in den verschiedenen
Abschnitten mit Hilfe der ”If-Then-Else”-Anweisung beschrieben.
Diese Anweisung ist dem Fachmann aus vielen Computerprogrammiersprachen
wohlbekannt. Zu erwähnen
ist noch, daß der
benutzte Wert UC_ER_CTRL einen wählbaren
Parameter darstellt, der die ganzzahligen Werte von –128 bis
+127 annehmen kann. Der hier zu verwendende Wert wird für den Algorithmus
einmalig bestimmt. Diese Optimierung dieses Parameters findet dann
bei der Produktentwicklung z. B. für ein konkretes Fernsehchassis
mit konkreter Farbbildröhre
statt. Für
eine optimale Funktion wird dieser Parameterwert häufig in
der Nähe
von dem Wert 0 liegen. Wird als UC_ER_CTRL der Wert –128 gewählt, so bedeutet
dies, daß die
Kantenversteilerungsfunktion abgeschaltet ist. Dieses ist anhand
der Formel für
den Zwischenwert ER_GAIN und YER leicht erkennbar. Die Luminanzwerte
für Y0
und Y6 betreffen bei dem hier betrachteten Beispiel ganzzahlige
Werte im Bereich von 0–128. Rechenalgorithmus:
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Das
beschriebene Verfahren wird von einer Schaltung im Videosignalempfangsgerät durchgeführt. Ein grobes
Blockschaltbild dieser Schaltung zeigt 3. Mit der
Bezugszahl 20 ist die eigentliche Korrekturschaltung bezeichnet,
die den zuvor beschriebenen Rechenalgorithums für jeden Bearbeitungsbildpunktwert
durchführt.
Die Bezugszahl 21 bezeichnet ein Steuerregister, in das
der optimierte Parameter UC_ER_CTRL eingetragen wird. Die Bezugszahl 22 bezeichnet
eine Steuereinheit. Über
diese Steuereinheit 22 wird z. B. der Parameter UC_ER_CTRL
in das Steuerregister 21 programmiert. Zu diesem Zweck
ist die Steuereinheit 22 über einen Adress-, Daten- und
Steuerbus 23 mit der Korrekturschaltung 20 verbunden.
Die Korrekturschaltung 20 arbeitet mit dem Abtasttakt,
der auch für
die Abtastung des analogen Signals verwendet wird. Am Ausgang YOUT
der Korrekturschaltung 20 stehen daher die korrigierten
Bildpunktwerte mit dem gleichen Takt an, wie sie in die Korrekturschaltung 20 über den
Eingang YIN eingelesen werden.
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Die
Suche nach den maximalen und minimalen Luminanzwerten in dem Bearbeitungsblock
sowie die Suche der maximalen Differenzwerte zwischen zwei benachbarten
Bildpunktwerten wird in der Korrekturschaltung 20 mit einer
Schaltung durchgeführt,
die in 4 dargestellt ist. Mit der Bezugszahl 30 ist
praktisch ein Schiebespeicher bezeichnet, in dem alle Bildpunktwerte
mit den Nummern Y05–Y10
gespeichert sind. Am Ausgang dieser Schaltung steht also der Bildpunktwert
mit der Nr. Y10 an. Die Bezugszahl 31 bezeichnet jeweils
einen Speicherplatz für
einen Bildpunktwert. Die am Ausgang der jeweiligen Stufe 31 anstehenden
Luminanzwerte sind jeweils am linken Bildrand angegeben. Sämtliche
Stufen 30, 31 und 30 sind als Schiebespeicher
organisiert. Am Ausgang des letzten Schiebespeichers 30 steht
dann der Luminanzwert für
den Bildpunkt Y24 an. Mit der Bezugszahl 32 sind Maximalwertauswahlschaltungen
bezeichnet. Die erste Spalte von Maximalwertauswerteschaltungen 32 bewirkt
die Auswahl des maximalen Luminanzwertes Y6 in dem betrachteten Bearbeitungsblock.
Mit der Bezugszahl 33 sind Minimalwertauswahlschaltungen
bezeichnet. Wie in 4 angegeben ist, wird durch
die Spalte mit den Minimalwertauswahlschaltungen 33 der
minimale Luminanzwert Y0 bestimmt. Mit der Bezugszahl 34 sind
Subtrahier- und Betragsbildungsstufen bezeichnet. In jeder der Stufen wird
einer der Werte A, B, C–J
berechnet. Der größte Wert
dieser Werte wird mit Hilfe der Maximalwert-Auswerteschaltungen 32 in der
letzten Spalte ermittelt. An den Ausgängen der Schaltung gemäß 4 stehen also
die ermittelten Werte Y6, Y0, YI und M an. Diese Werte werden zur
nächsten
Bearbeitungsstufe weitergeleitet.
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Diese
nächste
Bearbeitungsstufe ist in der 5 dargestellt.
Mit der Bezugszahl 35 sind in 5 Inverter
bezeichnet. Addierschaltungen sind in 5 mit der
Bezugszahl 36 bezeichnet. Darüber hinaus ist noch eine Schaltung
angegeben, die eine Addition der Eingangsdaten mit nachfolgender
Division durch den Wert 4 bewirkt. Diese Bearbeitungsstufen haben
die Bezugszahl 38. Mit der Bezugszahl 37 ist eine
Verarbeitungsstufe bezeichnet, die eine Addition der Eingangswerte
und eine nachfolgende Division durch den Wert 2 bewirkt. Die Bezugszahl 39 bezeichnet
eine Bearbeitungsstufe, in der der Betrag des Eingangswertes gebildet
wird und dieser Wert durch 2 dividiert wird. Die Bezugszahl 40 bezeichnet
schließlich
eine Verarbeitungsstufe, in der der Eingangswert durch den Wert
128 dividiert wird. Schließlich
bezeichnet noch die Bezugszahl 41 eine Multiplikationsstufe,
die die Eingangswerte miteinander multipliziert. Als weitere Stufen
kommen wiederum Maximalwertauswahlschaltungen 32 und Minimalwertauswahlschaltungen 33 vor.
Die dargestellte Schaltung führt
den zuvor beschriebenen zweiten Teil des Rechenalgorithmus durch,
so daß an
ihrem Ausgang YOUT der korrigierte Luminanzwert für den Bearbeitungsbildpunktwert
Y14 ausgegeben wird. Bei näherer
Betrachtung der Schaltung in 5 kann gezeigt
werden, daß die
dargestellte Struktur von Maximalwertauswahlschaltungen und Minimalwertauswahlschaltungen
dem Zuordnungsprozess des zuvor beschriebenen Rechenalgorithmus mit
den ”If-Then-Else”-Anweisungen
entspricht.
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Als
nächstes
wird das erfindungsgemäße Verfahren
am Beispiel eines Verfahrens zur Verbesserung von Farbübergängen in
einem Videosignal beschrieben. In der 6 ist ein
Farbübergang
dargestellt. Die Bezugszahl 10 bezeichnet den Farbübergang
in ursprünglicher
Form. Auf der Abszesse ist wiederum eine Ortskoordinate aufgetragen.
Auf der Ordinate ist in diesem Fall der jeweilige Chrominanzwert
eines Bildpunktes dargestellt. Die Einteilung der Abszesse in Bildpunktwerte
ist wiederum der einfachheitshalber weggelassen worden. Die Bandbegrenzung
ist wie bekannt bei den Chrominanzsignalen noch drastischer als
bei den Luminanzsignalen. Die Übertragungs-Bandbreite
beträgt
für den
Chrominanzanteil eines Fernsehsignals z. B. ca. 1,3 MHz. Da das
menschliche Auge auf Farbübergänge jedoch
wesentlich unempfindlicher reagiert, müssen die Farbübergänge im Gegensatz
zu den Luminanzübergängen nicht
genauso aufwendig verbessert werden. Es kommt deshalb bei den hier
vorgestellten Verfahren eine etwas vereinfachte Übergangsfunktion zur Anwendung.
Die Übergangsfunktion,
die zur Korrektur der Farbübergänge eingesetzt
wird, hat in 6 die Bezugszahl 11.
Mit dem Bezugszeichen C0 ist der minimale Chrominanzwert des Übergangs
bezeichnet. Mit der Bezugszahl C4 ist der maximale Chrominanzwert
des Übergangs
bezeichnet. Der Bezugswert C2 bezeichnet den Mittelwert zwischen
dem maximalen Chrominanzwert C4 und minimalen Chrominanzwert C0.
Der Mittelwert C2 wird wiederum zur Unterscheidung der oberen und
unteren Abschnitte des Übergangs
verwendet. Der obere Abschnitt und der untere Abschnitt wird hier
jeweils nur in zwei Abschnitte eingeteilt. Als Bearbeitungsblock
wird hier lediglich eine Folge von neun aufeinander folgenden Bildpunktwerten
einer Vidoezeile betrachtet. Der entsprechende Bearbeitungsblock
ist in 7 dargestellt.
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Bei
der Verbesserung des Farbübergangs
wird praktisch das gleiche Verfahren angewendet wie bei der zuvor
beschriebenen Kantenkorrektur. Für
eine aktuellen Bearbeitungsbildpunktwert, der in dem in 7 dargestellten
Bearbeitungsblock dem Wert C04 entspricht, wird wiederum ermittelt,
in welchem Abschnitt des Übergangs
der zugehörige
Chrominanzwert liegt. Liegt der Chrominanzwert C04 in dem Abschnitt
zwischen den Werten C0 und C1, so wird ihm ein negativer Korrekturwert
zugeordnet, der den ursprünglichen
Bearbeitungsbildpunktwert auf die in 6 dargestellte
lineare Funktion mit geringer Steigung abbildet. Entsprechendes
gilt für
ein Bearbeitungsbildpunktwert, der in dem Abschnitt zwischen den
Chrominanzwerte C3 und C4 liegt. Hier wird jedoch ein positiver
Korrekturwert zugeordnet. Für
Bearbeitungsbildpunktwerte, die in dem Abschnitt zwischen den Chrominanzwerten
C1 und C2 liegen, werden Werte zugeordnet, die den aktuellen Bearbeitungsbildpunktwert
auf die in 6 dargestellte lineare Funktion
mit der in etwa um den Faktor 4 vergrößerten Steigung gegenüber dem
ursprünglichen Übergang
abbilden. In diesem Abschnitt werden die negativen Korrekturwerte
zugewiesen. In dem ersten oberen Abschnitt zwischen den Chrominanzwerten
C2 und C3 wird hingegen ein entsprechender positiver Korrekturwert
zugeordnet.
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Nachfolgend
wird die konkrete mathematische Realisierung des beschriebenen Verfahren
zur Verbesserung der Farbübergänge anhand
von Formeln offenbart. Rechenalgorithmus:
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Der
Algorithums ist so ausgelegt, daß jeweils zwei Chrominanzwerte
CTI0 und CTI1 als Ausgabewerte berechnet werden. Pro Bearbeitungsbildpunktwert
entstehen also am Ausgang zwei korrigierte Chrominanzwerte. Diese
Verdoppelung der Abtastfrequenz wird deshalb gemacht, damit die
nachfolgenden Stufen mit der gleichen Taktfrequenz arbeiten können. Die
Erhöhung
des Abtastratenverhältnisses
der Art 4:4:4 entspricht dann nämlich
einer Erhöhung
der Abtastrate des Luminanzsignals Y im Vergleich zu den Farbdifferenzsignalen U,
V, da die Farbdifferenzsignale bekannter Maßen bei den heutigen 4:2:2-Fernsehsystemen
mit der halben Abtastrate im Vergleich zur Luminanzabtastrate gewonnen
werden. Wenn die ausgegebenen korrigierten Luminanzwerte und Chrominanzwerte
als nächstes
in entsprechende RGB-Signale umgerechnet werden und schließlich über D/A-Wandler
zur Farbbildröhre
ausgegeben werden, so vereinfacht sich diese Schaltung deutlich,
da die Umrechnungen und D/A-Wandlungen alle mit der gleichen Taktfrequenz
durchgeführt
werden können.
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Der
in dem Rechenalgorithums verwendete Parameter UC_CTI_GAIN dient
wiederum dazu das Verfahren zur Verbesserung von Farbübergängen in
der Produktentwicklung für
eine konkretes Fernsehchassis und eine konkrete Farbbildröhre zu optimieren.
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Die
schaltungstechnische Realisierung des Verfahrens ist sehr ähnlich zu
der schaltungstechnischen Realisierung des zuvor beschriebenen Kantenkorrekturverfahrens.
Die 8 zeigt das grobe Blockschaltbild für diese
Schaltung. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen hier das gleiche wie
in 3.
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In 9 ist
wiederum ein erster Schaltungsteil dargestellt, der zur Ermittlung
der Maximal und Minimal-Werte
sowie der Zwischenwerte CI0 und CI1 und des Mittelwertes C2 dient.
Auch hier bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Komponenten
wie in 4.
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Die
Schaltungsteile zur Berechnung der Ausgabewerte CTI0 und CTI1 sind
in den 10 und 11 dargestellt.
Auch in diesen Figuren sind die Bezugszahlen von den vorhergehenden
Figuren übernommen worden.
Mit der Bezugszahl 42 ist eine Multiplizierstufe bezeichnet,
die den Eingangswert mit dem Faktor –3 multipliziert. Mit der Bezugszahl 43 ist
eine Bearbeitungsstufe bezeichnet, die den Eingangswert durch den Faktor
64 dividiert. Die Funktionsweise der beiden Schaltungsstufen kann
den jeweiligen Figuren jeweils direkt entnommen werden. Die beschriebenen
Schaltungsrealisierungen stellen jeweils optimierte Versionen des
erfindungsgemäßen Verfahrens
dar.
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Das
Verfahren kann in vielfältiger
Form abgewandelt werden. Z. B. können
die Bearbeitungsblöcke
für andere
Realisierungen anders gewählt
werden. So können
die betrachteten Bildpunktwerte z. B. so erweitert werden, daß 5, 7 oder
9 vertikal benachbarte Bildpunktwerte in dem Bearbeitungsblock berücksichtigt
werden. Natürlich
müssen
dann auch die Rechenalgorithmen und die entsprechenden Schaltungsteile
verändert
werden. Als Übergangsbereich
kommt selbstverständlich
auch ein Übergang
in Betracht, der entgegen den Darstellungen in den 1 und 6 von
einem Bereich mit hohen Bildpunktwerten zu einem Bereich mit niedrigen
Bildpunktwerten wechselt.
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Das
Verfahren ist in einer Vielzahl von Fernsehsignalempfangsgeräten einsetzbar.
Es kann aber auch für
Bildverbesserungsmaßnahmen
bei Computermonitoren, etc. eingesetzt werden.
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Zusammenfassung
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Verfahren zur Bearbeitung von Übergangsbereichen
in einem Bildsignal
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Es
wird ein Verfahren zur Bearbeitung von Übergangsbereichen in einem
Bildsignal vorgeschlagen. Das Bildsignal besteht aus einer Folge
von digitalen Bildpunktwerten. Eine Anzahl von benachbarten Bildpunktwerten
(Y04, Y10–Y18,
Y24; C00–C08),
die einen Bearbeitungsbildpunktwert (Y14, C04) enthält, wird
zu einem Bearbeitungsblock zusammengefaßt. Für den Bearbeitungsbildpunktwert
wird ein korrigierter Bildpunktwert (YER, CTI0) berechnet. Dazu
wird zunächst
in dem Bearbeitungsblock der maximale und minimale Bildpunktwert
(Y6, Y0; C4, C0) ermittelt um den Übergangsbereich zu definieren.
Sodann wird der Übergangsbereich
in eine Anzahl von Abschnitten bezüglich der Größe eines
Bildpunktwertes eingeteilt. Schließlich wird ermittelt in welchem
Abschnitt der Bearbeitungsbildpunktwert liegt. Dem Bearbeitungsbildpunktwert
(Y14, C04) wird dann ein entsprechender Korrekturwert zugeordnet
um den Bearbeitungsbildpunktwert entsprechend einer vorgegebenen Übergangsfunktion
(11) zu vergrößern, zu
verkleinern oder unverändert
zu lassen. Das Verfahren wird insbesondere an einem Beispiel für eine Bildsignalkantenkorrektur
und für
eine Verbesserung von Farbübergängen in
einem Videobild erläutert.
