DE69325097T2 - Digitaler video-signalverarbeitungsprozessor mit einem vorprozessor der non-interlace-scan-videosignale aus interlace-scan-videosignalen erzeugt und entsprechendes dekompressions- und nachverarbeitungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verarbeiten eines mit Verschachtelung (Zeilensprung) abgetasteten Videosignals in ein nichtverschachteltes, komprimiertes digitales Signal.
• Die Moving Picture Experts Group (MPEG) legen eine Norm für die Übertragung und die Speicherung von Videodaten primär für die Anwendung bei Computern fest. Diese vorgeschlagene Norm ist näher erläutert in dem Dokument "International Organization for Standardization", ISO-IEC JT(1/SC2IWG1), Coding of Moving Pictures and Associated Audio, MPEG 90/176 Rev. 2, Dec. 18, 1990. Das Signalprotokoll enthält die Verarbeitung aufeinanderfolgender Vollbilder eines verschachtelt abgetasteten Videosignals entsprechend einer Folge von sogenannten interframe (zwischen den Vollbildern)- und den intraframe (innerhalb eines Vollbildes)- Komprimierlösungen. Es werden jedoch nur die ungeradzahligen Halbbilder der jeweiligen Vollbilder verarbeitet und übertragen. Das Advanced Television Research Consortium (ATRC) hat dieses Protokoll für die Übertragung von Videobildern mit hoher Auflösung angewendet, wobei sowohl geradzahlige als auch ungeradzahlige Vollbilder verarbeitet und übertragen werden.
• Gemäß dem Protokoll für die Komprimierung wird das Videosignal über jeweilige Bildbereiche von zum Beispiel 16 zu 16 Pixeln verarbeitet. Derartige Bereiche werden durch jeweilige Makroblöcke an Daten dargestellt. Jeder Makroblock enthält sechs Datenblöcke. Vier dieser Blöcke entsprechen der Luminanzinformation, wobei jeder Block eine 8-zu-8-Matrix an Pixeln darstellt. Die übrigen zwei Blöcke entsprechen der Farb- oder Chrominanz-Information, das heißt ein Block für die U- und ein Block für die V-Farbdifferenzinformationen (U und V können die bekannten Signale B-Y und R-Y darstellen). Diese Blöcke stellen jeweils die Frabinformationen über den gesamten Makroblock dar, jedoch in einer unterabgetasteten Form. Das heißt, der 16-zu-16-Block an Pixeln, der die Chrominanz darstellt, wird auf einen 8-zu-8-Block an Werten herunterinterpoliert, und die interpolierten Werte werden kodiert.
• Die Kodierung erfolgt auf einer Vollbildbasis. Aufeinanderfolgende Paare von verschachtelt (oder mit Zeilensprung) abgetasteten, geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildern werden zunächst zu Vollbildern von Daten kombiniert, und danach werden die Vollbilder von Daten als eine Einheit verarbeitet. Fig. 1 zeigt einen Block von Pixelwerten. Die kleinen Quadrate bezeichnen die den jeweiligen Pixeln entsprechenden Abtastwerte. Die schraffierten Quadrate bezeichnen Zeilen von Pixeln aus einem ungeradzahligen Halbbild, und die weißen Quadrate bezeichnen Zeilen von Pixeln aus einem geradzahligen Halbbild. Die komprimierten Luminanzdaten werden aus einer Matrix von Bild-Abtastwerten abgeleitet, die ähnlich zu der dargestellten Matrix von Quadraten angeordnet sind. Die Kreise bezeichnen interpolierte Chrominanz- Abtastwerte, entweder U oder V. Nominell wird jeder Chrominanzwert aus den zugehörigen Werten der Nachbarpixel berechnet, wie es zum Beispiel zwischen den beiden oberen Reihen der Figur dargestellt ist. Die resultierende Matrix an Chrominanzwerten stellt ein Bild dar, das in vertikaler und in horizontaler Richtung um einen Faktor von zwei unterabgetastet ist.
• Fig. 2 zeigt teilweise das Problem bei der Verarbeitung der Daten auf einer Vollbildbasis, wenn die Vollbilder an Informationen aus verschachtelt (oder mit Zeilensprung) abgetasteten Bildern abgeleitet sind. In verschachtelt abgetasteten Bildern sollen ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder einzelne Teile eines einzigen Bildes in einem einzigen Zeitpunkt darstellen. Jedoch werden ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder nacheinander abgetastet und können daher nicht dasselbe Bild zum selben Zeitpunkt darstellen. In Wirklichkeit gibt es eine Relativbewegung zwischen geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildern der Bildobjekte in demselben Vollbild. In Fig. 2 ist angenommen, daß ein roter Kasten, RO, wie dargestellt, in dem ungeradzahligen Halbbild auftritt und sich zu der durch den Kasten RE in dem geradzahligen Halbbild eingenommenen Bereich bewegt. Die rohen, d. h. unbearbeiteten Pixelwerte, die den roten Kasten darstellen, sind in den geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildern in schwarz dargestellt. Bezüglich der Interpolation der Chrominanzwerte ist ersichtlich, daß die einzigen interpolierten Chrominanzwerte, die dem roten Kasten zugeordnet sind, der die wichtige Farbe darstellt, diejenigen sind, die in beiden Kästen RE und RO liegen. Alle übrigen interpolierten Luminanzwerte, die zu dem roten Kasten gehören, stellen eine Kombination von Farben dar. Die Farbverzerrung wird durch die Tatsache verschlimmert, daß das rohe (unbearbeitete), dem Komprimierer zugeführte Videosignal im allgemeinen gammakorrigiert ist. Das ergibt Nichtlinearitäten in den interpolierten Werten, die durch die inverse Gammafunktion bei der Wiedergabeeinheit noch verstärkt werden.
• Wenn man das Ausgangssignal eines MPEG-Komprimierers/Dekomprimierers betrachtet, ist das schlimmste Artefakt kein MPEG-Problem, sondern vielmehr das Ergebnis einer Vorverarbeitung. Große, sich bewegende, farbige Gegenstände bewirken stark sichtbare Verzerrungen an den Vorderflanken und Rückflanken der Luminanz und der Chrominanz. Die Verzerrungen sind beanstandenswert und bei einem normalen Betrachtungsabstand deutlich sichtbar. Der beobachtete Effekt besteht in einer falschen Farbe in Bereichen mit einer sogenannten Intraframe- Objektbewegung (d. h. Bewegung zwischen Halbbildern). Die Farbe ist nicht nur im Farbton verfälscht, sondern auch in der Sättigung und in der Helligkeit.
• Aus der Darstellung in Fig. 2 könnte der Anschein bestehen, daß die Verzerrung auf kleine Bereiche beschränkt ist; sie ist das aber nicht. Zwischen Halbbildern kann sich ein Gegenstand über eine nennenswerte Zahl von Zeilen und Pixeln bewegen, und der Effekt zeigt sich über die Zeilen und Pixel, über die sich der Gegenstand bewegt, und wird auch von dem unkritischen Betrachter schnell wahrgenommen.
• Die US-A-5 046 164 zeigt einen Zwischenzeilen-Generator für eine Umsetzung von einer verschachtelten in eine nicht-verschachtelte Abtastung. Die US-A4 989 091 zeigt einen Abtastkonverter mit einem Signal-Vorprozessor. Jedoch befaßt sich keine Druckschrift mit dem Problem der Farbverfälschung in einer Daten- Komprimieranordnung auf Vollbildbasis. Dieses Problem wird durch die vorliegende Erfindung gelöst, wobei Chrominanzinformationen von verschachtelt abgetasteten Bildern Halbbild für Halbbild interpoliert/unterabgetastet werden, bevor sie einem Komprimierer auf Vollbildbasis zugeführt werden.
• Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung mit einem Vorprozessor und einem Prozessor auf Vollbildbasis vor, um die Auswirkungen der Bildbewegung von unterabgetasteten/interpolierten Chrominanzwerten zu verringern, die aus Vollbildern eines Videosignals abgeleitet sind, das aus verschachtelt abgetasteten Halbbildern des Videosignals zusammengesetzt ist. Die Halbbilder der verschachtelt abgetasteten Chrominanzkomponenten werden beim Halbbildpegel unabhängig voneinander verarbeitet, um Zeilen an Chrominanzwerten zu erzeugen, die zwischen den Zeilen der ursprünglichen Farbwerte liegen und eine geringere Pixeldichte aufweisen. Die unabhängig verarbeiteten Halbbilder der verschachtelt abgetasteten Chrominanzsignale werden in jeweilige Vollbilder von Farbkomponentensignalen kombiniert und der Schaltung für die weitere Verarbeitung zugeführt. Eine Verbesserung der Chrominanzsignal-Interpolation und -Unterabtastung im Halbbildbereich führt zur Beseitigung einer Mehrzahl von Farbverzerrungen bei sich bewegenden Bildern.
• Bei einer Ausführungsform enthält der Vorprozessor eine Vorrichtung zum Empfangen von Halbbildern mit einem verschachtelt abgetasteten Videosignal und zur Lieferung von Halbbildern mit verschachtelt abgetasteten Luminanz- und Chrominanz-Komponenten-Signalen. Die Halbbilder mit der verschachtelt abgetasteten Luminanzkomponente werden zu jeweiligen Vollbildern mit dem Luminanzsignal kombiniert und für eine weitere Verarbeitung der Komprimiervorrichtung zugeführt.
• In einem Empfänger ist eine Vorrichtung zur Nachverarbeitung des dekomprimierten Videosignals vorgesehen, das auf einer Basis Halbbild zu Halbbild vorverarbeitet und auf einer Vollbildbasis komprimiert und dekomprimiert wurde. Die Vorrichtung enthält einen Dekomprimierer oder Expander zur Lieferung von Vollbildern mit dekomprimierten Videodaten und Interpolationsmittel, die auf die dekomprimierten Videodaten ansprechen, die gegenseitig exklusiven Halbbildern der Vollbider mit dekomprimierten Videodaten entsprechen, zum Erzeugen von Vollbildern mit Videodaten, die eine erhöhte Anzahl an horizontalen Bildzeilen aufweisen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 und 2 sind bildliche Darstellungen von Blöcken von Pixelwerten zum besseren Verständnis der Erfindung.
• Fig. 3 und 4 sind bildliche Darstellungen für alternative Verfahren zum Erzeugen unterabgetasteter Chrominanzwerte vor der Komprimierung gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 5 und 6 sind Blockschaltbilder einer alternativen Schaltung für eine Unterabtastung der Chrominanz entsprechend jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung.
• Fig. 7 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines Videosignal-Komprimiersystems gemäß der Erfindung.
• Fig. 8 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines Videosignal-Dekomprimiersystems gemäß der Erfindung.
• Fig. 9 ist eine bildliche Darstellung der Verarbeitung der Videodaten nach der Dekomprimierung.
• Fig. 10 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Schaltung zum Expandieren der Chrominanzdaten, die vor der Komprimierung auf einer Halbbildbasis vorverarbeitet wurden.
• Fig. 11 ist ein Blockschaltbild einer beispielhaften Schaltung zur Überabtastung des Videosignals in der Vertikalabmessung.
• Fig. 7 zeigt eine Schaltung zur Vorverarbeitung für eine Vorrichtung zur Videosignal-Komprimierung. In der Figur werden mit Verschachtelung, also mit Zeilensprung, abgetastete R, G und B-Farbsignale zum Beispiel von einer Videokamera einer Matrixschaltung 40 zugeführt, die ein Luminanzsignal Y und Farbdifferenzsignal-Komponenten U und V erzeugt. Es wird angenommen, daß das Ausgangssignal der Schaltung 40 die Form von digitalen abgetasteten Daten hat. Die verschachtelt abgetastete Luminanzkomponente wird einem Vollbildspeicher 45 zugeführt, in dem aufeinanderfolgende ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder des Luminanzsignals in entsprechende Vollbilder mit Luminanzdaten kombiniert werden. Die Vollbilder mit Luminanzdaten werden nacheinander zur Komprimierung und Übertragung einem Videosignal- Komprimierer 46 zugeführt. Der Komprimierer 46 kann von dem Typ sein, der in der US-PS 5 122 875 beschrieben ist und Videodaten gemäß einem MPEG- ähnlichen Protokoll verarbeitet. Somit wird die Luminanzkomponente im wesentlichen unabhängig von den Chrominanzinformationen verarbeitet (abgesehen von dem Einfluß, den der Umfang der komprimierten Chrominanzdaten auf die Quantisierung der komprimierten Daten hat).
• Die Chrominanzkomponenten U und V werden unabhängig, aber ähnlich durch Bauteile 42, 43 bzw. 41, 44 vorverarbeitet. Betrachtet man die Komponente U, so werden aufeinanderfolgende Halbbilder mit Daten für die Chrominanzkomponente U einem Bauteil 42 zugeführt, wo sie in der Vertikalrichtung und in der Horizontalrichtung interpoliert und unterabgetastet werden. Aufeinanderfolgende Halbbilder von interpolierten und unterabgetasteten Daten U von dem Bauteil 42 werden einem Speicherbauteil 43 zugeführt. In dem Speicherbauteil 43 werden aufeinanderfolgende ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder von Daten von dem Bauteil 42 in entsprechende Vollbilder mit Daten U kombiniert, die danach Vollbild für Vollbild einem Bauteil 46 für die Komprimierung und die Übertragung zugeführt werden.
• Fig. 3 zeigt eine Matrix mit Quadraten von 8 Reihen und 8 Spalten, wobei zum Beispiel die Reihe U Pixeldaten für die Chrominanzkomponente darstellt. Die 4- zu- 4-Matrix von Kreisen zeigt Daten für eine unterabgetastete Chrominanzkomponente U. Ungeradzahlige und geradzahlige Reihen entsprechen den Daten von ungeradzahligen bzw. geradzahligen Halbbildern. Die Pfeile von den Quadraten der rohen (unbearbeiteten) Daten zu den jeweiligen Kreisen zeigen die Pixel der rohen Daten an, die zu der Bildung der resultierenden Daten für die unterabgetastete Chrominanz beitragen. Es ist ersichtlich, daß die resultierenden, unterabgetasteten Datenwerte ausschließlich für Daten für ein ungeradzahliges Halbbild oder ausschließlich für Daten für ein geradzahliges Halbbild gebildet werden. Normalerweise erfolgt die Unterabtastung, bevor die Halbbilddaten in Vollbilder von Daten kombiniert werden. Die rohen Daten sind in einer kombinierten Weise dargestellt, um die räumliche Lage der unterabgetasteten Daten relativ zu den rohen Daten zu erläutern. Die Reihen der unterabgetasteten Daten liegen in der Matrix entsprechend dem MPEG-Protokoll. Es sei bemerkt, daß die Reihen an unterabgetasteten Daten nicht äquidistant sind von den Reihen der rohen Daten, die zu der Bildung von Reihen von unterabgetasteten Daten beitragen. Wenn zum Beispiel das MPEG-Protokoll für die Lage der Chrominanzkomponente relativ zu den rohen Daten eingehalten werden soll, so sollte es sofort offensichtlich sein, daß die beiden Reihen an rohen Daten, die zu der Bildung einer Reihe von unterabgetasteten Daten beitragen, nicht im gleichen Verhältnis beitragen. Man betrachte den unterabgetasteten Wert X, der aus den Beiträgen der rohen Pixel A, B, C und D gebildet wird. Die Pixel A und B, die dichter zu X als die Pixel C und D liegen, bilden einen größeren Beitrag entsprechend der Gleichung:
• X = (3[A + R] + [C + D[)/18. (1)
• Die Reihe (z. B. SE1) von unterabgetasteten Daten wird durch Pixeldaten aus den Reihen 2 und 4 gebildet. Jedoch können im Empfänger die entprechenden Reihen 2 und 4 nicht ohne Detailverlust aus der übertragenen Reihe von unterabgetasteten Daten SE1 rekonstruiert werden. Wenn ein geringer Detailverlust akzeptierbar ist, dann können die empfangenen, unterabgetasteten Daten durch Interpolation in der Horizontalabmessung hochkonvertiert werden, um Zeilen zu erzeugen, die eine Pixeldichte gleich der ursprünglichen horizontalen Pixeldichte aufweisen. Diese interpolierten Zeilen können als Ersatzwerte für die jeweiligen Zeilen wiederholt werden, aus denen entsprechende Zeilen mit unterabgetasteten Daten abgeleitet wurden. Alternativ können Zeilen mit zurückgewonnenen Informationen mit einem erkennbar größeren Vertikaldetail durch Interpolation der zurückgewonnenen Abtastwerte sowohl in der Vertikal- als auch in der Horizontalabmessung rekonstruiert werden.
• Es sei angenommen, daß die Reihen von Daten SE1 gemäß der in Gleichung 1 angegebenen Beziehung gebildet werden. Ein beispielhafter Algorithmus für die vertikale Hochkonvertierung derartiger Daten durch Interpolation kann folgende Form annehmen:
• R4i = 7/8(SE1 i) + 1/8(SE2i) (2)
• R6i = 3/8(SE1i) = 5I8(SE2i) (3)
• wobei R4i und R6i die i-ten Abtastpunkte sind, die für die Reihen 4 bzw. 6 erzeugt werden, und SE1i und SE2i die i-ten Abtastwerte in den Reihen SE1 und SE2 der zurückgewonnenen Daten sind.
• Fig. 4 zeigt in einer bildlichen Form ein alternatives Verfahren zum Erzeugen von unterabgetasteten Chrominanzwerten auf der Basis Halbbild zu Halbbild. In diesem Beispiel werden Reihen von unterabgetasteten, ungeradzahligen (geradzahligen) Halbbilddaten aus einzelnen Reihen von ungeradzahligen (geradzahligen) rohen Halbbilddaten abgeleitet. Es sei bemerkt, daß diese Lösung sich nicht für die Ableitung unterabgetasteter Datenpunkte eignet, die die in der MPEG-Norm festgelegten räumlichen Lagen haben. Dabei wird Horizontalauflösung in den wiedergegebenen Bildern zu Gunsten der Vertikalauflösung geopfert. Jedoch wird jede Reihe von rekonstruierten Daten aus ausschließlich unterschiedlich übertragenen Daten rekonstruiert. Die vier rohen Pixel, die zu jedem unterabgetasteten Pixel beitragen, können in gleichen Anteilen beitragen, da das Signal bezüglich der Chrominanzsignal-Bandbreite nennenswert überabgetastet wird. Alternativ können die Beiträge von den näheren oder entfernteren rohen Pixeln in einem Verhältnis von 3 zu 1 liegen. Eine Rekonstruktion von Chrominanzdaten am Empfänger für ein gemäß Fig. 4 unterabgetastetes Signal erfordert einfach eine horizontale Interpolation, das ist, eine horizontale Überabtastung von vier zu eins.
• Fig. 5 zeigt eine Schaltung, die für die Bauteile 41 und 42 von Fig. 7 angewendet werden kann, um unterabgetastete Chrominanzwerte zu gewinnen. Vor den Bauteilen 41 und 42 können jeweilige Tiefpaßfilter liegen, um die Bandbreite des zugeführten Signals für die Chrominanzkomponente zu begrenzen und das Nyquist-Abtastkriterium zu erfüllen. In Fig. 5 liefern Bauteile 10-22 Reihen von Abtastwerten, die in Wirklichkeit zwischen jedem Paar von rohen Abtastwerten und zwischen jedem Paar von Zeilen liegen. Die Bauteile 23 und 24 wählen geeignete, erzeugte Abtastwerte aus, um das unterabgetastete Signal zu bilden. Die Abtastwerte des Eingangssignals erscheinen als gegenseitig exklusive Halbbilder an Daten und mit einer Abtastrate fs. Die Eingangsdaten werden einer Kaskadenverbindung eines Verzögerungsbauteils 12 für die Dauer eines Abtastwertes, eines Verzögerungsbauteils 14 für die Dauer einer um einen Abtastwert geringeren Zeilendauer und eines weiteren Verzögerungsbauteils für die Dauer eines Abtastwertes zugeführt. In einem bestimmten Zeitpunkt entsprechen die an den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Bauteils 16 verfügbaren Abtastwerte Pixeln D und C (Fig. 3), und gleichzeitig entsprechen die an den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Bauteils 12 verfügbaren Abtastwerte den Pixeln B und A. Die Eingangs-Abtastwerte werden einem Wichtungsbauteil 18 zugeführt, das die dort zugeführten Abtastwerte in der Amplitude um einen Faktor W1 wichtet. Die an den Ausgangsanschlüssen der Bauteile 12, 14 und 16 verfügbaren verzögerten Abtastwerte werden jeweils Wichtungsbauteilen 19, 20 und 21 zugeführt, die die Amplitude der Abtastwerte mit den Faktoren W2, W3 bzw. W4 wichten. Die in der Amplitude gewichteten Abtastwerte von den Wichtungsbauteilen 18-21 werden in einer Addierstufe 22 summiert, die aufeinanderfolgende Summen mit der Eingangs-Abtastrate liefert. Unter der Annahme, daß die Abtastwerte B, A, D und C den Wichtungsbauteilen 18, 19, 20 bzw. 21 zugeführt werden, haben die durch die Addierstufe 22 gelieferten Ausgangs-Abtastwerte SE1i die Form:
• SE1 i = W1 (B) + W2(A) + W3(D) + W4(C). (4)
• Wenn die Wichtungsfaktoren W1, W2, W3 und W4 gleich 3/8, 3/8, 1/8 bzw. 1/8 gewählt werden, ist ersichtlich, daß die Addierstufe Abtastwerte liefert, die der Gleichung 1 entsprechen.
• Wenn alternativ die Wichtungsfaktoren alle gleich 1/4 gewählt werden, liegen die resultierenden Werte effektiv zusammenfallend mit der Reihe 3 (Fig. 3), das heißt in der Mitte zwischen den beiden Zeilen, die zu den interpolierten Werten beitragen.
• Wie gezeigt, liefert die Addierstufe Abtastwerte, die horizontal zwischen aufeinanderfolgenden rohen Pixeln und vertikal zwischen aufeinanderfolgenden Reihen auftreten. Das gewünschte Signal ist in der Horizontalrichtung und in der Vertikalrichtung um einen Faktor von zwei unterabgetastet. Die Unterabtastung wird dadurch bewirkt, daß jede zweite Summe bei alternierenden Zeilen der interpolierten Summen ausgewählt wird. Die Asuwahl erfolgt dadurch, daß das Ausgangssignal der Addierstufe 22 in einem Daten-Zwischenspeicher, einem sogenannten Daten-Latch 23, zwischengespeichert wird. Das Daten-Latch 23 speichert die an seinem Dateneingang D verfügbaren Daten und gibt diese vor der Vorderflanke eines an seinen Takteingang C angelegten Taktsignals unverzüglich aus. Das dem Daten-Latch 23 zugeführte Taktsignal wird durch UND-Verknüpfung (24) einer Rechteckschwingung (FH/2) mit der Frequenz der halben Zeilenfrequenz mit einer Rechteckschwingung (FS/2) mit der Frequenz der halben Abtastrate erzeugt.
• Fig. 6 zeigt eine alternative Unterabtast-Schaltung, die das in Fig. 4 gezeigte Verfahren anwendet. Die Anordnung von Fig. 4 liefert interpolierte Werte von einzelnen Zeilen von rohen Pixelwerten. Repräsentative Amplituden- Wichtungsfaktoren W5, W6, W7 und W8, die den Bauteilen 35-38 zugeführt werden können, betragen 1/8, 3/8, 3/8 bzw. 1/8. Diese Faktoren erhalten eine teilweise horizontale räumliche Lage aufrecht. Wenn das nicht beabsichtigt ist, können alle Amplituden-Wichtungsfaktoren W5, W6, W7 und W8 gleich 1/4 gewählt werden.
• Der Einsatz der Erfindung ist keine Frage des besonderen Interpolations- Unterabtastvorgangs, sondern eine Frage, wo sie innerhalb der Signalverarbeitungskette durchgeführt wird. Der Vorgang für die Interpolation/Unterabtstung für ein verschachtelt abgetastetes Quellenmaterial sollte auf der Basis Halbbild für Halbbild und nicht auf einer Vollbildbasis vor der Komprimierung des Videosignals erfolgen.
• Fig. 8 zeigt einen Teil einer Schaltung zur Nachkomprimierung in einer Empfängervorrichtung zum Verarbeiten eines Signals, das nach dem vorgenannten Verfahren vorverarbeitet wurde. Die empfangenen Daten werden einer Dekomprimier-Schaltung 50 zugeführt, in der die Videodaten auf einer Basis Vollbild zu Vollbild dekomprimiert werden. Die dekomprimierten (oder expandierten) Luminanz- und Chrominanzkomponenten werden in Vollbildspeichern 51, 52 bzw. 53 als Teil des Dekomprimier-Vorgangs gespeichert. Jeweilige Vollbilder mit Videodaten werden in entsprechende Halbbilder (54-56) (zumindest im übertragenen Sinne) zerlegt. Die jeweiligen Halbbilder an Chrominanzdaten werden auf einer Basis Halbbild für Halbbild hochkonvertiert (57, 58), das heißt die unterabgetasteten Chrominanzdaten, die mit einer Pixelrate N und einer Zeilenrate M erscheinen, werden so verarbeitet, daß Pixel bei einer Rate 2 N in Zeilen mit einer Rate 2M erscheinen.
• Luminanzdaten für ein geradzahliges (ungeradzahliges) Halbbild werden danach mit Chrominanzdaten für ein geradzahliges (ungeradzahliges) Halbbild matrixiert, um dadurch Farb-Videosignale R, G und B zu erzeugen.
• Der Nach-Dekomprimier-Vorgang ist bildlich in Fig. 9 dargestellt. In einer Bewegung im Uhrzeigersinn von der oberen linken Kante der Figur wird ein Vollbild einer dekomprimierten, unterabgetasteten Chrominanzkomponente (U oder V) in jeweilige ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder getrennt. Die ungeradzahligen und die geradzahligen Halbbilder an Daten werden in der Pixel und Zeilen-Dichte auf eine Dichte hochkonvertiert, die äquivalent ist zu der Dichte der rohen Pixeldaten, zum Beispiel von dem Bauteil 40 in Fig. 7. Die hochkonvertierten Halbbilder an Chrominanzdaten werden dann mit Halbbildern von entsprechenden Luminanzdaten matrixiert, um dadurch Ausgangs- Videosignale R, G und B zu erzeugen. Es sei bemerkt, daß in dem Matrixiervorgang geradzahlige (ungeradzahlige) Halbbilder der Luminanz mit entsprechenden geradzahligen (ungeradzahligen) Halbbildern mit hochkonvertierter Chrominanz matrixiert werden.
• Fig. 10 zeigt eine beispielhafte Schaltung für die Hochkonvertierung der unterabgetasteten Chrominanzdaten (unter der Annahme der Unterabtastung der in Fig. 3 dargestellten Form). Die dargestellte Vorrichtung bewirkt eine Verdoppelung der Anzahl von Pixeln in horizontalen Zeilen und gibt dann jede hochkonvertierte Zeile zweimal aus, um eine Verdoppelung der Anzahl an Zeilen je Halbbild zu bewirken. Fig. 10 enthält zwei Kanäle, einen für die Verarbeitung der ungeradzahligen Halbbilder und einen für die Verarbeitung der geradzahligen Halbbilder. Beide Halbbilder sind gleichzeitig verfügbar, weil der Dekomprimierer dekomprimierte Daten auf einer Basis Vollbild zu Vollbild liefert. Die hochkonvertierten Daten von den beiden Kanälen werden in dem Multiplexer 109 zeilenverschachtelt und an einen Speicher 110 ausgegeben. Danach können Daten aus dem Speicher 110 gelesen werden, um eine Matrixierung bei ausschließlich geradzahligen und ungeradzahligen Halbbildddaten vorzunehmen.
• Chrominanzdaten U oder V von dem Bauteil 56 (55) für die Halbbildauswahl werden Eingangsbussen 98 bzw. 99 für ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder zugeführt. (Da die Kanäle für die geradzahligen und die ungeradzahligen Halbbilder ähnlich arbeiten, wird nur der Kanal für die ungeradzahligen Halbbilder beschrieben.) Die Daten für die ungeradzahligen Halbbilder werden in einem ersten Verzögerungsbauteil 100 für die Dauer eines Abtastwertes stabilisiert und einem zweiten Verzögerungsbauteil 101 für die Dauer eines Abtastwertes zugeführt. Verzögerte Abtastwerte von den Bauteilen 100 und 101 werden den jeweiligen Eingangsanschlüssen einer Addierstufe 102 zugeführt, die die zugeführten Abtastwerte summiert. Die Summen werden durch zwei geteilt, um den Mittelwert der summierten Abtastwerte zu bilden. Dieser Mittelwert bildet den Wert eines Zwischenpixels, das räumlich zwischen den beiden die Summe bildenden Abtastwerten liegt. Der Mittelwert wird einem Eingang eines Multiplexers 104 zugeführt. Der verzögerte Abtastwert von dem Bauteil 100 wird einem zweiten Eingang des Multiplexers 104 zugeführt. Ein rechteckförmiges Taktsignal mit einer Frequenz der unterabgetasteten Abtastrate wird dazu benutzt, abwechselnd die beiden Eingangsanschlüsse des Multiplexers dem Ausgang des Multiplexers zuzuführen. Das Ausgangssignal des Multiplexers 104 besteht aus einer Folge von dekomprimierten Chrominanz-Abtastwerten, die auf einer Basis Abtaswert für Abtastwert mit berechneten (Zwischen) Abtastwerten von den Teiler 103 alternieren. Die Ausgangs-Abtastrate von dem Multplexer 104 ist gleich der doppelten Abtastrate der dem Verzögerungsbauteil 100 zugeführten Abtastwerte.
• Abtastwerte von dem Multiplexer 104 werden einem weiteren Multiplexer 105 zugeführt, der jeweils jede zweite Zeile von Abtastwerten dem Speicherbauteil 106 und die dazwischenliegenden Zeilen von Abtastwerten dem Speicherbauteil 107 zuführt. Daten werden bei der doppelten unterabgetasteten Pixelrate (der ursprünglichen Abtastrate) in die Bauteile 106 und 107 eingeschrieben und aus diesen ausgelesen. Die beiden Speicherbauteile werden so eingesetzt, daß Daten aus dem einen Speicher gelesen werden können, während neue Daten in den anderen Speicher eingeschrieben werden.
• Daten von den jeweiligen Speicherbauteilen werden einem Multiplexer 109 zugeführt, der nacheinander auf Daten von den vier Speicherbauteilen zugreift, um aufeinanderfolgende wiederholte Zeilen von Daten für ein ungeradzahliges Halbbild auszugeben, die verschachtelt sind mit wiederholten Zeilen von Daten für ein geradzahliges Halbbild. Eine repräsentative Datenfolge von dem Multiplexer 109 hat die Form O&sub0;, E&sub0;, O&sub0;, E&sub0;, O&sub1;, E&sub1;, O&sub1;, E&sub1;, O&sub2;, E&sub2; usw., wobei Oi und Ei ungeradzahlige und geradzahlige Zeilen an Ausgangsdaten darstellen. Der Index i bezeichnet die Reihe von unterabgetasteten Daten, aus der die Reihe von Ausgangsdaten erzeugt wird. Das ist der Typ "Zeilenwiederholung" der vertikalen Hochkonvertierung.
• Fig. 11 enthält einen beispielhaften Vertikal-Hochkonverter zur Bildung von vertikal interpolierten Zeilen von Abtastwerten entsprechend den Gleichungen 2 und 3. Diese Schaltung kann an die Stelle der Bauteile zwischen den Multiplexern 104 und 109 in Fig. 10 treten. Je eine der Schaltungen gemäß Fig. 11 wird für jeden Kanal in der Schaltung gemäß Fig. 10 eingesetzt. Die Schaltung nach Fig. 11 erzeugt gleichzeitig zwei Zeilen von Ausgangsdaten für jede Zeile von Ausgangsdaten von dem Multiplexer 104. Es sei bemerkt, daß horizontal hochkonvertierte Versionen der Reihen SE1 und SE2 (Fig. 3) nacheinander von dem Multiplexer 104 an die Schaltung gemäß Fig. 11 ausgegeben werden. Die Datenreihen werden dem Verzögerungsbauteil 200 für eine horizontale Zeile zugeführt, so daß vertikal ausgerichtete Daten von den Reihen SE2 und SE1 gleichzeitig von den Eingangs- bzw. Ausgangsanschlüssen des Verzögerungsbauteils 200 verfügbar sind. Vertikal ausgerichtete Daten von den Reihen SE2 und SE1 werden in den Wichtungsbauteilen 202 bzw. 204 in der Amplitude mit den Faktoren 3/8 und 5/8 gewichtet. Die in der Amplitude gewichteten Werte von den Bauteilen 202 und 204 werden in der Addierstufe 205 summiert, um die die REIHE 6 darstellenden Pixelwerte für die Chrominanzkomponente zu erzeugen. Vertikal ausgerichtete Daten von den Reihen SE2 und SE1 werden in den Wichtungsbauteilen 208 bzw. 209 in der Amplitude mit den Faktoren 7/8 und 1/8 gewichtet. Die in der Amplitude gewichteten Werte von den Bauteilen 208 und 209 werden in der Addierstufe 210 summiert, um die die REIHE 4 darstellenden Pixelwerte für die Chrominanzkomponente zu erzeugen. Die beiden berechneten Zeilen an Daten werden einem Multiplexer 212 zugeführt, der die Paare von Zeilen einem von zwei Speicherbauteilen zuführt. Auf die Daten von den jeweiligen Speicherbauteilen wird nacheinander in einer solchen Reihenfolge zugegriffen, daß Daten für ein geradzahliges und ein ungeradzahliges Halbbild verschachtelt werden oder, wenn gewünscht, getrennte geradzahlige Halbbilder und ungeradzahlige Halbbilder zu bilden.

Claims (11)

1. Videosignal-Vorrichtung mit einer Vorverarbeitungseinheit zum Erzeugen von nicht-verschachtelt abgetasteten Videosignalen aus verschachtelt abgetasteten Videosignalen und zum Liefern der nicht-verschachtelt abgetasteten Videosignale zu einer Komprimiervorrichtung auf Vollbildbasis, enthaltend:

eine Videosignal-Komprimiervorrichtung (46) auf Vollbildbasis für eine. Datenkomprimierung von Videosignal-Komponenten,

eine Quelle (40) einer verschachtelt abgetasteten Luminanzkomponente und Chrominanzkomponenten-Signalen, die als jeweilige Folgen von Daten für ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder auftreten, gekennzeichnet durch:

Mittel (45) zum Kombinieren aufeinanderfolgender Halbbilder von Luminanzkomponenten-Daten in entsprechende Vollbilder von Daten für eine Luminanzkomponente, wobei die Vollbilder an Daten für die Luminanzkomponente für die Komprimiervorrichtung bereitgestellt werden, Mittel (41, 42), die exklusiv auf uneradzahlige Halbbilder von Daten für die Chrominanzkomponente und exklusiv auf geradzahlige Halbbilder mit Daten für die Chrominanzkomponente ansprechen, für eine Interpolation der Daten für die Chrominanzkomponente, um Signal-Abtastwerte zu bilden, die Bildpunkte darstellen, die unterschiedlich sind von den durch das ursprüngliche Signal für die Chrominanzkomponente dargestellten Bildpunkten, und zum Liefern von jeweiligen verarbeiteten ungeradzahligen und geradzahligen Halbbildern an Daten für die Chrominanzkomponente, die wenigstens vertikal unterabgetastet werden, und

mit den Interpolationsmitteln verbundene Mittel (43, 44) zum Liefern verschachtelter Halbbilder von interpolierten/unterabgetasteten, ungeradzahligen und geradzahligen Halbbildern von Daten für die Chrominanzkomponente an die Komprimiervorrichtung.

2. Videosignal-Vorrichtung mit einer Vorverarbeitungs-Einheit zum Erzeugen von nicht-verschachtelt abgetasteten Videosignalen aus verschachtelt abgetasteten Videosignalen und zum Liefern der nicht-verschachtelt abgetasteten Videosignale an einen Datenkomprimierer auf Vollbildbasis, enthaltend:

eine Quelle (40) von verschachtelt abgetasteten Signalen für die Chrominanzkomponente, die als jeweilige Folgen von Daten für ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder auftreten, gekennzeichnet durch:

Mittel (41, 42), die exklusiv auf die Daten für die Chrominanzkomponente der ungeradzahligen Halbbilder ansprechen und exklusiv auf die Daten für die Chrominanzkomponente der geradzahligen Halbbilder ansprechen, zur Interpolation der Daten für die Chrominanzkomponente, um jeweilige Daten für die Chrominanzkomponente für ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder zu liefern, die wenigstens vertikal unterabgetastet sind, und mit den Interpolationsmitteln verbundene Mittel (43, 44) zum Liefern verschachtelter Halbbilder von interpolierten/unterabgetasteten Daten für die Chrominanzkomponente für ungeradzahlige und geradzahlige Halbbilder an den Daten-Komprimierer auf Vollbildbasis.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die auf die gegenseitig exklusiven Daten für die Chrominanzkomponente für ungeradzahlige oder geradzahlige Halbbilder ansprechenden Mittel (41, 42) zur Interpolation der Daten für die Chrominanzkomponente zum Bilden von Daten für die Chrominanzkomponente, die wenigstens vertikal unterabgetastet sind, weiterhin Mittel (12, 16, 22-24) für die horizontale Interpolation und Unterabtastung der Daten für die Chrominanzkomponente enthalten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mittel (41, 42) für die Interpolation die Abtastwerte von aufeinanderfolgenden Halbbildzeilen in einem Verhältnis von drei zu eins kombinieren und aufeinanderfolgende horizontale Abtastwerte in dem Verhältnis von eins zu eins kombinieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Mittel (41, 42) für die Interpolation die Abtastwerte von aufeinanderfolgenden Halbbildzeilen in einem Verhältnis von eins zu eins kombinieren und aufeinanderfolgende horizontale Abtastwerte in dem Verhältnis von eins zu eins kombinieren.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Mittel (41, 42), die auf die gegenseitig exklusiven ungeradzahligen oder geradzahligen Halbbilder von Daten für die Chrominanzkomponente zur Interpolation der Daten für die Chrominanzkomponente zum Bilden von Daten für die Chrominanzkomponente ansprechen, die wenigstens vertikal unterabgetastet sind, Mittel zur horizontalen Interpolation (22, 30-34) der Daten für die Chrominanzkomponente zum Unterabtasten (23) der horizontal interpolierten Daten für die Chrominazkomponente enthalten, um einen horizontalen Pixelwert für reine Pixelwerte für jede Zeile der ungeradzahligen Halbbilder zu erzeugen, und Mittel zur horizontalen Interpolation (22, 30-34) der Daten für die Chrominanzkomponente und zum Unterabtasten (23) der horizontal interpolierten Daten für die Chrominanzkomponente, um einen horizontalen Pixelwert für vier rohe Pixelwerte für jede Zeile der geradzahligen Halbbilder zu erzeugen, und wobei die Pixel der unterabgetasteten, geradzahligen Halbbilder dazwischen unterabgetastete Pixel für ungeradzahlige Halbbilder sind.

7. Vorrichtung zur Dekomprimierung und Nachverarbeitung von Videosignal- Daten, die gemäß Anspruch 1 oder 2 auf einer Basis Halbbild für Halbbild vorverarbeitet und komprimiert wurden, enthaltend:

einen Dekomprimierer (50), der auf einer Volibildbasis arbeitet, zum Liefern von Vollbildern mit dekomprimierten Videodaten, und

lnterpolationsmittel (51-56), die mit dem Dekomprimierer verbunden sind und auf die dekomprimierten Chrominanz-Videodaten ansprechen, die gegenseitig exklusiven Halbbildern der Vollbilder der dekomprimierten Videodaten entsprechen, zum Erzeugen von Bildsignal-Vollbildern mit Videodaten, wobei die lnterpolationsmittel eine Schaltung (57, 58) zum Hochkonvertieren/Expandieren der Halbbildzeilen der Chrominanz-Videodaten enthalten, um das Bildsignal mit einer größeren wirksamen Auflösung zu liefern.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die dekomprimierten Videodaten Daten für die Luminanzkomponente und Daten für die Chrominanzkomponente enthalten, die Daten für die Chrominanzkomponente den lnterpolationsmitteln zugeführt werden, und die Vorrichtung außerdem enthält:

Mittel (59) zum Kombinieren ungeradzahliger Halbbilder der Vollbilder mit Videodaten, die durch die Interpolationsmittel erzeugt wurden, mit entsprechenden ungeradzahligen Halbbildern mit Daten für die Luminanzkomponente und zum Kombinieren geradzahliger Halbbilder der Vollbilder mit Videodaten, die durch die lnterpolationsmittel erzeugt wurden, mit entprechenden geradzahligen Halbbildern mit Daten für die Luminanzkomponente

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei Mittel (59) zum Kombinieren Matrixiermittel zum Erzeugen von roten, blauen und grünen Farbsignalen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die lnterpolationsmittel (55-58) Mittel zum Kobinieren von Chrominanzdaten aus aufeinanderfolgenden horizontalen Zeilen der dekomprimierten Daten in einem Verhältnis von eins zu acht enthalten, um alternierende, hochkonvertierte Zeilen zu erzeugen, und zum Kombinieren der Chrominanzdaten aus den aufeinanderfolgenden horizontalen Zeilen der dekomprimierten Daten in einem Verhältnis von drei zu fünf, um verschachtelte, hochkonvertierte Zeilen zu erzeugen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die lnterpolationsmittel (55-58) Mittel (104) zum abwechselnden Liefern von horizontal interpolierten Pixeldaten und dekomprimierten Pixeldaten enthalten, um horizontal hochkonvertierte Pixeldaten zu erzeugen, und Mittel enthalten für eine vertikale Hochkonvertierung der horizontal hochkonvertierten Pixeldaten.