DE19622703A1 - Automatische Identifizierung von Videosignalen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die digitale Signalverar­ beitung, und insbesondere die automatische Identifizierung von Videosignalen zum Prüfen von Videosignalen, zur Sicherstellung des Vorhandenseins von Daten, oder zum allgemeinen Umsetzen einer Video-Wellenform in einen Code zur Steuerung einer ent­ sprechenden Messung und/oder eines Identifizierungs-Textla­ bels.

Bei der Erfassung von Videosignalen kommen zahlreiche spezifi­ sche Filter für die Extraktion von Merkmalen, einschließlich der Randerfassung, der Chrominanzdemodulation und der Signal­ pegelerfassung, zu verschiedenen Zeitintervallen in einer ho­ rizontalen Videozeile zum Einsatz. Zur Optimierung dieses Ver­ fahrens müssen sowohl jedes Merkmalsfilter als auch die Ge­ wichtung und/oder der Schwellwertvergleich der Kombination der Ausgangssignale dieser Filter für jedes zu identifizierende Signal optimiert werden. Im Rahmen einer Realisierung in die­ sem Sinne muß manuell bestimmt werden, welche Filter zu ver­ wenden sind, wo und mit welchen Gewichtungen, sowie die Schwelle für jedes zu identifizierende Signal. Ein Beispiel dieses Verfahrens ist in dem von der Anmelderin hergestellten und vertriebenen Testset zur Videomessung VM700 "Video Measu­ rement Test Set" enthalten.

Bei einer optimalen Signalerfassung, wie sie beispielsweise in Kapitel 7 in "Modern Digital and Analog Communication Sy­ stems", 2. Ausgabe, von B.P. Lathi, Verlag Holt, Rinehart and Winston, Inc. (1989) beschrieben ist, wird eine Auswahl durch Kreuzkorrelation, oder entsprechend abgestimmte Filter, des maximalen Filterausgangs verwendet, und eine Schwelle zur Ent­ scheidung, ob ein Signal vorhanden ist oder nicht. Das zu er­ fassende Signal wird entweder mit einer Vielzahl von Referenz­ signalen kreuzkorreliert oder unter Verwendung einer Vielzahl abgestimmter Filter gefiltert, von denen jedes mit der zeit­ umgekehrten Form eines entsprechenden der Referenzsignale als seine Impulsantwort ausgelegt ist. Dieses Verfahren wurde vor­ wiegend dazu entwickelt, Signale mit bekannter Amplitude und Gleichstrom-Offset zu unterscheiden. Dies trifft nicht direkt auf die Identifizierung von Videosignalen zu, da, obwohl die Verstärkung des Synchronisiersignals oder Farb-Zwischenträger­ frequenz unter Verwendung einer automatischen Verstärkungs­ steuerschaltung eingestellt werden kann und der Gleichstrom- Offset der hinteren Schwarzschulter mit einer Klemmschaltung gesteuert werden kann, die verschiedenen spektralen und tempo­ ralen Komponenten des Videosignals bezüglich Synchronsignal und Burst nicht immer bekannt sind. Außerdem ist dieses Ver­ fahren gegenüber Veränderungen im Schwarzpegel, d. h. einem Gleichstrom-Offset von der hinteren Schwarzschulter, zu dem andere Videosignale addiert werden können, äußerst empfind­ lich.

Es wird daher ein Verfahren zur automatischen Identifizierung von Videosignalen gewünscht, das einerseits einfach und unemp­ findlich und andererseits gleichzeitig anpassungsfähig ist.

Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur automatischen Identifizierung von Videosignalen unter Ver­ wendung normalisierter Referenzsignale mit Mittelwert Null, die mit einem eingehenden Videosignal kreuzkorreliert werden, zur Verfügung. Das eingehende Videosignal wird an das Äquiva­ lent einer Vielzahl abgestimmter Filter angelegt, wobei jedes Filter mit einem separaten einer Vielzahl zeitlich umgekehrter Referenzsignale als seine Impulsantwort korrespondiert. Das maximale Korrelationsausgangssignal eines jeden Filters wird erfaßt, was gleichbedeutend mit der Verwendung einer Spitzen­ werthalteschaltung am Ausgang eines jeden Filters ist. Das größte der Korrelationsausgangssignale der Spitzenwerthalte­ schaltungen korrespondiert mit der besten Entsprechung aller Referenzsignale. Das am besten passende Korrelationsausgangs­ signal wird durch die Energie des eingehenden Videosignals normalisiert, um einen Korrelationskoeffizienten zu erzeugen, welcher mit einem Schwellwert verglichen wird, um eine binäre Entscheidung zu treffen, ob das Signal identifiziert ist oder nicht.

Weitere Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der vorlie­ genden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detail­ lierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Ansprü­ chen und den Figuren der Zeichnung.

Es zeigen

Fig. 1 eine Blockschaltbilddarstellung eines Systems zur automatischen Identifizierung von Videosignalen ge­ mäß vorliegender Erfindung;

Fig. 2 eine Blockschaltbilddarstellung eines digitalen Si­ gnalprozessors für das System zur automatischen Identifizierung von Videosignalen gemäß vorliegender Erfindung; und

Fig. 3 einen Ablaufplan eines Algorithmus zur automatischen Identifizierung von Videosignalen gemäß vorliegender Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein Videosignal VID_IN, wel­ ches digitalisiert wurde, erfaßt und in einem Erfassungsspei­ cher 10 gespeichert. Im NTSC-Standard für Videoidentifizie­ rungs-Testsignale (VITS), die im vertikalen Intervall eines Videosignals gespeichert sind, müssen beispielsweise nur die Zeilen 9-22 eines jeden Halbbilds eines Videosignals gespei­ chert werden. Die Anzahl und Position zu speichernder Zeilen hängt jedoch vom Format des eingehenden Videosignals sowie vom Typ des Videosignals, für das eine Identifizierung gewünscht wird, ab. Der Erfassungsspeicher 10 kann auch Schablonen ver­ schiedener Videomuster oder Referenzsignale entsprechend den gewünschten Videoidentifizierungen enthalten, beispielsweise Farbbalken, FCC-Composite, Schwarzanhebung, Teletext, etc. VID_IN wird auch an eine Steuerschaltung 12 angelegt, die ent­ sprechende Steuer- und Taktsignale anhand der Synchroninforma­ tion des Signals VID_IN erzeugt. Steuersignale von der Steuer­ schaltung 12 werden dazu verwendet, den gewünschten Abschnitt von VID_IN im Erfassungsspeicher 10 zu speichern, wie es im Stand der Technik wohlbekannt ist.

Daten vom Erfassungsspeicher 10 werden zur Verarbeitung an einen digitalen Signalprozessor (DSP) 14 übertragen, wie nach­ stehend ausgeführt ist. Das Ergebnis der Verarbeitung ist ein Identifizierungscode und ein normalisierter Korrelationskoef­ fizient, der zur Endverarbeitung an einen Host-Prozessor 16 ausgegeben wird. Das Ausgangssignal des Host-Prozessors 16 ist ein Code, der zum Steuern aufeinanderfolgender Videomessungen des eingehenden Videosignals verwendet werden kann, oder ein Textlabel zur Anzeige, welches das Videosignal identifiziert. Die Bus-Zuweisungs- und Steuersignale für den DSP 14 und den Host-Prozessor 16 werden als Steuersignale von der Steuer­ schaltung 12 erzeugt. Der Host-Prozessor 16 kann auch dazu verwendet werden, Videosignale als Referenzsignale zu erfas­ sen, indem ein erfaßtes Signal als Schablone gespeichert wird. Auf diese Weise ist das System zur Identifizierung zusätzli­ cher Videosignale je nach Wunsch anpassungsfähig.

Der DSP 14 ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt. Der im Er­ fassungsspeicher 10 gespeicherte Abschnitt des eingehenden Videosignals wird an eine Vielzahl abgestimmter Filter 20 an­ gelegt, wobei jedes abgestimmte Filter einem zeitlich umge­ kehrten Referenzsignal als seine Impulsantwort entspricht, wobei die Energie des Referenzsignals auf gleich Eins normali­ siert ist. Die Referenzsignale entsprechen denjenigen Videosi­ gnalen, für die eine Identifizierung gewünscht wird. Eine Spitzenwert-Halte-Schaltung 22 am Ausgang eines jeden abge­ stimmten Filters 20 erfaßt das maximale Korrelations-Ausgangs­ signal für jedes Filter. Die Kombination aus abgestimmtem Fil­ ter und Spitzenwert-Halte-Schaltung stellt eine Kreuzkorrela­ tion zwischen dem Eingangssignal und einem jeden Referenzsi­ gnal oder einer jeden Schablone her. Wenn die Schablone mehre­ re Merkmale für ein Videosignal hat, können mehrere Merkmals­ filter 2A, 2B zusammen mit zugehörigen Spitzenwert-Halte- Schaltungen 2A, 2B und einer Kombinationsschaltung 23 verwen­ det werden, um ein zusammengesetztes Ausgangssignal maximaler Korrelation zu erstellen. Die Ausgangssignale maximaler Korre­ lation, oder unnormalisierte Korrelationskoeffizienten der Spitzenwert-Halte-Schaltungen 22 werden einem Selektor 24 ein­ gegeben, der eine Identifizierung des Filters 20 mit dem größ­ ten maximalen Korrelationsausgangssignal sowie einen zugehöri­ gen unnormalisierten Korrelationskoeffizienten C′xy(iopt) aus­ gibt. Eine Qualifikationsschaltung 26 vergleicht das optimale maximale Korrelationsausgangssignal, das das beste Zusammen­ passen für die Schablonen darstellt, mit einer einstellbaren Schwelle, um zu bestimmen, ob das angegebene Zusammenpassen für das identifizierte Filter 20 gilt. Die Schwelle wird gemäß dem Filter 20 eingestellt, das das Ausgangssignal optimaler maximaler Korrelation erzeugt. Die Qualifikationsschaltung 26 erstellt einen Identifizierungscode ID, der angibt, mit wel­ chem Referenzsignal gutes Zusammenpassen vorlag, oder, daß kein Zusammenpassen vorlag. Die Qualifikationsschaltung 26 kann auch den unnormalisierten Korrelationskoeffizienten nor­ malisieren, wenn nicht bereits eine Normalisierung früher in der Verarbeitungskette, vor dem Schwellwertvergleich, erfolgt ist. Diese Normalisierung erfolgt durch Verarbeitung des ein­ gehenden Videosignals mit einer Energiemessungsschaltung 30, und anschließendes Teilen des unnormalisierten Korrelations­ koeffizienten durch die gemessene Energie zur Erzeugung des Korrelationskoeffizienten Cxy, der das beste Zusammenpassen mit den Schablonen darstellt. Der Identifizierungscode wird zusammen mit dem normalisierten Korrelationskoeffizienten Cxy zur Endverarbeitung und Anzeige an den Host-Prozessor 16 über­ tragen. Eine Normalisierung kann an jedem Punkt in der Verar­ beitungskette des DSP 14 erfolgen, beispielsweise durch Ein­ stellen der Verstärkung am Eingang, um VID_IN zu normalisie­ ren, in welchem Fall die Energiemessungsschaltung 30 nicht erforderlich ist und die Ausgangssignale des Kreuzkorrela­ tionseingangssignals an den Selektor 24 normalisierte Korrela­ tionskoeffizienten sind, so daß durch den Schwellwertvergleich in der Qualifikationsschaltung 26 ein "gutes" Zusammenpassen identifiziert wird.

Der Algorithmus des DSP 14 läßt sich wie in Fig. 3 gezeigt darstellen. Im ersten Schritt 30 werden die Daten vom Erfas­ sungsspeicher 10 mit den Schablonen oder Referenzsignalen aus­ gerichtet. Dies kann dadurch erzielt werden, daß die erste Spitze des Burst-Abschnitts der Daten aufgefunden wird, die zum Ausrichten des Eingangssignals mit den Schablonensignalen verwendet wird, oder der Vorderflanke des Synchronsignals, wenn kein Burst verfügbar ist. Durch diesen Ausrichtungs­ schritt, wenngleich er auch nicht wesentlich ist, wird die Verarbeitungsgeschwindigkeit verbessert, indem der Integra­ tionsbereich im folgenden Korrelationsschritt verringert wird. Nach der Ausrichtung, falls eine solche überhaupt durchgeführt wird, wird eine Kreuzkorrelation mit dem Satz von Referenzsi­ gnalen in Schritt 32 durchgeführt, wodurch ein Satz Ausgangs­ signale maximaler Korrelation C′xy(i) erhalten wird. Das Aus­ gangssignal maximaler Korrelation für jede Schablone tritt bei dem Schritt 34 des Bestimmens des optimalen Zusammenpassens auf. Der normalisierte Korrelationskoeffizient für jedes Refe­ renzsignal ist gegeben durch:

Cxy(i) = sum(X-ˆX)*Y(i)/QUADRATWURZEL{(sum((x-ˆx)*(X- ˆX)))*(sum(Y(i)*Y(i))}

wobei ˆY(i) = 0 (Mittelwert = 0) ist und ˆX der Mittelwert, d. h. die Gleichstromkomponente, des eingehenden Videosignals ist. Der Term sum((X-ˆX)**2) stellt die Energie des eingehen­ den Signals dar, der Term sum(Y(i)**2) stellt die Energie ei­ nes jeden Referenzsignals dar, und der Term sum((X-ˆX)*Y(i)) stellt die Kreuzungs-Energie zwischen dem eingehenden und den Referenzsignalen dar. Zum Bestimmen des Ausgangssignals mit maximaler Korrelation kann jedoch der Term sum((X-ˆX)**2) un­ ter der Quadratwurzel gleich 1 gesetzt werden, da dieser Fak­ tor allen Cxy(i), die verglichen werden, gemeinsam ist. Außer­ dem, da Y einen Mittelwert von Null hat, ist der Term sum(ˆY)*Y) = 0. Daher läßt sich der Term sum(Y(i)*Y(i)) als Ysd(i) der Energie der Schablonen vorberechnen, und sein Kehrwert Zsd(i) kann zur Multiplikation anstelle einer Divi­ sion verwendet werden. Für normalisierte abgestimmte Filter 20 ist der Wert von Zsd(i) gleich 1.

C′xy(i) = sum(X)*Y(i)*Zsd(i).

Der maximale Wert von C′xy(i) wird vom Selektor 24 als C′xy(iopt) ausgegeben.

Schließlich wird zur Qualifizierung des besten Zusammenpassens als tatsächliches Zusammenpassen das Quadrat des unnormali­ sierten Korrelationskoeffizienten berechnet, indem die Energie des Eingangssignals rechnerisch bestimmt wird:

(sum (X-ˆX)&(X-ˆX))

und C′cy(iopt)**2 dadurch dividiert wird:

Cxy**2 = (C′xy(iopt)**2)/(sum(W-ˆX)*(X-ˆX)).

Zusammenfassend wird wie folgt vorgegangen: (1) der Anfang des Bursts für den Offset in der Datenaufzeichnung zur Berechnung von C′xy(i) wird gesucht, oder - falls kein Burst vorhanden ist - das Synchronsignal wird gesucht; (2) sum(X*Y(i))*Zsd(i) wird berechnet und die laufenden Ausgangssignale maximaler Korrelation und ihre Positionen werden gespeichert; (3) das Ausgangssignal maximaler Korrelation und seine Position werden bestimmt; (4) der Korrelationskoeffizient wird durch Division durch (sum(X-ˆX)*(X-ˆX)) berechnet; und (5) der Korrelations­ koeffizient wird gemäß dem zugehörigen Referenzsignal qualifi­ ziert. Zur Verbesserung der Geschwindigkeit des Korrelations­ vorgangs können, wenn eine hohe Frequenz nicht so wichtig ist, beispielsweise bei Sägezahn- oder Stufensignalen, vorläufiges Zusammenpassen mit Tiefpaß-Minischablonen durchgeführt werden, bei denen beispielsweise nur die Luminanz betrachtet wird.

Ist das Ausgangssignal mit der größten maximalen Korrelation erst einmal bestimmt, wird es normalisiert, falls dies nicht bereits der Fall war, und in Schritt 36 mit dem Schwellwert verglichen, um den normalisierten Korrelationskoeffizienten und den Zusammenpassen-ID zu erhalten, die angeben, daß das Videosignal identifiziert ist oder daß das Videosignal nicht identifiziert ist, d. h. unbekannt ist. Der Zusammenpassen-ID wird vom Host-Prozessor 16 in Schritt 38 dazu verwendet, den geeigneten Code zum Steuern aufeinanderfolgender Videomessun­ gen, die zum Videosignal gehören, auszugeben, und/oder Text zur Anzeige entsprechend des identifizierten Zusammenpassens aus zugeben.

Somit stellt die vorliegende Erfindung eine automatische Iden­ tifizierung von Videosignalen durch Durchführung einer Kreuz­ korrelation zwischen einem eingehenden Videosignal und einer Vielzahl von Referenzsignalschablonen bereit, um die Schablo­ ne, die zu dem eingehenden Videosignal paßt, falls eine solche überhaupt vorhanden ist, zu identifizieren.

Claims (17)

1. Verfahren zur Identifizierung von Videosignalen innerhalb eines eingehenden Videosignals, mit folgenden Schritten:
Kreuzkorrelieren des eingehenden Videosignals mit einem jeden einer Vielzahl von Referenzsignalschablonen mit Mittelwert Null zur Erzeugung einer Vielzahl von Aus­ gangssignalen maximaler Korrelation, wobei jede Schablone ein einzelnes der zu identifizierenden Videosignale dar­ stellt;
Auswählen des größten der Ausgangssignale maximaler Korrelation als Ausgangssignal optimaler Korrelation zur Identifizierung eines besten Zusammenpassens aus den Re­ ferenzsignalschablonen mit Mittelwert Null; und
Qualifizieren des Ausgangssignals optimaler Korrela­ tion in der Form eines Korrelationskoeffizienten als gül­ tiges Zusammenpassen entsprechend dem besten Zusammenpas­ sen, um einen Ausgangs-Identifizierungscode zu erzeugen, der die Referenzsignalschablone mit Mittelwert Null an­ gibt, die dem besten Zusammenpassen entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt des Ausrichtens des eingehenden Videosignals mit der Vielzahl von Referenzsignalschablonen mit Mittelwert Null vor dem Schritt der Kreuzkorrelation zur Verbesse­ rung der Verarbeitungsgeschwindigkeit.

3. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt des Steuerns einer Videosignalmessung auf der Grundlage des Ausgangs- Identifizierungscodes.

4. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt der Anzeige einer Textnachricht, die die Refe­ renzsignalschablone mit Mittelwert Null auf der Grundlage des Ausgangs-Identifizierungscodes identifiziert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt des Normalisierens des eingehenden Videosignals vor dem Schritt der Kreuzkorrelation, so daß die Aus­ gangssignale maximaler Korrelation entsprechende Schablo­ nenkorrelationskoeffizienten sind und das Ausgangssignal optimaler Korrelation der Korrelationskoeffizient ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, des weiteren umfassend den Schritt des Normalisierens des Ausgangssignals optimaler Korrelation unter Verwendung des eingehenden Videosignals zur Erzeugung des Korrelationskoeffizienten.

7. Vorrichtung zur Identifizierung von Videosignalen inner­ halb eines eingehenden Videosignals, mit:
einer Vorrichtung zum Kreuzkorrelieren des eingehen­ den Videosignals mit jeder einer Vielzahl von Referenzsi­ gnalschablonen mit Mittelwert Null, um eine Vielzahl von Ausgangssignalen maximaler Korrelation zu erzeugen, wobei jede Schablone ein individuelles der zu identifizierenden Videosignale darstellt;
einer Vorrichtung zum Auswählen des größten der Aus­ gangssignale maximaler Korrelation als Ausgangssignal optimaler Korrelation, um aus den Referenzsignalschablo­ nen mit Mittelwert Null das beste Zusammenpassen aus zu­ wählen; und
einer Vorrichtung zum Qualifizieren des Ausgangssi­ gnals optimaler Korrelation in der Form eines Korrela­ tionskoeffizienten als gültiges Zusammenpassen gemäß des besten Zusammenpassens, um einen Ausgangs-Identifizie­ rungscode zu erzeugen, der die Referenzsignalschablone mit Mittelwert Null angibt, die dem besten Zusammenpassen entspricht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zum Ausrichten des eingehenden Videosignals mit der Vielzahl von Referenzsignalschablonen mit Mittel­ wert Null.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zum Steuern einer Videosignalmessung auf der Grundlage des ausgegebenen Identifizierungscodes.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zur Anzeige einer Textnachricht, die die Re­ ferenzsignalschablone mit Mittelwert Null auf der Grund­ lage des ausgegebenen Identifizierungscodes identifi­ ziert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zum Normalisieren des eingehenden Videosi­ gnals vor der Kreuzkorrelationsvorrichtung, damit die Ausgangssignale maximaler Korrelation entsprechende Scha­ blonenkorrelationskoeffizienten sind und das Ausgangssi­ gnal optimaler Korrelation der Korrelationskoeffizient ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zum Normalisieren des Ausgangssignals optima­ ler Korrelation unter Verwendung des eingehenden Videosi­ gnals, um den Korrelationskoeffizienten zu erzeugen.

13. Vorrichtung zur automatischen Identifizierung von Video­ signalen, mit:
einer Vorrichtung zum Speichern eines erfaßten ein­ gehenden Videosignals und einer Vielzahl von Referenzsi­ gnalschablonen mit Mittelwert Null;
einer Vorrichtung zum Kreuzkorrelieren des erfaßten eingehenden Videosignals mit jeder der Schablonen, um ein Ausgangssignal maximaler Korrelation für jede Schablone zu erzeugen;
einer Vorrichtung zum Auswählen des größten der Aus­ gangssignale maximaler Korrelation als Ausgangssignal optimaler Korrelation, um die Schablone zu identifizie­ ren, die ein bestes Zusammenpassen mit dem erfaßten ein­ gehenden Videosignal ergibt; und
einer Vorrichtung zum Qualifizieren des besten Zu­ sammenpassens als gültiges Zusammenpassen gemäß der iden­ tifizierten Schablone auf der Grundlage des Ausgangssi­ gnals optimaler Korrelation als Korrelationskoeffizient, um einen Identifizierungscode zu erzeugen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zum Steuern einer Videosignalmessung in Ab­ hängigkeit von dem Identifizierungscode.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zur Anzeige einer Textnachricht in Abhängig­ keit vom Identifizierungscode.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, des weiteren umfassend eine Vorrichtung zum Normalisieren des erfaßten eingehenden Videosignals vor der Eingabe an die Kreuzkorrelationsvor­ richtung, so daß die Ausgangssignale maximaler Korrela­ tion entsprechende Schablonenkorrelationskoeffizienten sind und das Ausgangssignal optimaler Korrelation der Korrelationskoeffizient ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 13, des weiteren umfassend:
eine Vorrichtung zum Normalisieren des erfaßten ein­ gehenden Videosignals, um ein normalisiertes eingehendes Videosignal zu erzeugen; und
eine Vorrichtung zum Umwandeln des Ausgangssignals optimaler Korrelation in den Korrelationskoeffizienten, in Abhängigkeit vom normalisierten eingehenden Videosi­ gnal.