DE69007724T2 - Bewegungsdetektionsverfahren mit der gewünschten Hochbildfrequenz und Zeilenzahl sowie Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungsdetektion mit der gewünschten Teilbildfrequenz und Zeilenzahl sowie eine Vorrichtung für dessen Ausführung. Sie betrifft insbesondere eine Weiterentwicklung des Bewegungsdetektionsverfahrens und der Bewegungsdetektionsvorrichtung, die in der deutschen Patentanmeldung DE-A-38 09 249 auf den Namen von Deutsche Thomson Brandt sowie in der französischen Patentanmeldung Nr. 89 03861 auf den Namen von Laboratoire Européen de Recherches Electroniques Avancées (LEREA) beschrieben sind. In der französischen Patentanmeldung Nr. 89 03861 (FR-A-2 644 956) vom 23/03/89 auf den Namen der Anmelderin, veröffentlicht am 28. September 1990, ist eine Vorrichtung beschrieben, welche die Umwandlung der am Eingang eines Fernsehempfängers mit hoher Auflösung empfangenen Videosignale, insbesondere der Eingangssignale 1250/2:1/50 Hz mit HD-MAC-Decodierung oder der Signale 625/2:1/50 Hz mit PAL-, SECAM- oder MAC-Decodierung in ein Anzeigesignal mit hoher Auflösung erlaubt, nämlich in ein Signal, das eine Anzeige mit 1250 Zeilen oder 900 Zeilen mit einem 2:1- Zeilensprungverfahren bei einer Teilbildfrequenz von 100 Hz erlaubt. Diese Vorrichtung zur Umwandlung der Teilbildfrequenz enthält eine Verarbeitungseinrichtung für die Eingangssignale des statischen Typs sowie eine Verarbeitungseinrichtung für die Eingangssignale des dynamischen Tpys. Das Umschalten zwischen der Verarbeitungseinrichtung für die Eingangssignale des dynamischen Typs und der Verarbeitungseinrichtung für die Eingangssignale des statischen Typs wird durch ein Bewegungsdetektionssignal gesteuert. Wenn die Signale am Eingang des Empfängers durch Signale des gegenwärtigen Standards, nämlich durch die Signale 625/2:1/50 Hz mit PAL-, SECAM- oder MAC-Decodierung gegeben sind, wird das Bewegungsdetektionssignal von einer spezialisierten Schaltung, die Bewegungsdetektor genannt wird, ausgegeben. Eine solche Schaltung ist insbesondere in der deutschen Patentanmeldung Nr. 38 09 249 auf den Namen von Deutsche Thomson Brandt oder in der französischen Patentanmeldung Nr. 89 03861 auf den Namen von LEREA beschrieben. Das von den in diesen Anmeldungen beschriebenen Schaltungen ausgegebene Bewegungsdetektionssignal erlaubt eine Anzeige mit einer Teilbildfrequenz von 100 Hz bei 1250 Zeilen. Wenn indessen die Anzeige eine Anzeige des Typs 900/2:1/100 Hz ist, ist das Bewegungsdetektionssignal nicht mehr mit dem anzuzeigenden Videosignal synchron.
• Daher hat die vorliegende Erfindung zum Ziel, eine Verbesserung des in den obenerwähnten Patenten beschriebenen Bewegungsdetektionsverfahrens vorzuschlagen, die die Verwendung der Bewegungsdetektionsinformation bei einer Anzeige mit hoher Auflösung des Typs 900/2:1/100 Hz erlaubt.
• Die vorliegende Erfindung hat außerdem zum Ziel, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die die Transformation des herkömmlichen Bewegungsdetektors in eine Vorrichtung erlaubt, die ein Bewegungsdetektionssignal bei der gewünschten Teilbildfrequenz und Zeilenzahl ausgibt.
• Die vorliegende Erfindung hat weiterhin zum Ziel, eine Bewegungsdetektionsvorrichtung zu schaffen, die für eine Anzeige verwendet werden kann, die vom Typ 1250/2:1/100 Hz oder 900/2:1/100 Hz ist oder in bezug auf die Zeilenzahl andere Eigenschaften besitzt.
• Folglich hat die vorliegende Erfindung ein Bewegungsdetektionsverfahren zum Gegenstand, das eine Bewegungsinformation mit der gewünschten Teilbildfrequenz und Zeilenzahl ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, auf der Stufe der Bildpunkte mit der gleichen räumlichen Position, die zwei zeitlich unterschiedlichen Bildern entsprechen, die durch ein Signal mit der Teilbildfrequenz und der Zeilenzahl des Eingangs-Videosignals gegeben sind, den folgenden Algorithmus anzuwenden:
• (wobei y eine ganze Zahl ist und benachbarten Zeilenadressen um eine Referenzteile entspricht, n und n-1 zwei zeitlich unterschiedlichen Bildern entsprechen und Ky dem Koeffizienten der Vertikalfilterung der betrachteten Zeile entspricht)
• - dann den erhaltenen Wert DPon mit einem Schwellenwert zu vergleichen und eine Information der Bewegung oder der Nichtbewegung abhängig vom Ergebnis des Vergleichs abzugeben.
• Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine End-Bewegungsinformation erhalten, indem eine Majoritätsentscheidung über die Bewegungsinformation getroffen wird, die durch mehrere einer gleichen Bildzeile angehörenden Bildpunkten mit unterschiedlicher räumlicher Position gegeben sind.
• Die vorliegende Erfindung hat außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens zum Gegenstand, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie enthält:
• - wenigstens vier Teilbildspeicher zum Speichern der geradzahligen und ungeradzahligen Teilbildern von zwei aufeinanderfolgenden Bildern,
• - zwei gleiche Verarbeitungsschaltungen, die jeweils am Ausgang der Speicher geradzahliger Teilbilder und der Speicher ungeradzahliger Teilbilder angeschlossen sind, wobei jede Schaltung von einer Subtrahiereinheit, einem Absolutwertdetektor und einer Vertikalfilterschaltung gebildet ist,
• - eine Addiereinheit, die die Ausgangssignale der zwei Verarbeitungsschaltungen empfängt, und
• - einen Komparator, der das Ausgangssignal der Addiereinheit mit einem Schwellenwert vergleicht, um eine Bewegungsinformation abzugeben.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Vorrichtung:
• - n Verzögerungszellen (n > 1) und
• - eine Logikschaltung, die die Ausgangssignale des Komparators und der n Verzögerungszellen empfängt und eine Majoritätsentscheidung in der Weise trifft, daß die End-Bewegungsinformation abgegeben wird.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, die die Ausführung der Frequenzumwandlung des Bewegungsdetektionssignals ohne zusätzlichen Speicher erlaubt, erfolgt das Schreiben in die Speicher parallel mit der Teilbildfrequenz des Eingangssignals und erfolgt das Lesen mit der Teilbildfrequenz des Ausgangssignals, wobei das Schreiben und das Lesen unter der Steuerung spezieller Schreib und Lesesteuersignale erfolgt.
• Andererseits ist die Vertikalfilterschaltung gebildet aus n Verzögerungszellen, die eine Verzögerung um eine Speicherzelle ergeben, n + 1 Multipliziereinheiten, wovon jede an einem Eingang einen speziellen Multiplikationskoeffizienten und am anderen Eingang entweder das Eingangssignal der ersten Zelle oder das Ausgangssignal von n Zellen empfängt, einer ersten Addiereinheit, die das Ausgangssignal der zwei ersten Multipliziereinheiten addiert, sowie n Addiereinheiten, die das Ausgangssignal der vorhergehenden Addiereinheit und der Multipliziereinheit der Rangordnung n + 1 addieren. Die Anzeige kann in Abhängigkeit vom Wert des Multiplikationskoeffizienten tatsächlich mit 1250 Zeilen, 900 Zeilen oder einer anderen Zeilenzahl erfolgen.
• Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Bewegungsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, von denen:
• - Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Detektion der Bewegung in einem Fernsehbild mit hoher Auflösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist und
• - Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm ist, das die Wirkungsweise der Speicher der Vorrichtung von Fig. 1 erläutert.
• Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Bewegungsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vier Teilbildspeicher 1, 2, 3, 4, die die Bewegung zwischen zwei Bildern zu erfassen erlauben, welche in einem Eingangs-Videosignal E des Typs 625/2:1/50 Hz im PAL-, SECAM- oder MAC-Format oder einem ähnlichen Format enthalten sind. Jeder Teilbildspeicher 1, 2, 3, 4 hat eine Kapazität von 288 × 720 × 8 (288 entspricht den Nutz-Zeilen, 720 der Anzahl der Nutz-Bildpunkte oder Nutz-Pixel pro Zeile und 8 der Anzahl der Codierungsbits eines jeden Pixels). In der gezeigten Ausführungsform erfolgt das parallele Schreiben unter der Steuerung eines Schreibimpulses und das parallele Lesen unter der Steuerung eines Leseimpulses. Die parallele Verwendung der Speicher erlaubt das Schreiben in die Speicher mit der Teilbildfrequenz des Eingangs-Videosignals, nämlich mit 50 Hz, und das Lesen derselben mit der Teilbildfrequenz des Ausgangs-Videosignals, das für die Anzeige mit hoher Auflösung gewählt ist, nämlich im vorliegenden Fall 100 Hz. Eventuell können die Speicher 1, 2, 3, 4 in Serie geschaltet sein. In diesem Fall ist es notwendig, wenigstens einen zusätzlichen Speicher zu verwenden, um die 50 Hz/100 Hz-Umwandlung auszuführen. Somit wird in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein erstes Bild (n) in dem ungeradzahligen Teilsbildspeicher 1 und in dem geradzahligen Teilbildspeicher 2 gespeichert, während ein zweites Bild (n - 1) danach im ungeradzahligen Teilbildspeicher 3 und in geradzahligen Teilbildspeicher 4 gespeichert wird. Die Speicherung wird beispielsweise wie in Fig. 2 gezeigt ausgeführt. Das Signal E entspricht einem Eingangs- Videosignal des Typs 625/2:1/50 Hz und stellt die aufeinanderfolgenden Teilbilder A, B, C, D, E, F usw. dar, deren Dauer 20 Millisekunden beträgt. In diesem Fall werden die ungeradzahligen Teilbilder A, C, E in den Teilbildspeichern 1 und 3 in der Weise gespeichert, daß die Teilbilder A und E im Speicher 1 und das Teilbild C im Speicher 3 gespeichert werden. Ebenso werden die geradzahligen Teilbilder B, D, F in den Speichern 2 und 4 in der Weise gespeichert, daß die Teilbilder B und F im Speicher 2 und das Teilbild D im Speicher 4 gespeichert werden. Die Speicher 1, 2, 3, 4 werden mit einer Frequenz von 100 Hz, nämiich in 10 Millisekunden gelesen. Somit werden in den Speichern 1, 2, 3, 4 acht Teilbilder A oder B oder C oder D jeweils für 10 Millisekunden gehalten.
• Wenn die Bewegungsdetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Teilbildfrequenz-Umwandlungsvorrichtung verwendet wird, wie sie in der französischen Patentanmeldung Nr. 89 03861 beschrieben ist, bilden die Speicher 1, 2, 3, 4 bereits einen Teil der Frequenz-Umwandlungsvorrichtung. Dies erlaubt die Verringerung der für die gesamte Vorrichtung erforderlichen Speicherkapazität und somit die Verkleinerung der für die Verwirklichung eines Fernsehgerätes erforderlichen Halbleiterfläche.
• Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 derjenige Teil beschrieben, mit dem eine synchrone Bewegungsinformation eines Anzeigesignals mit hoher Auflösung des Typs 900/2:1/100 Hz erhalten werden kann. Die Ausgangssignale der ungeradzahligen Teilbildspeicher 1 und 3 werden an eine Subtrahiereinheit 5 geschickt, die die Codierung eines im Teilbildspeicher 1 enthaltenen Pixel von der Codierung des Pixel mit derselben räumlichen Position subtrahiert, das im Teilbildspeicher 3 enthalten ist. Ebenso werden die Ausgangssignale der geradzahligen Teilbildspeicher 4 und 2 an eine Subtrahiereinheit 5' geschickt, die auf gleiche Weise wie die Subtrahiereinheit 5 arbeitet. Das Ausgangssignal einer jeder Subtrahiereinheit 5 und 5' wird an eine den Absolutwert bildende Schaltung 6 bzw. 6' geschickt. Die Ausgangssignale der Schaltungen 6 und 6' werden jeweils an eine Verarbeitungsschaltung geschickt, die die Filterung und die Summierung der Absolutwerte ausführt. Sämtliche Schaltungen am Ausgang der Schaltungen 6, 6' sind gleich. Sie sind jeweils aus zwei Verzögerungszellen 70, 71 oder 70', 71' gebildet. Jede Zelle besitzt eine Verzögerung um eine Zeile. Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Schaltung andererseits drei Multipliziereinheiten 80, 81, 82 oder 80', 81', 82'. Die Multipliziereinheiten 80, 81, 82 bzw. 80', 81', 82' empfangen an einem ihrer Eingänge unter der Wirkung eines Steuerimpulses C einen speziellen Multiplikationskoeffizienten. Die Multipliziereinheit 80 oder 80' empfängt an ihrem anderen Eingang das Ausgangssignal der Absolutwertschaltung 6 oder 6'. Die anderen Multipliziereinheiten 82 und 82 empfangen an ihren jeweiligen anderen Eingängen das Ausgangssignal der Verzögerungszellen 70, 71 oder 70', 71'. Andererseits enthält die Schaltung 2 Addiereinheiten 90, 91, 90', 91'. Die Schaltung 90 empfängt die jeweiligen Ausgangssignale der Multipliziereinheiten 80, 81 bzw. 80', 81', während die Addiereinheit 91, 91' an ihren Eingängen die Ausgangssignale der Addiereinheit 90 oder 90' und der Multipliziereinheit 81 oder 82' empfängt. Die Anzahl der Zellen der obigen Schaltung hängt in Wirklichkeit von der Anzahl der Zeilen ab, die für die Anwendung des Bewegungsdetektionsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung bewertet werden sollen.
• Wenn somit in der obigen Schaltung mit P&sub0; dasjenige Pixel bezeichnet wird, für das eine Bewegungsinformation erfaßt werden soll, wobei P&sub0; ein ungeradzahliges Pixel ist, und wenn mit P&sub2; und P&submin;&sub2; zwei geradzahlige Bildelemente bezeichnet werden, die den beiden angrenzenden Zeilen zugehören, jedoch die gleiche Abszisse besitzen, sowie mit P&submin;&sub1;, P&sub1; und P&sub3; die Pixel der ungeraden Teilbilder mit derselben Abszisse bezeichnet werden, werden am Ausgang der Absolutwertschaltungen und der Verzögerungsleitungen 70, 71 und 70', 71' die folgenden Daten erhalten:
• - am Ausgang der Schaltung 6: P-2n - P-2(n-1);
• - am Ausgang der Schaltung 70: Pon - Po(n-1);
• - am Ausgang der Schaltung 71: P2n - P2(n-1);
• - am Ausgang der Schaltung 6': P-1n - P-1(n-1);
• - am Ausgang der Verzögerungsschaltung 70': P1n - P1(n-1);
• - am Ausgang der Verzögerungsschaltung 71': P3n - P3(n-1),
• wobei n und n-1 zwei aufeinanderfolgenden Bildern entsprechen. Auf diese verschiedenen Ausgangswerte werden mit Hilfe der Multipliziereinheiten 80, 81, 82, 80', 81', 82' Koeffizienten Ky angewendet, wobei y Werte zwischen -1 und 3 annimmt. Dann wird die Addition der gewichteten Ausgangssignale in der Weise ausgeführt, daß am Ausgang der Addiereinheit 100 erhalten wird:
• A=K&submin;&sub2; P - 2n-P-2(n-1) + K&submin;&sub1; P-1n - P-1(n-1) + Ko Pon-Po(n-1) + K&sub2; P2n - P2(n-1) + K&sub3; P3n-P3(n-1)
• Auf diese Weise wird der Algorithmus ausgeführt:
• Das Ausgangssignal der Addiereinheit 100 wird an den Eingang des Komparators 101 geschickt, der den erhaltenen Wert A mit einem Schwellenwert B vergleicht und als Ausgang "1" ausgibt, wenn A größer als B ist, und "0" ausgibt, wenn A kleiner oder gleich B ist. Die Ausgangssignale des Komparators 101 werden seriell in die Speicherzellen 102, 103, 104, 105 geschickt, die eine Verzögerung bewirken, die der Berechnung eines DPon entsprechen, derart, daß nach fünf Berechungen von DPon in einer Majoritätslogik 106 ein Vergleich in der Weise ausgeführt wird, daß in Abhängigkeit von den fünf Bewegungsinformationen eine Majoritäts-Bewegungsinformation ausgesandt wird, beispielsweise eine Bewegungsinformation "1", wenn drei der von den Zellen 102, 103, 104, 105 und vom Komparator 101 ausgegebenen Bewegungsinformationen durch "1" codiert sind. Diese Bewegungsinformation wird insbesondere von einer Frequenz-Umwandlungsvorrichtung verwendet, wie sie in der französischen Patentanmeldung Nr. 89 03861 beschrieben ist. Oben ist ein System beschrieben worden, das eine Bewegungsdetektion unter Verwendung von sechs Speicherleitungen verwendet. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß durch Veränderung der Anzahl der Verzögerungszellen 70, 71 oder 70', 71' und/oder eventuell der Anzahl der Verzögerungszellen 102, 103, 104, 105 die Bewegungsinformation mit größerer oder geringerer Präzision erfaßt wird. In der Praxis scheint es interessant, die Bewegungsinformation auf der Grundlage einer Bewegungsdetektion zu erfassen, die für fünf benachbarte Zeilen und fünf benachbarte Punkte ausgeführt wird.
• Andererseits kann die Anzeige in Abhängigkeit von der Wahl der in die Multipliziereinheiten 80, 81, 82 oder 80', 81', 82' eingegebenen Koeffizienten für eine Anzahl von Zeilen ausgeführt werden, die von 900 verschieden ist, insbesondere für 1250 Zeilen, indem dieselbe Bewegungsdetektionsvorrichtung verwendet wird.

Claims (7)

1. Bewegungsdetektionsverfahren, das eine Bewegungsinformation mit der gewünschten Teilbildfrequenz und Zeilenzahl ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß es darin besteht, auf der Stufe der Bildpunkte mit der gleichen räumlichen Position, die zwei zeitlich unterschiedlichen Bildern entsprechen, die durch ein Signal mit der Teilbildfrequenz und der Zeilenzahl des Eingangs-Videosignals gegeben sind, und den folgenden Algorithmus anzuwenden:

(wobei y eine ganze Zahl ist und benachbarten Zeilenadressen um eine Referenzzeile entspricht, n und n-1 zwei zeitlich unterschiedlichen Bildern entsprechen und Ky dem Koeffizienten der Vertikalfilterung der betrachteten Zeile entspricht),

dann den den erhaltenen Wert DPon mit einem Schwellenwert zu vergleichen und eine Information der Bewegung oder der Nichtbewegung abhängig vom Ergebnis des Vergleichs abzugeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Algorithmus unter Verwendung der Punktbilder angewendet wird, die zu fünf aufeinanderfolgenden Bildzeilen gehören.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine End-Bewegungsinformation erhalten wird, in dem eine Majoritätsentscheidung über die Bewegungsinformationen getroffen wird, die durch mehrere einer gleichen Bildzeile angehörenden Bildpunkten mit unterschiedlicher räumlicher Position gegeben sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält:

- wenigstens vier Teilbildspeicher (1, 2, 3, 4) zum Speichern der geradzahligen und ungeradzahligen Teilbilder von zwei aufeinanderfolgenden Bildern,

- zwei gleiche Verarbeitungsschaltungen (5, 6, 70, 71, 80, 81, 82, 90, 91 und 5', 6', 70', 71', 80', 81', 82', 90', 91'), die jeweils am Ausgang der Speicher gerader Teilbilder und der Speicher ungerader Teilbilder angeschlossen sind, wobei jede Schaltung von einer Subtrahiereinheit, einem Absolutwertdetektor und einer Vertikalfilterschaltung gebildet ist,

- eine Addiereinheit (100), die die Ausgangssignale der zwei Verarbeitungsschaltungen empfängt, und

- einen Komparator (101), der das Ausgangssignal der Addiereinheit mit einem Schwellenwert zur Abgabe einer Bewegungsinformation vergleicht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner enthält:

- n Verzögerungszellen (102, 103, 104, 105) (n> 1), die am Ausgang des Komparators angeschlossen sind, und

- eine Logikschaltung (106), die die Ausgangssignale des Komparators und der n Verzögerungszellen empfängt und eine Majoritätsentscheidung in der Weise trifft, daß eine End-Bewegungsinformation abgegeben wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schreiben in die Speicher parallel mit der Teilbildfrequenz des Eingangssignals erfolgt und das Lesen mit der Teilbildfrequenz des Ausgangssignals erfolgt, wobei das Schreiben und das Lesen unter der Steuerung durch spezielle Schreib und Lesesteuersignale erfolgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalfilterschaltung gebildet ist aus n Verzögerungszellen (70, 71 und 70', 71'), die eine Verzögerung um eine Speicherzeile ergeben, n+1 Multipliziereinheiten (80, 81, 82 und 80', 81', 82'), die an einem Eingang jeweils einen speziellen Multiplikationskoeffizienten und am anderen Eingang entweder das Eingangssignal der ersten Zelle oder das Ausgangssignal von n Zellen empfängt, eine erste Addiereinheit (90 und 90'), die das Ausgangssignal der zwei ersten Multipliziereinheiten addiert, sowie n Addiereinheiten (91 und 91'), die das Ausgangssignal der vorhergehenden Addiereinheit und der Multipliziereinheit der Rangordnung n+1 empfängt.