DE69628082T2

DE69628082T2 - Universeller Umsetzer für Videoformatabtastrate

Info

Publication number: DE69628082T2
Application number: DE69628082T
Authority: DE
Inventors: Clarence Joon-Young Hau; Kevin John Stec
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: DE69628082D1; JPH08275122A; EP0735755A2; EP0735755A3; JP3917210B2; EP0735755B1; US5528301A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine digitale Abtastratenveränderung und insbesondere ein digitales Abtastratenveränderungssystem zum Umwandeln von einem Video/Fernsehformat in ein anderes Video/Fernsehformat.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es gibt zahlreiche digitale Standards für Signalabtastraten für Fernsehen und Video. Zum Beispiel ist eine Abtastrate von 13,5 MHz kompatibel mit dem 4 2 : 2 Component Digital Standard (CCIR 601). Ein Abtasten mit dieser Rate erzeugt 720 aktive Videoabtastungen pro linearisierter Zeile an einer normalen Bildröhre, was auch als normal auflösendes Fernsehen (standard definition television - SDTV) bezeichnet wird. SDTV zeigt 525 Zeilen pro Vollbild im verschachtelten bzw. Interlaced-Verfahren an. Hochauflösendes Fernsehen (high definetion television - HDTV) wurde noch nicht standardisiert, kann aber im Bereich 72 MHz bis 81 MHz abtasten. Der internationale beratende Ausschuss für das Funkwesen (International Radio Consultative Committee - CCIR) hat eine Abtastrate von 1920 Abtastungen (Bildpunkte) pro Zeile für. HDTV vorgeschlagen. Ein HDTV Standard kann 1125 Auflösungszeilen pro Vollbild anzeigen, verglichen mit den 525 Zeilen des normal auflösenden Fernsehens. In Europa bestehen andere Fernsehstandards, wie die D2-MAC, PAL und SECAM Standards und der Breitbildfernsehstandard (Wide Screen Television - WST).
Mit den vielen bestehenden Standards ist es wünschenswert, von einem Standard in einen anderen umwandeln zu können, wie für die Anzeige eines in einem Standardformat an einem Fernsehgerät aufgenommen Fernseh/Videosignals, ausgelegt zum Anzeigen eines anderen Standardformats.
In einigen Beispielen wird dieses als Videogrößenveränderung bezeichnet. Zum Beispiel ermöglicht es die Videogrößenveränderung, einen Spielfilm in voller Länge (Start auf 35 mm, 24 frame film) mit einem 16 zu 9 Seitenverhältnis auf einem NTSC Fernsehgerät ohne die Ausgangsanzeige mit einer "Letter box" anzuzeigen. Im digitalen Bereich erfordert es die Videogrößenveränderung, dass das Eingangssignal in den Abtastraten digital verändert wird.
Digitale Abtastratenveränderung erzeugt eine andere Darstellung des digitalen Eingangssignals durch Berechnen von Punkten des Signals, die nicht unbedingt im ursprünglichen Signal bestanden haben. An Stellen, die vorher keine Abtastungen durch ein Interpolationsverfahren hatten, werden neue Abtastungen erzeugt. Eine flexible Konfiguration des Interpolationsfilters kann eine Video/Fernsehzeile auf eine beliebige Größe verändern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung umfasst ein System und ein Verfahren zum Umwandeln eines Signals von einem Videoformat in ein anderes durch die Aufnahme eines ersten digitalen Eingangssignals mit einer ersten Abtastgröße pro Einheitslänge und einer ersten Bandbreite in ein digitales Ausgangssignal mit einer zweiten Abtastgröße pro Einheitslänge. Das Eingangssignal wird durch eine erste Filtervorrichtung, die das Signal wahlweise in eine kleinere Abtastgröße untersetzt, geführt und gibt ein untersetztes Filterausgangssignal aus. Ein zweiter Filter begrenzt wahlweise die Bandbreite des untersetzten Filterausgangssignals und gibt ein bandbegrenztes Filterausgangssignal aus. Als Nächstes interpoliert ein dritter Filter das bandbegrenzte ausgegebene Filtersignal in ein digitales Ausgangssignal mit der gewünschten Abtastgröße.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Die Erfindung wird mittels eines nichteinschränkenden Beispiels, mit Bezug zu den anhängigen Zeichnungen, beschrieben, in denen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Videogrößenveränderung mit drei Filtern gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm des in Fig. 1 gezeigten Systems zur Videogrößenveränderung mit der Einbeziehung von FIFO Speicherpuffern;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Systems zur Videogrößenveränderung, wobei der Untersetzungsfilter auch eine bandbegrenzende Fähigkeit aufweist und bandbegrenzender Filter und interpolierender Filter in einem einzelnen Block mit einer Rückkopplungsschleife untergebracht sind;
Fig. 4A, 4B und 4C Zeitablaufdiagramme, die zum Beschreiben des Ablaufs der in Fig. 2 gezeigten, beispielhaften Ausführungsform eines Systems zur Videogrößenveränderung gemäß der vorliegenden Erfindung nützlich sind;
Fig. 5A, 5B und 5C Zeitablaufdiagramme, die zum Beschreiben des Ablaufs der in Fig. 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nützlich sind;
Fig. 6A, 6B und 6C Frequenzverlaufskurven für drei verschiedene Untersetzungsfilter, die durch die Faktoren 2, 4 bzw. 8 untersetzen;
Fig. 7A, 7B, 7C, 7D, 7E und 7F Frequenzverlaufskurven entsprechend verschiedener Skalierungsfaktoren im Ablauf der in Fig. 3 dargestellten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Eingangsprozessors für ein System zur Videogrößenveränderung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Blockdiagramm eines Ausgangsprozessors für ein System zur Videogrößenveränderung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren des Ablaufs einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt:

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes System zur Videogrößenveränderung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. System 10 ist ein digitales Filtersystem, das eine digitale Signalinformation gemäß einem Fernseh-/Videosignal als ein Eingangssignal in einem Abtastformat aufnimmt und eine digitale Signalinformation in einem Abtastformat, anders als das eingegebene Signalformat, ausgibt. System 10 ist ein eindimensionales Filtersystem, das entweder horizontale oder vertikale Eingangssignale bearbeiten kann. Für die hier beschriebenen Ausführungsformen wird die eingegebene Signalinformation als horizontal beschrieben, d. h., eine spezielle Anzahl von Abtastungen pro linearisierter Zeile der Fernseh- /Videosignalinformation. Obwohl unter dem Aspekt einer horizontalen Signalinformation beschrieben, ist die Erfindung, wie sie durch die hier beschriebenen Ausführungsformen veranschaulicht wird, gleichfalls auf die Videogrößenveränderung einer vertikalen Signalinformation anwendbar. Für eine solche Anwendung werden aufeinander folgende Abtastungen, die vertikale Spalten darstellen, auf den Filter an Stelle der horizontalen Zeileninformation angewandt.
System 10 ist nicht für eine spezifische Formatumwandlung einer Videogrößenveränderung ausgelegt, sondern ist eher als eine flexible Interpolationsfilterstruktur, die jedes Videozeilenformat auf eine beliebige Größe verändern kann, ausgelegt. Die Größenveränderung im digitalen Bereich wird ohne die Umwandlung von digitalen Signalen in analoge Signale für die Verarbeitung ausgeführt.
Videogrößenveränderung gemäß der vorliegenden Erfindung wird in drei Gebiete oder Umwandlungsbereiche unterteilt. Das Erste ist die Abtastratenerhöhung" in der die eingegebene digitale Abtastung in ein digitales Abtastformat mit einer höheren Abtastrate umgewandelt wird. Ein Beispiel geht von einem normal auflösenden Fernsehen (d. h. 720 Abtastungen pro Zeile) zum hochauflösenden Fernsehen (d. h. 1920 Abtastungen pro Zeile). Das Zweite ist Abtastratenverringerung, bei der das Verhältnis der Abtastungen pro Zeile der eingegebenen Signalinformation zu den gewünschten Abtastungen pro Zeile der ausgegebenen Signalinformation größer ist als 0,5 und kleiner als 1,0. Ein Beispiel der Abtastratenverringerung ist das Umwandeln vom Breitbildfernsehen (16 zu 9 Seitenverhältnis mit 960 Abtastungen pro Zeile) zum normal auflösenden Fernsehen (4 zu 3 Seitenverhältnis d. h. 720 Abtastungen pro Zeile). Das dritte Gebiet ist schließlich das Untersetzen, bei dem das Verhältnis vom eingegebenen zum ausgegebenen Abtastformat kleiner oder gleich 0,5 ist. Ein Beispiel für das Untersetzen ist das Umwandeln vom hochauflösenden Fernsehen (d. h. 1920 Abtastungen pro Zeile) zum normal auflösenden Fernsehen (d. h. 720 Abtastungen pro Zeile).
System 10 umfasst 3 Filter. Die drei Filter bestehen aus Untersetzungsfilter 12, Bandbegrenzungsfilter 14 und Interpolationsfilter 18. Untersetzungsfilter 12 und Bandbegrenzungsfilter 14 können auf einem einzelnen Chip mit integriertem Schaltkreis zusammengesetzt sein, dargestellt als Block 16. Vor dem Untersetzen kann eine zusätzliche Bandbegrenzung erfolgen.
Im Modus für die Abtastratenerhöhung filtern Untersetzungsfilter 12 und Bandbegrenzungsfilter 14 die eingegebenen Daten nicht, sie arbeiten stattdessen als Allpass-Filter. Dieses geschieht, weil der Interpolationsfilter 18 für die Abtastratenerhöhung der eingegebenen Daten in ein höheres Abtastformat, ohne die Notwendigkeit der Bandbegrenzung, ausreichend ist. Interpolationsfilter 18 kann dann programmiert werden, um die durch das höhere ausgegebene Abtastratenformat erforderlichen zusätzlichen Abtastungen zu erzeugen.
Im Modus für die Abtastratenverringerung filtert der Untersetzungsfilter 12 die eingegebenen Abtastdaten nicht (d. h. er wirkt als ein Allpass-Filter), weil die Bandbreite der höheren eingegebenen Abtastdaten nicht zu hoch ist für das niedrigere Abtastratenformat. Wenn ein digitales Signal in den Abtastraten einfach ohne Bandbegrenzung verringert wird, wird das Ergebnis verfälscht. Daher ist es notwendig, das Eingangssignal vor der Abtastratenverringerung im Band zu begrenzen. Folglich dient der Bandbegrenzungsfilter 14 dazu, die Bandbreite des Einganssignals vor der Abtastratenverringerung durch den Interpolationsfilter 18 zu reduzieren.
Bandbegrenzungsfilter 14 kann ein Filter ohne Signalrückführung (Finite Impulse Response - FIR) sein, der zwischen einer Reihe von Filterkoeffizienten, die durch einen Skalierungsfaktor bestimmt werden, auswählen kann. Der Skalierungsfaktor ist das Verhältnis von der eingegebenen Abtastrate zur ausgegebenen Abtastrate. Bandbegrenzungsfilter 14 verringert die Bandbreite des Eingangssignals genügend, um zu verhindern, dass ein Aliasing im Interpolationsfilter 18 stattfindet.
Der dritte Modus erfordert die Untersetzung. Wenn der Skalierungsfaktor kleiner als 0,5 ist, kann die Qualität der Umwandlung vom höheren eingegebenen Abtastratenformat zum niedrigeren eingegebenen Abtastratenformat nachteilig beeinflusst werden, weil der Bandbegrenzungsfilter 14 die Bandbreite vor der Interpolation möglicherweise nicht genügend verringern kann. Wenn der Skalierungsfaktor kleiner als 0,5 ist, untersetzt der Untersetzungsfilter 12 in einer beispielhaften Ausführungsform die Eingangsdaten durch eine ganzzahlige Größe. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Untersetzungsfilter 12 zum Beispiel aus einem Harris HSP 43168 Integrierten Schaltkreis bestehen. Dieser besondere Untersetzungsfilter untersetzt die Eingangsdaten durch einen Faktor von 2, 4 oder 8. Weitere Untersetzungen befinden sich detailliert in der Beschreibung der Erfindung, indem sie einen anderen integrierten Schaltkreis und/ oder zusätzliche Schaltkreistechnik erfordern, wie für Fachleute verständlich werden wird. Zum Beispiel könnten zwei Harris HSP 43168 Chips in Reihe verwendet werden, um die Untersetzungsfaktoren zu erhöhen. Mit Bezug zurück auf das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann die eingegebene Abtastung vor dem Eingeben in den Bandbegrenzungsfilter 14 durch 1/2, 1/4 oder 1/8 seiner ursprünglichen Abtastrate untersetzt werden, um die Bandbreite weiter zu verringern. Der Harris Filter kann außerdem einfache FIR Operationen durchführen, um eine Bandbegrenzung für die Modi der Abtastratenerhöhung und Abtastratenverringerung zu bewirken, dabei als kombinierter Untersetzungsfilter und Bandbegrenzungsfilter 16 wirkend.
Wenn ein Eingangssignal mit einer Abtastrate von 1920 Abtastungen pro Zeile in seiner Größe in ein SDTV Abtastformat von 720 Abtastungen pro Zeile verändert werden sollte, würde der Untersetzungsmodus (Modus 3) für System 10 erforderlich sein. Das Eingangssignal von 1920 Abtastungen pro Zeile gelangt in den Untersetzungsfilter 12, in dem eine Untersetzung von 1/2 (Untersetzungsfaktor von 2) stattfindet. Das führt dazu, dass jede zweite Abtastung ausgeschaltet wird, d. h. nur die Hälfte der Signale des Eingangssignals werden verwendet. Zwei ist die größte Ganzzahl, durch die 1920 geteilt werden kann und ein Ergebnis erbringt, das größer oder gleich der gewünschten Ausgangsabtastrate von 720 ist. Das untersetzte Signal von 960 Abtastraten gelangt dann in den Bandbegrenzungsfilter 14, in dem die Bandbreite des Signals verringert wird. Das um 960 Abtastratensignale verringerte Bandbreitensignal gelangt dann in den Interpolationsfilter 18, wo eine in der Größe verringernde Interpolation stattfindet, die die 960 Abtastraten in 720 Abtastraten umwandelt. Die 720 Abtastraten werden dann vom Interpolationsfilter 18 ausgegeben.
In Fig. 2 wird ein System zur Videogrößenveränderung 20 dargestellt. Das System zur Videogrößenveränderung 20 nimmt die drei Filterkomponenten des Systems 10 und fügt einen FIFO-Speicherpuffer 22 zwischen dem Untersetzungsfilter 12 und dem Bandbegrenzungsfilter 14 und einen FIFO-Speicherpuffer 24 zwischen dem Bandbegrenzungsfilter 14 und dem Interpolationsfilter 18 hinzu. Die FIFO-Speicher 22 und 24 sind Zeilenpuffer (zuerst rein zuerst raus Speicherschaltungen). FIFOs 22 und 24 halten die Daten vor dem Eintritt in die nächste Schaltungsphase. Zum Beispiel schreibt der Untersetzungsfilter 12 im Untersetzungsmodus mit einem Skalierungsfaktor von 2 jeden zweiten Abtastwert in den FIFO 22. Der Bandbegrenzungsfilter 14 liest dann jeden Abtastwert aus dem FIFO 22 aus (960 Abtastwerte insgesamt), wenn er seine Bandbegrenzungsoperationen durchführt. Ohne FIFO 22 würde der Bandbegrenzungsfilter 14 auf jeden zweiten eingegebenen Abtastwert (bei einem angenommenen Untersetzungsfaktor von 2) ansprechen, was erfordert, dass der Bandbegrenzungsfilter 14 seine Operation ständig anhält und beginnt. FIFO 22 ermöglicht eine konstante Arbeitsweise des Bandbegrenzungsfilters 14.
Eine Beispieloperation von System 20, dargestellt durch drei Linien durch die oben beschriebenen drei Modi, wird in den Fig. 4A, 4B und 4C gezeigt.
Fig. 4A zeigt System 20, das im Modus der Abtastratenerhöhung arbeitet. Die Arbeitsweise von Untersetzungsfilter 12, Bandbegrenzungsfilter 14 und Interpolationsfilter 18 werden in zeitlicher Abfolge gegen einen horizontalen Gleichlaufimpuls H gezeigt. Wenn die erste Zeile der eingegebenen Daten in den Untersetzungsfilter 12 von System 20 gelangt, wirkt Untersetzungsfilter 12 als ein Allpass-Filter, während Bandbegrenzungsfilter 14 und Interpolationsfilter 18 inaktiv sind, weil bisher noch keine Daten diese Filter erreicht haben. Während des zweiten Zyklus wirken sowohl Untersetzungsfilter 12 als auch Bandbegrenzungsfilter 14 als Allpass-Filter, wobei Interpolationsfilter 18 noch inaktiv ist. Während des dritten Zyklus wirken Untersetzungsfilter 12 und Bandbegrenzungsfilter 14 noch als Allpass-Filter, wobei der Interpolationsfilter 18 die eingegebenen Daten entsprechend der ersten Zeile der Videoinformation interpoliert. Während des vierten Zyklus wirken Untersetzungsfilter 12 und Bandbegrenzungsfilter 14 als Allpass-Filfer und Interpolationsfilter 18 interpoliert die zweite Zeile der Videoinformation. Dieses setzt sich für jede in das System 20 eingegebene Zeile der Videoinformation fort.
In Fig. 4B ist der Modus der Abtastratenverringerung des Ablaufs von System 20 in Zeitlinienformat dargestellt. Während des ersten Zyklus des Gleichlaufimpulses wirkt der Untersetzungsfilter 12 als ein Allpass-Filter, wobei Bandbegrenzungsfilter 14 und Interpolationsfilter 18 inaktiv sind. Während des zweiten Zyklus wirkt der Untersetzungsfilter 12 als ein Allpass-Filter, wobei Bandbegrenzungsfilter 14 die erste Zeile der Information im Band begrenzt. Interpolationsfilter 18 ist während dieses zweiten Zyklus noch inaktiv. Während des dritten Zyklus wirkt der Untersetzungsfilter 12 noch als ein Allpass-Filter, wobei Bandbegrenzungsfilter 14 die Bandbreite der zweiten Zeile der Daten begrenzt. Die Daten für Zeile Eins haben jetzt den Interpolationsfilter 18 erreicht, in dem die Interpolation für die Abtastratenverringerung stattfindet. Während des vierten Zyklus wirkt Untersetzungsfilter 12 als ein Allpass-Filter, wobei Bandbegrenzungsfilter 14 die Bandbreite der dritten Zeile der eingegebenen Daten begrenzt. Interpolationsfilter 18 interpoliert die interpolierende zweite Zeile der eingegebenen Daten.
Fig. 4C stellt den Ablauf des Untersetzungsmodus von System 20 im Zeitlinienformat dar. Während des ersten Zyklus untersetzt der Untersetzungsfilter 12 die Information der Zeile Eins. Bei Bedingungen von 1920 Abtastungen zu einer endgültigen Ausgabe von 720 Abtastungen wird ein Skalierungsfaktor von 2 verwendet, um die Eingangsabtastungen zu halbieren. Während des ersten horizontalen Zeilenintervalls sind Bandbegrenzungsfilter 14 und Interpolationsfilter 18 inaktiv. Im zweiten Zeilenintervall untersetzt der Untersetzungsfilter 12 die zweite Zeile der Information. Bandbegrenzungsfilter 14 bandbegrenzt die erste Zeile der Information während der ersten Hälfte des Zeilenintervalls und ist während der zweiten Hälfte inaktiv. Bandbegrenzungsfilter 14 arbeitet nur während einer Hälfte des horizontalen Zeilenintervalls weil nach der Untersetzung nur eine Hälfte des ursprünglichen Eingangssignals vorhanden ist. Auch Interpolationsfilter 18 arbeitet nur während einer Hälfte des horizontalen Zeilenintervalls. Im dritten horizontalen Zeilenintervall untersetzt der Untersetzungsfilter 12 die dritte Zeile der eingegebenen Daten, während Bandbegrenzungsfilter 14 die Bandbreite der zweiten Zeile während der Hälfte des horizontalen Zeilenintervalls begrenzt. Interpolationsfilter 18 interpoliert die zweite Zeile der eingegebenen Daten während der Hälfte des horizontalen Zeilenintervalls. Eine ähnliche Gruppe von Abläufen findet während des vierten und der folgenden horizontalen Zeilenintervalle statt.
Es ist außerdem möglich, den Filter in verschiedenen Taktfrequenzen laufen zu lassen. Zum Beispiel kann der Untersetzungsfilter 12 in einer ersten Taktfrequenz arbeiten, während Bandbegrenzungsfilter 14 in der halben Taktfrequenz von Untersetzungsfilter 12 arbeitet. Auf diese Weise wird in FIFO 22 mit schneller Geschwindigkeit geschrieben und daraus mit geringerer Geschwindigkeit gelesen. Wenn Untersetzungsfilter 12 die Daten hält, dann würde der Datenfluss konstant erscheinen (d. h. keine Zeitspanne von Inaktivität).
Fig. 3 zeigt ein System zur Videogrößenveränderung 30. Das System zur Videogrößenveränderung 30 ist ein zusätzliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem Untersetzungsfilter 12 auch die Möglichkeit der Bandbegrenzung einschließt und Bandbegrenzungsfilter 14 und Interpolationsfilter 18 auf einem einzelnen Halbleiterchip 26 zusammengefügt sind. Eine Rückkopplungsstrecke 28 führt die Daten nach dem Bandbegrenzungsvorgang zu einem Eingang y zurück, um den Interpolationsvorgang durchzuführen. Nach der Interpolation kann ein zusätzlicher FIFO 32 im Interpolationsschaltkreis 26 arbeiten. FIFO 32 würde mit Daten entsprechend der stattfindenden Interpolation geladen werden.
Zur Steuerung der im System 30 enthaltenen Filter wird ein mit dem System 30 verbundener Computer 34 gezeigt. Der Computer 34 besteht aus einem Mikroprozessor, einer Tastatur, einer Anzeige, einer Speichervorrichtung und Eingangs-/Ausgangshardware (I/0) für die Verbindung zum System 30.
Fig. 5A, 5B und 5C stellen den Ablauf im Modus der Abtastratenerhöhung, Abtastratenverringerung und Untersetzung von System 30 dar. In Fig. 5A wirkt Untersetzungsfilter 12 als ein Allpass-Filter für alle horizontalen Zeilen des Bildes. Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 ist während des ersten horizontalen Zeilenintervalls inaktiv. Während des zweiten und der folgenden Zeilenintervalle interpoliert Filter 26 die vorherige Zeile, die durch den Filter 12 gelangt ist.
Fig. 5B stellt den Ablauf im Modus der Abtastratenverringerung von System 30 dar. Im Modus der Abtastratenverringerung wirkt Filter 12 während jedes horizontalen Zeilenintervalls als ein Bandbegrenzungsfilter. Während des ersten horizontalen Zeilenintervalls ist Filter 26 inaktiv. Während des zweiten und der folgenden Zeilenintervalle interpoliert Filter 26 die vorher eingegebene Zeile, welche die Bandbegrenzung während des vorherigen Zeilenintervalls durchlaufen hat.
In Fig. 5C ist der Ablauf im Untersetzungsmodus von System 30 dargestellt. Während jedes horizontalen Zeilenintervalls untersetzt Filter 12 die gegenwärtige Eingangszeile. Während des ersten Zeilenintervalls ist Filter 26 inaktiv. Während des zweiten und der folgenden Zeilenintervalle führt Filter 26 eine bandbegrenzende Operation des Signals aus, das im vorherigen Zeilenintervall untersetzt wurde. Während der zweiten Hälfte des Zeilenintervalls führt Filter 26 seine Interpolationsoperation aus.
Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 ist ein Gennum GF 90101 Filter in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Filter ist ein mehrphasiger FIR Filterchip, der sowohl interpolieren als auch einfach FIR filtern kann. Dieser Chip hat einen dualen Eingangsanschluss mit der Fähigkeit der Mehrfachnutzung, die zwei gleichzeitige Filteroperationen (d. h. Untersetzungsmodus) berücksichtigt. Im Untersetzungsmodus untersetzt Filter 12 von System 30 die eingegebenen Daten, wobei weniger als die Hälfte der eingegebenen Daten zurückgelassen werden, um zum Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 geführt zu werden. Filter 26 hat damit genügend Zeit, seine Bandbegrenzungsoperation und seine Interpolationsoperation gleichzeitig auszuführen.
Sowohl Untersetzungsfilter 12 als auch Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 von System 30 enthalten getrennte Speicherbänke mit auswählbaren Filterkoeffizienten in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Untersetzungsfilter 12 weist einen Speicher auf, der aus 32 Speicherstellen mit jeweils 8 Abgriffen besteht. Speicherstelle 0219 enthält die Abgriffe für die Untersetzungsfilter, während die Stellen 20-31 die Abgriffe für die Bandbegrenzungsfilter enthalten. Verwendet man den Harris Halbleiterchip in einer beispielhaften Ausführungsform, kann Filter 12 eine Konfiguration zum Filtern der Faltenbildung verwenden. Obwohl er nur aus 8 Abgriffen besteht, ist es möglich, einen Filter mit 15 Abgriffen auszuführen. Damit stellen die im Speicher aufgenommenen Abgriffwerte nur die Hälfte des vollständigen Filters dar (das begrenzt diese Verwendung von Harris Schaltkreisen auf Vorrichtungen, in denen symmetrische Filter verwendet werden können).
Die Filterlänge, die für den Untersetzungsmodus verwendet wird, ist länger als für einfache FIR Filter. Untersetzt man zum Beispiel durch einen Faktor von 2, wird ein Filter mit 31 Abgriffen verwendet. Das erfordert 2 getrennte Speicherplätze für jeden Abgriff. Untersetzt man durch einen Faktor von 4, wird ein Filter mit 63 Abgriffen verwendet, was 4 getrennte Speicherplätze für jeden Abgriff erfordert. Untersetzt man durch einen Faktor von acht, wird ein Filter mit 127 Abgriffen mit acht Speicherplätzen pro Abgriff verwendet.

TABELLE 1

Speicherinhalte von Untersetzungsfilter 12 für System 30

Speicherplatz(plätze) Filter
0, 1 Horizontale 2 : 1 Untersetzung
2, 3 Vertikale 2 : 1 Untersetzung
4, 5, 6, 7 Horizontale 4 : 1 Untersetzung
8, 9, 10, 11 Vertikale 4 : 1 Untersetzung
12 bis 19 Horizontale und Vertikale 8 : 1 Untersetzung
20 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #2
21 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #3
22 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #4
23 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #5
24 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #6
25 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #2
26 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #3
27 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #4
28 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #5
29 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #6
30 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #1
31 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #1
Der Speicher für Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 in einer beispielhaften Ausführungsform, der einen Gennum GF 9101 Chip verwendet, weist eine Kapazität von 108 Speicherplätzen mit 12 Abgriffen pro Speicherplatz auf. Speicherplätze 0-95 enthalten Interpolationsfilter, die nicht mit Software modifiziert werden können. Die Bandbegrenzungsfilter, die im Untersetzungsmodus verwendet werden, werden in den Speicherplätzen 96-107 gehalten. Die folgende Tabelle ist eine Auflistung der Speicherinhalte von Bandbegrenzungs-/ Interpolationsfilter 26.

TABELLE 2

Speicherinhalte von Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 von System 30

Speicherplatz(plätze) Filter
0 bis 95 Interpolationsfilter
96 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #1
97 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #2
98 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #3
99 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #44
100 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #5
101 Horizontaler Bandbegrenzungsfilter #6
102 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #9
103 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #2
104 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #3
105 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #4
106 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #5
107 Vertikaler Bandbegrenzungsfilter #6
In einer beispielhaften Ausführungsform wurden die Betriebsmodi von System 30 über sechs unterschiedliche Filtermerkmale aufgeteilt. Diese Filtermerkmale werden in der folgenden Tabelle gezeigt.

TABELLE 3

Filterauswahltabelle für System 30

Skalierungsfaktor Bandbegrenzungsfilter
> = 1, 0 Horizontaler 1 Vertikaler Filter #1
< = 1, 0 und > 11/12 Horizontaler/Vertikaler Filter #2
< = 11/12 und > 5/6 Horizontaler/Vertikaler Filter #3
< = 5/6 und > 3/4 Horizontaler/Vertikaler Filter #4
< = 3/4 und > 2/3 Horizontaler/Vertikaler Filter #5
< = 2/3 und > 0,5 Horizontaler 1 Vertikaler Filter #6
Wenn zum Beispiel die Anzahl der aktiven, eingegebenen Abtastraten 1920 beträgt, (d. h. für Interlaced-HDTV) und die Anzahl der gewünschten aktiven, ausgegebenen Abtastraten beträgt 1280 (d. h. für progressives HDTV) wird der Skalierungsfaktor als 1280 ÷ 1920 = 2/3 berechnet. Von der obigen Tabelle ist zu sehen, dass diese Umwandlung den Horizontalen/Vertikalen Filter #6 als den Bandbegrenzungsfilterteil des Untersetzungsfilters 12 von System 30 erfordert.
Wenn im Untersetzungsmodus operiert wird, untersetzt Filter 12 durch einen Faktor von 2, wenn der Skalierungsfaktor > 0,25 und < = 0,5 ist. Wenn der Skalierungsfaktor > 0,125 und < = 0,25 ist, untersetzt Untersetzungsfilter 12 durch einen Faktor von 4. Wenn letztendlich der Skalierungsfaktor kleiner oder gleich 0,125 ist, untersetzt Untersetzungsfilter 12 durch einen Faktor von 8.
Wenn im Untersetzungsmodus operiert wird, arbeitet der Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 in seinem Bandbegrenzungsmodus. Der besondere zu verwendende Bandbegrenzungsfilter, wird unter Berücksichtigung jeglicher Untersetzung, die vor der Bandbegrenzung stattfindet, ausgewählt. Kommt man zum Beispiel vom hochauflösenden Fernsehen zum normal auflösenden Fernsehen, beträgt der Skalierungsfaktor 720 ÷ 1920 = 0,375. Da der Skalierungsfaktor < 0,5 ist, arbeitet System 30 im Untersetzungsmodus. Sobald Untersetzungsfilter 12 die eingegebenen Daten durch einen Faktor von 2 untersetzt hat, werden 960 Abtastungen bereitgestellt, zuerst zum FIFO 22 und dann zum Bandbegrenzungs-/ Interpolationsfilter 26. Filter 26 bandbegrenzt die Signalauflösung von 960 Abtastungen auf 720 Abtastungen. Der Skalierungsfaktor für Filter B wird dann 720 ÷ 960 = 0,75. Verwendet man die obige Tabelle, führt ein Skalierungsfaktor von 0,75 zur Verwendung von Bandbegrenzungsfilter #5 von Filter 26. Damit ist der Skalierungsfaktor für den Untersetzungsfilter 12 anders als der von Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26.
In Fig. 6A, 6B und 6C werden Beispiele von Filterreaktionskurven für den im System 30 gezeigten Untersetzungsfilter 12 gezeigt. In jeder dieser Figuren gleicht fn einer Nyquist Frequenz. Fig. 6A zeigt die Filterreaktion während einer 2 : 1 Untersetzung. Fig. 6B zeigt die Filterreaktion während einer 4 : 1 Untersetzung. Fig. 6C zeigt die Filterreaktion während einer 8 : 1 Untersetzung.
In Fig. 7A-7F werden Beispiele von Filterreaktionskurven gezeigt, die den im System 30 verwendeten Bandbegrenzungsfilter 26 darstellen. fig. 7A-7F entsprechen den Filtern 1 bis 6, die in der oben beschriebenen Tabelle 3 aufgelistet sind.
Mit Bezug zu Fig. 7A führt zum Beispiel ein Skalierungsfaktor größer oder gleich 1 zu den in Fig. 7A gezeigten Merkmalen der Allpassfrequenzreaktion, wenn der horizontale/vertikale Filter Nr. 1 verwendet wird. Ähnlich wird mit Bezug auf Fig. 7B ein Filterreaktionsmerkmal gezeigt, der einen horizontalen/vertikalen Filters Nr. 2 verwendet, wenn der Skalierungsfaktor kleiner oder gleich 1,0 und größer als 11/12 ist. Die übrigen Fig. 7C-7F entsprechen den Frequenzmerkmalen, auf die jeweils die horizontalen/vertikalen Filter Nr. 3-6 angewandt werden.
Betrachtet man einem SDTV Interlaced-Ausgang, ist die aktive vertikale Größe gleich der Anzahl von aktiven Zeilen im Vollbild. Wenn es in ein SDTV Interlace-Format umwandelt, erzeugt ein System zur Videogrößenveränderung, wie das System 30, einen progressiven (noninterlaced) Ausgang. Zusätzliche Ausgangsprozessoren (nicht dargestellt) lassen dann jede zweite Zeile aus, um ein Ausgangssignal im Interlaced-Format zu erzeugen.
Im Betrieb sind die in Tabelle 1 und 2 aufgelisteten Filter in einer Computerdatei enthalten, die im Computer 34 (Fig. 3) gespeichert ist. Diese Datei kann zum Beispiel in einer Speichervorrichtung wie einem Festplattenlaufwerk von Personalcomputer 34 enthalten sein. Es können auch andere Speichervorrichtungen anstatt eines Festplattenabtriebes und andere Prozessorvorrichtungen anstatt eines Personalcomputers für diese Zwecke verwendet werden, wie für Fachleute verständlich werden wird. Die Formatsteuereinheit, die ein System zur Videogrößenveränderung, wie System 30, steuert, verwendet diese Datei zum Einrichten der notwendigen Filterkoeffizienten, um die gewünschte Formatumwandlung auszuführen. In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein gesondertes, im Computer 34 gespeichertes Computerprogramm verwendet, um aus der in der ersten Computerdatei enthaltenen Filterinformation eine zweite Computerdatei zu erstellen. Die zweite Computerdatei befindet sich in einer durch System 30 verwendbaren Form.
In einer anderen Ausführungsform kann ein Anwender Filterkoeffizienten wie die Filterkoeffizienten des in Tabelle 4 gezeigten Formats bereitstellen. Das Bereitstellen von Filterkoeffizienten auf diese Weise ermöglicht die Erzeugung von Filtermerkmalen mit Frequenzreaktionskurven, die sich von den in Fig. 6A-6C und 7A-7C unterscheiden.

Tabelle 4

Eingegebenes Dateiformat

Filter (eins pro Zeile) Y/C # vom Abgriff
Filter A Horizontal 2 : 1 Untersetzungsfilter Y 16
Filter A Vertikal 2 : 1 Untersetzungsfilter Y 16
Filter A Horizontal Bandbegrenzungsfilter Y 8
Filter A Vertikal Bandbegrenzungsfilter Y 8
Filter B Horizontal Bandbegrenzungsfilter Y 6
Filter B Vertikal Bandbegrenzungsfilter Y 6
Filter A Horizontal 2 : 1 Untersetzungsfilter C 16
Filter A Vertikal 2 : 1 Untersetzungsfilter C 16
Filter A Horizontal Bandbegrenzungsfilter C 8
Filter A Vertikal Bandbegrenzungsfilter C 8
Filter B Horizontal Bandbegrenzungsfilter C 6
Filter B Vertikal Bandbegrenzungsfilter C 6
Tabelle 4 zeigt die Reihenfolge, in der die in einer beispielhaften Ausführungsform verwendeten Filter in der eingegebenen Datei erscheinen, die von einem Anwender bereitgestellt wurde. Das beispielhafte Format verwendet eine gesonderte Reihe von Filterkoeffizienten für Helligkeit (Y) und Farbwert (C). Damit folgt der C Filter unmittelbar dem Y Filter mit dem identischen Format.
Im Folgenden zusätzliche Beispiele des Ablaufs einer beispielhaften Umwandlung mittels System 30. Das erste Beispiel ist das Umwandeln vom Interlaced-Format mit 1125 Zeilen zum progressiven Format mit 525 Zeilen. Für diese Umwandlung werden die horizontalen Größenkomponenten in den Abtastraten von 1920 Abtastungen pro Zeile auf 720 Abtastungen pro Zeile verringert, während die vertikalen Größenkomponenten in den Abtastraten von 518 Abtastungen pro Spalte auf 484 Abtastungen pro Spalte verringert werden. Der erste Schritt in der Umwandlung ist es, zu bestimmen, welche Filter für die Videogrößenveränderung verwendet werden.
Für die horizontale Größenveränderung wird der Skalierungsfaktor als 720 ÷ 1920 = 0,375 bestimmt. Dementsprechend wird der Untersetzungsfilter 12 im Untersetzungsmodus (Modus 3) mittels eines Untersetzungsfaktors von 2 arbeiten. Der Skalierungsfaktor für den Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 unterscheidet sich vom Skalierungsfaktor für den Untersetzungsfilter 12. Der Skalierungsfaktor für Filter 26 beträgt 720 ÷ 960 = 0,75. Die Differenz ist ein Ergebnis von Filter 26 mit einer Eingabe von 960, die die ursprüngliche Eingabe von 1920 ist, die durch einen Faktor von 2 untersetzt wurde. In diesem Modus sind die notwendigen Filter für die Umwandlung der Horizontale 2 : 1 Untersetzungsfilter für Untersetzungsfilter 12 und der Horizontale/Bandbegrenzungsfilter für Filter 26. Wenn die bandbegrenzende Antwort für Filter 26 ausgelegt wird, sollte Filter 26 die Bandbreite auf weniger als 0,75 der Nyquist Frequenz begrenzen.
Für die vertikale Größenumwandlung beträgt der Skalierungsfaktor 484 ÷ 518 = 0,934. Demzufolge arbeitet Untersetzungsfilter 12 im Bandbegrenzungsmodus. In diesem Modus ist der verwendete Filter der vertikale Bandbegrenzungsfilter für Untersetzungsfilter 12. Der Bandbegrenzungsfilter von Filter 26 ist in diesem Modus nicht notwendig.
Das zweite Beispiel betrifft eine Umwandlung von einem Interlaced- Format mit 1125 Zeilen in ein Interlaced-Format mit 525 Zeilen. Für diese Umwandlung werden die horizontalen Größenkomponenten in den Abtastraten von 1920 Abtastungen pro Zeile auf 720 Abtastungen pro Zeile verringert, während die vertikalen Größenkomponenten in den Abfastraten von 518 Abtastungen pro Spalte auf 484 Abtastungen pro Spalte verringert werden. Die tatsächliche Anzahl von Spalten pro Teilbild, die als der Ausgang erzeugt wurden, beträgt 242. 484 vertikale Spalten pro Vollbild sind erforderlich, weil System 30 einen progressiven Ausgang (noninterlaced) erzeugt. Um, wie zuvor beschrieben, einen Interlaced-Ausgang mittels der vorliegenden Erfindung zu erzeugen, wird jede zweite Zeile gelöscht.
Für dieses zweite Beispiel sind die Filter von Bedeutung identisch mit denen, die im vorherigen Beispiel (1125 interlaced zu 525 progressiven) beschrieben wurden.
Für die dritte Umwandlung wird ein progressives. Format mit 525 Abtastungen pro Zeile in ein Interlaced-Format mit 1125 Abtastungen pro Zeile umgewandelt. Für diese Umwandlung wird die horizontale Größe in den Abtastraten von 720 Abtastungen pro Zeile auf 1920 Abtastungen pro Zeile erhöht, während die vertikale Größe in den Abtastraten von 484 Abtastungen pro Spalte auf 518 Abtastungen pro Spalte erhöht wird. Der Skalierungsfaktor für die horizontale Umwandlung beträgt 1920 ÷ 720 = 2,667. Demzufolge arbeitet Untersetzungsfilter 12 im Bandbegrenzungsmodus während Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 keinerlei Bandbegrenzungsfunktion ausführt. Für die vertikale Umwandlung beträgt der Skalierungsfaktor 518 ÷ 484 = 1,07. In diesem Modus arbeitet Untersetzungsfilter 12 im Bandbegrenzungsmodus, während Filter 26 keinerlei Bandbegrenzungsoperationen ausführt. Für dieses Beispiel werden die horizontalen und vertikalen Untersetzungsfilter 12 Bandbegrenzungsfilter angewandt. Da die Abtastratenerhöhung sowohl in den horizontalen als auch vertikalen Größen durchgeführt wurde, wird eine Bandbegrenzungsoperation nicht benötigt. Demzufolge kann ein Allpass-Filter in die Eingangsdatei eingegeben werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform weist System 30 ein vorderes Ende für die digitale Eingangsverarbeitung und eine rückseitiges Ende für die digitale Ausgangsverarbeitung, wie in Fig. 8 bzw. 9 gezeigt wird.
Der digitale Eingangsprozessor 40 enthält einen parallelen Eingabeblock 42 zum Eingeben von Signalen durch eine parallele Verbindung. Zum Beispiel kann ein HDTV Quellsignal in paralleler Form empfangen werden. Der digitale Eingangsprozessor 40 enthält außerdem einen seriellen Eingabeabschnitt zum Empfangen einer digitalen seriellen Eingabe, wie ein SDTV Videosignal mit 270 Mbps oder ein Videosignal eines Breitbild-Standardauflösungsfernsehen (wide screen standard definition TV - WSDTV) mit 360 Mbps oder ein Videosignal eines verbessertes Auflösungsfernsehen (enhanced definition TV - EDTV). Im parallelen Eingabeblock 42 werden ECL Signale auf TTL Ebene zum Verarbeiten umgesetzt. In einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der serielle digitale Eingabeblock 44 einen seriellen Empfänger Gennum GS 9005, ein automatisch abstimmendes Untersystem (GS 9010) und Decoder (GS 9000), um serielle Eingangssignale zu empfangen. Abhängig vom Eingangssignal werden ein oder zwei serielle Verknüpfungen durch den seriellen Eingabeblock 44 verwendet. Der digitalisierte analoge Eingabeblock 46 wird zum Empfangen digitalisierter analoger Signale von einer digital-zu- analog-Platine verwendet. Dieses ist notwendig, wenn zum Beispiel ein analoges HDTV oder analoges EDTV Eingangssignal verwendet wird. Der digitalisierte analoge Eingabeblock 46 verwendet in einer beispielhaften Ausführungsform einen Gennum Decoder (GD 9000). Nach der Eingabe in die digitale Eingabeplatine 40 werden die verschiedenen Komponenten des eingegebenen Signals im Matrixblock 48 und im Gammatabellenblock 49 verarbeitet. Matrixblock 48 wird verwendet, um RGB Quellen in Helligkeit umwandeln, ändert die (R-Y) und (B-Y) Form des Farbunterscheidungssignals, die verwendet wird, wenn Signale in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden. Gammatabelle 49 kann für nicht-lineare Verarbeitung, wie das Ändern einer Gammakurve eines Ausgangsvideos verwendet werden. Gammatabelle 49 kann außerdem verwendet werden, um den Schwarzpegel des Ausgangsvideos durch Hinzufügen oder Abziehen eines feststehenden Versatzes in das Helligkeitssignal zu ändern.
Die Signalverarbeitung wird im Zeilenmultiplexer- (Line Multiplexer - MUX) Block 50 fortgesetzt, in dem Helligkeits- und Farbwertsignale für die parallele Verarbeitung umformatiert werden. Zeilen MUX 50 teilt die geraden und ungeraden Helligkeitssignale in vier Sätze von Zeilen FIFOs, wobei jeder FIFO eine vollständige Helligkeitszeile aufweist. Schließlich wird Ausgangssteuerblock 52 verwendet, um eingegebene Signalquellen mittels eines Zeitbezugssignals zum Steuern des Schreibens von aktiven Daten in die FIFOs von Zeilen MUX Block 52 auszuwählen. Ausgangssteuerung 52 gibt das Signal zum Verarbeiten im System 30 durch Gennum Codierer (GS 90002) aus.
In Fig. 9 wird ein Blockdiagramm vom digitalen Ausgangsprozessor 60 gezeigt. Der digitale Ausgangsprozessor 60 nimmt umgewandelte Ausgangssignale vom System 30 zur Ausgabe an eine Anlage wie einen HDTV Fernseher oder SDTV Fernseher. Der digitale Ausgangsprozessor 60 verwendet eine entsprechende Anzahl von Verarbeitungsblöcken für die Anzahl von durch System 30 ausgegebenen Ausgangszeilen. In diesem Beispiel werden vier Verarbeitungsblöcke 62, 64, 66 und 68 gezeigt. Die Verarbeitungsblöcke 62-68 wandeln den seriellen Eingangsdatenstrom in eine parallele Baugruppe mittels eines Gennum Decoders (GS 9000) um. Verschiedene Teilsignale werden vom parallelen Videodatensignal ausgeblendet, bevor sie an den ECL Abschnitt 70 ausgegeben werden. ECL Abschnitt 70 wandelt die von den Verarbeitungsblöcken 62- 68 ausgegebenen TTL Signale in ECL Signale um. Dann gibt ECL Umwandlungsblock 70 Signale zur Anzeige an eine geeignete Anzeigevorrichtung aus.
In Fig. 10 wird ein Ablaufdiagramm zum Darstellen eines Verfahrens des Ablaufs einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Ablauffolge der beispielhaften Ausführungsform von System 30 wird in Fig. 3 gezeigt.
In Block 72 wird ein Signal eingegeben. Die folgende Bestimmung, ob eine Untersetzung notwendig ist, hängt vom Unterschied zwischen der Abtastauflösung des eingegebenen Signals und dem des endgültigen ausgegebenen Signals ab. Wenn eine Untersetzung notwendig ist, findet die Untersetzung in Block 76 statt. Wenn nicht, wird in Block 78 bestimmt, ob eine Bandbegrenzung notwendig ist. Der Schritt zur Bandbegrenzung hängt von der Bandbreite des Signals vor der Interpolation ab. Wenn die Bandbegrenzung notwendig ist, findet die Bandbegrenzung, wie angezeigt, in Block 80 statt. Der nächste Schritt ist die Interpolation in Block 82. Die Interpolation wird das Ausgangssignal, wie in Block 84 dargestellt, erzeugen. Diesem allgemeinen Verfahren können zusätzliche Schritte hinzugefügt werden, wie mit Bezug zu den vorher beschriebenen Abläufen der Systeme 10, 20 und 30 angezeigt.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem verwendet werden, um das Ausgangsbild mit Zoom- und Panoramaeffekte zu versehen. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die Zoom- und Panoramaberechnungen an einem Computer oder einer eingefügten Steuereinheit, wie dem in Fig. 3 gezeigten Computer 34 durchgeführt und für die Abtastratenveränderung durch System 30 heruntergeladen. Die Zoom- und/oder Panoramainformation kann interaktiv von einem Anwender durch ein Schnittstellenprogramm, wie der grafischen Anwenderschnittstelle von WINDOWSTM, geändert werden. Die vom Anwender eingegebene Zoom- und Panoramainformation, verbunden mit den auch vom Anwender bereitgestellten Eingangs- und Ausgangsformatierungsgrößen, enthalten die Information, die notwendig ist, um die Parameter für Zoom- und/oder Panoramaeffekte zu berechnen, was durch System 30 durchgeführt wird. Tabelle 5 listet die für Zoom- und Panoramaeffekte wichtigen Parameter auf.

TABELLE 5

Zoom- und Panoramainformation

Parameter Beschreibung

Hin eingegebene horizontale Dimensionsgröße (Bildpunkt)
Vin eingegebene vertikale Dimensionsgröße (Bildpunkt)
Hout ausgegebene horizontale Dimensionsgröße (Bildpunkt)
Vout ausgegebene vertikale Dimensionsgröße (Bildpunkt)
zoom Zoomfaktor (reales Zahlenverhältnis)
strx horizontaler Dehnfaktor (reales Zahlenverhältnis)
stry vertikaler Dehnfaktor (reales Zahlenverhältnis)
dx horizontaler Versatz (Bildpunkt)
dy vertikaler Versatz (Bildpunkt)
Der Zoomfaktor wird von einem Anwender eingegeben und entspricht dem Zoomfaktor für die Umwandlung. Zum Beispiel liefert ein Zoomfaktor von 2 einen 2 : 1 Zoom. Die strx und stry Parameter bestimmen die Größe, in der der Zoomfaktor vom Skalierungsfaktor abweicht. Der Skalierungsfaktor ist das Verhältnis vom Format der Ausgangsabtastraten zum Format der Eingangsabtastraten. Dementsprechend werden die horizontalen und vertikalen Skalierungsfaktoren für die Umwandlung zwischen Formaten verschiedener Bildpunktseitenverhältnisse unterschiedlich sein. Die einzelnen horizontalen und vertikalen Skalierungsfaktoren werden als zx (horizontal) und zy (vertikal) bezeichnet. Die dx und dy Parameter sind Werte, die hinsichtlich der Panoramaeffekte angewendet werden. Diese Parameter bestimmen das Maß, in dem der Mittelpunkt des Eingangsbildes vom Mittelpunkt des Ausgangsbildes nach der Umwandlung vom Format der Eingangsabtastraten zum Format der Ausgangsabtastraten abweicht.
In einer beispielhaften Ausführungsform, die den in Fig. 3 gezeigten Bandbegrenzungs-/Interpolationsfilter 26 verwendet, gibt es 96 Phasen in diesem Filter. Daher müssen die Skalierungsfaktoren entsprechend konfiguriert werden.
Die horizontalen und vertikalen Skalierungsfaktoren (zx und zy) müssen das Bildpunktseitenverhältnis (Pixel aspect ratio - PAR) für die eingegebenen bzw. ausgegebenen Abtastratenformate erhalten. Das PAR ist das Verhältnis, im Abstand, zwischen den horizontalen und vertikalen Abmessungen zwischen jedem Pixel und wird durch die Gleichung 1 berechnet.
PAR = (y Größe/ · Größe) * SAR, (1)
wobei SAR = Bildschirmseitenverhältnis
x Größe = Anzahl der aktiven Bildpunkte in einer Zeile, und
y Größe = Anzahl der aktiven Zeilen in einem Vollbild.
Dieses Verhältnis muss bei jeder Umwandlung, die sowohl das Seitenverhältnis (SAR) des eingegebenen Formats als auch das Bildpunktverhältnis erhält, das heißt,
(y Größe neu/x GröBe neu)*SAR ein = (y Größe aus/x Größe aus)SAR aus (2)
enthalten, wobei
der ein Index die Parameter für das Eingabeformat darstellt,
der aus Index die Parameter für das Ausgangsformat darstellt, und
der neu Index die Parameter für den verdeckten Ausgang darstellt.
Diese Beziehung wird angewendet, um die zx und zy Werte zu bestimmen, die benötigt werden, um das Seitenverhältnis zu erhalten. Das heißt, zx und zy sind nicht unabhängig. In einer beispielhaften Ausführungsform kann zx variieren und zy wird von zx berechnet.
yGrößeneu = (SARaus/SARein)* (yGrößeaus/xGrößeaus)*xGrößeneu. (3)
Da zy als ein Verhältnis zwischen der neuen vertikalen Größe und der eingegebenen vertikalen Größe dargestellt ist, kann die Gleichung (3) umgestellt werden, was zur Gleichung (4) führt.
zy = (yGrößeneu/yGrößeein) = (SARaus/SARin)*(yGrößeaus/xGrößeaus)* (xGrößeneu/yGrößeein). (4)
Da hGrößeneu = hGrößeein*zx ist, verringert sich Gleichung (4) zu,
zy = (SARaus/SARein)*
(yGrößeaus/xGrößeaus)*
(xGrößeein/yGrößeein)*zx. (5)
Gleichung (5) zeigt die Beziehung zwischen zx und zy. Daher wird, während der Anwender den Zoomfaktor (von oben) interaktiv verändert, die Gleichung berechnet, um die Seitenverhältnisse (PAR und SAR) zu erhalten. Das heißt, zx nimmt seinen Wert vom Zoomwert und zy wird von Gleichung (5) bestimmt.
Obwohl es normalerweise gewünscht wird, das Bildpunktseitenverhältnis zu erhalten, kann die vorliegende Erfindung eine Flexibilität bieten, um das PAR zu ändern. Um dieses zu erleichtern, werden die strx und stry Faktoren verwendet. Diese Faktoren ermöglichen es dem Anwender, die Skalierung einer einzelnen Größe unabhängig von der anderen zu ändern. Demzufolge hat der Anwender drei Freiheitsgrade für die Skalierung, die durch Zoom, strx und stry dargestellt sind. Zwei zusätzliche Parameter zx* und zy* stellen den horizontalen bzw. vertikalen Skalierungsfaktor nach dem Abgleichen für strx und stry dar.
zx* = zx*strx
zy* = zy*stry (6)
Wenn sowohl strx als auch stry aus Gleichung (6) gleich 1,0 sind, ist zx* = zx, zy* = zy, und die Seitenverhältnisse wird automatisch beibehalten.
Für die Anwenderfreundlichkeit können bestimmte vorberechnete Parametersätze für jede Umwandlung eingeführt werden und sind unten aufgelistet.
Modus Umwandlungsbeschreibung
Fit H eingegebene horizontale Abtastraten werden in den Abtastraten verändert, um sie an den Ausgang anzupassen
Fit V eingegebene vertikale Abtastraten werden in den Abtastraten verändert, um sie an den Ausgang anzupassen
Fit H + V eingegebenes Bild/Halbbild werden in den Abtastraten verändert, um sie an den Ausgang in beiden Größen anzupassen
Im obigen "Fit H" Modus werden die aktiven, eingegebenen horizontalen Abtastraten in den Abtastraten verändert, um sie dem vollen Bereich des Ausgangsformats anzupassen. Damit wird der zx Parameter von einem Verhältnis der Anzahl der aktiven eingegebenen und ausgegebenen horizontalen Abtastraten berechnet.
Das heißt,
zx = (xGrößeaus/xGrößeein) (7)
In diesem Modus wird jede ausgegebene horizontale Zeile mit den abgetasteten Zeilen des Eingangs aufgefüllt. Der vertikale Skalierungsfaktor zy wird von (5) für die Bewahrung des Bildseitenverhältnisses berechnet.
Für den "Fit V" Modus werden die aktiven, eingegebenen vertikalen Zeilen in den Abtastraten verändert, um sie dem vollen Bereich des Ausgangsformats anzupassen. Daher wird der zy Parameter von einem Verhältnis der Anzahl der aktiven eingegebenen und ausgegebenen vertikalen Zeilen berechnet. Das heißt,
zy = (yGrößeaus/yGrößeein) (8)
Alle vorherigen Berechnungen jedoch bezogen die Suche nach einem Wert für zx und die Ableitung zy davon mit ein. Um den gewünschten Wert für zy zu erreichen, wenn man es in eine Gleichung einsetzt, wird ein Ausdruck für zx benötigt.
Von Gleichung (1), ist
xGrößeneu = (SARein/SARaus)
(xGrößeaus/yGrößeaus)yGrößeneu. (9)
Das Teilen beider Seiten durch xGrößenin erbringt,
(xGrößeneu/xGrößeein) = (SARein/SARaus)
(xGrößeaus/yGrößeaus)
(yGrößeneu/xGrößeein) (10)
jedoch ist
yGrößeneu = zyxGrößeein
so dass,
zx = (SARein/SARaus)(xGrößeaus/xGrößeein)
ist. (11)
Der zusammenfassende Modus "Fit H + V" erfordert, dass die vier Ecken der Eingabe direkt in den vier Ecken der Ausgabe abgebildet werden. Dieses könnte möglicherweise zu einer Fehlanpassung des Bildseitenverhältnisses führen (strx < > 1,0 oder stry < > 1,0). Um die notwendigen Faktoren zu erzeugen, wird Gleichung (7) verwendet, um den horizontalen Skalierungsfaktor zx zu berechnen, während zy automatisch von (5) berechnet werden kann. Gleichung 12 wird verwendet, um einen Wert für stry zu finden, der einen Skalierungsfaktor zy* erzeugen wird, um die Anzahl der aktiven eingegebenen Zeilen der Anzahl der aktiven ausgegebenen Zeilen anzupassen. Das heißt,
zy* = stry*zy = (yGrößeaus/yGrößeein) (12)
Den gewünschten Wert für stry erhält man dann von der Gleichung (12),
stry = (yGrößeaus/yGrößeein)/zy (13)
Verbindet man die Gleichungen (5), (7) und (13),
stry = (yGrößeaus/yGrößeein)(SARein/SARaus)(xGrößeaus/Y Größe aus)
(yGrößeein/xGrößeein)
(xGrößeein/xGrößeaus) (14)
was reduziert wird zu,
stry = (SARein/SARaus) (15)
Zusätzlich zu den in Tabelle 5 aufgelisteten Modi kann eine beispielhafte Anwenderschnittstelle mittels WINDOWSTM eine zusätzliche, mit "Vorgabe" markierte Taste enthalten. Diese Ansteuerung wählt, abhängig von der Art der Umwandlung, entweder den "Fit H" oder den "Fit V" Modus. Der Zweck dieser "Vorgabe"-Einstellung ist es, die beste, auf den Unterschieden der Seitenverhältnisse basierenden Anpassung zu finden. Diese "beste Anpassung" wird man wählen, um alle der eingegebenen Bilder am Ausgang zu bewahren. So kann zum Beispiel der "Fit H" Modus in der 16 9 in 4 : 3 Umwandlung verwendet werden, um einen Letterboxausgang zu erzeugen. Für die 4 : 3 in 16 : 9 Umwandlung wird der "Fit V" Modus gewählt. Für Umwandlungen, die das Seitenverhältnis nicht ändern, sind "Fit H" und "Fit V" Modi identisch.
Während spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin offenbart sind, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese Offenbarung zu begrenzen, wobei Änderungen und Modifizierungen im Umfang der folgenden Ansprüche enthalten und verwirklicht werden können.

Claims

1. Video-Format-Umsetzer zum Umwandeln eines ersten digitalen Eingabesignals mit einer ersten Abtastgröße pro Einheitslänge und einer ersten Bandbreite in ein digitales Ausgangssignal mit einer zweiten Abtastgröße pro Einheitslänge mit:

a) einer ersten Filtervorrichtung (12), welche auf ein erstes Steuersignal reagiert zum selektiven Untersetzen des ersten digitalen Eingabesignals gemäß einem ausgewählten aus einer Mehrzahl von Untersetzungsverhältnissen in eine kleinere Abtastgröße und zum Ausgeben eines untersetzten Signals;

b) einer zweiten Filtervorrichtung (14, 26), welche auf ein zweites Steuersignal reagiert, zum selektiven Begrenzen der Bandbreite des untersetzten Signals gemäß einer ausgewählten aus einer Mehrzahl von Filterkennlinien und zum Ausgeben eines bandbegrenzten Signals;

c) einer dritten Filtervorrichtung (18, 26), welche auf ein drittes Steuersignal reagiert, zum Interpolieren und zur Abtastratenerhöhung des bandbegrenzten Signals gemäß einer ausgewählten aus einer Mehrzahl von weiteren Filterkennlinien, um das digitale Ausgangssignals zu erzeugen; und

d) einer Steuervorrichtung (34), welche auf die ersten und zweiten Abtastgrößen pro Einheitslängen-Werte reagiert zum automatischen Erzeugen der ersten, zweiten und dritten Steuersignale.

2. Video-Format-Umsetzer nach Anspruch 1, wobei die erste Filtervorrichtung als ein Allpass-Filter wirkt und das untersetzte Signal ist äquivalent zu dem ersten Eingabesignal.

3. Video-Format-Konverter nach Anspruch 1, wobei die zweite Filtervorrichtung als ein Allpass-Filter wirkt und das bandbegrenzte Signal ist äquivalent zu dem untersetzten Signal.

4. Video-Format-Konverter nach Ansprüch 1, wobei die zweite Filtervorrichtung und die dritte Filtervorrichtung einen Halbleiter-Chip aufweisen, welcher als die erste

Filtervorrichtung arbeitet während eines ersten Taktzyklus und als die dritte Filtervorrichtung arbeitet während eines zweiten taktzyklus.

5. Video-Format-Konverter nach Anspruch 1, weiter aufweisend ein Prozessor-Vorrichtung zum Programmieren von einer oder mehr der ersten, zweiten und dritten Filtervorrichtungen.

6. Video-Format-Konverter nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine erste Speichervorrichtung zum Speichern des untersetzten Signals vor dem Begrenzen der Bandbreite durch die zweite Filtervorrichtung.

7. Video-Format-Konverter nach Anspruch 1, weiter aufweisend eine zweite Speichervorrichtung zum Speichern des bandbegrenzten Signals vor der Umwandlung durch die dritte Filtervorrichtung.

8. Video-Format-Konverter nach Anspruch 1, wobei die dritte Filtervorrichtung das bandbegrenzte Ausgangssignal interpoliert, um das digitale Ausgangssignal zu erzeugen.

9. Verfahren zum Umwandeln eines ersten digitalen Eingabesignals mit einer ersten Abtastgröße pro Einheitslänge und einer ersten Bandbreite in ein digitales Ausgangssignal mit einer zweiten Abtastgröße pro Einheitslänge mit den Schritten:

a) Untersetzen des ersten digitalen Eingabesignals in eine kleinere Abtastgröße gemäß einem ausgewählten aus einer Mehrzahl von Untersetzungsverhältnissen in Reaktion auf ein erstes Steuersignal und Ausgeben eines untersetzten Signals;

b) Begrenzen der Bandbreite des untersetzten Signals gemäß einer ausgewählten aus einer Mehrzahl von Filterkennlinien in Reaktion auf zweites Steuersignal und Ausgeben eines bandbegrenzten Signals;

c) Interpolieren und Durchführen einer Abtastratenerhöhung bei dem bandbegrenzten Signal gemäß einer ausgewählten aus einer Mehrzahl von weiteren Filterkennlinien in Reaktion auf ein drittes Steuersignal, um das digitale Ausgangssignal zu erzeugen; und

d) automatisches Erzeugen der ersten, zweiten und dritten Steuersignale in Reaktion auf die ersten und zweiten Abtastgrößen pro Einheitslänge.