DE69320394T2 - Digitale Korrektur von Bildern - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft das Gebiet der digitalen Bildverarbeitung. Sie bezieht sich insbesondere auf digitalisierte Bildkorrigierer und -korrekturschaltungen.
• Bei der Bildverarbeitung werden die Bildsignale verschiedenen Justierungen und Korrekturen unterzogen. Bei der Film/Video-Umwandiung für hochauflösendes Fernsehen (HDTV) können diese Justierungen und Korrekturen beispielsweise umfassen: a) Die Korrektur von Farbverzerrungen, die auf das Farb-Übersprechen des Films zurückzuführen sind; b) die Korrektur der nichtlinearen Luminanzübertragungsfunktion des Films; c) die Korrektur der auf VideoÜbersprechen zurückzuführenden Verzerrung; d) die Umwandlung von linearen Daten in die SMPTE-240M-Darstellung, eine Vorverzerrung der Daten auf der Basis des Gammawerts der Anzeigevorrichtung.
• Bei der Film/Video-Umwandlung für HDTV kann es für die Bedienungsperson außerdem wünschenswert sein, a) die Farbe eines von einem Film abgeleiteten Bildes so zu justieren, daß sie an die Farbe eines von einem Video abgeleiteten Bildes angepaßt ist, um nahtlose Zwischenschnitte zu erzielen; b) lokales Rauschen zu entfernen und/oder c) geschichtete Fimmaskierungen ("Film-Mattes") für glatte Kompositionen zu verarbeiten.
• Das US-Patent US-A-4 794 460 beschreibt ein Gerät zum Aufzeichnen eines Bildes auf Film, wobei das Bild gleichzeitig auf einem Videodisplay überwacht wird. Die Bilddaten werden der Reihe nach über einen Graukorrigierer und die jeweiligen Farbkorrigierer und Gradationskorrigierer geleitet, damit das auf dem Videomonitor angezeigte Bild mit dem auf dem Film aufgezeichneten Bild möglichst gut übereinstimmt.
• Die Zeitschrift Journal of Electronic Imaging, Band 1, Nr. 1, 30. Januar 1992, S. 35 bis 45 "High Performance Digital Colour Video Camera" beschreibt eine Bildverarbeitungsschaltung, in welcher in Abhängigkeit davon, ob die Bilddaten eine logarithmische Korrektur erfordem oder nicht, eine Nachschlagetabelle benutzt bzw. umgangen werden kann.
• Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 160 489 beschreibt eine Videobild-Korrekturschaltung, die während der vertikalen Rücklaufperiode eines Videosignals neu programmiert werden kann.
• in den Ansprüchen sind verschiedene Aspekte der Erfindung dargelegt.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im folgenden beschrieben wird, sieht eine Hardwareimplementierung von digitalisierten Bildsignalkorrigierern in einem Bildverarbeitungssystem vor, mit der die Bedienungsperson die Verarbeitungsparameter dynamisch ändern kann, wodurch diese Korrigierer in die Lage versetzt werden, spezifische Ausgangsresultate zu liefern.
• Der bevorzugte digitalisierte Bildkorrigierer, der in Hardware implementiert ist, wandelt die colormetrische Darstellung eines originalen Bildes auf der Basis von Daten über das originale Bild und das Zielbild und von künstlerischen Parametern, die von dem Benutzer eingegeben werden, in eine neue Darstellung um. Dies erlaubt eine dynamische Modifizierung der Verarbeitungsparameter zur Umwandlung der Colorimetrie eines Fumbildes in diejenige eines HDTV-Videobildes.
• Der bevorzugte digitalisierte Bildkorrigierer ist so ausgebildet, daß er digitalisierte Rot-, Grün- und Blau-Eingangssignale auf nimmt, die eine colormetrische Darstellung einer originalen Filmszene beinhalten. Der digitalisierte Bildkorrigierer erzeugt digitalisierte Rot-, Grün- und Blau-Ausgangssignale nach den SMPTE 240M-Spezifikationen.
• Der bevorzugte digitalisierte Bildkorrigierer umfaßt vier Hardware-Korrekturmodule, die so angeordnet sind, daß sie Korrekturparameter aus einer externen Quelle, z.B. einem Operator- Eingabe-Subsystem, aufnehmen. Die vier Korrekturmodule sind in Reihe geschaltet. Jedes Modul besitzt einen Überbrückungsschalter, der es dem Benutzer erlaubt, das betreffende Modul in einen Überbrückungsmodus zu schalten, so daß der Eingang des Moduls direkt mit seinem Ausgang verbunden ist. in einem gegebenen Zeitpunkt ist ein Paar von Korrekturmodulen in einen Live-Datenweg geschaltet. Während ein Paar von Korrekturmodulen sich im Live-Datenweg befindet, befindet sich das andere Paar in dem Überbrückungsmodus. Wenn die Module sich in dem Überbrückungsmodus befinden, kann die Bedienungsperson ihre Korrekturparameter neu konfigurieren, ohne daß das Ausgangsbild gestört wird. Nachdem neue Parameter in die überbrückten Module geladen wurden, schaltet der Benutzer das überbrückte Paar in den Live-Datenweg und die Live-Module in den Überbrückungsmodus und fügt damit einen neuen Satz von Parametern in den Live-Datenweg ein.
• Jedes Korrekturmodul nimmt digitalisierte Eingangssignal Rin, Gin, Bin auf und erzeugt digitalisierte Ausgangssignale Rout, Gout und Bout, indem es die digitalisierten Eingangssignale Rin, Gin, Bin nach Maßgabe eines Satzes von vorbestimmten Korrekturparametern transformiert, die aus dem von dem Benutzer gesteuerten Operator-Eingab-Subsystem empfangen werden. im allgemeinen führt ein Korrekturmodul die Transformation der digitalisierten Eingangssignale Rin, Gin, Bin nach den folgenden Gleichungen durch.
• Rout = f&sub0; [f&sub3;(Rin) + f&sub4;(Gin) + f&sub5;(Bin)]
• Gout = f&sub1; [f&sub6;(Rin) + f&sub7;(Gin) + f&sub8;(Bin)]
• Bout = f&sub2; [f&sub9;(Rin) + f&sub1;&sub0;(Gin) + f&sub1;&sub1;(Bin)]
• Die Funktionen f&sub0; bis f&sub1;&sub1; umfassen einen Satz von vorbestimmten Korrekturparametern, die über das Operator-Eingabe-Subsystem zugeführt und dynamisch in das Korrekturmodul geladen werden.
• Der digitalisierte Bildkorrigierer erzeugt die Signale Rout, Gout und Bout durch Transformation der Eingangssignale Rin, Gin, Bin auf der Basis der von dem Benutzer eingegebenen Parameter, die von dem Operator-Eingabe-Subsystem aufgenommen werden. In dem aktuellen Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugen die von dem Benutzer zugeführten Parameter digitalisierte HDTV-Signale nach SMPTE 240M, die einem HDTV-Monitor oder einer Bildspeichervorrichtung zugeführt werden, um aus einem originalen Filmbild ein HDTV-Videobild hoher Qualität zu gewinnen.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
• Fig. 1 zeigt ein Übersichts-Blockdiagramm eines digitalen Bildverarbeitungssystems,
• Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines digitalisierten Bildkorrigierers des Bildverarbeitungssystems mit vier Korrekturmodulen,
• Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines einzelnen Korrekturmoduls mit LUT-Schaltungen und Addierschaltungen zur Umwandlung von digitalisierten Eingangssignalen nach Maßgabe vorbestimmter Korrekturparameter,
• Fig. 4a bis 4d zeigen eine detailliertere Darstellung eines individuellen Korrekturmoduis mit Mitteln zum Lesen und Schreiben von Transformationsdaten, die in den LUT- Schaltungen gespeichert sind, sowie mit Mitteln zum Überbrücken des Korrekturmoduls.
• Im folgenden wird eine Hardware-Implementierung eines digitalisierten Bildkorrigierers nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der Bildkorrigierer wandelt eine colormetrische Darstellung eines originalen Bildes auf der Basis von Daten aus dem originalen Bild und aus dem Zielbild sowie auf der Basis von künstlerischen Parametern, die von dem Benutzer zugeführt werden, in eine neue Darstellung um. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken spezifische Schaltungsanordnungen, Schaltungsarchitekturen und Komponenten vorgestellt, die ein gründlicheres Verständnis der Erfindung ermäglichen sollen. Es ist für den einschlägigen Fachmann jedoch ohne weiteres erkennbar, daß die vorliegende Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Beispielen sind allgemein bekannte Schaltungen und Vorrichtungen schematisch dargestellt, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu erschweren.
• Die bevorzugte Hardware-Implementierung eines digitalisierten Bildkorrigierers erlaubt eine dynamische Modifizierung von Korrekturparametern, um gewünschte Ausgangsspezifizierungen und eine künstlerische Korrektur zu erreichen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel der Erfindung wandelt die Colorimetrie eines vorhandenen Filmbildes in HDTV um. Zusätzlich können digitalisierte Bildkorrigierer gemäß der Erfindung zahlreiche Datenverarbeitungsprobleme bei der Bildverarbeitung lösen, wie dies weiter unten beschrieben wird.
• Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines digitalen Bildverarbeitungssystems mit einem Bildkorrigierer gemäß der Erfindung. Das Bildkorrigierer-Subsystem 6 empfängt digitalisierte Eingangssignale 15 aus einem Bildabtast-Subsystem 8. Das Bildkorrigierer-Subsystem 6 empfängt außerdem vordefinierte Korrekturparameter 17 aus einem Operator-Eingabe-Subsystem 7. Das Bildkorrigierer-Subsystem 6 erzeugt digitalisierte Ausgangssignale 16, die einem Bildspeicheranzeig-Subsystem 9 zugeführt werden.
• Das Bildabtast-Subsystem 8 dient zum Abtasten von physikalischen Bildern und zur Erzeugung von digitalisierten örtlichen Abtastproben für diese Bilder. in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erzeugt das Bildabtast-Subsystem 8 digitalisierte Rot-, Grün- und Blau-Videosignale, die ein Originalbild auf Film repräsentieren.
• Das Bildspeicherianzeig-Subsystem 9 nimmt digitalisierte Ausgangssignale 16 auf und speichert und/oder generiert die von den Ausgangssignalen 16 definierten Ausgangsbilder. Das Bildspeicher/Anzeige-Subsystem 9 soll eine breite Kategorie von Bildspeicher- und -anzeigevorrichtungen repräsentieren, einschl. HDTV-Monitore, Videoaufzeichnungsvorrichtungen, Laserdisc-Geräte und Vollbildpufferspeichermechanismen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt das Bildspeicher/Anzeige-Subsystem 9 Vorrichtungen dar, die Bilder speichern und anzeigen, die auf SMPTE 240M basieren.
• Das Bildkorrigierer-Subsystem 6 wirkt über das Operator-Eingabe-Subsystem 7 mit dem B nutzer zusammen. Der Benutzer gibt über das Operator-Eingabe-Subsystem 7 Befehle ein, um Korrekturparameter 17 für das Bildkorrigierer-Subsystem 6 zu generieren. Der Benutzer kann auch Befehle eingeben, um Korrekturparameter aus dem Bildkorrigierer-Subsystem 6 zurückzuladen. Das Bildkorrigierer-Subsystem 6 nimmt die digital isierten Eingangssignale 15 auf und erzeugt digitalisierte Ausgangssignale 16 auf der Basis der benutzerdefinierten Korrekturparameter 17, die es aus dem Operator-Eingabe-Subsystem 7 empfängt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die von dem Benutzer definierten Parameter dazu benutzt, die digitalisierten Eingangssignale 16 in digitalisierte HDTV-Signale nach SMPTE 240M umzuwandeln. Das Bildkorrigierer-Subsystem 6 wird im folgenden anhand von Fig. 2 näher erläutert.
• Für die Umwandlung eines originalen Filmbildes in ein HDTV-Bild benötigt man vier Korrekturfaktoren. Dieses sind: a) Die Korrektur von Farbverzerrungen, die auf das Farb-Übersprechen des Films zurückzuführen sind; b) die Korrektur der nichtlinearen Luminanzübertragungsfunktion des Films; c) die Korrektur der Verzerrungen, die auf Video-Übersprechen zurückzuführen sind, und d) die Umwandlung von linearen Daten in die SMPTE-240M-Darstellung (d. h. die Vorverzerrung der Daten auf der Basis des Gammawerts der Anzeigevorrichtung). Zusätzlich kann der Benutzer den Wunsch haben, für eine künstlerische Korrektur Parameter auf der Basis der Eigenschaft des visuellen Bildes zu ändern. Die originalen Korrekturparameter hängen von dem verwendeten Filmtyp ab, während die endgültige Colorimetrie auf den Spezifikationen von SMPTE 240M basiert.
• Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des Bildkorrigierer-Subsystems 6. Der digitalisierte Bildkorrigierer umfaßt vier identische Hardware-Korrekturmodule, nämlich ein Film-A-Modul 20, ein Film-B-Modul 22, ein Video-A-Modul 24 und ein Video-B-Modul 26. Die Module 20, 22, 24 und 26 sind so angeordnet, daß sie über einen Bus 140 Korrekturparameter von einer CPU 40 aufnehmen können. Diese Korrekturparameter werden von dem Operator-Eingabe-Subsystem 7 berechnet und über einen Bus 145 in die CPU 40 geladen. Der digitalisierte Bildkorrigierer nimmt digitalisierte Eingangssignale 15 auf, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise digitalisierte Rot-, Grün- und Blau-Farbsignale 10, 11 bzw. 12 umfassen und die originale Filmszene repräsentieren. Der digitalisierte Bildkorrigierer erzeugt digitahsierte Ausgangssignale 16, die in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise digitalisierte Rot-, Grün- und Blau-Farbsignale 10, 11 bzw. 12 umfassen und die originale Filmszene repräsentieren.
• Die vier Korrekturmodule Film-A 20, Film-B 22, Video-A 24 und Video-B 26 sind in Reihenschaltung miteinander verbunden, so daß der Ausgang des Moduls 20 mit dem Eingang des Moduls 22 verbunden ist, der Ausgang des Moduls 22 mit dem Eingang des Moduls 24 verbunden ist und der Ausgang des Moduls 24 mit dem Eingang des Moduls 26 verbunden ist. Jedes Modul besitzt einen Überbrückungsschalter, der von der CPU 40 gesteuert wird. Auf diese Weise kann die CPU 40 ein Modul in einen Überbrückungsmodus schalten, so daß der Eingang dieses Moduls direkt mit seinem Ausgang verbunden ist. Wenn ein Modul nicht in den Überbrückungsmodus geschaltet ist, befindet es sich in einem Live-Datenmodus, in welchem das von diesem Modul empfangene Eingangssignal einer Transformation unterzogen wird.
• Während des normalen Betriebs umfaßt ein Live-Datenweg eine Reihe von digitalisierten Bildsignalen, die auf Signalleitungen 10-12 empfangen werden und der Reihe nach über Signalleitungen 121, 122 und 123 verlaufen und über Signalleitungen 30-32 übertragen werden. Wenn ein Modul in den Überbrückungsmodus geschaltet ist, ist es aus dem Live-Datenweg herausgenommen, da sein Eingang direkt mit seinem Ausgang verbunden ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in einem gegebenen Zeitpunkt entweder das Film-A-Modul 20 und das Video-A-Modul 24 oder das Film-B-Modul 22 und das Video-B-Modul 26 in den Live-Datenweg geschaltet. Wenn das Film-A-Modul 20 und das Video-A-Modul 24 in den Live-Datenweg geschaltet sind, befinden sich das Film-B-Modul 22 und das Video- B-Modul 26 in dem Überbrückungsmodus. Wenn umgekehrt das Film-B-Modul 22 und das Video-B-Modul 26 in den Live-Datenweg geschaltet sind, befinden sich das Film-A-Modul 20 und das Video-A-Modul 24 in dem Überbrückungsmodus.
• Wenn das Film-A-Modul 20 und Video-A-Modul 24 oder das Film-B-Modul 22 und das Video-B-Modul 26 in den Überbrückungsmodus geschaltet sind, kann die CPU 40 die Korrekturparameter dieser Module neu konfigurieren, ohne daß dadurch die digitalisierten Ausgangssignale 30-32 beeinträchtigt werden. Nachdem über den Bus 140 neue Parameter in die überbrückten Module geladen wurden, schaltet die CPU 40 die beiden überbrückten Module wieder in den Live-Datenmodus und die Live-Module in den Überbrückungsmodus, um so einen neuen Satz von Parametern in den Live-Datenweg einzufügen. Darüber hinaus kann die CPU 40 während des Überbrückungsmodus über den Bus 140 Korrekturparameter aus einem Modul auslesen.
• Das Fim-Amodul 20 generiert digitalisierte Signale 121, indem es das Rot-Signal 10, das Grün-Signal 11 und das Blau-Signal 12 nach Maßgabe der Korrekturparametern transformiert, die zuvor von der CPU 40 in das Film-A-Modul 20 geladen wurden. In ähnlicher Weise transformiert das Film-B-Modul 22 die digitalisierten Signale 121 nach Maßgabe der Korrekturparameter, die von der CPU 40 zuvor in das Film-B-Modul 22 geladen wurden, in digitalisierte Signale 122. In ähnlicher Weise transformiert das Video-A-Modul 24 die digitalisierten Signale 122 in die digitalisierten Signale 123, und das Video-B-Modul 26 transformiert die digitalisierten 123 in die digitalisierten Signale 30-32. Wie oben beschrieben wurde, kann ein beliebiges Exemplar der Module 20, 22, 24 und 26 in den Überbrückungsmodus geschaltet werden und führt dann keine Transformation durch.
• Mit der in Fig. 2 dargestellten modularen Lösung können so viele Hardware-Korrekturmodule zusammengeschaltet werden, wie erforderlich sind, um die Eingangsiausgangs-Spezifikationen des Systems zu erfüllen. Zur Durchführung der für die Erfüllung der Systemspezifikationen erforderlichen Bildkorrekturen wird in jedes Hardware-Korrekturmodul 20, 22, 24 und 26 von der CPU 40 ein besonderer Satz von Korrekturparametern geladen. Diese Korrekturparameter werden von dem Operator-Eingabe-Subsystem 7 berechnet und über den Bus 145 in die CPU 40 geladen.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Parameter für die Hardware-Korrekturmodule von dem Operator-Eingabe-Subsystem 7 generiert, um die digitalisierten Rot-, Grün- und Blau-Signale 10, 11 bzw. 12, die die originale Filmszene repräsentieren, in digitalisierte Rot-, Grün- und Blau-Ausgangssignale 30, 31 bzw. 32 entsprechend den Spezifikationen von SMPTE 240M umzuwandeln. Wie ihre Namen erkennen lassen, dienen das Film-A-Modul 20 und das Film-B-Modul 22 zur Durchführung der auf den Film bezogenen Korrekturen und das Videc-A-Modul 24 und das Videc-B-Modul 26 zur Durchführung der auf das HDTV-Videobild bezogenen Korrekturen.
• Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines einzelnen Hardware-Korrekturmoduls, wie des Moduls 20, 22, 24 oder 26. Ein Korrekturmodul nimmt über die Signalleitungen 90, 91 bzw. 92 digitalisierte Eingangssignale Rin, Gin, Bin auf und erzeugt auf den Signalleitungen 95, 96 bzw. 97 digitalisierte Ausgangssignale Rout, Gout und Bout. Ein Korrekturmodul erzeugt die digitalisierten Ausgangssignale Rout, Gout und Bout durch Transformieren der digitalisierten Eingangssignale Rin, Gin, Bin nach Maßgabe eines Satzes von vorbestimmten Korrekturparametern, die von der CPU 40 über den Bus 140 zugeführt werden. Die vorbestimmten Parameter werden in Tabellen-Schaltungen (LUT-Schaltungen) 50-61 geladen, während das betreffende Modul sich in dem Überbrückungsmodus befindet. Anschließend schaltet die CPU 40 das Modul in den Live-Modus, um die Transformation durchzuführen.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung führt das Korrekturmodul von Fig. 3 eine Transformation der digitalisierten Eingangssignale Rin, Gin, Bin nach folgenden Gleichungen durch:
• (1) Rout = f&sub0; [f&sub3;(Rin) + f&sub4;(Gin) + f&sub5;(Bin)]
• (2) Gout = f&sub1; [f&sub6;(Rin) + f&sub7;(Gin) + f&sub8;(Bin)]
• (3) Bout = f&sub2; [f&sub9;(Rin) + f&sub1;&sub0;(Gin) + f&sub1;&sub1;(Bin)]
• hierin bedeuten
• f&sub0;, f&sub1;, f&sub2;: nichtlineare Übertragungsfunktionen
• f&sub3;: Übersprechkomponente von Rot in Rot
• f&sub4;: Übersprechkomponente von Grün in Rot
• f&sub5;: Übersprechkomponente von Blau in Rot
• f&sub6;: Übersprechkomponente von Rot in Grün
• f&sub7;: Übersprechkomponente von Grün in Grün
• f&sub8;: Übersprechkomponente von Blau in Grün
• f&sub9;: Übersprechkomponente von Rot in Blau
• f&sub1;&sub0;: Übersprechkomponente von Grün in Blau
• f&sub1;&sub1;: Übersprechkomponente von Blau in Blau
• Die Funktionen f&sub0; bis f&sub1;&sub1; umfassen einen Satz von vorbestimmten Korrekturparametern, die von dem Operator-Eingabe-Subsystem 7 zugeführt werden. In dem Korrekturmodul von Fig. 3 sind die Funktionen f&sub0; bis f&sub1;&sub1; mit Hilfe von LUT-Schaltungen 50-61 implementiert, in die zuvor die für die Realisierung der Funktionen f&sub0; bis f&sub1;&sub1; erforderlichen Transformationsdaten geladen wurden.
• Jede LUT-Schaltung 50-61 versetzt die CPU 40 in die Lage, eine beliebige vorbestimmte Funktion über den Bus 140 zu laden. Jede LUT-Schaltung 50-61 besitzt einen von der CPU 40 gesteuerten programmierbaren Datenweg, und eine automatisch inkrementierende Teilschaltung, die es der CPU 40 ermöglicht, die Transformationsdaten zur Realisierung der gewünschten Funktion oder Funktionen rasch zu laden. Die CPU 40 kann auch Transformationsdaten lesen, die in den LUT-Schaltungen 50-61 geladen sind. Jede LUT-Schaltung 50-61 besteht aus wenigstens vier Datenbanken mit Transformationsdaten, die es der CPU 40 ermöglichen, in jede LUT-Schaltung 50-61 Transformationsdaten für vier verschiedene Funktionen zu laden. Anschließend kann die CPU 40 die von den einzelnen LUT-Schaltungen 50-61 gerade ausgeführten Funktionen in Echtzeit modifizieren, indem die Datenbanken der einzelnen LUT-Schaltungen 50-61 umgeschaitet werden. Die Möglichkeit, Funktionen in Echtzeit umzuschalten, ist zweckmäßig für die Implementierung von Bewegt-Maskierungen (Keying), zur Durchführung von lokalen Farbkorrekturen, zur Durchführung von A/B-Vergleichen zwischen verschiedenen Kurven und zur Durchführung von Echtzeit-Colorimetrieänderungen bei einem Szenenwechsel.
• Die Addierschaltungen 70, 71 und 72 sind sehr schnelle Synchronbegrenzerschaltungen, die drei 20-Bit-Werte in 54 Nanosekunden addieren können. Die Eingangssignale sind als mit Vorzeichen versehene Werte mit drei signifikanten Ziffern und 16 Bruchteilbits formatiert. Das Ausgangssignal jedes Addierers 70, 71 und 72 ist eine vorzeichenlose 16-Bit-Größe mit zwei signifikanten Ziffern und 14 Bruchteilbits. Da die Summe entweder akzeptabel oder negativ ist oder die zulässigen zwei signifikanten Bits überschreiten kann, besitzt die Schaltung Vorkehrungen, um den Ausgangswert erforderlichenfalls auf "alle Ziffern 0" oder "alle Ziffern 1" begrenzen.
• In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen die Funktionen f&sub0;, f&sub1; und f&sub2; 16-Bit-Eingänge und 16-Bit-Ausgänge. Die Funktionen f&sub3; bis f&sub1;&sub1; besitzen 16-Bit-Eingänge und 20-Bit-Ausgänge. Ein kritisches Element für die Systemleistung ist die Genauigkeit, mit der die LUT-Schaltungen 50-61 und der Addierschaltungen 70-72 implementiert werden. Die verwendeten Bitbreiten waren so gewählt, daß der endgültige Fehler nicht mehr als ein LSB (weniger als 1 %) beträgt.
• Zur Durchführung der digitalisierten Bildkorrektur lädt die CPU 40 die für die Implementierung der Funktion f&sub7; erforderlichen Transformationsdaten in die LUT-Schaltung 50. In ähnlicher Weise lädt die CPU 40 die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktion f&sub4; in die LUT-Schaltung 51 und die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktion f&sub1;&sub0; in die LUT-Schaltung 52. In gleicher Weise lädt die CPU 40 die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktionen f&sub6;, f&sub3; und f&sub9; in die LUT-Schaltungen 53, 54 bzw. 55. Ahnlich lädt die CPU 40 die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktionen f&sub8;, f&sub5; und f&sub1;&sub1; in die LUT-Schaltungen 56, 57 bzw. 58. Die LUT-Schaltungen 50, 51 und 52 sind so angeordnet, daß sie das Eingangssignal Gin 91 aufnehmen. Die LUT-Schaltungen 53, 54 und 55 gind so angeordnet, daß sie das Signal Rin 90 aufnehmen, und die LUT-Schaltungen 56, 57 und 58 sind so angeordnet, daß sie das Signal Bin 92 aufnehmen.
• Während der Livedatentransformation ist das von der LUT-Schaltung 50 erzeugte digitalisierte Signal gleich f&sub7;(Gin). In ähnlicher Weise erzeugt die LUT-Schaltung 51 das Signal f&sub4;(Gin) und die LUT-Schaltung 52 das Signal f&sub1;&sub0;(Gin). Die LUT-Schaltungen 53, 54 und 55 erzeugen die Signale f&sub6;(Rin), f&sub3;(Rin) bzw. f&sub9;(Rin), und die LUT-Schaltungen 56, 57 und 58 erzeugen die Signale f&sub8;(Bin), f&sub5;(Bin) bzw. f&sub1;&sub1;(Bin).
• Man erkennt aus Fig. 3, daß das Eingangssignal 150 der Addierschaltung 70 gleich f&sub7;(Gin) ist. Das Eingangssignal 151 der Addierschaltung 70 ist gleich f&sub6;(Rin), und das Eingangssignal 152 der Addierschaltung 70 ist gleich f&sub8;(Bin). Infolgedessen ist das Ausgangssignal 170 der Addierschaltung 70 die arithmetische Summe dieser Ausdrücke oder f&sub6;(Rin) + f&sub7;(Gin) + f&sub8;(Bin). Die CPU 40 lädt die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktion f&sub1; in die LUT- Schaltung 59. Deshalb ist das digitalisierte Signal 159 gleich f&sub1;[f&sub6;(Rin) + f&sub7;(Gin) + f&sub8;(Bin)], wie dies in der obigen Gleichung (2) angegeben ist. Der Wähler 80 bewirkt unter dem Steuereinfluß der CPU 40 eine Multiplexverschachtelung des digitalisierten Signals 159 und des Signals Gin 91 mit dem Signal Gout 96.
• Man sieht ferner, daß das Eingangssignal 153 der Addierschaltung 71 gleich f&sub4;(Gin), das Eingangssignal 154 der Addierschaltung 71 gleich f&sub3;(Rin) und das Eingangssignal 155 der Addierschaltung 71 gleich f&sub5;(Bin) ist. Deshalb ist das Ausgangssignal 171 der Addierschaltung 71 die arithmetische Summe dieser Ausdrücke oder gleich f&sub3;(Rin) + f&sub4;(Gin) + f&sub5;(Bin). Die CPU 40 lädt die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktion fo in die LUT-Schaltung 60. Deshalb ist das digitalisierte Signal 160 gleich f&sub0;[f&sub3;(Rin) + f&sub4;(Gin) + f&sub5;(Bin)], das durch die obige Gleichung (1) gegeben ist. Der Wähler 81 führt unter dem Steuereinfluß der CPU 40 eine Multiplexverschachtelung des digitalisierten Signais 160 und des Signals Rin 90 zu dem Signal Rout 95 durch.
• Schließlich ist das Eingangssignal 156 der Addierschaltung 72 gleich f&sub1;&sub9;(Gin) das Eingangssignal 157 der Addierschaltung 72 gleich J&sub9;(Rin) und das Eingangssignal 158 der Addierschaltung 72 gleich f&sub1;&sub1;(Bout). Deshalb ist das Ausgangssignal 172 der Addierschaltung 72 gleich f&sub9;(Rin) + f&sub1;&sub0;(Gin) + f&sub1;&sub1;(Bin). Die CPU 40 lädt die Transformationsdaten zur Implementierung der Funktion f&sub2; in die LUT-Schaltung 60. Deshalb ist das digitalisierte Signal 161 gleich f&sub2;[f&sub9;(Rin) + f&sub1;&sub0;(Gin) + f&sub1;&sub1;(Bin)], wie in der obigen Gleichung (3) angegeben. Der Wähler 82 bewirkt unter dem Steuereinfluß der CPU 40 eine Multiplexverschachtelung des digitalisierten Signals 161 und des Signals Bin 92 mit dem Signal Bout 97.
• Fig. 4a bis 4d zeigen ein ausführlicheres Blockdiagramm eines Korrekturmoduls. Fig. 4a zeigt die Schaltung zum Laden von Transformationsdaten in die LUT-Schaltungen 50-62. Die Multiplexerschaltung 250 ist so angeordnet, daß sie das Signal Gin 91 und CPU-Adressensignale über den Bus 140 aufnimmt. Während des Überbrückungsmodus überträgt die Multiplexerschaltung 250 Adressensignale von dem Bus 140 über Signalleitungen 255 zu den LUT- Schaltungen 50-52, um die Transformationsdaten zu laden. Die Transformationsdaten aus der CPU 40 werden über den Bus 140 von Sendeempfängerschaltungen 251, 252 und 253 aufgenommen. Die Sendeempfängerschaltung 251 ist so ausgebildet, daß sie Transformationsdaten zu und aus der LUT-Schaltung 50 sendet bzw. empfängt. In ähnlicher Weise ist die Sendeempfängerschaltung 252 so ausgebildet, daß sie Transformationsdaten zu und von der LUT-Schaltung 51 sendet bzw. empfängt, und die Sendeempfängerschaltung 253 ist so ausgebildet, daß sie Transformationsdaten zu der und aus der LUT-Schaltung 53 sendet bzw. empfängt. Während des Livedatenmodus sendet die Multiplexerschaltung 250 das Signal Gin 91 über die Signalleitungen 255 zu den LUT-Schaltungen 50-52, um das Signal Gin zu transformieren.
• Fig. 4b zeigt die Schaltung, mit der Transformationsdaten in die LUT-Schaltungen 53-55 geladen werden. Die Multiplexerschaltung 260 ist so angeordnet, daß sie über den Bus 140 das Signal Rin 90 und CPU-Adressensignale aufnimmt. Die Multiplexerschaltung 260 überträgt CPU-Adressensignale von dem Bus 140 über Signalleitungen 265 zu den LUT-Schaltungen 53-55, um während des Überbrückungsmodus Transformationsdaten zu laden. Die Transformationsdaten werden über den Bus 140 von Sendeempfängerschaltungen 261, 262 und 263 aufgenommen. Die Sendeempfängerschaltung 261 ist so angeordnet, daß sie Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 53 überträgt. Die Sendeempfänger schaltung 262 ist so angeordnet, daß sie Transformationsdaten zu der und von der LUT- Schaltung 54 überträgt. Die Sendeempfängerschaltung 263 ist so angeordnet, daß sie Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 55 überträgt. Die Multiplexerschaltung 260 überträgt über die Signalleitungen 265 das Signal Rin 90 zu den LUT-Schaltungen 53-55, um das Signal Rin während des Livedatenmodus zu transformieren.
• Fig. 4c zeigt die Schaltung zum Laden von Transformationsdaten in die LUT-Schaltungen 56- 58. Die Multiplexerschaltung 270 nimmt über den Bus 140 das Signal Bin 92 und CPU-Adressensignale auf und überträgt die CPU-Adressensignale von dem Bus 140 über Signalleitungen 275 zu den LUT-Schaltungen 56-58, um während des Überbrückungsmodus Transformationsdaten zu laden. Die Transformationsdaten werden von Sendeempfängerschaltungen 271, 272 und 273 über den Bus 140 empfangen. Die Sendeempfängerschaltung 271 überträgt Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 56. Die Sendeempfängerschaltung 272 überträgt die Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 57, und die Sendeempfängerschaltung 273 überträgt die Transformationsdaten zu der und von der LUT- Schaltung 58. Die Multiplexerschaltung 270 überträgt das Signal Bin 92 über die Signalleitungen 275 zu den LUT-Schaltungen 56-58, um während des Livedatenmodus das Signal Bin zu transformieren.
• Fig. 4d zeigt die Schaltung zum Laden der LUT-Schaltungen 59-61 und die Schaltung zum Umschalten zwischen dem Überbrückungsmodus und dem Livedatenmodus unter dem Steuereinfluß der CPU 40. Multiplexerschaltungen 280,281 und 282 empfangen über den Bus 140 Adressensignale aus der CPU 40. Sendeempfängerschaltungen 283, 284 und 285 dienen zur Datenübertragung zwischen der CPU 40 und den LUT-Schaltungen 59, 60 bzw. 61. Die Sendeempfängerschaltungen 283, 284 und 285 empfangen über den Bus 140 Transformationsdaten. Die Sendeempfängerschaltung 283 überträgt Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 59, die Sendeempfängerschaltung 284 überträgt Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 60, und die Sendeempfängerschaltung 285 überträgt Transformationsdaten zu der und von der LUT-Schaltung 61.
• Während der Livedatentransformation werden das durch die Gleichung (2) definierte digitalisierte Signal 159 und das Signal Gin 91 aus dem Multiplexer 80 unter dem Steuereinfluß der CPU 40 zu dem Ausgangssignal Gout 96 zusammengefaßt. In ähnlicher Weise werden das durch die Gleichung (1) definierte digitalisierte Signal 160 und das Signal Rin 90 während der Livedatentransformation von dem Multiplexer 81 unter dem Steuereinfluß der CPU 40 zu dem Signal Rout 95 zusammengefaßt. Entsprechend werden das durch die Gleichung (3) definierte digitalisierte Signal 161 und das Signal Bin 92 während der Live-Datentransformation von dem Multiplexer 82 unter dem Steuereinfluß der CPU 40 zu dem Signal Bout 97 zusammengefaßt. Wenn die CPU 40 das Korrekturmodul in den Überbrückungsmodus schaltet, ist also Rout = Rin, Gout = Gin und Bout = Bin.
• Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung kann benutzt werden, um eine Farbraum- Umwandlung durchzuführen. Wie oben erläutert wurde, gilt
• Rout = f&sub0;[f&sub3;(Rin) + f&sub4;(Gin) + f&sub5;(Bin)]
• Gout = f&sub1;[f&sub6;(Rin) + f&sub7;(Gin) + f&sub8;(Bin)]
• Bout = f&sub2;[f&sub9;(Rin) + f&sub1;&sub0;(Gin) + f&sub1;&sub1;(Bin)]
• Wenn f&sub0;, f&sub1; und f&sub2; jeweils auf Eins gesetzt werden, können f&sub3; bis f&sub1;&sub1; so gesetzt werden, daß das Eingangssignal in einen neuen Farbraum umgewandelt wird. Beispiele sind die Umwandlung von RGB-Video in YUV-Video oder von HIS in YIQ. Hier ist eine breite Anwendung für Computergrafik und Video gegeben.
• Wenn alternativ f&sub5;, f&sub7; und f&sub9; jeweils auf Null gesetzt werden und f&sub3;, f&sub4;, f&sub6;, f&sub8;, f&sub1;&sub0; uns f&sub1;&sub1; die logarithmischen Funktionen und f&sub0;, f&sub1; und f&sub2; die Exponentialfunktionen sind, implementiert das Korrekturmodul die folgenden Funktionen:
• Rout = exp [log (Rin) + log (Gin)]
• Gout = exp [log (Rin) + log (Bin)]
• Bout = exp [log (Gin) + log (Bin)]
• Da eine Addition im logarithmischen Bereich einer Multiplikation im linearen Bereich äquivalent ist, wird das Korrekturmodul zu einem Multiplizierer. So sieht ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Modul vor, das einen Offset entfernt, indem es für die Subtraktion konfiguriert wird, und ein zweites Modul, das mit einem Verstärkungsfaktor multipliziert, indem es für die Multiplikation konfiguriert wird.
• Die vorliegende Erfindung findet Anwendung in Anlagen zur Bildverarbeitung und läßt sich in einer Vielzahl von Datenverarbeitungsschaltungen inkorporieren. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen geschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß zahlreiche Alternativen, Modifizierungen, Variationen und Verwendungen möglich sind, die dem einschlägigen Fachmann durch die Offenbarung der vorangehenden Beschreibung ohne weiteres zugänglich sind.

Claims (4)

1. Digitalisierter Bildkorrigierer zum Transformieren einer ersten digitalisierten Darstellung (10, 11) eines Bildes in eine zweite digitalisierte Darstellung (30, 31, 32) des Bildes nach Maßgabe einer ersten Transformationsfunktion (f&sub0; bis f&sub1;&sub1;), die durch einen ersten Satz von Transformationsdaten definiert ist, einer zweiten Transformationsfunktion, die durch einen zweiten Satz von Transformationsdaten definiert ist, einer dritten Transformationsfunktion, die durch einen dritten Satz von Transformationsdaten definiert ist, und einer weiteren Transformationsfunktion, die durch einen vierten Satz von Transformationsdaten definiert ist, mit einer ersten, zweiten, dritten und vierten Korrekturschaltung, die von einem Benutzer den ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Satz von Transformationsdaten aufnehmen, wobei diese Korrekturschaltungen in Reihe angeordnet sind und jeweils drei Eingänge und drei Ausgänge haben und dazu dienen, die an den genannten Eingängen erscheinenden digitahsierten Signale entweder nach Maßgabe der ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Transformationsfunktion zu transformieren oder diese digitalisierten Signale direkt zu den genannten Ausgängen zu senden,

und mit einer Bildspeichereinrichtung (9) zur Speicherung der zweiten digitalisierten Darstellung des Bildes für die anschließende Anzeige,

wobei die erste, zweite, dritte und vierte Korrekturschaltung jeweils aufweisen: eine erste Funktionseinrichtung (50, 51, 52) zur Durchführung von drei Transformationen an einem ersten digitalisierten Signal (91), wobei diese erste Funktionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das erste digitalisierte Signal aufnimmt, und wobei die erste Funktionseinrichtung ein erstes Signal (150), ein zweites Signal (153) und ein drittes Signal (156) erzeugt,

eine zweite Funktionseinrichtung (53, 54, 55) zur Durchführung von drei Transformationen an einem zweiten digitalisierten Signal (90), wobei diese zweite Funktionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das zweite digitalisierte Signal aufnimmt, und wobei die zweite Funktionseinrichtung ein viertes Signal (150), ein fünftes Signal (154) und ein sechstes Signal (157) erzeugt,

eine dritte Funktionseinrichtung (56, 57, 58) zur Durchführung von drei Transformationen an einem dritten digitalisierten Signal (92), wobei diese dritte Funktionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das dritte digitalisierte Signal aufnimmt, und wobei die dritte Funktionseinrichtung ein siebtes Signal (152), ein achtes Signal (155) und ein neuntes Signal (158) erzeugt,

eine erste Addiereinrichtung (70) zur Erzeugung eines ersten Termsignals (170), das gleich der arithmetischen Summe aus dem ersten Signal (150), dem vierten Signal (151) und dem siebten Signal (152) ist, wobei die erste Addiereinrichtung so angeordnet ist, daß sie das erste Signal, das vierte Signal und das siebte Signal aufnimmt,

eine zweite Addiereinrichtung (71) zur Erzeugung eines zweiten Termsignals (171), das gleich der arithmetischen Summe aus dem zweiten Signal (153), dem fünften Signal (154) und dem achten Signal (155) ist, wobei die zweite Addiereinrichtung so angeordnet ist, daß sie das zweite Signal, das fünfte Signal und das achte Signal aufnimmt,

eine dritte Addiereinrichtung (72) zur Erzeugung eines dritten Termsignals (172), das gleich der arithmetischen Summe aus dem dritten Signal (156), dem sechsten Signal (157) und dem neunten Signal (158) ist, wobei die dritte Addiereinrichtung so angeordnet ist, daß sie das dritte, Signal, das sechste Signal und das neunte Signal aufnimmt,

eine vierte Funktionseinrichtung (59) zum Transformieren des ersten Termsignals (170), wobei diese vierte Funktionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das erste Termsignal aufnimmt und ein erstes transformiertes Signal (96) erzeugt,

eine fünfte Funktionseinrichtung (60) zum Transformieren des zweiten Termsignals (171), wobei diese fünfte Funktionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das zweite Termsignal aufnimmt und ein zweites transformiertes Signal (95) erzeugt,

und eine sechste Funktionseinrichtung (61) zum Transformieren des dritten Termsignals (172), wobei diese sechste Funktionseinrichtung so angeordnet ist, daß sie das dritte Term signal aufnimmt und ein drittes transformiertes Signal (97) erzeugt,

wobei das erste, zweite und dritte transformierte Signal zusammen das Ausgangssignal der betreffenden Korrekturschaltung bilden.

2. Digitalisierter Bildkorrigierer nach Anspruch 1, bei dem die Bildspeichereinrichtung einen Vollbildpufferspeicher aufweist.

3. Digitalisierter Bildkorrigierer nach Anspruch 1, bei dem die Bildspeichereinrichtung eine Videobandspeichereinrichtung aufweist.

4. Digitalisierter Bildkorrigierer nach Anspruch 1, bei dem die Bildspeichereinrichtung eine Laserdisc-Speichereinrichtung aufweist.