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Dokumentenidentifikation DE69017061T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0392576
Titel Interpolationsschaltung für ein Bildsignal.
Anmelder Philips Electronics N.V., Eindhoven, NL
Erfinder de Haan, Gerard, NL-5656 AA Eindhoven, NL;
de Poortere, Gerrit Frederik Magdalena, NL-5656 AA Eindhoven, NL;
Tielemans, Johannes Petrus Josephus, NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Peuckert, H., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 22335 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69017061
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 16.03.1990
EP-Aktenzeichen 902006238
EP-Offenlegungsdatum 17.10.1990
EP date of grant 22.02.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse H04N 7/12

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bildsignalinterpolationsschaltung zum Interpolieren eines Bildsignals, das entsprechend einem Bildsprungverfahren codiert ist zum Erhalten interpolierten Bilder zwischen empfangenen Bildern des genannten Bildsignals.

Ein Fernsehsystem, bei dem eine ursprüngliche Bildsignalbandbreite größer ist als eine Bandbreite einer Übertragungsstrecke, wird beispielsweise bei Hochauflösungsfernsehen verwendet beispielsweise bei Übertragungen, bei Fernsehkonferenzsystemen, bei Fernsehen für Überwachungszwecke mit Hilfe von Telephonverbindungen usw. Zur Bildsignalspeicherung, läßt sich beispielsweise Speicherung auf Platten oder Bändern mit einer beschränkteren kapazität nennen.

Ein Hochauflösungsfernsehsystem, in dessen Decodierungsteil sich eine Bildsignalinterpolationsschaltung befindet, wie diese oben beschrieben wurde, ist aus einem Vortrag bei einer Konferenz bekannt mit dem Titel: TVDH 87", Ottawa (CA) 4- 8. Oktober 1987, Heft 1, P.Bernard u.a.: Analyse de structures de sous-échantillonage spatio-temporel d'un signal TVHD en vue de sa transmitssion dans un canal MAC", Seiten 6.2.2 - 6.2.28. Das Einführen von Hochauflösungsfernsehen (HDTV) für den heimgebrauch wurde für Farbfernsehen beschrieben. Ausgehend von dem sog. MAC- System (Multiplexed Analog Components) mit der beschränkten Bandbreite, wird nun ein daran angepasstes Hochauflösungssystem (HD-MAC) beschrieben. Es sei erwähnt, daß es ein Gleichgewicht geben muß zwischen einerseits dem für bestimmte Empfänger bestmöglichen HD-MAC-Bild und, andererseits, der Möglichkeit der Beibehaltung einer akzeptierbaren Qualität für bestehende MAC-Empfänger. Dazu wurde vorgeschlagen, drei Bildsignalkanäle mit einer kurzen, einer mittleren und einer langen Bildsignalerfrischungsperiode zu verwenden, wobei die kurze Periode gleich 20 ms ist, bei der Codierungsschaltung und in der komplementaren, d.h. inver arbeitenden Decodierungsschaltung. Ja nach dem Ergebnis der Bewegungsdetektion, wird einer der drei Kanale ortlich in dem Bild verwendet. Im Falle einer Bewegung von mehr als 2 Pixel je Teilbildperiode (20 ms) wird der Kanal mit der kürzesten Periode verwendet. Im Falle einer Bewegung zwischen 2 und 0,5 Pixeln je Teilbildperiode wird der Kanal mit der mittleren Periode verwendet und im Falle einer Bewegung von weniger als 0,5 Pixeln je Teilbildperiode wird der Kanal mit der längsten Periode verwendet. Zum Erhalten der Bildsignalbandbreitenverringerung wird die Aufteilung in Subbildern benutzt, die stationär sind oder die eine gewisse Bewegung oder viel Bewegung aufweisen.

Zusätzlich zu dem Codierungsvorgang, was zu der Verringerung der Bandbreite führt, ist es bekannt, die Bandbreite mittels der sog. Teilbildsprungmethode zu beschränken, wobei beispielsweise eines der zwei aufeinanderfolgenden Teilbilder jeweils übertragen oder gespeichert wird. In dem Fall arbeitet die Bildsignalinterpolationsschaltung mit Bildinformation von dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Teilbild zum Bilden des nicht gespeicherten oder nicht übertragenen Zwischenteilbild durch Interpolation.

In der Praxis zeigt sich, daß eine nicht optimale Bildquelität auftritt während der Wiedergabe des Bildsignals, wenn unter Verwendung der Kombination von Codierung und Teilbildsprung. Es zeigt sich, daß dabei eine störende Flimmerung auftreten kann.

Es ist u.a. eine Aufgabe der Erfindung, eine Bildsignalinterpolationsschaltung zu verwirklichen, durch die diese störende Flimmererscheinung verringert wird. Dazu schafft nach einem ersten Aspekt die Erfindung eine Bildsignalinterpolationsschaltung, wie diese in Anspruch 1 definiert wird. Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft eine Bildsignalinterpolationsschaltung, wie in Anspruch 4 definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sin in den Unteransprüchen definiert.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Kombination der tatsache, daß das Bildsignal gammakorrigiert ist, der Anwendung des Teilbildsprungverfahrens und des Vorhandenseins wesentlicher Pixelkontraste zu dem Flimmern beiträgt. Die gefundene Abhilfe ist die Anwendung von Gammakorrektur in der Bildsignalinterpolation, so daß große Kontraste in dem wiedergegebenen Bild nicht länger zu einem störenden Flimmern beitragen. Der Beiträg zum Flimmern, verursacht durch die genannte Kombination tritt mit der halben Teilbildfrequenz auf, d.h. mit der Bildfrequenz, wegen der periodischen Abwechselung bei Wiedergabe der empfangenen Teilbildinformation und der interpolierten Teilbildinformation.

In dem ersten Aspekt der Erfindung arbeitet der Interpolator mit linearisierten Bildsignalen. so daß das Flimmern bei Wiedergabe verringert wird. Wenn eine Bildwiedergabeanordnung mit der Bildsignalinterpolationsschaltung ein Bildwiedergabeelement aufqweist mit einer Gamma, die nicht gleich Null ist, können die Gamma-Kompensationsmittel weiterhin eine zwischen dem Ausgang des genannten Interpolators und dem Ausgang der genannten Bildsignalinterpolationsmittel geschaltete Gammakorrekturschaltung aufweisen. Eine Gammaanpassung an dieser Stelle führt zuder einfachsten Ausführungsform.

Bei einer Ausführungsform einer Bildsignalinterpolationsschaltung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und arbeitend mit einem Ausgleichswert, der von dem Pixelkontrast bei der Bildinterpolation abhängig ist, können die Gamma-Kompensationsmittel sein wie in Anspruch 5 definiert.

Versuche haben gezeigt, daß optimale Resultate erhalten werden, wenn der Multiplizierer einen Multiplikationsfaktor der Größenordnung von einem Achtel haben.

Bei einer Ausführungsform einer Bildsignalinterpolationsschaltung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung und arbeitend mit einem Ausgleichwert, der abhängig ist von dem Pixelkontrast bei der Bildinterpolation und von einer örtlichen Helligkeit in dem Bild, können die Gamma-Kompensationsmittel sein wie in Anspruch 7 definiert.

Diese und andere (detailliertere) Aspekte der Erfindung werden untenstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blocvkschaltbild einer Ausführungsform eines Fernsehsystems und einer Bildwiedergabeanordnung mit einer Bildsignalinterpolationsschaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 einige Graphen zur Erläuterung einer Wiedererkennung, au der die Erfindung gründet,

Fig. 3 eine detaillierte erste Ausführungsform einer Gammakorrekturschaltung bei einer Bildsignalinterpolationsschaltung nach der Erfindung, arbeitsn mit Gammakorrekturschaltungen;

Fig. 4 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform, arbeitens mit einem Ausgleichwert, der abhängig ist von dem Pixelkontrast bei der Bildinterpolation; und

Fig. 5 eine darstellung einer dritten Ausführungsform arbeitens mit einem Ausgleichwert, der abhängig ist von dem Pixelkontrast bei der Bildinterpolation und von der örtlichen Helligkeit in dem Bild.

Fig. 1 zeigt als Beispiel ein Blockschaltbild für ein Fernsehsystem, bei dem in dem Decodierungsteil eine erfindungsgemäße Bildsignalinterpolationsschaltung vorgesehen ist, insbesondere als Hochauflösungs-HD-MAC-Farbfernsehsystem, was mit einer MAC-Codierungsschaltung MAC ENC und durch die Anzeige 1250/50/2:1, 27 MHz, 16:9 in einer Signalquelle DSS angegeben ist. Es ist angegeben bei der beispielsweise digitalen Signalquelle DSS, daß es ein Leuchtdichtesignal Y0 (54 MHz) und ein Farbartsignal U0 und V0 abgibt, wobei 54 MHz die Abtastfrequenz bei dem Leuchtdichtesignal Y0 mit der ursprünglichen Bildsignalbandbreite von 27 MHz ist. Das digitale Signal Y0 (54 MHz) ist ebenso wie die Signale U0 und V0 beispielsweise ein 8 Bits Signal. Vollständigkeitshalber bei der Beschreibung des HD-MAC-Systems nach Fig. 1 sind die Signale U0 und V0 gegeben und diese werden als auf bekannte Art und Weise zu Signalen U1 und V1 für die Zufuhr zu der Codierungsschaltung MAC ENC verarbeitet zu sein. Die Schaltungsanordnung MAC ENC versorgt auf bekannte Art udn weise eine Signalkompression und eine simultan-sequentiellen Umwandlung der zugeführten Bildsignale. In der Signalquelle DSS bedeutet die Zahl 1250 die Anzahl Bildzeilen je Bildperiode, wobei 50 einfach zeilenversprungene (2:1) Teilbilder mit einer Teilbildperiode gleich 20 ms 25 Bilder formen. Dabei ist eine nicht angegebene Fernsehzeilenperiode gleich 32 us. Die Signalquelle DSS könnte weiterhin ein nicht zeilenversprungenes Bildsignal liefern, dem beispielsweise die Bezeichnung 1250/50/1:1 zugehört. Durch 16:9 ist das Bildverhältnis bezeichnet.

Durch PSS ist die Bildsignalquelle des Fernsehsystems bezeichnet, die im wesentlichen die Quelle DSS und eine Codierungsschaltung ENC für das System aufweist. Die Bildsignalquelle PSS ist mit einer Bildsignalübertragungs- oder -speicherschaltung gekoppelt, die durch DBS bezeichnet ist. Für die Speicheranordnung wird als Beispiel eine Platten- oder Band-Bildsignalaufnahme- und -wiedergabeanordnung genannt. Ausgehend von dem als Beispiel gegebenen HD-MAC System wird weiterhin die Übertragungsstrecke beschrieben, wobei DBS für "Direct Broadcast by Satellite" steht. Als Beispiel ist in der Übertragungsstrecke DBS, wie in der Quelle DSS, auf vergleichbare Art und Weise angegeben 625/50/2:1, 6,25 MHz, 4:3. Es stellt sich heraus, daß die ursprüngliche Bildsignalbandbreite von 27 MHz um einen Faktor gleich vier größer ist als die beschränkte Bandbreite vpn 6,25 MHz der Übertragungsstrecke DBS. Der Ausgang der Übertragungsstrecke DBS ist mit mindestens einer einen Teil des Systems bildenden Bildwiedergabeanordnung PDD. Die Anordnung PDD weist im wesentlichen eine Decodierschaltung DEC auf für das System, die im wesentlichen komplementär ist, umgekehrt wirksam zu der Systemcodierungsschaltung ENC der Bildsignalquelle PSS. Die Schaltungsanordnung DEC bildet aus dem über die Strecke DBS empfangenen Bildsignal ein Bildsignal Y0, (54 MHz) mit einer höheren Bandbreite zum Zuführen zu einer Hochauflösungsbildwiedergabeanordnung HDTV. Auf bekannte Weise werden der Bildwiedergabeanordnung HDTV die Farbartsignale U0 und V0 und die daten- und Tonsignale DS, SS zugeführt, die von einer MAC DEC Decodierungsscahltung herrühren. De MAC DEC Schaltungsanordnung ist im wesentlichen zu der MAC ENC-Schaltungsanordnung komplementär und gibt die Signale U1 und V1 ab zur Verarbeitung für die Zufuhr zu der Bildwiedergabeanordnung HDTV. Die Systemcodierungs- bzw. -decodierungsschaltung ENC bzw. DEC weist weiterhin eine Codierungsschaltung DATV ENC bzw, Decodierungsscahltung DATV DEC zur Verarbeitung von datensignalen DS bzw. zum Abgeben von datensignalen DS auf, wobei DATV auf bekannte Weise für :Digitally Assisted TV" steht. Der Ausgang der DATV ENC Schaltungsanordnung ist mit der MAC ENC Schaltungsanordnung gekoppelt und der Eingang der Schaltungsanordnung DATV DEC ist mit der MAC DEC Schaltungsanordnung gekoppelt.

In Fig. 1 wird das Leuchtdichtesignal Y0 (54 MHz) über eine der Einfachheit halber einfach dargestellte aber mehrfach ausgebildete Verbindungsleitung einer Signalverarbeitungsschaltung COR zugeführt. Weitere Verbindungsleitungen, Eingänge und Ausgänge sind einfach dargestellt, aber mehrfach ausgebildet. Es wird vorausgesetzt, daß in der Schaltungsanordnung COR übliche Signalverarbeitungen erfolgen wie beispielsweise Verstärkung, Filterung und Korrektur, was in Fig. 1 durch (CORγ) bezeichnet wird. Als Korrektur ist die Gammakorrektur durch γ angegeben, da die Verwendung derselben, wie es sich herausstellen wird, Basis der Erfindung ist. Die Schaltungsanordnung COR ist zur Betonung des Vorhandenseins einzeln dargestellt, kann aber einen Teil der Quelle DSS bilden.

Der mehrfach ausgebildete Ausgang der Schaltungsanordnung COR ist über mehrfach ausgebildete Verbindungsleitungen mit drei parallelen Bildsignalkanälen PC1, PC2 und PC3 gekoppelt, die durch eine Zeitmultiplexschaltung MUX1 gekoppelt sind und über diese mit der MAC ENC Schaltungsanordnung verbunden sind.

Der Bildsignalkanal PC1 ist mit einer Reihenschaltung aus einem Tiefpaßfilter LPF1, einer als Schaltkreis dargestellten Abtastschaltung SC1, der ein Abtasttaktimpulssignal CS zugeführt wird und einer Zeilenverschiebungsschaltung LS1 dargestellt. Die Frequenz des Taktimpulssignals CS entspricht der halben Leuchtdichteabtastfrequenz. Die bekannte Zeilenverschiebung ist durch eine gezogene und gestrichelte Linie und einen Pfeil dargestellt. Auf bekannte Weise ist der kanal PC2 mit einem Tiefpaßfilter LPF2, einer Abtastschaltung SC2 und einer Zeilenversehiebungsschaltung LS3 dargestellt. Der Bildsignalkanal PC3 ist mit einer Schaltungsanordnung SC4 ausgebildet, der ein dargestelltes Schaltsignal VS, auftretend mit einer Bildperiode (VT1 +VT2) zugeführt wird, einem Tiefpaßfilter LPF3 und einer Abtastschaltung SC3 mit der Zufuhr des Abtasttaktimpulssignals CS. Das Schaltsignal VS sorgt dafür, daß während jeder Bildperiode während nur einer Teilbildperiode, beispielsweise VT1, das Y0-Signal verarbeitet wird. Der Schaltkreis SC4 versorgt eine Signalverarbeitung nach dem Teilbild-Sprung-Verfahren, wobei jeweils eines der zwei aufeinanderfolgenden Teilbilder übertragen (oder gespeichert) wird.

Der Ausgang des Tiefpaßfilters LPF3 ist mit einem Eingang einer Bewegungsdetektionsanordnung MOT gekoppelt. E swird nun vorausgesetzt, daß die Anordnung MOT örtlich Bewegung in einem wiederzugebenden Bild detektiert, wobei bei Schwellenüberschreitungen je nach Bewegung ein Bewegungssignal S20, 40, 80 erzeugt wird. Als Beispiel sei erwähnt, daß ein Bewegungssignal S80, S40 bzw. S20 abgegeben wird, wenn eine Bewegung detektiert wird, die kleiner oder größer als ein Schwellenwert von 0,5 oder 12 Bildelementen je Bildperiode von 2VT = 40 ms ist.

Das Bewegungssignal S20, 40, 80 wird der Schaltungsanordnung MUX1 zugeführt, in der unter Ansteuerung derselben eine Eingangsklemme T20, T40 bzw. T80 über einen Schalter mit einer Ausgangsklemme T0 verbunden wird. Die Schaltungsanordnung MUX1 gibt dabei ein Leuchtdichtesignal Y1 (13,5 MHz) ab zu der MAC ENC Schaltungsanordnung. Das digitale Leuchtdichtesignal Y1 (13,5 MHz) mit der Abtastfrequenz von 13, 5 MHz besteht aus drei Teilsignalen Y80, Y20 bzw. Y40, die von den Signalkanälen PC1, PC2 bzw. PC3 mit einer Signalerneuerungsperiode gleich 4VT = 80 ms, 1VT = 20 ms bzw. 2VT = 40 ms geliefert werden. Die Schaltungsanordnung MUXI ist der Einfachheit halber als mechanischer Schalter dargestellt, ist aber in der Praxis als elektronischer Multiplexer ausgebildet.

Die Bewegungsdetektionsanordnung MOT gibt außer dem Bewegungssignal S20, 40, 80 zur Zufuhr zu der Codierungsschaltung DATV ENC, weitere Information VR in bezug auf Bewegungsvektoren ab, die zu der Detektion einer Überschreitung von Schwellenwerten 0,5 und 12 Bildelementen je Bildperiode gehören mit dabei der Signalerneuerungsperiode von 80, 40 bzw. 20 ms.

Die MAC DEC Schaltungsanordnung gibt ein digitales Signal Y1' (13,5 MHz), das vergleichbar ist mit dem Signal Y1 (13,5 MHz), und zwar zu drei Signalkanälen PC11, PC12 und PC13. Signale mit und ohne Akzent sind miteinander vergleichbar. Die Kanäle PC11 und PC12 sind im wesentlichen komplementär, umgekehrt wirksam an den Kanälen PC1 und PC2 und liefern Signale Y80' und Y20'. Der Kanal PC1 weist eine reihenscahltung aus einer Zeilenverschiebeschaltung LS11, einer Abtastwerteinfügeschaltung SC11 und einem Tiefpaßfilter LPF11 auf. Bei der Schaltungsanordnung SC11 ist das Einfügen der Abtastwerte mit "0" und einem Umschalter angegeben. Der Kanal PC12 ist auf dieselbe Art und Weise ausgebildet mit Schaltungsanordnungen LS12 und SC12 sowie mit einem Filter LPF12.

Der Signalkanal PC13 weist eine Abtastwerteinfügeschaltungsanordnung SC13 auf und ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter LPF13. Ein Ausgang des Filters LPF13 ist mit Eingängen eines Umschaltkreises SC14, eines Bildsignalspeichers MEM 2VT und einer Ent-Gamma-Korrekturschaltung G1 gekoppelt. Eingänge eines Interpolators INT sind mit Ausgangen der Korrekturschaltung G1 und einer Ent-Gamma-Korrekturschaltung G2 gekoppelt, die dem Speicher MEM 2VT nachgeschaltet ist. Ein Steuereingang des Interpolators INT bekommt Bewegungsvektorinformation VR aus der DATV DEC-Schaltungsanordnung zugeführt. Ein Ausgang des Interpolators INT ist über eine Gammakorrekturschaltung G3 mit einem Eingang des Umschaltkreises SC14 gekoppelt. Ein Steuereingang desselben bekommt ein Signal VS zugeführt, das mit dem Signal VS vergleichbar ist. Der bildfdrequente Umschaltkreis SC14 hat einen Ausgang, an dem ein Signal Y40 vorhanden ist, wobei dieser Ausgang mit einer Eingangsklemme T40 einer Multiplexschaltung MUX11 verbunden ist. Den Eingangsklemmen T80 und T20 werden die Signale Y80' und Y20' und unter Ansteuerung eines von der DATV DEC-Schaltungsanordnung gelieferten Bewegungssignals S20, 40 80' liefert eine Ausgangsklemme das Signal Y0' (54 MHz).

Der Signalkanal PC13 nach Fig. 1 weist auf die beschriebene Art und Weise eine bewegungskompensierte (VR') Bildsignalinterpolationsschaltung (MEM, INT, G) auf, die nach einem Aspekt der Erfindung mit einer Gammakompensationsschaltung G (G1, G2, G3) ausgebildet ist. Für die Signalinterpolation, die dazu gemeint ist, ein zwischenliegendes Teilbild aus dem vorhergehenden und dem nachfolgenden Teilbild zu formen, die nach dem Teilbild-Sprung-Verfahren übertragen werden, sind wesentlich vorhanden der Speicher MEM 2VT und der Interpolator INT. Der Speicher MEM hat dabei eine Speicherkapazität bzw. Verzögerungszeit, die zwei Teilbildperioden entspricht bzw. größer als diese Zeit ist. Es können auch Zeilenperiodenspeicher vorhanden sein. Zur erläuterung des Einflußes der Gammakompensationsschaltung G sei auf Fig. 2 verwiesen.

Fig. 2 zeigt einige Graphen nach einer Funktion y=f(x). Die Werte von x und y sind längs zwei senkrechten Achsen zwischen 0 und 255/255 = 1 als Spitzenwerte aufgetragen. Zur Betonung, daß die Werte von x und y digital und mit 8 Bits auftreten, ist die 0 und 255 Notierung benutzt. Durch (x&sub1; = )127/255 ist der halbe Spitzenwert angegeben. Ausgehend von x&sub1; sind zwei Werte y&sub1; und y&sub2; aufgetragen, die nach der Funktion y = xγ x0,4 und y = x1/γ = x2,5. Weiterhin it aufgetragen y&sub2; = x&sub2;0,4. Durch y = x ist der lineare Graph angegeben, wobei γ = 1 ist.

Ohne das Vorhandensein der Korrekturschaltungen G1 und G2 nach Fig. 1 erfolgt die Bildsignalinterpolation nach der Beziehung

y&sub1; + y&sub2;/2

wobei y&sub1; und y&sub2; auf dem Graphen y = x0,4 liegen. Dabei entsprechen y1 und y2 den Bildsignalwerten der Bildelemente des vorhergehenden und des nachfolgenden teilbildes, wobei der halbe Summenwert der interpolierte Bildsignalwert des Bildelementes in dem zwischenliegenden Teilbild darstellt. Ausgehend von den in Fig. 2 dargestellten Werten von 3/4 und 1/4 des Spitzenwertes folgt über die durch Doppelpfeile angegebene Strecke der durch einen Kreis bezeichnete Wert von 127/255.

Beim Vorhandensein der Korrekturschaltungen G1(1/γ, G2(1/γ und G3(γ) erfolgt die Interpolation nach der untenstehenden Beziehung:

In Fig. 2 ist die Strecke, der dabei zwischen und in den Graphen zu folgen ist, durch Einzelpfeile bezeichnet. Es stellt sich heraus, daß bei dieser Strecke ein durch ein Kreuz bezeichneter Interpolationswert auftritt. Der richtige Kreuzwert ist größer als der fehlerhafte Kreuzwert. Die maximale Differenz tritt für y&sub1; = 1 und y&sub2; = 0 auf, oder umgekehrt, wobei 1/2 < (1/2)0,4 oder 0,5 < 0,758. Dies bedeutet, daß bei einem Bildelement mit einem Weißwert (y&sub1; = 1) in dem vorhergehenden Teilbild und einem Bildelement mit einem Schwarzwert (Y&sub2; =0) in dem nachfolgenden Teilbild ohnen Verwendung der Gammakompensation ein nicht einwandfreier Interpolationswert erhalten wird, der 66% des richtigen Interpolationswertes ist. Binär bedeutet dies einen Fehlerwert von 127/255 gegenüber dem richtigen Wert 193/255, d.h. eine Differenz von 66/255. In Fig. 2 ist dieser maximale Differenzwert angegeben. Der maximale Differenzwert 66/255 entspricht einem binären Unterschied von 66 am wenigsten signifikanten Bits (LSB) für 8 Bit Worte, d.h. dem Bitwort 01000010.

Für das in Fig. 2 dargestellte Beispiel mit y&sub1; = 3/4 und y&sub2; = 1/4 folgt durch eine Berechnung 0,5 < 0,577, was bedeutet, daß ohne Gammakompensation der Interpolationswert um 13% zu niedrig ist.

Es stellt sich heraus, daß wechselweise die Wiedergabe eines übertragenen Teilbildes und eines interpolierten Teilbildes erfolgt, wobei ohne Anwendung der Gammakompensation bei der Bildinterpolation die interpolierten Bildelementwerte zu niedrig sind. Je nach der Größe der Bildelementkontraste (Schwarz-Weiß ist maximal) zu Differenzen bei Wiedergabe zu einer Flächenflimmern führen. Das Ausmaß an Flächenflimmern ist nicht nur abhängig von dem HF-Bildinhalt, sondern auch von etwaigen fehlerhaften Bewegungsvektorinformationen. In der Praxis stellt es sich heraus, daß eine störendes Flächenflimmern auftreten kann, was durch Gammakompensation vermieden werden kann.

In Fig. 1 ist die Gammakompensationsschaltung G im wesentlichen mit den zwei Ent-Gammakorrekturschaltungen G&sub1; und G&sub2;. Dadurch idt die Interpolationsschaltung INT nach eine, Aspekt der Erfindung mit linearisierten Bildsignalen wirksam. Für den Fall, daß die Bildwiedergabeanordnung HDTV mit einem Gamma entsprechend eins wirksam ist, ist es nicht notwendig, die Gammakorrekturschaltung G3 zu verwenden und ist beispielsweise eine Ent-Gammakorrektturschaltung zwischen dem Tiefpaßfilter LPF13 und dem Umschaltkreis SC14 vorgesehen. Fall das Gamma der Bildwiedergabeanordnung HDTV nicht gleich eins ist, kann in bezug auf das interpolierte Bildsignal die Gammakorrekturschaltung G3 als einfachste Ausbildung vorhanden sein.

Fig. 3 zeigt blockschematisch eine detailliertere Ausführungsform einer Gammakompensationsschaltung G. Bereits bei Fig. 1 beschriebene Elemente sind in Fig. 3 und in den nachfolgenden Figuren auf dieselbe Art und Weise angegeben. Die Korrekturschaltung G1, G2 bzw. G3 ist weiterhin durch LUT1, LUT2 bzw. LUT3 angegeben um anzudeuten, daß sie je als digitale Anordnung ausgebildet sind, wirksam mit einer Suchtabelle. Mehrfache Verbindungsleitungen sind in den Fig. 3, 4 und 5 durch 8, 9, 12 und 13 bezeichnet zur Erläuterung der Verarbeitung eines ursprünglichen 8 Bit Wortes. Die Interpolationsschaltung INT nach Fig. 1 ist schematisch dargestellt mit u.a. einem digitalen Addierer ADD1 und einem nachfolgenden Multiplizierer MUL1 mit einem Faktor 1/2. Schematisch ist die Zufuhr der Vektorinformation VR zu der Interpolationsschaltung INT angegeben. Fig. 3 zeigt, daß für die Gammakompensation bei der Bildinterpolation die Verwendung dreier LUT-Anordnungen und eines Zweimal 12 Bit statt eines zweimal 8 Bit Addierer ausreicht. Die Gammakompensationsschaltung G ist nach Fig. 3 aus eine Schaltungsanordnung (LUT1, LUT2) bzw. (LUT1, LUT2LUT3) ausgebildet.

Für Fig. 3 und die nachfolgenden Figuren 4 und 5 gilt, daß die dargestellte Reihenfolge von Addieren und Subtrahieren, multiplizieren usw. umgekehrt sein kann.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der nicht linearisiert wird vor der Bildinterpolation, sondern eine Ausführungsform, die mit einem Kompensationswert wirksam ist abhängig von dem Bildelementkontrast bei der Bildinterpolation. Aus der Beschreibung nach Fig. 2 geht hervor, daß jeweils gilt, daß der felsche Interpolationswert kleiner ist als der richtige Interpolationswert, wobei der Differenzwert von dem Bildelementkontrast abhängig ist und von 0 bis 66/255 = 0,259 von dem Spitze-zu- Spitze-Wert variiert. Auf Basis dieser Information sind die Eingänge der Interpolationsschaltung INT, die u.a. einen Addierer ADD2 und einen Multiplizierer MUL2 mit einem Faktor 1/2 aufweist, mit Eingängen eines Subtrahierers SUB1 gekoppelt, dem ein Absolutwertformer ABS1 und ein Multiplizierer MUL3 mit einem Faktor 1/4 folgen. Von einem Addierer ADD3 sind Eingänge mit Ausgägen der Interpolationsschaltung INT und einer Reihenschaltung aus einem Sbtrahierer, einem Absolutwertformer und einem Multiplizierer (SUB1, ABS1, MUL3) gekoppelt. Dadurch wird der durch die Bildinterpolation erhaltene fehlerhafte Interpolationswert um einen Kompensationswert erhöht, je nach dem Bileelementkontrast und zwar um den Multiplikationsfaktor von 1/4, der etwa dem beschriebenen Faktor 0,259 entspricht. Dabei gibt es den Vorteil einer Signalverarbeitung mit höchstens einem 9 Bit Wort und dem Fehlen von LUT- Anordnungen. Gewünschtenfalls kann der Multiplikationsfaktor in der größenordnung von einem Viertel eingestellt werden. Eine Verringerung des Flächenflimmerns über die genannten 66 LSB um einen Faktor von etwa 4, führt zu einem Flächenflimmern über 17 LSB, entsprechend dem Bitwort 00010001. Die Gammakompensationsschaltung G ist nach Fig. 4 ausgebildet als Schaltungsanordnung (SUB1, ABS1, MUL3, ADD3).

Eine weitergehenden Annäherung des optimalen Kompensationswertes läßt sich nach dem Blockschaltbild nach Fig. 5 verwirklichen. Dabei ist der Kompensationswert abhängig von dem Bildelementkontrast bei der Bildinterpolation, sowie von der örtlichen Helligkeit in dem Bild. Die Interpolationsschaltung INT weist u.a. einen Addierer ADD4 und einen Multiplizierer MUL4 mit einem Faktor 1/2 auf. Die Gammakorrekturschaltung G weist einen Subtrahierer SUB2 mit Eingängen auf, die mit den Interpolationseingängen gekoppelt sind und dem ein Absolutwertwandler ABS2 folgt. Ein Ausgang des Absolutwertwandlers ABS2 ist mit einem Eingang einer digitalen Anordnung LUT4 gekoppelt, die mit einer Suchtabelle wirksam ist, von der ein anderer Eingang mit einem Interpolationsausgang und ein Ausgang mit einem Eingang eines Addierers ADD5 gekoppelt ist, von dem ein anderer Eingang mit einem Interpolationsausgang gekoppelt ist. Bei den mehrfachen Eingängen und dem Ausgang der Anordnung LUT4 ist mit m < = 8, n < = 8 und Q < = 7 angegeben, daß eine Anzahl von m, n bzw. q am signifikantesten Bits (MSB) für den Kompensationswert für den Addierer ADD5 verwendet werden. Berechnungen mit Hilfe eines Computerprogramms haben zu der nachfolgenden Tabelle geführt:

Tabelle
maximale Abweichung in Bits

Die Tabelle zeigt, daß es zwischen den Abweichungen einen Sprung gibt, und zwar zwischen 3 und 8 Bits, oder zwischen einem Bitwort 0011 und einem Bitwort 1000. Zum Erhalten der minimalen Bitabweichung von 0, 2 oder 3 Bits wird die Anordnung LUT4 bevorzugt, wirksdam mit einer Anzahl Ausgangsbits (7 oder 6), die Anzahlen Eingangsbits (8 oder 6) entspricht bzw. um eins davon abweicht. Die gammakorrekturschaltung G ist nach Fig. 5 als Schaltungsanordnung (SUB2, ABS2, LUT4, ADD5) ausgebildet.

Eine andere Annäherung der Gammakompensation kann durch die in Fig. 2 gegebene Potentialfunktion durchgeführt werden, die zu dem richtigen Kreuzwert führt, auszudrücken in einem Polynom mit Variablen des Summenwertes y&sub1; +y&sub2; und des Absolutwertes des Differenzwertes y&sub1;-y&sub2;. Dieses Polynom führt dann zu dem optimalen Inhalt einer LUT-Anordnung.

Die erfindungsgemäße Bildsignalinterpolationsschaltung, die im wesentlichen den Speicher MEM, den Interpolator INT und die Gammakompensationsschaltung G aufweist, ist durch die letzte Schaltungsanordnung gekennzeichnet.


Anspruch[de]

1. Bildsignalinterpolationsschaltung mit:

Mitteln (LPF13) zum Empfangen eines gammakorrigierten Bildsignals, codiert nach einem Teilbildsprungverfahrens; und

Mitteln (INT, G) gekoppelt mit den genannten Empfangsmitteln (LPF13) zum Interpolieren des genannten Bildsignals zum Erhalten interpolierter Teilbilder zwischen gammakorrigierten empfangenen Teilbilderndes genannten Bildsignals;

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bildsignalinterpolationsmittel (INT, G) eine Interpolationsschaltung (INT) und Gamma-Kompensationsmittel (G) aufweisen, wobei diese Gammakompensationsmittel (G) die Gamma-Korrekturmittel (Ga, G2) aufweisen, die zwischen den genanten Empfangsmitteln (LPF13) und der genannten Interpolationsschaltung (INT) gekoppelt sind zum Kompensieren der Gammakorrektur des genannten Bildsignals, und wobei zwischen der genannten Interpolationsschaltung (INT) und einem Ausgang der genannten Bildsignalinterpolationsmittel (INT, G) Gammakorrekturmittel (G3) gekoppelt sind zum Kompensieren jedes Wiedergabegammas.

2. Bildsignalinterpolationsschaltung nach Anspruch 1, wobei die Gammakorrekturmittel (G) eine erste (G1) und eine zweite (G2) Ent-Gammakorrekturschaltung aufweisen, wobei die genannte erste Ent-Gammakorrekturschaltung (G1) gekoppelt ist zum Empfangen eines ersten gammakorrigierten Bildsignals, wobei die genannte zweite Ent-Gammakorrekturschaltung (G2) gekoppelt ist zum Empfangen eines zweiten gammakorrigierten Bildsignals, das wanigstens zwei Teilbildperioden wiedergegeben wird in bezug auf das genannte erste gammakorrigierte Bildsignal, wobei von jeder Ent-Gammakorrektionsschaltung (G1, G2) ein Ausgang mit einem betreffenden Eingang der Interpolationsschaltung (INT) gekoppelt ist.

3. Bildsignalinterpolationsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genanten Korrekturmittel (G1, G2, G3) digitale Anordnungen aufweisen mit einer Suchtabelle (LUT).

4. Bildsignalinterpolationsschaltung, mit:

Mitteln (LPF13) zum Empfanmgen eines gammakorrigierten Bildsignals, codiert nach einem Teilbildsprungverfahren; und

Mitteln (INT, G), die mitden genannten Empfangsmitteln (LPF13) gekoppelt sind zum Interpolieren des genannten Bildsignals zum Erhalten interpolierter Teilbildr ziwschen gammakorrigierten empfangenen Teilbildern des genannten Bildsignals;

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Bildsignalinterpolationsmittel (INT, G) eine Interpolationsschaltung (INT) und Gammakompensationsmittel (G) aufweisen, wobei von der genannten Interpolationsschaltung (INT) ein Eingang mit den genannten Empfangsmitteln (LPF13) gekoppelt ist, wobei ein zweiter Eingang mit einem Ausgang der genannten Interpolationsschaltung (INT) gekoppelt ist und ein Ausgang mit einem Ausgang der genannten Bildsignalinterpolationsmittel (INT, G) gekoppelt ist, wobei die genannten Gammakompensationsmittel dem Interpolationsausgang einen Korrekturwert zuführen.

5. Bildsignalinterpolationsschaltung nach Anspruch 4, wobei die Gammakompensationsmittel (G) die nachfolgenden Elemente aufweisen:

eine digitale Subtrahierschaltung (SUB1), von der ein erster und ein zweiter Eingang mit einem ersten und einem zweiten Eingang der Interp[olationsschaltung (INT) gekoppelt ist, wobei die genante erste Interpolationsschaltung gekoppelt ist zum Empfangen eines ersten Bildsignals, wobei die genannte zweite Interpolationsschaltung gekoppelt ist zum Empfangen eines zweiten Bildsignals, das um wenigstens zwei Teilbildperioden gegenüber dem geannnten ersten Bildsignal verzögert ist,

einen Absolutwertformer (ABS1), der mit einem Ausgang der Subtrahierschaltung (SUB1) gekoppelt ist,

einen Multiplizierer (MUL3), der mit einem Ausgang des Absolutwertformers (ABS1) gekoppelt ist, und

einen Addierer (ADD3) mit Eingängen, die mit dem genannten Ausgang der Interpolationsschaltung (INT) und mit einem Ausgang des genannten Multiplizioerers (MUL3) gekoppelt sind, wobei ein Ausgang des genannten Addierers (ADD3) mit dem genannten Ausgang der genannten Bildsignalinterpolationsmittel (INT, G) gekoppelr ist.

6. Bildsignalinterpolationsschaltung nach Anspruch 5, wobei der Multiplizierer (MUL3) einen Multiplikationsfaktor der Größenordnung eines Achtels hat.

7. Bildsignalinterpolationsschaltung nach Anspruch 4, wobei die Gammakompensationsmittel (G) die nachfolgenden Mittel aufweisen:

eine digitale Subtrahierschaltung (SUB2), von der ein erster und ein zweiter Eingang mit dem ersten und dem zweiten Eingang der Interpolationsschaltung (INT) gekoppelt ist, wobei der genannte erste Interpolationseingang gekoppelt ist zum Empfangen eines ersten Bildsignals, wobei der genannte zweite Interpolationseingang gekoppelt ist zum Empfangen eines zweiten Bildsignals, das um wenigstens zwei Teilbildperioden gegenüber dem genanten ersten Bildsignal verzögert ist,

einen Absolutwertformer (ABS2), der mit einem Ausgang der Subtrahierschaltung (SUB2) gekoppelt ist,

eine digitale Anordnung (LUT4) mit einer Suchtabelle, wobei Eingänge der genannten digitalen Anordnung (LUT4) mit dem genannten Ausgang der Interpolationsschaltung (INT) und mit einem Ausgang des genannten Absolutwertformers (ABS2) gekoppelt sind, und

eine Addierschaltung (ADD5), von der Eingänge mit dem genanten Ausgang der genannten Interpolationsschaltung (INT) umd mit einem Ausgang der genannten digitalen Anordnung (LUT4) gekoppelt sind, wobei ein Ausgang der genannten Addierschaltung (ADD5) mit dem genannten Ausgang der genannten Bildsignalinterpolationsmittel (INT, G) gekoppelt ist.

8. Bildsignalinterpolationsschaltung nach Anspruch 7, wobei die digitale Anordnung (LUT4) eine Anzahl Ausgangsbits hat, die der Anzahl Eingangsbits an jedem der genannten Eingänge der genannten digitalen Anordnung (LUT4) entspricht oder um ein Bit davon abweicht.







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