СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ВИДЕОКАДРА Российский патент 1998 года по МПК H04N7/01 

Изобретение относится к способу обработки первого видеоизображения с элементами изображения в m₁ строках, элементы изображения которого имеют каждый в l₁- той строке интенсивность I₁(t,l₁) в зависимости от параметра t, в частности времени, для формирования второго видеоизображения с m₂ строками. Изобретение относится далее к устройству обработки первого видеоизображения с элементами изображения в m₁ строках, элементы изображения которого имеют каждый в l₁-той строке в зависимости от параметра t, в частности времени, интенсивность I₁(t, l₁), для формирования элементов изображения второго видеоизображения с m₂ строками.

В различных видеостандартах касательно числа строк и числа элементов изображения на строку требуются определенные преобразования, например, преобразования переданного в системе ПАЛ изображения для воспроизведения в ТВ-приемнике высокой четкости (ТВЧ). Наиболее простым решением является уменьшенное воспроизведение ПАЛ-изображений на экране ТВЧ. Однако это не является удовлетворительным решением, поскольку пользователю вследствие возможности получения более крупного изображения среди прочего приходится учитывать повышенную сложность конструкции и связанные с этим более высокие расходы на ТВЧ.

Чтобы использовать полный размер экрана, можно было бы, например, также ввести ПАЛ-изображение в видеопамять, из которой затем считывать его согласно разрешающей способности стандарта ТВЧ. Однако при этом, прежде всего при очень больших размерах экранов для ТВЧ, становится заметным худшее разрешение ПАЛ-изображения вследствие того, что отдельные элементы изображения еще различимы глазом зрителя. Это является раздражающим фактором. Поэтому было бы желательно повысить качество ПАЛ-изображения, воспроизводимого в ТВЧ-приемнике.

Указанное преобразование ПАЛ в ТВЧ приведено лишь в качестве примера. Та же периблема возникает всегда, когда число элементов изображения, соответственно число строк воспроизводимого изображения превышает те же параметры принятого изображения.

В литературе описаны некоторые предложения по повышению разрешающей способности.

Согласно техническому решению, описанному в патенте Германии 3841037 Al, используют трансформанты цветовых координат цветового сигнала для передачи дополнительной информации для кадра форматом 16 к 9. Прием также возможен с помощью обычного приемника, так что со стороны пользователя затраты потребуются лишь в том случае, если необходимо принимать изображения улучшенного качества.

Аналогичная передача дополнительной информации описана также в патенте Германии 3819253 C1, однако в данном случае используется высокочастотная несущая в боковых полосах частот. Согласно патенту Германии 3344524 в сигнал яркости введено дополнительное информационное содержание.

В патенте США 4607773 описан способ, в котором в зависимости от содержания изображения, в частности от степени движения, передаются различные числа кадров и строк. В этом способе требуется соответствующий процессор для декодирования. Далее, способ осуществим лишь в том случае, если в передатчике имеются датчик движения, фильтры для ограничения полос, высокоразрешающая камера и дополнительные устройства модуляции.

Обработка сигнала в высокоразрешающих телевизионных камерах для передачи в обычных границах полос описана в патентах Германии 3401809 A1 и 3435265.

Во всех решениях требуется соответствующая обработка сигнала на передающей стороне. При этом необходимы высокие капиталозатраты как на передающей, так и на принимающей стороне. Так как практическое внедрение такого рода систем также будет возможно лишь благодаря соответствующей стандартизации, то эти решения, вероятно, могут быть реализованы также лишь в более отдаленном будущем.

Было бы желательно обеспечить возможность получения из сигналов, уже используемых в настоящее время для видеоизображений, изображения с более высоким разрешением. В этом случае с помощью только одного соответствующего дополнительного прибора для телевизионного приемника или другой видеосистемы, как видеомагнитофон, можно было бы создавать и воспроизводить, соответственно записывать на пленку изображение высокого качества.

Задачей изобретения является разработка способа и создание соответствующего устройства, которые позволяют получить более высокое разрешение с высоким качеством изображения для видеоизображений, причем устройство должно отличаться также прежде всего простой конструкцией.

Относящаяся к способу часть задачи решается за счет того, что соответствующую интенсивность I₂(t, l₂) элемента изображения в l₂-той строке второго видеоизображения интерполируют из интенсивностей I₁(t, l₁) элементов изображения первого видеоизображения, причем I₂ получают согласно соотношению
I₂(t,l₂) = max(J(t,l₂)+Δ;0),
где величины J представляют собой дискретизированные относительно строки значения характеристики сигнала, задаваемой теоремой отсчетов, и где смещение Δ предусмотрено для частичной компенсации отрицательных интенсивностей дискретизированной характеристики J сигнала, так что интерполяция относительно строк происходит с A в качестве произвольно выбираемой амплитуды положительного значения согласно соотношению

Способ предусматривает интерполяцию между строками первого видеоизображения для создания второго видеоизображения. Интерполяцию математически в самом общем виде можно представить следующим образом:

Подлежащая определению интенсивность I₂ элемента изображения второго видеоизображения интерполируется, следовательно, из интенсивностей I₁ соседних в кадре элементов изображения первого видеоизображения с помощью весовых величин g. В математике существуют самые разнообразные способы интерполяции. Самым известным из них является линейная интерполяция, при которой интерполяционное значение определяется как значение функции на прямой обоими соседними значениями.

Общая форма уравнения 1.1 позволяет делать выводы о предварительной обработке информации. Преобразование Фурье для этого уравнения показывает, что частотная информация в интенсивностях I₁ взвешивается величиной g относительно их амплитуд различно в зависимости от появляющихся частот. Различное взвешивание зависит от выбора весовых величин g, т.е. от вида интерполяции. При выборе весовых величин g, которые в противоположность этому в значительной степени поднимают низкочастотную часть, возникает изображение с более низким разрешением. При выборе весовых величин g, которые значительно поднимают высокочастотную часть, разрешение хотя и улучшается, однако непропорционально сильно возрастает шум, так как отношение сигнал/шум при высоких частотах у обычных видеоизображений менее благоприятно, чем при низких частотах.

В способе согласно изобретению весовых величины g подобраны так, что с точки зрения частоты все частоты первого видеоизображения вносят равномерный вклад. Содержащееся в уравнении 1.0 определение весовых коэффициентов через зависимость sin(x)/x описывает прямоугольное распределение в представлении Фурье. Все передаваемые частоты поэтому определяются с равномерными весами, а информационное содержание не изменяется. Способ согласно изобретению позволяет достичь таким образом точно максимального разрешения, которое содержится в первом видеоизображении в качестве информации, без повышения шума. Это является оптимальным решением. Касательно вопроса информационного содержания можно сослаться на соответствующую литературу. В качестве примера можно назвать "dtv-Lexikon der Physik", Deutecher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, Munchen, т. 1, 1969, стр. 41, ключевое слово Abtasttheorem".

Если применить используемые в способе согласно изобретению весовые величины к скачку интенсивности от 0 до 1 между двумя элементами изображения, то можно констатировать, что для одного элемента изображения во втором видеоизображении между элементами интерполированное значение для интенсивности получается равным 0,45, в то время как чистая линейная интерполяция дала бы значение 0,5. Различие между результатами, следовательно, очень незначительно. Поэтому априори нельзя ожидать, что предлагаемый способ даст в сравнении с линейной интерполяцией существенное улучшение. Специалист в данной области техники отверг бы предлагаемый по изобретению способ как слишком сложный, возможно, вследствие наличия функции синуса, и, кроме того, даже рассматривал бы как негативный тот факт, что из-за наличия функции синуса можно получать отрицательные и поэтому не имеющие физического смысла интенсивности, которые, однако, в предлагаемом способе приравниваются к нулю.

Тем не менее неожиданно было установлено, что в высшей степени структурированные первые видеоизображения при их обработке способом согласно изобретению дают в результате значительно более четкое второе видеоизображение, чем при применении линейной интерполяции. Однако это можно объяснить тем, что постоянно помнить, что очень сильно структурированные изображения содержат в представлении изображения по Фурье значительные частотные доли при высоких частотах. Так как в способе линейной интерполяции согласно представлению Фурье высокие частоты заглушаются, то этот способ не позволяет существенно улучшить изображение при сильно структурированных видеоизображениях. Напротив, способ согласно изобретению учитывает все частоты равномерно.

Способ согласно изобретению также показывает, каким образом можно избежать отрицательных сумм, чтобы они не создавали никаких серьезных проблем. Отрицательные значения частично или полностью устраняются путем добавления смещения Δ и/или за счет того, что все еще присутствующие отрицательные значения приравниваются в этом случае к нулю для второго видеоизображения. Предпочтительные варианты, касающиеся выбора смещения, подробнее описаны ниже.

Содержащаяся в уравнении 1,0 функция синуса также не обозначает вопреки первому впечатлению, что необходимы вычислительные процессы. Так как аргументы у синуса принимают в каждом элементе изображения всегда равные значения, то для каждой встречающейся на практике комбинации чисел m₁ и m₂ строк можно создать таблицы для соответствующих имеющихся весовых функций sin(x)/x, так что предлагаемый способ может выполняться точно так же быстро, как и любая другая интерполяция. При применении аналоговых сетевых моделей для суммирования весовые величины g могут быть реализованы просто с помощью постоянных значений сопротивления в сетевой модели. Поэтому способ согласно изобретению применим также и для обработки изображений в реальном масштабе времени.

В способе согласно изобретению прежде всего оптимальным путем достигается максимально возможное разрешение, так как все информационное содержание первого видеоизображения используется для второго видеоизображения. Это означает, что достигается наилучшее возможное качество изображения. Элементы изображения первого видеоизображения при этом, однако, не отображаются непосредственно, как об этом было сказано выше как о негативном факторе.

Вышеприведенные рассуждения касались только числа строк. Однако аналогичную обработку можно проводить также и для элементов изображения в пределах одной строки, если число элементов изображения на строку второго видеоизображения превышает число элементов изображения на строку первого видеоизображения. Однако в том случае, если сигнал для строчной информации первого видеоизображения непрерывен относительно времени t, то это представляется малоцелесообразным, так как информационное содержание при применении самого способа не изменяется, следовательно не приходится ожидать никакого улучшения в результате дискретизации элементов изображения одной строки первого видеоизображения с последующим определением весовых коэффициентов согласно теореме отсчетов.

Эту ситуацию следует рассматривать иначе, если первое видеоизображение поступает, например, из видеопамяти или с видеодиска, следовательно в первом видеоизображении строка состоит из n₁ элементов изображения согласно стандарту первого видеоизображения, а второе видеоизображение должно быть дискретизировано n₂ элементами изображения на строку относительно параметра t, так что интенсивности, соответственно цветовые сигналы первого видеоизображения могут быть представлены как I₁(k₁, l₁) для k₁-того элемента изображения в l₁-той строке, а интенсивности, соответственно цветовые сигналы второго видеоизображения могут быть представлены как I₂(k₂, l₂), соответственно равным образом дискретизированные характеристики сигнала могут быть представлены как J(k₂, l₂) для k₂-того элемента изображения в l₂-той строке. Тогда интерполяция элементов изображения согласно предпочтительному варианту способа должна происходить в пределах одной строки также по теореме отсчетов, так что получают следующую зависимость:
I₂(k₂,l₂) = max(J(k₂,l₂)+Δ;0),
где

Этот способ имеет те же преимущества относительно обработки элементов изображения строки, что и преимущества, описанные выше в отношении обработки строк видеоизобарежний. Весовые функции под знаком суммы являются в данном случае произведением функций синуса. Это не приводит к проявлению каких-либо дополнительных трудностей, так как уравнение 2.0 позволяет проводить кадровую обработку строк и строчную обработку элементов изображения в виде последовательных стадий. Следовательно преобразование первого видеоизображения во второе может быть осуществлено, например, с помощью нескольких процессоров, выполняющих расчет интенсивности элементов изображения для различных элементов в строках параллельно для нескольких элементов изображения с последующей обработкой строк. Затем возможна также быстрая обработка в режиме реального времени.

Ниже описано подавление отрицательных значений. Для компенсации появляющихся в процессе вычисления отрицательных интенсивностей в способе согласно изобретению предусмотрено смещение Δ , которое при соответствующем выборе этой величины смещает такие полученные отрицательные интенсивности сигнала в положительную область.

Согласно предпочтительному варианту смещение Δ устанавливают для каждого видеоизображения на максимальное значение отрицательной характеристики J сигнала.

Преимущество этого состоит в том, что может быть воспроизведена вся информация во втором видеоизображении. При низких интенсивностях мелкие контуры остаются все еще распознаваемыми. Однако в этом варианте способа требуется опрос всех обработанных элементов изображения перед вводом смещения. Этот фактор может отрицательно сказаться на продолжительности обработки.

Поэтому согласно другому предпочтительному варианту способа предусмотрена установка смещения на нуль. Исчезающее смещение позволяет сэкономить дополнительные операции суммирования при обработке в режиме реального времени. Очевидно, что при этом необходимо отказаться от правильного представления структур с незначительной яркостью в первом видеоизображении. Однако в тех областях применения, на которые накладываются временные ограничения, например, при телевизионном приеме, зритель воспринимает в основном движения доминирующих по яркости структур, так что можно отказаться от потери информации, обусловленной срезом отрицательных интенсивностей. При этом края отображаются со значительно более высокой резкостью, благодаря чему возникает впечатление существенно более четкого изображения.

По соображениям быстродействия согласно предпочтительному варианту изобретения можно установить также введенную выше амплитуду А на 1. Получаемое таким образом качество изображения удовлетворяет нормальным требованиям.

Если же, например, при применении быстрого видеопроцессора необходимо исключить временные ограничения, то согласно предпочтительному варианту способа амплитуду А для каждого видеоизображения устанавливают так, чтобы во втором видеоизображении достигалась такая же интегральная яркость, что и в первом видеоизображении.

Вследствие наличия синуса в уравнении 1.0 и среза отрицательных сигналов при одинаковой информации, что зависит от положения элементов изображения при подвижном видеоизображении, яркость от кадра к кадру может изменяться на несколько процентов в результате обработки. При постоянной амплитуде А для всех кадров это может проявляться как легкое мерцание изображения. Для устранения этого эффекта яркость второго видеоизображения нормируют по яркости первого. На практике, например, с целью сокращения времени вычисления, затрачиваемым одним видеопроцессором, для определения яркости каждого видеоизображения образуют общую сумму яркостей в первом и втором видеоизображениях. Затем из отношения интегральных яркостей первого ко второму видеоизображению рассчитывают амплитуду А, которая в последующем учитывается для отдельных интенсивностей, например, как коэффициент тел усиления при воспроизведении изображения. В таком способе, следовательно, А выносят за сумму в уравнении 1.0, соответственно 2.0. Это обеспечивает очень быструю обработку.

Как уже упоминалось выше, функции sin(x)/x под знаком суммы могут быть представлены как постоянные весовые величины, которые при аналоговой обработке второго видеоизображения из первого определяются значениями сопротивления, соответственно при обработке с помощью процессора они определяются табличными значениями. Количество необходимых весовых величин при этом в значительной степени зависит от отношений m₁/m₂ и n₁/n₂, так как эти отношения определяют период, в котором l₂, соответственно k₂ снова приводит к получению целочисленного значения величины m₁^*l₂/m₂, соответственно n₁^*k₂/n₂. При соответствующем выборе m₁ и m₂, соответственно n₁ и n₂ функции синуса периодически дают в результате одинаковые значения sin(x) в числителе, а необходимое количество табличных значений, соответственно величина сетевой модели при аналоговой обработке ограничены.

Это преимущество небольшого количества весовых величин можно обеспечить всегда, если согласно предпочтительному варианту изобретения первое видеоизображение с m₁ строками и n₁ элементами изображения на строку создавать из первоначального видеоизображения с m₀ строками и n₀ элементами изображения и m₀ элементами изображения на строку, причем выбирают n₁ > n₀ и m₁ > m₀, а дополнительные элементы изображения первого видеоизображения относительно первоначального видеоизображения охватывают первоначальное видеоизображение в качестве рамки. Интенсивности элементов изображения в рамке в этом случае приравнивают к значению черного.

Образованный согласно этому варианту изобретения черный край предоставляет, следовательно, новую степень свободы, при которой можно произвольно выбирать отношения m₂/m₁ и n₂/n₁ в соответствии с заданными требованиями. Результатом этого является дополнительное упрощение схемотехники при реализации способа, в частности при применении аналоговых схем. При осуществлении способа с помощью цифровой техники количество учитываемых табличных значений оптимально будет сокращаться, что при соответствующем выборе алгоритма образования суммы приведет к уменьшению времени вычислений.

Устройство согласно изобретению для решения задачи имеет суммирующую схему, которая интерполирует интенсивность l₂(t,l₂) элемента изображения второго видеоизображения в l₂-той строке из интенсивностей l₁(t,l₁) элементов первого видеоизображения, причем интенсивности I₁ элементов изображения первого видеоизображения суммируются с учетом весовых коэффициентов по заданному числу строк с целью создания для строки l₂ второго видеоизображения характеристики сигнала J(t,l₂) согласно уравнению

с амплитудой А, установленной для второго видеоизображения. Устройство далее содержит схему подавления, которая в основном оставляет без изменения положительные значения J и подавляет отрицательные значения J и на выходе которой воспроизводятся интенсивности I₂(t, l₂) элементов второго видеоизображения.

Это устройство имеет особенно простую конструкцию и позволяет простым путем осуществлять вышеописанный способ. Стоящие под знаком суммы функции sin(x)/x являются заданными весовыми величинами, которые, например, для суммирования могут быть реализованы с помощью особо согласованных значений сопротивления в аналоговой суммирующей схеме. Отрицательные интенсивности срезаются схемами подавления при воспроизведении.

Схема дополнительно упрощается в том случае, когда схема подавления состоит из одного сопротивления и одного диода, включенного встречно напряжению смещения, причем напряжение смещения определяется пороговым значением диода. Такого рода схемы известны специалисту.

Наряду с простой конструкцией они позволяют оптимизировать характеристики среза. При соответствующем выборе значения сопротивления рабочий интервал характеристики может быть установлен таким, что срезание при малых или отрицательных интенсивностях происходит логарифмически. Тем самым остаются распознаваемыми также структуры при незначительной яркости. Признаки согласно этому варианту обеспечивают, следовательно, не только простоту конструкции устройства согласно изобретению, но и также способствуют улучшению качества изображения.

Согласно предпочтительному варианту изобретения суммирующая схема адаптирована для суммирования смещения Δ . Благодаря этому, например, можно компенсировать пороговое значение диода вышеописанного варианта.

В другом варианте устройства согласно изобретению можно отказаться от срезания с помощью схем подавления. Это устройство характеризуется наличием суммирующей схемы, интерполирующей интенсивность I₂(t,l₂) элемента изображения второго видеоизображения в l₂-той строке из интенсивностей I₁(t,l₁) элементов первого видеоизображения, причем интенсивности I₁ элементов первого видеоизображения суммируются с учетом весовых коэффициентов по заданному числу строк с целью создания для строки l₂ второго видеоизображения характеристики J(t,l₂) сигнала согласно уравнению

с амплитудой А, установленной для второго видеоизображения, причем I₂(t, l₂) получают из J(t,l₂) путем суммирования смещения Δ , которое может быть выбрано такой величины, что отрицательные значения в характеристике сигнала J будут точно скомпенсированы.

Таким образом, смещение применяется для предотвращения возможного появления отрицательных интенсивностей элементов изображения. Необходимость в применении упомянутой выше схемы подавления может в этом случае отпасть в соответствии с вышеописанным способом, при котором смещение устанавливалось на максимальное отрицательное значение характеристик сигнала J.

Как указывалось выше, способ и устройство применимы к аналоговым непрерывным входным сигналам для каждой строки. Если же первое видеоизображение поступает из видеопамяти или с видеодиска, то изображение может быть дискретизировано также уже согласно элементам изображения на строку, что при определенных условиях требует также применения интерполяции относительно элементов изображения в пределах одной строки. Для этого случае в предпочтительном варианте изображения, если n₁ есть число элементов изображения на строку первого видеоизображения, а n₂ число элементов изображения на строку второго видеоизображения, предусмотрена интерполяция интенсивности I₂(k₂,l₂) k₂-того элемента изображения l₂-той строки для второго видеоизображения из интенсивностей I₁(k₁,l₁) соответствующих k₁-тых элементов изображения l₁-той строки первого изображения с помощью суммирующей схемы, причем для формирования второго видеоизображения создание характеристики J сигнала, дискретизированной по элементам изображения и строкам, осуществляется согласно

а интенсивности I₂ приравниваются к положительным значениям J, однако при этом отрицательные значения J подавляются с помощью схемы подавления и/или посредством суммирования смещения
В таком устройстве, как уже указывалось выше для способа, также рассматриваются элементы изображения в каждой строке при обработке отношения согласно теореме отсчетов. Благодаря этому в каждой строке также достигается повышенное разрешение относительно элементов изображения.

Согласно другому предпочтительному варианту устройство по изобретению содержит видеопроцессор, который включает суммирующую схему и/или подавления либо может управляться соответствующей программой.

В сравнении с вышеприведенными примерами с аналоговым суммированием интенсивностей или соответственно цветов по соседним элементам изображения этот вариант обеспечивает существенно более гибкое согласование с различными стандартами. Такого рода видеопроцессоры имеются в продаже по невысокой цене. Далее, затраты на схемотехнику, обусловленные видеопроцессором, для большинства областей применения ниже для способа согласно изобретению, чем в обычных схемотехнических решениях. Следовательно преимуществом применения видеопроцессора в устройстве согласно изобретению является также снижение затрат.

Видеопроцессор может при соответствующем программировании взять на себя также функцию схемы подавления. Другим преимуществом видеопроцессора является его гибкость в отношении применения самых различных алгоритмов.

Как описано выше, например, при логарифмической характеристике диода, возможно лишь частичное подавление информационного содержания при отрицательных интенсивностях. Применение же видеопроцессора также дает возможность использовать иную, нежели вышеназванная, логарифмическую характеристику для подавления. Применение видеопроцессора также приводит к дальнейшему повышению качества изображения без дополнительных затрат схемотехнических средств.

Видеопроцессоры могут программироваться произвольным образом и, кроме того, имеется возможность простого осуществления вышеназванного варианта способа, при котором яркость второго видеоизображения нормирована по яркости первого видеоизображения. Помимо этого согласно предпочтительному варианту предусмотрено, что видеопроцессор может управляться программой таким образом, что амплитуда А может быть определена в режиме реального времени и при создании характеристики сигнала J задаваться таким образом, что интегральная яркость второго видеоизображения будет равна интегральной яркости первого видеоизображения.

Согласно другому предпочтительному варианту изобретения предусмотрено устройство для воспроизведения второго видеоизображения, которое позволяет высвечивать на экране различные элементы изображения независимо от стандарта.

В качестве воспроизводящего устройства может быть использован, например, монитор. Этим устройством может быть также и видеомагнитофон, в который уже интегрированы все средства для осуществления способа согласно изобретению.

Признак, согласно которому отдельные элементы изображения могут быть высвечены независимо от стандарта, отсутствует у имеющегося в продаже цветного кинескопа, который может освещать только элементы изображения, определяемые теневой маской. В противоположность этому, например, в черно-белых кинескопах, электронный луч путем соответствующего управления отклоняющими катушками или отклоняющими пластинами может непрерывно направляться на любой элемент изображения кинескопа.

Этот вариант изобретения не только позволяет получать различные размеры изображения, но и дает возможность иным, нежели описанный, образом оптимизировать встречающиеся в уравнениях 1.0 и 2.0 весовые функции, так как благодаря произвольно выбираемым в этом варианте числам строк и числам элементов изображения в воспроизводящем устройстве частные n₁/n₂ и m₁/m₂ всегда могут быть заданы соответствующим образом, чтобы, используя периодичность функции, уменьшить число весовых величин в указанных уравнениях. Каким образом необходимо выбирать эти частные, было описано выше в отношении рамки первоначального видеоизображения.

Для создания черно-белых изображений это не представляет проблем, так как черно-белые кинескопы не требуют теневой маски. Однако цветное телевизионное изображение также может быть получено с одним черно-белым кинескопом на каждый цвет, если отображаемые ими монохроматические изображения проецируются одно на другое посредством специально адаптированной для этой цели оптики.

Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения в противоположность решению с кинескопами предусмотрен непрерывный сканер для отражения управляемого интенсивностью I₂ луча света в воспроизводящем устройстве, который в зависимости от условий сканирования позволяет реализовать различные телевизионные стандарты относительно числа элементов и числа строк воспроизводимого изображения. В устройстве такого рода второе изображение создается лучом света. Это целесообразно по той причине, что для больших экранов могут быть получены существенно более высокие интенсивности света в элементе изображения. Далее, размер кадра может быть установлен практически любым путем выбора расстояния до экрана. При почти параллельных лучах света, как это известно, например, для лазерного света, четкость изображения не изменяется при изменении расстояния.

Следовательно качество изображения дополнительно повышается также и благодаря признакам этого варианта.

Луч света может отклоняться, например, посредством акустооптических элементов. В одном из предпочтительных вариантов предусмотрено, однако, что сканер содержит одно вращающееся многогранное зеркало и одно поворотное зеркало. Благодаря этому могут быть достигнуты существенно более высокие углы отклонения, чем при акустической модуляции. Далее, вследствие инерционности многогранного зеркала получают наиболее хороший, не зависящий от рабочего напряжения равномерный ход. Благодаря этому качество изображения также повышается.

Изобретение ниже более подробно проиллюстрировано на примерах его выполнения со ссылкой на чертежи, на которых изображено:
на фиг. 1 - видеоизображение, которое было обработано с помощью способа согласно изобретению для воспроизведения двойного числа строк и элементов изображения на строку; на фиг. 2 - вырез видеоизображения, полученного с двойным числом строк и элементов изображения на строку по фиг. 1 для пояснения предлагаемого способа: а) необработанный кадр, б) после обработки способом согласно изобретению, в) после обработки линейной интерполяцией; на фиг. 3 - распределение интенсивности вдоль сечения А-А по фиг. 2б, соответственно вдоль сечения B-B по фиг. 2в; на фиг. 4 - схематическое изображение примера реализации способа на аналоговых схемах; на фиг. 5 - суммирующая схема, которая использована в примере выполнения по фиг. 4; на фиг. 6 - пример выполнения для удвоенного числа элементов изображения на строку второго видеоизображения относительно первого видеоизображения с применением суммирующей схемы по фиг. 5; на фиг. 7 - схематический пример выполнения способа с видеопроцессором; на фиг. 8 - воспроизводящее устройство для создания изображения согласно примерам выполнения по фиг. 4-7.

Способ согласно изобретению поднимает высокие частоты лучше, чем обычные методы интерполяции, поэтому его преимущества лучше всего выявляются при его применении на высокоструктурированных видеоизображениях. Кроме того, информационное содержание не изменяется, так что несмотря на повышение доли высоких частот сигналы шумов при этом способе не повышаются.

Для пояснения способа на высокоструктурированных изображениях изменение изображения показано на фиг. 1-3 полосовыми узорами при воспроизведении с более высокой плотностью элементов изображения. На фиг. 1 приведено необработанное видеоизображение с десятью тонкими полосами 1, проходящими из правого верхнего угла в левый нижний угол. Эти полосы пересекаются четырьмя более толстыми полосами 2, проходящими перпендикулярно первым.

На фиг. 1 выделен далее участок 3 экрана, который представлен на фиг. 2 в увеличенном масштабе и с двойным числом строк и элементов изображения на строку. На фиг. 2а, показанной без интерполяции, ясно видно, что отдельные элементы 4 изображения воспринимаются как прямоугольные ступеньки. Этот эффект на изображениях в системе ПАЛ, представляемых на большом экране, действует на зрителя крайне раздражающе. В это же время способ согласно изобретению позволяет уменьшить такого рода раздражающие эффекты путем суммирования с определением весовых коэффициентов соседних элементов изображения.

Способ согласно изобретению был применен к видеоизображению по фиг. 1, обозначенному в дальнейшем как первое видеоизображение. При этом для указанной демонстрации способа использовалось уравнение 2.0 с учетом двойного числа строк и элементов изображения второго видеоизображения в сравнении с первым. Результат показан на фиг. 2б. На этом чертеже мешающие, видимые на фиг. 2а ступеньки отсутствуют. Однако заметны новые ступенчатые структуры 5. Последние обусловлены элементами изображения второго видеоизображения и могут быть уменьшены только при дальнейшем повышении числа элементов изображения на строку и числа строк.

На фиг. 2б далее заметна штрихованная область 6, создаваемая применяемым способом и кажущаяся серой на реальных видеоизображениях. Эта серая область помогает глазу при рассматривании видеоизображения на некотором расстоянии выравнивать прямоугольные ступенчатые структуры 5 второго видеоизображения, так что косые полосы 1 и 3 в основном воспринимаются без ступенчатых структур 5.

Для сравнения результата, представленного на фиг. 2б, который получен способом согласно изобретению, с другим вариантом интерполяции на фиг. 2в показано также второе видеоизображение, получающееся при применении линейной интерполяции к показанному на фиг. 2а первому видеоизображению. Сравнение фиг. 2б с фиг. 2в дает следующий результат:
- ступеньки 5 при линейной интерполяции носят существенно более выраженный характер;
- серая область изображения, полученного способом согласно изобретению, существенно меньше.

Меньшая серая область видна и на фиг. 3. На этом чертеже интенсивность представлена как ордината по отношению к форме кривой показанного на фиг. 2б сечения А-А в виде ветви 7 кривой и показанного на фиг. 2в сечения B-B в виде ветви 8 кривой. Высокая интенсивность обозначает при этом черный цвет, а низкая интенсивность представлена на видеоизображениях, показанных на фиг. 1 и 2, белым цветом.

На представленных ветвях 7 и 8 кривых ясно видно, с одной стороны, что переходная область от черного к белому у способа согласно изобретению в сравнении с линейной интерполяцией меньше, а с другой стороны, также можно видеть, что боковые стороны в случае способа согласно изобретению существенно круче.

Способ согласно изобретению, равно как и другие интерполяционные методы основаны на том, что яркость для элемента изображения в образованной во втором видеоизображении строке l₂ образуется из яркостей геометрически соседних строк l_1-n первого изображения путем суммирования с учетом весовых коэффициентов. Это взвешивание аналогично может быть проведено также по элементам изображения в строке.

Весовые величины в способе согласно изобретению могут быть представлены функцией sin(x)/x. Их можно задавать для расчета как табличные значения. Благодаря этому отпадает необходимость каждый раз вновь рассчитывать весовые величины для каждого элемента изображения, что ускоряет проведение процесса, так что способ позволяет обрабатывать видеоизображения даже с помощью доступных в настоящее время процессоров в режиме реального времени.

Количество необходимых весовых величин снижается, если отношение m₁/m₂ числа строк первого видеоизображения к числу строк второго видеоизображения, соответственно отношение n₁/n₂ числа элементов изображения строки, выбрать таким, чтобы появляющаяся в весовых величинах функция синуса давала в результате периодические значения. Этого можно достичь всегда, если применять не задаваемые соответствующим телевизионным стандартом числа m₁, m₂ строк и числа n₁, n₂ элементов изображения, а большие, нежели задаваемые стандартом, значения m₁, n₁. Следовательно, первое видеоизображение увеличивается за счет того, что его перед преобразованием дополняют черным краем.

При удвоении числа строк и числа элементов изображения, применяемом на фиг. 1-3, периодичность синуса сохраняется. Для определения весовых коэффициентов в этом случае необходимо различать два случая:
1. Строка второго видеоизображения, яркости элементов изображения которой должны быть рассчитаны, идентична в кадре строке первого видеоизображения.

2. Строка второго видеоизображения, яркости элементов изображения которой должны быть рассчитаны, лежит в кадре между строками первого видеоизображения.

Весовые величины в обоих случаях рассчитываются с помощью следующего уравнения:

Из этого видно, что при удвоении числа строк аргументы у синуса становятся полуцелыми. Если l₂ целое число, то всегда есть строка l₁, у которой аргумент обращается в нуль. Ниже это обозначено как случай 1. Во втором случае l₂ является нечетным числом.

Если обозначить через h выражение (0,5•l₂+l₁, то получаются следующие значения указанных в таблице весовых величин.

Из таблицы ясно видно, что весовые величины значительно уменьшаются с уменьшением величины h. Если, например, проводить способ лишь с точностью до 10%, то необходимо учитывать табличные значения только до h = 4.

В случае также подлежащих учету отрицательных значений h, веса которых равны весам положительных h, для получения яркостей элементов изображения одной строки второго видеоизображения в этом случае придется учитывать только 8 строк первого видеоизображения. Ошибка, возникающая при пренебрежении весовыми величинами при больших h, как можно показать разложением функции sin(x)/x в ряд Фурье, касается лишь малых частот. Это пренебрежение поэтому соответствует в основном изменению яркости всего изображения, которое, однако, при учете вышеупомянутого коэффициента A в уравнении 1.0 и 2.0 может быть частично скомпенсировано.

Аналогично эти рассуждения действительны также и для применения способа при увеличении числа элементов изображения одной строки второго видеоизображения относительно первого видеоизображения. В этом случае необходимо учитывать те же указанные весовые величины, однако величины h относятся к расстояниям (h= 0,5•k₂-k₁) между элементами изображения в пределах одной строки.

На фиг.4 показан пример выполнения устройства, в котором аналоговый видеосигнал первого видеоизображения, подобный, например, сигналу на выходе тюнера, записывается построчно с вышеуказанными весовыми величинами для получения второго видеоизображения с двойным числом строк. Видеоинформация вводится сначала в аналоговую или цифровую видеопамять 10. В этом примере выполнения запоминание происходит по числу элементов изображения на строку второго видеоизображения. Необходимость в преобразовании согласно уравнению 2.0 для обработки видеоизображения относительно элементов изображения строки может в этом случае отпасть, так как такого рода суммирование с весами в пределах одной строки не изменяет информационного содержания согласно теореме отсчетов.

Видеопамять 10 по фиг.4 служит для синхронизации строк первого видеоизображения для обработки аналоговой сетевой моделью. Вместо видеопамяти 10 для синхронизации можно было бы предусмотреть также различные линии задержки. Однако применение видеопамяти 10 в случае принимаемого от передатчика видеоизображения целесообразно уже потому, что видеоизображения согласно телевизионному стандарту передаются в виде полукадров, что приводит при применении линий задержки для синхронизации к высоким затратам. Напротив, первое видеоизображение откладывается в видеопамять 10 по строкам и столбцам, так что информацию можно вызвать в любое время для создания второго видеоизображения.

Адресация к строчной информации, необходимой для обработки строки второго телевизионного изображения, в видеопамяти 10 происходит посредством цифрового слова, вводимого по управляющим линиям 12, и эта информация выдается видеопамятью 10. С ее выводов эта строчная информация по нескольким линиям 14 синхронно подается на входы суммирующей схемы 16, которая выполняет суммирование согласно заданному способу. В суммирующей схеме 16 предусмотрен также аналоговый вход 18, по которому к обработанной строчной информации может быть добавлено произвольно выбираемое смещение Δ . Это смещение Δ более подробно уже описано ранее. Как указано выше, для нескольких строк второго видеоизображения суммированием согласно уравнению 1.0 могут быть образованы несколько строк первого видеоизображения, причем в зависимости от того, четная или нечетная создается строка, появляются различные весовые величины.

Суммирующая схема 16, описанная более подробно со ссылкой на фиг.5, выполнена таким образом, что она имеет два выхода 20 и 22, с которых независимо друг от друга выдаются взвешенные суммы для случая 2 и случая 1 согласно таблице. Для переключения сигналов на выходах 20 и 22 предусмотрен аналоговый ключ 24. Последний из-за требующихся при видеоизображениях в реальном времени высоких частот коммутации реализован на двух полевых МОП-транзисторах, исток-стоковые участки которых принимают на себя функции переключателя. Для дальнейшей обработки информации второго видеоизображения включенный сигнал подается на вход 26 усилителя, коэффициент A усиления которого может быть установлен посредством аналогового напряжения на входе 27.

Усилителем 26 может быть обычный умножающий усилитель. Он служит для учета коэффициента A, описанного выше. В частности изменяемое усилителем 26 через вход 27 усиление пригодно для того, чтобы в некоторой степени подогнать усиление к той же яркости второго видеоизображения, что и у первого видеоизображения. Этот принцип уже описан выше и способствует повышению качества изображения.

В другом (не показанном) примере выполнения применяется постоянный коэффициент A. В этом примере усилитель 26 не требуется, а необходимое усиление A учитывается в суммирующей схеме 16 самой схемой.

Выход усилителя 26 в примере выполнения согласно фиг.4 соединен в общую схему с делителем напряжения, состоящим из сопротивления 28 и диода 30. Диод 30 у этого делителя напряжения включен параллельно выходу 32 к постоянному потенциалу, соответствующему пороговому напряжению диода 30. Так как в примере выполнения применялся кремниевый диод, то постоянный потенциал составляет -0,7 B. У германиевых диодов, например, потенциал составлял бы около 0,2 B.

Диод 30 и сопротивление 28 служат в качестве схемы подавления отрицательных сигналов. Благодаря схеме подавления обеспечивается то, что создаваемые суммирующей схемой 16 не имеющие физического смысла отрицательные интенсивности для элементов изображения, которые могут возникать в результате отрицательных весовых величин в способе согласно изобретению, преобразуются в небольшие положительные, имеющие физический смысл интенсивности.

Характеристика среза схемы подавления определяется не только выбором коэффициента A и смещения Δ , но также может быть определена выбором сопротивления 28 относительно характеристики диода 30.

Слишком низкоомное сопротивление 28 приводит к почти резкому срезанию отрицательных сигналов диодом 30. Однако при выборе соответствующего высокоомного сопротивления 28 практически экспоненциальную часть характеристической кривой диода можно отрегулировать как рабочую точку, так что выходной сигнал делителя напряжения из сопротивления 28 и диода 30 при малых и отрицательных интенсивностях асимптотически логарифмически приближается к нулю. При назначении таких размеров сопротивления 28 в примере выполнения достигается то, что даже информация, которая при выборе низкоомного сопротивления 28 срезается, во втором видеоизображении остается еще хорошо видимой. Информационное содержание благодаря такой схеме несмотря на срезание отрицательной информации существенно не уменьшается.

Получающаяся в результате характеристика напряжения на выходе 32 пропорциональна последовательным интенсивностям элементов изображения второго видеоизображения. Последние могут быть представлены в описываемом ниже воспроизводящем устройстве последовательно как кадр или быть использованы иначе, например, для хранения в дополнительной памяти. В зависимости от вида дальнейшей обработки второго видеоизображения видеопамять 10 и аналоговый ключ 24 управляются управляющим устройством (на фиг.4 не показано).

Для управления существенными являются два фактора. Для создания k-того элемента изображения строки l₂, во-первых, видеопамять 10 должна подавать на линии 14 присутствующие в виде аналогового напряжения интенсивности лежащих в кадре одна под другой элементов k изображения нескольких строк l₁. Во-вторых, аналоговый ключ 24 включается в зависимости от того, для четной или нечетной строки должна быть создана требуемая на выходе 32 интенсивности элемента изображения.

При последовательной обработке элементов изображения из видеопамяти 10, как это происходит построчно или покадрово, например, при формировании растра телевизионного кадра при воспроизведении изображения, но не может применяться при передаче видеоизображения в видеопамять для записи второго телевизионного кадра, управление выполняется наиболее простым образом.

По управляющим линиям 12 подаются также цифровые сигналы, которые осуществляют адресацию элементов k_i, требующихся для обработки. Эти сигналы в примере выполнения создаются циклическим счетчиком в цифровой форме. Далее, при обратном включении счетчика на нуль включается цифровой счетчик строк. Наименьший двоичный разряд этого счетчика строк служит для переключения аналогового ключа 24. Более высокие двоичные разряды, напротив, подаются в видеопамять 10 по управляющим линиям 12, обусловливая подачу на ее выходы всех интенсивностей элементов изображения тех строк, которые необходимы для создания элемента изображения второго видеоизображения.

Интенсивности, которые необходимо получить из видеопамяти 10 для создания строки второго видеоизображения, т.е. адресуемые строки первого видеоизображения, поясняются на примере показанной на фиг.5 суммирующей схемы.

В левом верхнем углу на фиг.5 показаны восемь входов 34. В зависимости от того, имеет ли место при создании второго видеоизображения согласно таблице первый или второй случаи, слева направо на входы 34 подается строчная информация строк l₁, которая получается из h = (0,5•l₂+l₁). Для случая 1 эти строки заданы последовательностью h = -3; -2; -1; 0; 1; 2; 3; 4, а для случая 2 последовательностью h = -3,5; -2,5; -1,5; -0,5; 0,5; 1,5; 2,5; 3,5.

Строки, необходимые для строчной информации на входах 34, легко могут быть рассчитаны из отношения l₁ = h-0,5•l₂. Например, для создания строки 20 второго видеоизображения на выходы 34 подаются интенсивности элементов изображения строк 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14. Но те же строки применяются в суммирующей схеме 16 также и для строки 21, т.е. для случая 2. Отсюда очевидно, что, как указано выше, самый низкий двоичный разряд счетчика строк должен применяться только для переключения аналогового ключа 24, в то время как считываемые из видеопамяти элементы изображения относительно строки первого видеоизображения управляются более высокими двоичными разрядами счетчика строк.

Далее очевидно также, что вследствие отрицательных значений h могут появиться также и отрицательные значения l₁. Видеопамять в примере выполнения рассчитана таким образом, что информация об элементе изображения таких строк приравнивается к уровню черного соответствующего телевизионного стандарта. Следовательно, за счет этого к первому видеоизображению фиктивно прибавляют черный край. Аналогичным образом происходит также обработка строк l₁ видеоизображения, которые получаются чисто расчетным путем в виде чисел l₁ строк, которые превышают максимальное число m₁ согласно первому видеоизображению.

В способе для создания одной строки второго видеоизображения для этого примера выполнения применяются только восемь строк первого видеоизображения. Как уже упоминалось выше, из-за сильно падающих с величиной h весовых величин вследствие этого ограничения возникает лишь небольшая, вполне допустимая ошибка. Однако при более высоких требованиях такой же принцип, что и в этом примере выполнения, может быть применен также и для большего числа входных линий, причем при дальнейшем описании суммирующая схема должна быть учтена лишь путем дополнительных сопротивлений.

На фиг.5 видно, что суммирующая схема 16 состоит в основном из двух частей, а именно, первой для создания выходного сигнала на выходе 20 и второй для создания выходного сигнала на выходе 22.

Основным компонентом каждой части является работающий в качестве суммирующего усилителя операционный усилитель 36, соответственно 38 с отрицательной обратной связью через сопротивления 40, соответственно 42. Инвертирующие вводы операционных усилителей 36 и 38 присоединены не только через сопротивления к входам 34 для весового суммирования входных напряжений, но и соединены каждый через сопротивление 44, соответственно 46 с выходом другого операционного усилителя 48, соответственно 50, включенного в качестве суммирующего усилителя. Для включения операционных усилителей 48, соответственно 50 в качестве суммирующих усилителей в каждом случае предусмотрено также сопротивление 52 и 54 отрицательной обратной связи.

Операционные усилители 48 и 50 инвертируют входной сигнал и учитывают отрицательные весовые величины, появляющиеся при этом способе вследствие функции sin(x)/x. Строчная информация, которая должна быть умножена согласно сумме в уравнении 1.0 на отрицательные весовые величины, суммируется лишь посредством операционных усилителей 52 и 54, прежде чем она с обратными знаками будет добавлена через операционные усилители 36 и 38 к выходной сумме.

В примере выполнения каждое сопротивление 40, 42, 44, 46, 52 и 54 имеет значение 1 кОм, так что значения сопротивлений, находящихся между входным напряжением 34 и инвертированными входами операционных усилителей 36, 38, 48 и 50, рассчитываются как 1 кОм, деленный на абсолютную величину указанного в таблице веса для соответствующего значения h, которое используется для взвешивания поданного на соответствующий вход 34 напряжения относительно считываемой из видеопамяти 10 строки. При этом случай 1 таблицы относится к верхней части суммирующей схемы, а случай 2 к нижней части суммирующей схемы фиг. 5.

Кроме того, на инвертированных входах операционных усилителей 36 и 38 предусмотрены сопротивления 60, соответственно 62, с помощью которых учитывается описанное выше смещение в качестве напряжения. Далее, между выходами операционных усилителей 36 и 38 и выходами 20 и 22 суммирующей схемы 16 дополнительно включено по одному инвертирующему усилителю 64, соответственно 66 для создания с помощью суммирующей схемы положительных напряжений при положительных входных коммутациях. Если при дальнейшей обработке потребуются отрицательные напряжения, то они могут быть сняты также с выходов 68 и 70.

Вся суммирующая схема 16 рассчитана для примера выполнения на суммирование согласно уравнению 1.0 с коэффициентом A = 1, так как последний, как описано выше в отношении фиг. 4, дополнительно должен быть учтен посредством усилителя 26. Дополнительный усилитель 26 при выборе постоянного коэффициента A может не потребоваться, если известным специалисту образом для усилений, отличных от 1, рассчитать схему, например, путем изменения сопротивления 40 и 42 отрицательной обратной связи.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 4 и 5, в виде примера пояснялось только увеличение числа строк во втором видеоизображении по сравнению с числом строк в первом видеоизображении. Увеличение числа элементов изображения на строку при этом не затрагивалось. Этого не требовалось, так как строчная информация имелась в аналоговой форме, а элементы изображения каждой строки преобразовывались и вводились в видеопамять 10 для хранения уже с повышенной тактовой частотой.

В других вариантах применения, например, если видеоинформация поступает от видеозвукового компакт-диска, интенсивности элементов изображения присутствуют в виде цифровых значений в количестве элементов изображения на строку, определяемом видеостандартом первого видеоизображения, так что увеличение числа элементов изображения в пределах строки посредством интерполяции также является целесообразным. В этом случае первое видеоизображение можно ввести в видеопамять 10, а для обработки строк предусмотреть также другие суммирующие схемы 16 для обработки элементов изображения одной строки.

Такая схема представлена на фиг. 6. Она формирует из элементов изображения одной строки большее число элементов изображения в выходной строке. Пример выполнения согласно фиг. 6 рассчитан на удвоение числа элементов изображения, так что в данном случае также можно применять указанные в таблице весовые величины.

В примере выполнения согласно фиг. 6 строчная информация на входе 72 представлена в цифровой форме и последовательно вызывается тактовыми импульсами, названными Такт 2, из видеопамяти или с видеодиска, а при определенных условиях также из однострочного буфера. Эта цифровая информация вводится затем в многокаскадную схему 74 задержки, также управляемую Тактом 2. На выходы отдельных каскадов схемы 74 задержки соответствующие интенсивности отдельных последовательно следующих элементов изображения в обрабатываемой строке подаются параллельно в виде аналоговых значений напряжения, посылаемых на входы 34 суммирующей схемы 16 по фиг. 5.

Схемой 74 задержки может быть сдвиговый регистр, у которого цифровые выходы отдельных каскадов преобразуются соответственно цифроаналоговым преобразователем. Однако в данном примере выполнения количество цифроаналоговых преобразователей уменьшается за счет того, что поданные на вход 72 цифровые сигналы сначала преобразуются в аналоговые напряжения, а задержка осуществляется посредством схемы типа "пожарная цепочка" путем перезарядки конденсаторов известным специалисту образом. Интервалы между последовательно следующими элементами изображения лежат в пределах микросекунд, так что возможный разряд конденсаторов пренебрежимо мал. Однако при более медленной передаче изображения, например при приеме изображения от некоторых метеорологических спутников, в устройстве для осуществления способа следует использовать вышеупомянутое устройство 74 задержки, работающее как сдвиговый регистр.

Суммирующая схема 16 реализована на восьми входных линиях, так что для схемы 74 задержки также должны быть предусмотрены только восемь каскадов. При более высокой, чем это возможно достичь с помощью схемы по фиг. 5, точности взвешенного суммирования число каскадов схемы 74 задержки, равно как и количество суммирующих сопротивлений в схеме 16 увеличивается.

Схема 74 задержки перед каждой строкой устанавливается в исходное состояние, т.е. в схеме типа "пожарная цепочка" конденсаторы определенным образом разряжаются, а по окончании ввода строки первого видеоизображения управляющий блок устанавливает для восьми тактовых сигналов на входе 72 цифровое значение нуль. Тем самым, аналогично тому, как это описано для строк, создается черный край изображения.

Интенсивность изображения для нечетного и четного чисел элементов изображения также вправляется аналоговым ключом 24. Переключение происходит посредством импульсов, обозначенных на фиг. 6 как Такт 1, которые бинарным делителем 78 делятся надвое для получения Такта 2. Благодаря этому на суммирующую схему 16 для двух периодов Такта 1 подаются интенсивности одинаковых элементов изображения первого видеоизображения, однако с Тактом 1 последовательно включаются нечетные и четные элементы изображения второго видеоизображения. Как уже описано выше для строк, это можно реализовать с помощью суммирующей схемы согласно фиг. 6, так как для нечетных и четных выходных значений требуется одинаковая входная информация.

Преимущество вышеприведенных примеров выполнения, реализованных в основном на аналоговых схемах, заключается в том, что скорость их работы очень высока. Однако, например, согласование коэффициента A для дальнейшего повышения качества изображения в зависимости от содержания кадра возможно лишь путем дополнительных затрат на схемотехнические средства, при этом, например, сначала обрабатывается второе изображение, а затем определяется коэффициент A либо информация изображения, содержащаяся в видеопамяти 10, перед обработкой суммирующей схемой, например процессором, расшифровывается с целью получения искомого коэффициента A.

В другом примере выполнения по фиг. 7 согласно способу применяется видеопроцессор 80 для взвешенного суммирования. С помощью примера выполнения, аналогично показанному на фиг. 7, были получены описанные выше изображения на фиг. 1-3.

В устройстве согласно фиг. 7 весовые величины рассчитываются в качестве табличных значений в зависимости от телевизионного стандарта первого и второго видиозображений и вводятся в ЗУПВ 82. Умножение значений интенсивностей элементов изображения на весовые величины, равно как и суммирование осуществляется видеопроцессором 80 в цифровой форме. Управление суммированием и расчетом весовых величин при этом осуществляется программой, содержащейся в ПЗУ 84, согласно уравнениям 1.0, соответственно 2.0. Интенсивности элементов изображения первого видеоизображения считываются видеопроцессором из первой видеопамяти 10 в режиме прямого доступа к памяти (ПДП), а результаты вычислений по уравнениям 1.0, соответственно 2.0 сохраняются во второй видеопамяти 86. Доступ ко второй видеопамяти 86 для считывания может быть осуществлен напрямую, а хранимое в ней второе видеоизображение может быть отображено, например, с помощью воспроизводящего устройства в виде изображения на экране.

Для повышения скорости обработки в другом примере выполнения, не показанном на чертеже, вместо видеопроцессора 80 можно использовать несколько процессоров, работающих в различных областях памяти. Возможности модификации для этой цели схемы по фиг. 7 известны специалистам в области вычислительных машин параллельного действия.

Как уже указывалось выше, количество подлежащих учету весовых величин уменьшается, а тем самым также уменьшается сложность устройства для реализации способа прежде всего в том случае, когда коэффициенты m₁/m₂, соответственно n₁/n₂ в аргументе функции синуса подобраны соответствующим образом. Произвольный выбор величин m₂ и n₂ возможен тогда, когда второе видеоизображение отображается воспроизводящим устройством, позволяющим непрерывно управлять каждым элементом изображения на экране для воспроизведения.

Такого рода воспроизводящее устройство 90 показано на фиг. 8. Для кадрового хранения сформированных тюнером сигналов R, G, B предусмотрена видеопамять 92. Внутри видеопамяти первое видеоизображение трансформируется видеопроцессором согласно способу во второе видеоизображение. Управляющее устройство 94 управляет вводом в память и считыванием из памяти изображения. Далее предусмотрена матричная схема 96, согласующая цветовые сигналы в видеопамяти 92 с цветами, применяемыми в воспроизводящем устройстве.

В воспроизводящем устройстве для создания яркости элементов изображения, соответственно цветов используются три различных источника 98 света, которые в данном примере выполнения являются лазерами, интенсивности которых управляются модуляторами 100. Модулированные таким образом световые пучки объединяются зеркалами 102 и направляются на механический сканер 104, который в этом примере выполнения состоит из вращающегося многогранного зеркала 106 и поворотного зеркала 108 для точечной и строчной развертки. Второе видеизображение затем воспроизводится на экране 110.

Благодаря механическому сканеру 104 можно непрерывно управлять каждым положением на экране. Это устройство воспроизведения позволяет свободно выбирать количество элементов изображения на строку и число строк второго видеоизображения, так что количество весовых величин в способе согласно изобретению может быть всегда выбрано оптимальным. Различное для разных стандартов управление механическим сканером происходит в этом случае посредством сканирующей схемы 112, которая также контролируется управляющим устройством 94.

Из примеров выполнения становится очевидным, что с помощью интерполяционного способа согласно изобретению и соответствующего устройства можно достичь высокого качества видеиозображений. Примеры выполнения подтверждают далее, что уже сегодня можно проводить необходимую для этого обработку изображений в режиме реального времени за счет либо применения аналоговых схем, либо применения нескольких видеопроцессоров. Ожидаемое в будущем повышение скоростей коммутации интегрированных схем предоставит возможность дальнейшего упрощения схем для применений в режиме реального времени даже при переменных амплитудах A, переменных смещениях Δ или сложных характеристиках среза.

Прилагается способ обработки первого видеоизображения с элементами изображения в m₁ строках, элементы изображения которого имеют каждый в l₁-той строке интенсивность I₁ (t, l₁) в зависимости от параметра t, в частности времени, для формирования второго видеоизображения с m₂ строками, при этом соответствующую интенсивность I₂ (t, l₂) элемента изображения в l₂-той строке второго видеоизображения интерполируют из интенсивностей I₁ (t, l₁) элементов изображения первого видеоизображения, причем I₂ получают согласно соотношению I₂ (t, l₂) = max (J (t, l₂) + Δ; 0), где величины J представляют собой дискретизированные относительно строки значения характеристики сигнала, задаваемой теоремой отсчетов, и где смещение Δ предусмотрено для частичной компенсации отрицательных интенсивностей дискретизированной характеристики J сигнала, так что интерполяция относительно строк происходит с А в качестве произвольно выбираемой амплитуды положительного значения согласно соотношению

Описано также устройство, содержащее соответствующие схемотехнические средства для формирования второго видеоизображения по предлагаемому способу. Технический результат заключается в высоком качестве видеоизображения. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.

1. Способ обработки первого видеоизображения с элементами изображения в m₁ строках, элементы изображения которого имеют каждый в l₁-той строке интенсивность I₁ - (t, l₁) в зависимости от параметра t, в частности времени, для формирования второго видеоизображения с m₂ строками, отличающийся тем, что соответствующую интенсивность I₂(t, l₂) элемента изображения в l₂-той строке второго видеоизображения интерполируют из интенсивностей I₁(t, l₁) элементов изображения первого видеоизображения, причем I₂ получают согласно соотношению
I₂(t,l₂) = max(J(t,l₂)+Δ;0),
где величины J представляют собой дискретизированные относительно строки значения характеристики сигнала, задаваемой теоремой отсчетов, и где смещение Δ интенсивности сигнала предусмотрено для частичной компенсации отрицательных интенсивностей дискретизированной характеристики J сигнала, так что интерполяции относительно строк происходит с произвольно выбираемой амплитудой A положительного значения согласно соотношению

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в первом видеоизображении дискретизируют также строку относительно параметра t в n₁ элементах изображения, а второе видеоизображение дискретизируют n₂ элементами изображения на строку относительно параметра t, так что интенсивности первого видеоизображения могут быть представлены как I₁(k₁, l₁) для k₁-того элемента изображения в l₁-той строке, а интенсивности второго видеоизображения могут быть представлены как I₂(k₂, l₂), соответственно равным образом дискретизированные характеристики сигнала могут быть представлены как J(k₂, l₂) для k₂-того элемента изображения в l₂-той строке, причем интерполяция элементов изображения в пределах одной строки также осуществляется по теореме отсчетов, так что
I₂(k₂,l₂) = max(J(k₂,l₂)+Δ;0),
где
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что смещение Δ интенсивности сигнала для каждого видеоизображения устанавливают на максимальное значение отрицательной характеристики сигнала J. 4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что смещение Δ интенсивности сигнала устанавливают на 0. 5. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что для амплитуды A выбирают значение 1. 6. Способ по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что амплитуду A устанавливают такой, что во втором видеоизображении достигается такая же интегральная яркость, что и в первом видеоизображении. 7. Способ по одному из пп.1 - 6, отличающийся тем, что первое видеоизображение с m₁ строками и n₁ элементами изображения на строку формируют из первоначального видеоизображения с m₀ строками и n₀ элементами изображения на строку, причем выбирают n₁ > n_o и m₁ > m_o, а дополнительные элементы изображения первого видеоизображения по отношению к первоначальному видеоизображению охватывают первоначальное видеоизображение в качестве рамки, а интенсивности элементов изображения в рамке приравнивают к уровню черного. 8. Устройство обработки первого видеоизображения с элементами изображения в m₁ строках, элементы изображения которого имеют каждый в l₁-той строке в зависимости от параметра t, в частности времени, интенсивность I₁(t, l₁) для формирования элементов изображения второго видеоизображения с m₂ строками, отличающееся наличием суммирующей схемы (16), которая интерполирует интенсивность I₂(t, l₂) элемента изображения второго видеоизображения в l₂-той строке из интенсивностей I₁(t, l₁) элементов первого видеоизображения, причем интенсивности I₁ элементов изображения первого видеоизображения суммируются с учетом весовых коэффициентов по заданному числу строк с целью создания для строки l₂ второго видеоизображения характеристики сигнала J(t, l₂) согласно уравнению

с амплитудой A, установленной для второго видеоизображения, а также наличием схемы подавления, которая в основном оставляет без изменения положительные значения J и подавляют отрицательные значения J и на выходе которой воспроизводятся интенсивности I₂(t, l₂) элементов второго видеоизображения. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что схема подавления состоит из одного сопротивления и одного диода, включенного встречно напряжению смещения, причем напряжение смещения определяется пороговым значением диода. 10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что предусмотрена суммирующая схема для суммирования смещения Δ интенсивности сигнала. 11. Устройство обработки первого видеоизображения с элементами изображения в m₁ строках, элементы изображения которого имеют каждый в l₁-той строке в зависимости от параметра t, в частности времени, интенсивность I₁(t, l₁), для формирования элементов изображения второго видеоизображения с m₂ строками, отличающееся наличием суммирующей схемы, которая интерполирует интенсивность I₂(t, l₂) элемента изображения второго видеоизображения в l₂-той строке из интенсивностей I₁(t, l₁) элементов первого видеоизображения, причем интенсивности I₁ элементов изображения первого видеоизображения суммируются с учетом весовых коэффициентов по заданному числу строк с целью создания для строки l₂ второго видеоизображения характеристики сигнала J(t, l₂) согласно уравнению

с амплитудой A, установленной для второго видеоизображения, причем I₂(t, l₂) получают из J(t, l₂) путем суммирования смещения Δ интенсивности сигнала, которое может быть выбрано такой величины, что отрицательные значения в характеристике сигнала J будут точно скомпенсированы. 12. Устройство по одному из пп.8 - 11, в котором первое видеоизображение дискретизировано n₁ элементами изображения на строку, а второе видеоизображение может быть представлено n₂ элементами изображения на строку, отличающееся тем, что предусмотрена интерполяция интенсивности I₂(k₂, l₂) k₂-того элемента изображения l₂-той строки для второго видеоизображения из интенсивностей I₁(k₁, l₁) соответствующих k₁-тых элементов изображения l₁-той строки первого изображения посредством суммирующей схемы, причем для формирования второго видеоизображения характеристика сигнала J, дискретизированная в соответствии с элементами изображения и строками, создается согласно уравнению

и интенсивности I₂ приравниваются к положительным значениям J, а отрицательные значения J подаются с помощью схемы подавления и/или посредством суммирования смещения Δ интенсивности сигнала. 13. Устройство по одному из пп.8 - 12, отличающееся наличием видеопроцессора, который содержит суммирующую схему и/или схему подавления, либо может управляться соответствующей программой. 14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что управление видеопроцессором посредством программы осуществляется таким образом, что амплитуда A может быть определена в режиме реального времени и при создании характеристики сигнала J задаваться таким образом, что интегральная яркость второго видеоизображения будет равна интегральной яркости первого видеоизображения. 15. Устройство по одному из пп.8 - 14, отличающееся тем, что предусмотрено воспроизводящее устройство для воспроизведения второго видеоизображения, которое позволяет высвечивать на экране различные элементы изображения независимо от стандарта. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что в воспроизводящем устройстве предусмотрен непрерывный сканер для отражения управляемого интенсивностью I₂ луча света, позволяющий в зависимости от условий сканирования реализовать различные телевизионные стандарты относительно числа элементов и числа строк воспроизводимого изображения. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что сканер содержит вращающееся многогранное зеркало и поворотное зеркало.