УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ СИГНАЛА ДВИЖЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК H04N5/208 H04N7/12 H04N7/32 

Изобретение относится к системе, обрабатывающей сигналы движения, применяемой в цифровой телевидении, в частности к схеме, выполняющей сглаживание изобразительных сигналов, приходящихся на пограничную область подвижного изображения и неподвижного изображения, путем расширения возможного перехода между названными выше двумя областями, при котором схема реконструирует временно обработанной сигнал движения в пространственно обработанный сигнал движения.

Известно устройство коррекции движения, содержащее детектор сигнала движения, два блока задержки, пространственный фильтр нижних частот, компаратор, расширитель управляющего сигнала, блок временной обработки входного сигнала и смесители.

Недостатком известного устройства является появление помех около движущихся областей, которые сильно снижают качество изображения.

Технический результат повышение качества изображения.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема устройства коррекции сигнала движения; на фиг. 2 блок определения максимума с окном изображения 3х3, на фиг. 3, 4 окна изображения 3х3, приведенные для разъяснения сущности устройства; на фиг. 5 структурная электрическая схема блока опознавания области; на фиг. 6 примерное окно изображения, получаемое с помощью блока опознавания области; на фиг. 7 первая характеристическая кривая блока опознавания области при исполнении процесса клиппирования; на фиг. 8 вторая характеристическая кривая блока опознавания области при исполнении процесса клиппирования; на фиг. 9 диаграмма, иллюстрирующая расширение сигнала изображения в случае использования прямоугольного 3х3 окна изображения; на фиг. 10 диаграмма, иллюстрирующая расширение сигнала изображения в случае использования ромбического 5х5 окна изображения; на фиг. 11 диаграмма, иллюстрирующая рабочую характеристику детектора области.

Устройство коррекции сигнала движения содержит блок 1 кадровой разности, пространственный фильтр 2 нижних частот, блок 3 определения модуля, блок 4 определения максимума, компаратор 5, блок 6 опознавания области, генератор 7 коэффициентов управления, блок 4 определения максимума содержит первый и второй блоки 8, 9 строчной задержки, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки 10, 11, 12, 13, 14, 15 задержки на выбору, блок 16 выбора максимального сигнала, блок 6 опознавания области содержит первый и второй блоки 17, 18 задержки на строку, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой блоки 19, 20, 21, 22, 23, 24 задержки на выборку, сумматор 25.

Устройство коррекции сигнала движения работает следующим образом.

Блок 1 кадровой разности опознает разности сигналов движения между кадрами, которые поступают на пространственный фильтр 2 нижних частот для выделения низкочастотной составляющей из этого сигнала кадровой разности. На выходе пространственного фильтра 2 нижних частот имеются положительные и отрицательные компоненты и этот сигнал преобразуется к абсолютному значению (положительному числу) блока 3 определения модуля. Блок 4 определения максимума, принимающий это абсолютное значение выбирает максимальное значение сигналов, поступающих от М х N окна изображения, чтобы пространственно расширить движение относительно выбранного максимального значения, причем эффект сглаживания определяется в соответствии с выбором формы окна изображения. Как показали эксперименты, прямоугольный и ромбической формы окна изображения обеспечивают хорошее сглаживание даже при сверхвысокочастотных деталях.

Размер и форму окна изображения следует должным образом подобрать. Это объясняется тем, что при неоправданно большом размере окна изображения качество изображения может снизиться по причине излишнего расширения движения.

Поскольку блок 4 определения максимума генерирует на своем выходе пространственно расширенный сигнал, то этот сигнал можно использовать в качестве управляющего движением сигнала для управления мягким переключением непосредственно с помощью генератора 7 коэффициентов управления К значений. Дополнительно выходной сигнал блока 4 определения максимума сравнивается с пороговым значением, которое предварительно задается, компаратором 5. В этот момент, если окажется, что выходной сигнал блока 4 определения максимума больше порогового значения THR, то значение, выбранное блоком 4 определения максимума признается максимальным значением, после чего компаратор 5 создает однобитный сигнал движения. Этот сигнал движения означает что обнаруженное движение относительно временной оси представляет собой сигнальную компоненту, движение которой превышает пороговое значение THR, и этот сигнал представляет собой значение, которое пространственно расширяется посредством блока 4 определения максимума. Следовательно, оказывается возможным использовать этот сигнал движения для осуществления жесткого (аппаратного) переключения.

Блок 6 опознавания области, принимающий однобитный сигнал движения, служит для реконструирования пространственным образом сигнала изображения, а не для расширения сигнала движения. В этом случае реконструкция изображения осуществляется путем обнаружения некоторой новой области движения окна изображения с использованием движения, которое превышает некоторое заданное значение, причем это движение пространственно расширяется блоком 4 определения максимума путем выбора максимального значения окна изображения и пространственного реконструирования движения в соответствии с движением окна изображения. Блок 6 опознавания области вновь обрабатывает сигнал движения, который предварительно скорректирован блоком 4 определения максимума, чтобы определить пространственную корреляцию нового сигнала движения, и это заново определенный сигнал движения поступает на генератор 7 коэффициентов управления, который вырабатывает значение коэффициента К.

К тому же, правильным выбором ограничения максимального значения выходного сигнала блока 6 опознавания области можно легко добиться, чтобы процесс движения стал проще и чтобы исчезла большая разность между центром области движения и неподвижной областью. Этот процесс базируется на временной корреляции сигнала кадровой разности, однако в силу одной размерности фиг. 11 количество движения может быть принято на основании движений ΔX и ΔX³ в направлении оси Х. Следовательно, если эти сигналы расширены в двух измерениях, сигнал нового движения можно реконструировать так, что он будет представлен как сигнал постепенного адаптивного движения в интервале от 0 до 1, причем будет обладать пространственной корреляцией относительно временной оси или соответствовать временной оси, путем повторной обработки той компоненты сигнала движения, которая превосходит заданное значение.

Блок 4 определения максимума предназначен для прямоугольного 3х3 окна изображения, который содержит блок 16 выбора максимального сигнала с клеммой выбор, блоки 10, 11, 12, 13, 14, 15 задержек на выборку и два блока 8,9 строчной задержки.

Блок 4 определения максимума принимает абсолютное значение кадрового разностного сигнала после пространственной фильтрации на пропускание нижних частот, который последовательно обрабатывается блоком 1 кадровой разности, пространственным фильтром 2 нижних частот и блоком 3 определения модуля. В этом случае первая строка изображения размещается сигналом "а", который поступает на блок 1 в выборе максимального сигнала без задержки, сигналом "B", который задерживается на одну выборку блоком 12 задержки на выборку и сигналом С, который является задержанным сигналом "в". В то самое время вторая строка размещается задержанным на строку сигналом "d", который задерживается на длительность одной строки в блоке 8 строчной задержки и поступает на блок 16 выбора максимального сигнала, сигналом "е", который задерживается на длительность одной выборки блоком 14 задержки на выборку и сигналом "f", который является сигналом "е", задержанным блоком 13 задержки на выборку.

Далее, чтобы разместить третью строку изображения, блок 9 строчной задержки задерживает выходной сигнал блока 8 строчной задержки на длительность одной строки, которая поступает на блок 16 выбора максимального значения, блок 10 задержки на выборку задерживает сигнал "q" на одну выборку, которая поступает на блок 16 выбора максимального значения, и блок 11 задержки на выборку задерживает сигнал "h" на одну выборку, которая также поступает на блок 16 выбора максимального сигнала. Сигнал изображения, получающийся таким образом, представлен на фиг. 3. Блок 16 выбора максимального сигнала сравнивает сигналы движения, которые созданы задержками выборок и строчными задержками, чтобы выработать максимальное значение для этих сигналов движения. В этом случае максимальным значением М(е), которое будет выбрано блоком 16 будет
М(е) МАХ(a,b,c,d,e,f,q,h,i) (1),
где М(е) представляет сигнал движения текущей позиции (е).

На фиг. 4 представлено прямоугольное 3х3 окно изображения, чьи элементы растра заменены конкретными значениями ради иллюстративных целей. В этом случае в соответствии с формулой 1 максимальное значение М(е) для окна изображения будет следующим:
M(e) MAX(5,6,0,3,2,7,0,1,0) 7 (2).

В этом случае, когда пороговым значением для компаратора 5 назначено число 4, в соответствии с формулой 2 максимальным значением для окна изображения на фиг. 4 является число 7. Поэтому компаратор 5 создает на выходе однобитный сигнал движения со значением 1. В результате этого блок 4 определения максимума признает текущую позицию "е" движущейся. В этом случае пространственное расширение области движения осуществляется выбором максимального значения окна изображения.

Блок 6 опознавания области служит для опознавания области движения по выходному сигналу компаратора 5. В блоке 6 блоки 17, 18 строчной задержки и блоки 19, 20, 21, 22, 23, 24 задержки на выборку работают также, как и идентичные блоки в блоке 4 опознавания максимума, а единственное отличие между ними состоит в том, что блок 16 выбора максимального сигнала и переключатель "выбор" заменены на сумматор.

Именно сигналы движения, которые поступают на блок 6 опознавания области, являются однобитными сигналами, способными принимать лишь значения 0 или 1. Следовательно окно изображения, которое формируется посредством соответствующих блоков 19, 20, 21, 22, 23 и 24 задержки на выборку и блоков 17, 18 задержки на строку будет таким, как представлено на фиг. 6. Сумматор 25 подсчитывает число выборок а'-i', которым соответствует значение "1". Таким образом, характеристическую формулу для блока 6 определения области можно представить в виде
S(e) Ax (количество выборок движений) (3),
где S(e) выходной сигнал сумматора 25; А вес, заданный сумматору 25 для определения наклона характеристической кривой на фиг. 7.

Можно спроектировать блок 6 опознавания области, который будет обладать характеристикой, отличающейся от определяемой формулой 3. В этом случае характеристика, задаваемая формулой 4, может быть получена введением константы В в формулу 3.

S(e) Ax (количество выборок движений)-В. (4).

В этом случае генератором 7 выполняется работа по формуле 4, но может и блок 6 опознавания области, при этом генератор 7 окажется излишним. Применительно к этому, сдвиг вправо характеристической кривой фиг. 10 означает, что задан своего рода пространственный порог, чтобы блок 6 расширял область движений, превышающих предопределенное значение (В/A), присутствует в окнах изображения.

Характеристическая формула 3 отражает специальный случай формулы 4 при В 0.

Фиг. 9 иллюстрирует расширение движения прямоугольным окном изображения для случая, когда константа А характеристической формулы 3 равно единице (А 1). Что касается окон изображения I, II и III на фиг. 9 то окно изображения I представляет окно выборки изображения, поступившей от компаратора 5 на блок 6 опознавания области, в то время как окно изображения II представляет сигналы выборки изображения, когда они не клиппируются. Дополнительно окно изображения III представляет результат процесса клиппирования для движения с максимальным шагом равным 7. Как должно быть ясно у всех элементов растра в этом окне изображения уровни, которые были равны восьми и девяти, клиппированы до семи, поскольку оно назначено максимальным шаговым значением.

Путем ограничения максимального значения, задаваемого блоку 6 опознавания области, можно упростить обработку движений и дополнительно уменьшить разницу движения между центральными частями подвижных областей и неподвижных областей в случае широкого окна изображения. Фиг. 10 представляет расширение движения для случая использования ромбического окна 5х5 изображения. Окно изображения III демонстрирует результат клиппирования выборок изображения окна II до максимального уровня 7. Чтобы получить наилучший эффект, следует заметить, что размер окна, реконструируемого блоком 6 определения области, должен быть больше размера окна изображения, конструируемого блоком 4 определения максимума.

Изобретение относится в системе, обрабатывающей сигналы движения, применяемой в цифровом телевидении, в частности к схеме, выполняющей сглаживание изобразительных сигналов, приходящихся на пограничную область подвижного изображения и неподвижного изображения, путем расширения возможного перехода между названными областями. Технический результат - повышение качества изображения. Устройство коррекции сигнала движения содержит блок 1 кадровой разности, пространственный фильтр 2 нижних частот, блок 3 определения модуля, блок 4 определения максимума, компаратор 5, блок 6 опознавания области, генератор 7 коэффициентов управления. 2 з. п. ф.-лы, 11 ил.

1. Устройство коррекции сигнала движения, содержащее пространственный фильтр нижних частот и компаратор, отличающееся тем, что введены блок кадровой разности, вход которого является входом яркостного или полного видеосигнала, а выход соединен с входом пространственного фильтра нижних частот, последовательно соединенные блок определения модуля, вход которого соединен с выходом пространственного фильтра нижних частот и блок определения максимума, выход которого соединен с сигнальным входом компаратора, управляющий вход которого является входом порогового значения, и последовательно соединенные блок опознавания области, вход которого соединен с выходом компаратора и генератор коэффициентов управления, первый и второй выходы которого являются выходом устройства коррекции сигнала движения. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения максимума содержит последовательно соединенные первый и второй блоки строчной задержки и первый и второй блоки задержки на выборку, последовательно соединенные третий, вход которого соединен с входом первого блока строчной задержки и является входом абсолютной величины, и четвертый блоки задержки на выборку, последовательно соединенные пятый, вход которого подключен к выходу второго блока строчной задержки, и шестой блоки задержки на выборку, при этом выходы всех блоков задержки и вход третьего блока задержки на выборку подключены к соответствующим входам блока выбора максимального сигнала, выход которого является выходом сигнала максимального значения. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок определения области содержит последовательно соединенные первый и второй блоки задержки на строку и первый и второй блоки задержки на выборку, последовательно соединенные третий, вход которого соединен с входом первого блока задержки на строку и является входом однобитного сигнала, и четвертый блоки задержки на выборку, последовательно соединенный пятый, вход которого подключен к выходу второго блока задержки на строку, и шестой блоки задержки на выборку, выходы всех блоков задержки и вход третьего блока задержки на выборку подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого является выходом экстраполированного сигнала.