DE2937282C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Verminderung von Bildrauschem in Bildinformationen von Bildpunkten eines Punktrasterbildes sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens gemäß Gattungsbegriff der Patentansprüche 1 und 3 jeweils.

Bei einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung, die aus der DE-OS 27 46 285 bekannt sind, werden in einem mit Flächenverarbeitung bezeichneten Verfahren aus den Bildpunkten eines momentan ankommenden Bildes neue Bildpunkte synthetisiert, die einem neuen durch eine Bildexpansion bzw. eine Bildkompression bestimmten Raster entsprechen. Bei der Bildexpansion wird die Zahl der Bildpunkte erhöht, bei der Kompression verringert. Weiterhin werden in einem als Volumenverarbeitung bezeichneten Verfahren mehrere der durch die Flächenverarbeitung sowohl aus dem momentanen Bild als auch aus früheren gespeicherten Bildern ermittelte neue Bildpunkte mit unterschiedlicher Bewertung zusammengefaßt, um durch die zeitliche Integration von Bildpunkten mehrerer zeitlich aufeinander folgender Bilder das Rauschen des neuen Bildpunktes zu vermindern.

Der DE-OS 27 46 285 ist es weiterhin zu entnehmen, daß das Rauschen um so besser gemindert wird, je länger die Integrationszeit ist, d. h., je mehr Einzelbilder bei der Ermittlung der neuen Bildpunkte berücksichtigt werden. Eine lange Integrationszeit wirkt sich allerdings störend auf die Darstellung von Bewegungsabläufen aus. Als Kompromiß zwischen diesen beiden entgegengesetzten Forderungen wird vorgeschlagen, einen Bewegungsdetektor vorzusehen, der die Bewertungskoeffizienten, mit denen die Bildinformationen der bei der Synthetisierung des neuen Bildpunktes benutzten zeitlich und räumlich benachbarten Bildpunkte multipliziert werden, bewegungsabhängig steuert. Trotzdem ergeben sich an den Übergängen von Bildteilen mit unbewegtem Bildinhalt zu Bildteilen mit bewegtem Bildinhalt unerwünschte Rauschstörungen.

Aus der GB-PS 15 94 341 oder der US-PS 41 63 249 sind gleichfalls Rauschunterdrückungsanlagen bekannt, bei denen das Unterdrücken des Bildrauschens dadurch erfolgt, daß Bildinformationen wenigstens eines Halbbildes gespeichert werden und diese gespeicherten Informationen mit den Bildinformationen eines ankommenden Halbbildes dazu benutzt werden, modifizierte Bildinformationen für jeden Bildpunkt jeweils zu erzeugen, indem ein Teil der gespeicherten Information für einen Bildpunkt eines vorhergehenden Halbbildes mit der Information für denselben Bildpunkt eines momentan ankommenden Halbbildes addiert wird. Das Bildrauschen wird aufgrund seines im allgemeinen statistischen Charakters durch dieses Verfahren verringert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, ein Verfahren und eine Anlage nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 3 so auszugestalten, daß der Bildbereich erhöht wird, in welchem eine Rauschverminderung durchgeführt werden kann, ohne daß dabei Bewegungsabbildungen gestört werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 bzw. 3 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anlage wird zur Rauschverminderung ausschließlich das obige mit Volumenverarbeitung bezeichnete Verfahren angewandt. Bei diesem Verfahren werden stets zur Rauschverminderung die Bildpunkte mehrerer Einzelbilder zeitlich integriert. Dieses Verfahren wird jedoch nur bei einem unbewegten Bildinhalt angewandt. Bei einem bewegten Bildinhalt wird ein grundsätzlich anderes Verfahren benutzt, nämlich eine räumliche Integration.

Die neuen Bildpunkte werden nicht aus Bildpunkten zeitlich aufeinander folgender Bilder synthetisiert, sondern aus benachbarten Bildpunkten ausschließllich des momentan ankommenden Bildes.

Besondes bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anlage sind Gegenstand der Patentansprüche 2 und 4.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine bekannte Verarbeitungsanlage mit einer Einrichtung zur Rauschverminderung,

Fig. 2 die Anordnung einer Bewegungsdetektoranlage,

Fig. 3 und 4 alternative Rauschunterdrückungsanlagen,

Fig. 5 die Bildpunktsynthese aus benachbarten Bildpunkten,

Fig. 6 weitere Stufen des Bildaufbaus,

Fig. 7 eine Anordnung zur Flächenverarbeitung,

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel des Prozessors im einzelnen,

Fig. 9 die Volumensynthese unter Verwendung von Informationen aus mehr als einem Bild,

Fig. 10 eine Anordnung des Volumenprozessors,

Fig. 11 eine Anordnung der Rauschunterdrückungsanlage gemäß der Erfindung, die verschiedene Arten von Synthese vornehmen kann, und

Fig. 12 eine Bewegungsdetektoranlage, die Hochfrequenzkomponenten erfassen kann.

Die Anordnung von Fig. 1 zeigt die bekannte Verarbeitungsanlage, die in der britischen Patentschrift GB 15 94 341 und der amerikanischen Patentschrift US 41 63 249 beschrieben ist.

Ankommende Videodaten werden an einen Eingabeprozessor 20 angelegt. Nachdem sie zunächst nach Erfordernis von der analogen Form umgesetzt worden sind, haben die ankommenden Videodaten digitale Form. Der Eingabeprozessor 20 nimmt die Synthese von Bildpunkten benachbarter Bildpunktinformationen aus wenigstens einem Halbbild vor. Die Zahl der synthetisierten Bildpunkte kann so gesteuert werden, daß sie größer oder kleiner ist als die ursprüngliche Zahl von Bildpunkten für ein bestimmtes Halbbild oder Einzelbild, wodurch eine Expansion oder Kompression zur Ermöglichung des Bildzoomens oder der Normenwandlung erfolgt. Zum Beispiel erfordert die Umwandlung von der PAL- in die NTSC-Norm die Annahme einer ankommenden Zeilennorm von 625 Zeilen pro Einzelbild und die Umwandlung derselben in eine herausgehende Norm von 525 Zeilen pro Einzelbild. Die Zeilenanzahl wird somit herabgesetzt und ist vergleichbar mit einem festen Kompressionsbetrag. Die Art und Weise, wie die Bildpunkte im Prozessor 20 synthetisiert werden kann, soll weiter unten näher beschrieben werden, jedoch kann das Rauschverminderungssystem gemäß der Erfindung diese Verarbeitung zusätzlich zu der normalen Art von Rauschunterdrückungsverarbeitung, mit der sich der übrige Teil von Fig. 1 befaßt, verwenden, um ein verbessertes System zu erstellen, ungeachtet dessen, ob die Bildgröße verändert wird oder feststehend bleibt, wie z. B. in einem Videosynchronisiergerät.

Bei der bekannten Rauschunterdrückungsanordnung werden Videodaten, die vorher verarbeitet sein können oder nicht, am Eingang des Koeffizientenmodifizierers 210 empfangen. Jeder der Videodaten führenden Signalwege ist in der Lage, wenigstens 8-Bit breite Videodaten mit einer typischen Taktfrequenz von 15 MHz zu übertragen.

Neue Videodaten werden an den Koeffizientenmodifizierer 210 für K 11 angelegt. Der Modifizierer 210 nimmt einen Teil der ankommenden Videoinformationen, je nach dem gewählten Wert von K 11, und legt sie an einen digitalen Addierer 211 an. Ein zweiter Eingang zum digitalen Addierer ist durch vorher gespeicherte Videoinformationen gegeben, nachdem diese durch den Koeffizientenmodifizierer 212 für K 12 modifiziert worden sind.

Der Ausgang des digitalen Addierers wird zwecks Anlegen an den Videospeicher 22 über Kanal 1 an den Koeffizientenmodifizierer 213 für K 13 angelegt.

Kanal 1 ist ein Eingangskanal zum digitalen Einzelbildspeicher, der in der Lage ist, einen vollen Raster von Fernsehinformationen zu führen, wobei jeder Speicherplatz breiter als 8 Bit ist. In der Praxis können insgesamt 12 Bit an jedem Platz im Videospeicher verwendet werden. In der Praxis würde ein derartiger Videospeicher eine Kapazität von circa 6 Megabit haben. Der Videospeicher weist wenigstens einen Eingabekanal und einen Ausgabekanal auf. Es ist üblicher, daß der Videospeicher drei Kanäle aufweist, von denen einer ein Eingabekanal ist, während die beiden anderen Ausgabekanäle sind. Die Anordnung des Speichers erlaubt es, daß die Eingabe und Ausgabe in bezug auf die Fernsehhalbbild- und Zeilenfrequenz asynchron läuft. Kanal 2 ist in der Lage, mit Kanal 1 synchron zu laufen, so daß Zugriff zu an demselben Bildplatz gespeicherten Videodaten aus einem vorhergehenden Halbbild zur gleichen Zeit erfolgen kann, zu der neue Informationen für denselben Bildpunkt in dem nächsten Halbbild zur Verfügung stehen.

Somit ist Zugriff zu dem oberen linken Bildpunkt von Halbbild 1 aus Kanal 2 zur gleichen Zeit verfügbar, zu der der obere linke Punkt von Halbbild 3 an dem Eingang neuer Videodaten verfügbar ist.

Ein derartiger Videospeicher ist beispielsweise in der britischen Patentschrift GB 15 68 379 und amerikanischen Patentschrift US 41 83 058 näher beschrieben.

Bei einer einfachen Anlage wären die Werte der Koeffizienten fest, so daß die Teile der vorhergehenden Daten und die ankommenden Daten in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen würden.

Wenn die ankommenden Videoinformationen unbeweglich sind - zum Beispiel eine Testbildübertragung -, können die Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 zur optimalen Rauschverminderung auf einen festen Wert eingestellt werden. Typische Beispiele der Koeffizienten unter diesen Bedingungen sind:

k 11 = 0.125
k 12 = 0.875
k 13 = 1.0

Es besteht jedoch ein Konflikt zwischen der Forderung nach Rauschunterdrückung, bei der die höchste Integrationszeit verwendet werden soll und der Forderung, daß das Bild eine Bewegungsdarstellung ohne Verzerrung bewahren soll. Für das Letztere - die Bewegungsdarstellung - ist die niedrigste Integrationszeit erforderlich. Somit ist es wünschenswert, eine adaptive Einrichtung zu schaffen, die verständig genug ist, unter Verwendung eines Bewegungsdetektors die Koeffizienten zwecks variabler Integrationszeit in Abhängigkeit vom Bildgehalt zu verstellen.

Wenn ein Teil des Bildes unbeweglich ist, während sich ein Teil weiterbewegt, wird es, um eine wirksame Rauschunterdrückung gegenüber dem stillstehenden Teil des Bildes zu erzielen und dabei eine Bewegungsdarstellung ohne Verzerrung zu ermöglichen, notwendig, k 11, k 12 und k 13 Bildpunkt um Bildpunkt zu modifizieren.

Während ein einfacher Bewegungsdetektor unter Verwendung eines Subtrahierers und eines Komparators aufgebaut sein kann und zur Erfassung von Bewegungen in einigen Systemen (z. B. Bildkompression) ausreicht, hat es sich bei Rauschunterdrückungsanlagen herausgestellt, daß eine Verstellung auf Schwellenwertstufen und Koeffizienteneinstellungen erforderlich ist, wenn das System einwandfrei arbeiten soll.

Zur Überwindung dieses Problems ist eine alternative Anordnung für den Bewegungsdetektor in Fig. 2 dargestellt zwecks Verwendung in dem vorstehend genannten System.

Anstelle des Komparators ist ein Festwertspeicher (ROM) 206 vorgesehen und ein Subtrahierer 205 wird in ähnlicher Weise wie bei der einfachen Anordnung mit einem Subtrahierer und Komparator verwendet. Die Betriebsweise und der Aufbau eines Festwertspeichers sind ganz bekannt. Das Differenzsignal wird nun zum Adressieren des Festwertspeichers verwendet, der verschiedene Koeffizienten von k 11, k 12 und k 13 in festen Speicherplätzen enthält. Es wird differenziert zwischen großen Bewegungen und kleinen Bewegungen, und es ist eine Gleitskala der Koeffizienten k 11, k 12 und k 13 auf Echtzeitbasis vorgesehen. Von dem Festwertspeicher kann ein Bewegungskode erzeugt werden, der den Bewegungsgrad anzeigt und gegebenenfalls von anderen Teilen der Videoanlage verwendet werden kann und wie er beispielsweise in einem adaptiven Volumenprozessor verwendet wird (ähnlich dem Prozessor 20 von Fig. 1, jedoch an der Ausgabeseite des Systems vorgesehen, wie in den vorgenannten Patentanmeldungen beschrieben). Der Bewegungskode kann mit den normalen Videodaten im Speicher 22 gespeichert werden.

Alternative Rauschunterdrückungsanordnungen können in einfacherer Weise einen einfachen Koeffizientenmodifizierer nach Fig. 3 und 4 verwenden.

Bei der Realisierung von Fig. 3 wird von der allgemeinen Forderung Gebrauch gemacht, daß zur Allgemeinzweck-Rauschverminderung Koeffizient k 11 gleich 1 minus Koeffizient k 12 ist, d. h.

k 11 = 1-k 12.

In dieser Anordnung empfängt der Subtrahierer 230 die neuen Videodaten an einem Eingang und die vorherigen Videodaten an einem zweiten Eingang. Der Ausgang wird durch den Koeffizienten k 11 im Modifizierer 231 modifiziert. Dieser Ausgang wird zu einem Eingang des Addierers 232 geleitet, der diesen zu den vorherigen Daten aus Speicher 22 addiert. In einer derartigen Anordnung wird der Festwertspeicher 206 von Fig. 2 so realisiert, daß er nur einen Koeffizienten bereitstellt.

Eine alternative Rauschunterdrückungsanordnung, bei der auch ein Multiplikator (k 11) verwendet wird, ist in Fig. 12 dargestellt. Bei dieser Anordnung laufen die neuen Videodaten sowohl zum Subtrahierer 230 als auch zum Addierer 232 und die vorherigen Videodaten laufen nur zum Subtrahierer 230,

Während bei jedem der in Fig. 1, 3 und 4 gezeigten Anlagen von einem Videospeicher Gebrauch gemacht wird, der in der Lage ist, eine Anzahl von Bildern zu integrieren, so daß das Rauschen zu Null hin gemittelt wird, erfolgt die Integration nur in der Zeitachse. Somit wird das Bild in eine Reihe von Bildpunkten, üblicherweise zwischen 512 und 1024 pro Zeile, aufgegliedert. Im Speicher ist jedem Bildpunkt ein Platz zugeordnet, und der Inhalt des Platzes wird vermehrt durch Informationen von nacheinanderfolgenden Bildern, die an demselben Punkt aufgenommen sind.

Bei der Anlage gemäß der Erfindung, die nachfolgend beschrieben werden soll, werden die vorstehend genannten Rauschunterdrückungseinrichtungen wahlweise in Verbindung mit einer Rauschunterdrückung, bei der die Bildpunktsynthese zur Anwendung kommt, verwendet.

Es soll nun die Verarbeitungsfunktion des Prozessors 20 von Fig. 1 in Beziehung zur Flächenverarbeitung beschrieben werden, die Informationen von umgebenden Bildpunkten (d. h. Flächenmanipulation) berücksichtigt, wie es in Fig. 5 gezeigt ist, um neue Bildpunkte zum Bildzoomen oder zur Normenwandlung zu synthetisieren.

Die Grundanforderung ist die Synthese eines Bildpunktes, der nicht als Bildpunkt an den ankommenden Videodaten vorhanden war. Der Ingenieur verfolgt das Ziel, die beste Schätzung des wahrscheinlichen Wertes eines Bildpunktes dadurch zu erzielen, daß er die Bildpunkte um den synthetisierten Bildpunkt herum prüft und verschiedene Anteile derselben entweder addiert oder subtrahiert, um das beste Ergebnis zu erhalten.

An den Eingabeprozessor werden aufeinanderfolgende Bildpunkte P 1 bis P 9 an benachbarten Zeilen N, N +1 und N +2 angelegt. Jeder der Punkte P 1 bis P 9 wird durch die Koeffizienten K 1 bis K 9 modifiziert. Die sich ergebende Summe ist ein mit NP 1 bezeichneter neuer Bildpunkt, wobei

NP 1 = K 1 P 1 + K 2 P 2 + K 3 P 3 . . . usw. bis K 9 P 9

ist.

Wenn der Eingabeflächenprozessor zur Verminderung der Bildgröße für komprimierte Bilder arbeitet, kann es sein, daß die Ausgabedaten langsamer als die Eingabedaten erscheinen. So wird bei der Kompression die Zahl der erzeugten neuen Bildpunkte geringer als die ursprüngliche Zahl von Bildpunkten sein, jedoch wird jeder neue Bildpunkt von Daten an den nächstgelegenen 9 Bildpunkten abgeleitet sein. Nachstehend soll erläutert werden, wie der Prozessor diese Funktion vornimmt.

Um die Größe eines normentsprechenden Fernsehbildes zu verkleinern, ist eine Interpolation über die Bildfläche erforderlich. In dem beschriebenen System wird das Gesamtfernsehbild in eine Anzahl von Bildpunkten aufgegliedert. Das Bild könnte typisch in 512 Bildpunkte pro Zeile für ein 525-Zeilenbild aufgegliedert werden. Die Flächenverarbeitungsfunktion wird für den neuen Bildpunkt NP 1 durch den Ausdruck

NP 1 = K 1 P 1 + K 2 P 2 . . . K 9 P 9

vorgenommen.

Diese Fläche ist in Fig. 6 mit Fläche A bezeichnet. Bei der Berechnung des nächsten Bildpunktes NP 2 werden (zum Beispiel) die Werte der Koeffizienten K 1 bis K 9 für Fläche B anders sein als diejenigen für Fläche A. Folglich

NP 1 = K 1 A P 1 + K 2 A P 2 + K 3 A P- 2 + . . . K 9 A P 9 und
NP 2 = K 1 B P 2 + K 2 B P 3 + K 3 B P- 10 + . . . K 9 B P 12.

Somit bleibt der Eingabeflächenprozeß derselbe, aber die Koeffizienten K 1 bis K 9 sind variabel.

Der Flächeninterpolationsvorgang erfolgt in Echtzeit, und da die Daten horizontal abgetastete ankommende Informationen darstellen, müssen sich die Koeffizienten K 1 bis K 9 über die Länge von 1 Fernsehzeile ändern. in dem beschriebenen System erfolgt die Umschaltung zwischen Bildpunkten.

In gleicher Weise stellen vertikal die Grenzen zwischen den Zeilen Koeffizientenänderungen dar. Jeder neue Bildpunkt wird aus Informationen errechnet, die von den dem neuen Bildpunkt nächstgelegenen 9 Bildpunkten zur Verfügen stehen.

Um Koeffizienten zwischen den Bildpunktgrenzen horizontal umzuschalten, können Excess-Nachschlagetabellen innerhalb des Grundsystems vorgesehen werden. Da es jedoch möglich ist, erneut Daten in die Nachschlagetabellen zu laden, wenn diese nicht im Einsatz sind, kann man bei dem System mit lediglich einem kompletten Satz von Excess-Nachschlagetabellen auskommen. (Nachschlagetabellen sind bereits in bezug auf die Koeffizienten k 11-k 13 unter Einsatz eines Festwertspeichers 206 beschrieben worden, um einen Koeffizientenwert in Abhängigkeit des empfangenen Eingangssignals zu wählen.)

Fig. 7 zeigt die Flächenverarbeitungsfunktion des Prozessors 20.

Die digitalen (z. B. 8-Bit breiten) Videodaten werden an einen Prozeßeingabeformatsteuerer 15 angelegt, der den Digitaldatenstrom in der Reihenfolge, in der er angeboten wird, annimmt, ihn speichert und ihn so darstellt, daß der Eingabeflächenprozessor 16 nach dem Signal arbeiten kann.

Der Eingabeflächenprozessor 16 ist ein Flächenverarbeiter, der eine Anzahl von Bildpunkten von benachbarten Zeilen horizontal und von benachbarten Punkten vertikal annimmt. Wie vorstehend erläutert, wird an jeder der Eingabepunkte ein Koeffizient angelegt und der sich ergebende Ausgang ist ein einzelnes Datenwort für jeden neuen Bildpunkt, der die Summe verschiedener Anteile der Eingabedatenpunkte auf der Fläche, die verarbeitet wird, ist. Die erforderlichen Kompressionskoeffizienten K 1 bis K 9 werden in einem Koeffizientenspeicher (z. B. einem Festwertspeicher) gespeichert. Zur Normenwandlung wird der Kompressions- (oder Expansions-) -Grad fest sein.

Der Eingabeprozessor-Pufferspeicher 17 nimmt Daten vom Flächenprozessor 16 mit der Frequenz, mit der sie angeboten werden an und gibt ihnen ein neues Format zwecks Verarbeitung durch die anderen Elemente in der Anlage.

In Fig. 8 ist der Flächenprozessor 16 im einzelnen gezeigt. Multiplizierer 60-68 empfangen jeweils Daten eines Bildpunktes (P 1-P 9) und multiplizieren die Daten jeweils mit den Koeffizienten K 1 bis K 9, die jeweils variabel, jedoch voreingestellt sind. Die modifizierten Daten werden im Addierer 69 addiert, der einen 9-Eingangs- × 8-Bit-Digitaladdierer aufweist. Der Ausgang des Addierers 69 ist der neue Bildpunkt NP 1.

Die Koeffizientenmultiplizierfunktion des Flächenprozessors 16 (d. h. der Multiplizierer 60-68) kann durch den Einsatz von Speichern mit wahlfreiem Zugriff (RAM) erfolgen. Es würden neun derartige Multiplizierer vorgesehen.

Die Flächenverarbeitungsfunktion kann auf Volumenmanipulierung durch Verwendung von Informationen von mehr als einem Bild erweitert werden. Durch die Volumenmanipulierung kommt zu der Matrix von Bildpunkten, die verwendet werden können, eine weitere Dimension hinzu. Bei der Flächenmanipulierung wurden lediglich horizontale und vertikale Dimensionen verwendet. Bei der Volumenmanipulierung werden horizontale, vertikale und zeitliche Dimensionen verwendet. Die Synthese eines neuen Bildpunktes mit Volumenmanipulierung macht nicht nur von den benachbarten Bildpunkten in der horizontalen und vertikalen Dimension eines Bildes Gebrauch, sondern auch von Informationen, die von dem nächsten Bild oder der nächsten Bildreihe kommen.

Fig. 9 zeigt eine 3×3×2 Volumenmanipulierungsmatrix. In jedem von zwei aufeinanderfolgenden Halbbildern (aufeinanderfolgende Bilder P und Q) sind 9 Bildpunkte P 1 bis P 9 und Q 1 bis Q 9 definiert. Diese 18 Punkte sind solche, die dem neuen Bildpunkt NP 1 am nächsten gelegen sind, der zusammen mit Bildpunkten, die etwas weiter entfernt sind, synthetisiert werden soll. Somit sind P 1 bis P 9 die ursprünglichen Bildpunkte auf Bild P und Q 1 bis Q 9 sind die Bildpunkte auf Bild Q.

Der neue Bildpunkt wird aus dem nachfolgenden Ausdruck errechnet:

NP 1 =K 1 P 1 + K 2 P 2 + K 3 P 3 + K 4 P 4 + K 5 P 5 + K 6 P 6 + K 7 P 7 + K 8 P 8 + K 9 P 9 + k 1 Q 1 + k 2 Q 2 + k 3 Q 3 + k 4 Q 4 + k 5 Q 5 + k 6 Q 6 + k 7 Q 7 + k 8 Q 8 + k 9 Q 9.

Die Art und Weise, wie die Addition und Multiplikation vorgenommen werden kann, ist bereits beschrieben worden. Das System ist jedoch dahingehend erweitert worden, daß die zusätzlichen Koeffizienten und Bildpunkte verarbeitet werden können.

Ein Schaltkreis, der verwendet werden könnte, um die Lösung für NP 1 zu realisieren, besteht aus 18 separaten Echtzeitmultiplizierern, die in einen Addierer mit 18 Eingängen gespeist werden. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 10 gezeigt. Der Volumenprozessor 116 weist die Multiplizierer 160 bis 168 für die Bildpunkte P 1 bis P 9 und die Multiplizierer 180 bis 188 für die Bildpunkte Q 1 bis Q 9 auf. Die Multipliziererausgänge sind an den Addierer 169 angeschlossen. Es kann von einem seriellen Betrieb einiger Multiplizierer und Addierer oder von einer Kombination von seriellem-parallelem Addieren und Multiplizieren Gebrauch gemacht werden. Wie schon beschrieben, ist die Volumenmanipulierung vorher zur Bildpunktsynthese zwecks Vergrößerung oder Verkleinerung der Größe des Fernsehbildes verwendet worden.

Bei der einfachen Volumenmanipulierung wird ungefähr dieselbe Menge von Informationen aus Bild P und Bild Q verwendet. Der von jedem Bild verwendete Prozentsatz ist auf dem Schirm unterschiedlich und hängt von der zu irgendeiner Zeit stattfindenden Vergrößerung oder Verkleinerung ab. Es wird bewirkt, daß K 1 bis K 9 und k 1 bis k 9 variieren, je nach der geforderten Vergrößerung oder Verkleinerung. Diese Betriebsweise ist im allgemeinen der Flächenmanipulierung ähnlich mit dem Unterschied, daß die Bildpunkte von Bild Q miteinbezogen sind.

Bei der "adaptiven" Volumenmanipulation wird der zur Erzeugung des synthetisierten Bildpunktes in P 1 verwendete Anteil von Bild P verringert. K 1 bis K 9 werden auf einen niedrigen Wert herabgesetzt und k 1 bis k 9 werden im Wert erhöht, wenn Verhältnisse vorliegen, bei denen eine Bildverschlechterung aufgrund von Bildbewegung verursacht würde (d. h. ein größerer Anteil von Bild Q wird verwendet). Eine derartige Bewegung wird wie vorher unter Verwendung eines Bewegungsdetektors erfaßt.

Im Laufe der Entwicklung des zur Bildpunktsynthese verwendeten adaptiven Volumenmanipulators wurden Rauschverminderungseffekte beobachtet. Die Rauschverminderung findet aufgrund der Integration von Daten von umgebenden Bildpunkten auf dreidimensionaler Basis statt. So weisen die in einem Punkt dargestellten Informationen Inhalte auf, die von einer Integration der vorhergehenden ähnlichen Punkte stammen, sowie Komponente von umgebenden Punkten in den gegenwärtigen und vorhergehenden Bildern, wenn von der Rauschunterdrückungsanlage gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht wird. Da das Rauschunterdrückungssystem nach der Erfindung sich nicht mit Bildvergrößerung oder -Kompression befaßt, kann die Bildsynthese zu einer ähnlichen Konfiguration wie das ankommende Bild führen. Dies ist aus Fig. 9 ersichtlich, und zwar könnte NP 1 effektiv die Position von Punkt Q 5 einnehmen und (bei ausschließlicher Flächenverarbeitung) von den Punkten Q 1 bis Q 9 bestimmt werden. Bei Volumenverarbeitung verwendet NP 1 auch Daten der Punkte P 1 bis P 9. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß der für frühere Rauschunterdrückungsanordnungen, wie z. B. Fig. 3 und 4, verwendete Mechanismus innerhalb der Volumenverarbeitungsfunktion realisiert werden kann, so daß der Bildpunkt NP 1 in der Position Q 5 die Einzelbildpunktfunktion zur Rauschverminderung durch Verwendung lediglich der Punkte Q 5 imd P 5 bereitstellen würde.

So kann der Prozessor 116 von Fig. 10 dazu verwendet werden, um lediglich die Flächen-, Volumen- oder Zeitfunktion (d. h. einen einzelnen Bildpunkt der Bilder P und Q) durch geeignete Wahl der Koeffizienten k 1-k 9 und K 1-K 9 bereitzustellen. Wenn die Koeffizienten für P 1 bis P 9 alle so gewählt werden, daß sie nicht Null sind, dann wird die Flächenfunktion erhalten. Wenn die Koeffizienten für Q 1 bis Q 9 ebenfalls alle so gewählt werden, daß sie nicht Null sind, so wird die Volumenfunktion erhalten. Wenn nur die Koeffizienten für P 5 und Q 5 so gewählt werden, daß sie nicht Null sind, dann wird nur die Zeitintegrationsfunktion erhalten. Es kann von einem Koeffizienten-Festwertspeicher wie in Fig. 2 Gebrauch gemacht werden, um eine Tabelle von Koeffizienten zu speichern, und Zugriff zu diesen kann erfolgen, um den gewünschten Koeffizienten zur Verwendung mit einem bestimmten Multiplizierer 160-168 und 180-188 bereitzustellen.

Die arithmetische Funktion des adaptiven Volumenmanipulators kann dadurch zur Rauschunterdrückung optimiert werden, daß ein anderer Satz von Koeffizienten verwendet wird, je nach dem Inhalt des Bildes sowohl im Raum als auch in der Zeit. Durch die bereits beschriebene Bewegungserfassung wird die notwendige Information über Bildänderungen erhalten, und die Anlage gemäß der Erfindung mit einem Bewegungsdetektor ist in Fig. 11 dargestellt. Der gezeigte Bewegungsdetektor 100 umfaßt einen Subtrahierer und einen Festwertspeicher 102. Jegliche Bildbewegung wird von dem Subtrahierer 101 als Differenzpegel erfaßt, und diese Differenz wird dazu verwendet, um den Festwertspeicher 102 zu adressieren, damit er einen gespeicherten Koeffizienten zur Verwendung in den Multiplizierern des Prozessors 116 ausgibt. Natürlich werden die Koeffizienten so zur Speicherung gewählt werden, daß bei größerem erfaßten Differenzgrad Zugriff zu Plätzen mit Koeffizienten erfolgt, die die Menge von aus einem früheren Bild verwendeten Bildinformationen herabsetzen, um ein Verschmieren zu verhindern. So wird bei einem großen Betrag von Bildbewegung der Ausgangskoeffizient effektiv bewirken, daß der Bildpunkt nach Flächeninformationen - siehe Fig. 9 - (d. h. nur nach vertikalen und horizontalen Bildinformationen) synthetisiert wird. Wenn keine Bewegung stattfindet, können Informationen nach Zeit (d. h. auch nach einem früheren Bild) verwendet werden.

Man hat jedoch festgestellt, daß eine Verbesserung dadurch erzielt werden kann, daß man zwischen unbeweglichen Bildpunkten unterscheidet, die Hoch- oder Niederfrequenzkomponenten aufweisen, um nur eine Integration in der Zeitachse zu ermöglichen (d. h. einen einzelnen Bildpunkt von mehr als einem Bild zu verwenden).

Es wird ein separater Detektor verwendet, um die Hochfrequenzkomponente des Bildes, solange es unbeweglich ist, zu errechnen. Ein einfacher Hochfrequenzdetektor ist ein Hochpaßdigitalfilter und Schwelle, die an einer Zeile entlang wirken. Wenn die Differenz zwischen aufeinanderfolgenden Punkten entlang der Zeile eine gegebene Schwelle überschreitet, sind Hochfrequenzkomponenten angezeigt. Eine derartige Anlage ist in Fig. 12 gezeigt in Verbindung mit dem anderen Detektor. Der Hochfrequenzkomponentendetektor 200 beinhaltet einen Subtrahierer 202, der die Videodaten an einem Eingang direkt empfängt und über das Verzögerungsglied 201 an seinem anderen Eingang. Eine Differenz wird in den Komparator 203 eingegeben, der diesen Pegel mit einer vorbestimmten Schwelle vergleicht und bei Überschreiten derselben bestimmt, daß eine Hochfrequenzkomponente vorhanden ist. Dieser Ausgang wird dazu verwendet, um zu verhindern, daß der Festwertspeicher andere Koeffizienten als Null für die zugeordneten Bildpunkte zur Verfügung stellt, so daß nur ein einziger Bildpunkt von jedem Bild effektiv zur Integration (d. h. nur in der Zeitachse) während unbeweglicher Teile des Bildes mit Hochfrequenzkomponenten verwendet wird. Der Hochfrequenzdetektor 200 wird für die horizontalen und vertikalen Achsen verwendet. In horizontaler Richtung wird das Verzögerungsglied 201 gewählt, um eine Verzögerung von einigen Bildpunkten vorzunehmen. Entlang der vertikalen Achse ist die Verzögerung eine ganze Zahl von Zeilen.

Der Prozessor 20 kann an der Eingabe- oder Ausgabeseite der Anlage vorgesehen werden und kann Bestandteil eines aufgeteilten Speichers und Prozessors sein, der getrennte Speichersektoren und Prozessoren aufweist, um ein schnelleres Verarbeiten erzielen zu können, wie dies in den USA-Patenten US 41 63 249 und US 43 39 803 offenbart ist. Obgleich die verarbeitete Fläche als eine Fläche beschrieben wurde, die 9 Bildpunkte umfaßt, könnten auch andere Konfigurationen verwendet werden, von nur einigen Bildpunkten von einer oder mehr Zeilen aufwärts.

Die vorstehend beschiebene Grundvolumenintegration bewirkt eine sichtbare Verminderung in der räumlichen Auflösung, und die Bilder werden in der Tat weich, wenn der Integrator im Einsatz ist. Der vorstehend beschriebene Hochfrequenzbildkomponentendetektor verstellt die Koeffizienten innerhalb des Volumenmanipulators, so daß die Volumenintegration bei Vorhandensein hoher Frequenzen an unbeweglichen Bildern nicht stattfindet.

Bei Verwendung des vorstehend beschriebenen Mechanismus ist es möglich, den Bereich der an Bildern erhaltenen Rauschverminderung zu erhöhen, ohne daß dabei die Bewegungsabbildung gestört wird.

Ein Mangel, der bei früheren Systemen beobachtet wurde, ist der, daß an der Verbindungsstelle zwischen einem sich bewegenden und einem unbeweglichen Bild keine Rauschverminderung stattfindet und daß ein Rausch-"Hof" um das Bild herum festgestellt wird. Einige Zuschauer haben erklärt, daß der Rausch-"Hof" eine zu beanstandende Sichtstörung in einem sonst vollkommenen Bild bewirkt.

Die Abänderung, die sich auf den soeben beschriebenen adaptiven Volumenmanipulator bezieht, kann zur Verringerung der Auswirkung des Rausch-Hofes verwendet werden, was für einige Zuschauer bei gewissem Material günstig ist. Die durch dieses System geschaffenen adaptiven Einrichtungen haben ein Verfahren zur Verfügung gestellt, das die Bedürfnisse des größten Teils der Zuschauer in einem großen Materialbereich befriedigen kann.

Im wesentlichen werden alternative Formen der Rauschunterdrückung in dem Bereich verwendet, in dem der "Hof" vorhanden wäre, d. h. wo eine Bewegung stattgefunden hat. So wird, wenn eine Bewegung erfaßt wird und das zeitliche Filtern durch Integration von Bildpunkten zwischen einem Einzelbild und einem anderen Einzelbild abgeschaltet werden muß, als Ersatz räumliches Filtern innerhalb desselben Halbbildes angewendet. Subjektive Tests zeigen, daß der sich daraus ergebende Auflösungsverlust in lediglich den bewegten Teilen des Bildes vom Zuschauer nicht bemerkt wird und daß die erfolgende Verminderung des Rausch-"Hofes" eine bedeutende Verbesserung in der subjektiven Qualität erbringt.

Der vorstehend beschriebene Volumenintegrator wird bei Vorhandensein von Bewegung modifiziert, so daß die Integration nur in der horizontalen und vertikalen Dimension von Bildpunkten erfolgt, die den synthetisierten Bildpunkt umgeben, jedoch ohne Beitrag von vorhergehenden Bildern. Diese Funktion wird nur zu der Zeit angewendet, zu der eine Bewegung erfaßt worden ist. Während der Bewegung sind Hochfrequenzkomponenten von geringerer Bedeutung für den Zuschauer, und es wird nicht festgestellt, daß das sich ergebende Bild einen Mangel an Schärfe aufweist.

Es sind also unter verschiedenen Bildeingabebedingungen drei erkennbare Rauschunterdrückungsmechanismen in Betrieb.

• 1. Während unbeweglicher Bilder, die Hochfrequenzkomponenten enthalten, ist die Integration nur in der Zeitachse gestattet.
• 2. Während unbeweglicher Bilder, die keine Hochfrequenzinformationen enthalten, findet die Integration in der zeitlichen, horizontalen und vertikalen Achse statt.
• 3. Während der Bewegung findet die Integration nur in der horizontalen und vertikalen Achse statt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Verminderung von Bildrauschen in Bildinformationen von Bildpunkten eines Punktrasterbildes, bei welchem in jedem Teil des Bilds Bewegungen seines Bildinhalts erfaßt werden und aus den Bildinformationen einander entsprechender Bildpunkte des ankommenden Bilds und wenigstens eines früher angekommenen, gespeicherten Bilds die Bildinformation eines neuen Bildpunkts mit vermindertem Bildrauschen synthetisiert wird, wobei die Synthese von der Größe der Bewegung des Bildinhalts abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die rauschverminderte Bildinformation des neuen Bildpunkts aus den Bildinformationen einander entsprechender Bildpunkte des ankommenden und des früheren Bilds synthetisiert wird, wenn keine Bewegung des Bildinhalts erfaßt wird und daß, wenn eine Bewegung in einem Teil des Bilds erfaßt wird, die rauschverminderte Bildinformation des neuen Bildpunkts in diesem Teil des Bilds aus Bildinformationen benachbarter Bildpunkte ausschließlich des ankommenden Bilds synthetisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umgebung eines Bildpunkts, für den keine Bewegung des Bildinhalts erfaßt wurde, hochfrequente räumliche Komponenten des Bildinhalts erfaßt werden und daß die rauschvermindernde Bildinformation des neuen Bildpunkts nur dann aus den Bildinformationen benachbarter Bildpunkte des ankommenden und des früheren Bilds synthetisiert wird, wenn keine hochfrequente Komponenten erfaßt werden.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Speichereinrichtung (22) zur Speicherung von Bildinformationen von Bildpunkten wenigstens eines Einzelbilds, mit einer Detektoreinrichtung (205, 206) zum Erfassen von Bewegungen des Bildinhalts zwischen Einzelbildern in jedem Teil des Bilds, mit einer ersten Verarbeitungseinrichtung (231, 232) zur rauschvermindernden Synthese der Bildinformation eines neuen Bildpunkts aus Bildinformationen einander entsprechender Bildpunkte eines ankommenden Einzelbilds und wenigstens eines früher angekommenen, in der Speichereinrichtung (22) gespeicherten Einzelbilds, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Verarbeitungseinrichtung (16) vorgesehen ist, die die Bildinformation eines neuen Bildpunkts aus den Bildinformationen benachbarter Bildpunkte des ankommenden Einzelbilds rauschvermindernd synthetisiert und daß die erste Verarbeitungseinrichtung (231, 232) den neuen Bildpunkt synthetisiert, wenn die Detektoreinrichtung (205, 206) keine Bewegung erfaßt bzw. die zweite Verarbeitungseinrichtung (16) den neuen Bildpunkt synthetisiert, wenn die Detektoreinrichtung (205, 206) eine Bewegung erfaßt.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Verarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, die die Bildinformation eines neuen Bildpunkts aus den Bildinformationen benachbarter Bildpunkte sowohl des ankommenden Einzelbilds als auch früherer, gespeicherter Einzelbilder rauschvermindernd synthetisiert, daß eine zwweite Detektoreinrichtung (200) vorgesehen ist, die hochfrequente räumliche Komponenten des Bildinhalts in der Umgebung eines Bildpunkts erfaßt, für den die erste Detektoreinrichtung (205, 206) keine Bewegung erfaßt hat und daß die zweite Verarbeitungseinrichtung (16) den neuen Bildpunkt synthetisiert, wenn die zweite Detektoreinrichtung (200) hochfrequente räumliche Komponenten erfaßt bzw. die dritte Verarbeitungseinrichtung den neuen Bildpunkt synthetisiert, wenn die zweite Detektoreinrichtung (200) keine hochfrequente räumliche Komponente erfaßt.