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Verfahren zum Mischen zweier Farbfernsehsignale - Dokument DE3143653C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3143653C2 30.03.1989
Titel Verfahren zum Mischen zweier Farbfernsehsignale
Anmelder Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Hausdörfer, Michael, Dr.-Ing., 6109 Mühltal, DE;
Heß, Heinz, 6108 Weiterstadt, DE
DE-Anmeldedatum 04.11.1981
DE-Aktenzeichen 3143653
Offenlegungstag 11.05.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.03.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.1989
IPC-Hauptklasse H04N 9/76
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Mischen eines Vordergrund signals und eines Hilfsgrundsignals wird ein Wirksignal aus dem Vordergrundsignal abgeleitet; in Abhängigkeit vom Wirksignal werden Teile des Vordergrundsignals entsättigt und Teile des Hintergrundsignals unterdrückt. Beide derart behandelten Signale werden additiv überlagert. Dadurch ergibt sich eine bessere Darstellung der Umrisse des Vordergrundsignals und eine bessere Wiedergabe von transparenten Gegenständen im Vordergrund und von Schatten.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind bereits Verfahren bekannt, bei welchen zwischen zwei Farbfernsehsignalen in Abhängigkeit vom Vorhandensein einer vorgegebenen Farbe umgeschaltet wird. Dieses Verfahren wird üblicherweise derart durchgeführt, daß eine Farbfernsehkamera auf den Bildvordergrund gerichtet wird und zusammen mit diesem einen einfarbigen Hintergrund aufnimmt. In der Praxis hat sich hierfür Blau am besten bewährt, weshalb dieses Verfahren auch häufig Blauwand-Verfahren genannt wird, obwohl im Prinzip jede im Vordergrund nicht vorhandene Farbe als Umschaltkriterium verwendet werden kann. Der dem blauen Hintergrund entsprechende Anteil des Vordergrundsignals wird nun durch ein von einem zweiten Signalgeber erzeugtes Hintergrundsignal ersetzt. Erfolgt dieses mit Hilfe eines elektronischen Umschalters, so ergeben sich häufigt unnatürlich wirkende Übergänge an Kanten, da feine Details nicht erfaßt werden und eine Optimierung der Übergänge hinsichtlich der Leuchtdichte- und Chrominanzinformation prinzipiell nicht möglich ist. Es ist daher das sogenannte "soft-key"-Verfahren bekanntgeworden, bei dem zwischen dem Vordergrund- und dem Hintergrundsignal ein Überblendvorgang stattfindet.

Da dieses wiederum zu Farbsäumen innerhalb des Übergangsbereichs zwischen den Signalen führen kann, wird gemäß einem weiteren bekannten Verfharen, innerhalb dieses Übergangsbereichs eine Entsättigung vorgenommen, wobei jedoch das Einsetzen des Vordergrundsignals in das Hintergrundsignal durch Überblendung erfolgt (SMPTE-Journal, Vol. 90, Febr. 1981, S. 107-112). Auch bei diesem Verfahren können durch geringe zeitliche Ungenauigkeiten der beiden Signale zueinander oder bei der Ableitung des Schalt- bzw. Überblendsignals Störungen auftreten, die sich insbesondere bei feinen Strukturen an Rändern des Vordergrunds, beispielsweise an der Frisur einer Sprecherin, bemerkbar machen.

Außerdem ist aus der DE-OS 22 45 070 ein System zur Kombination von Farbbildern bekannt, welches dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 entspricht. Dabei wird eine Entsättigung der entsprechenden Teile des Vordergrundsignals jedoch durch Beeinflussung der RGB-Signale durchgeführt, was zu Farbbalance- oder Unbuntfehlern nach der Matrizierung des Vordergrundsignals führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem eine optimale Entsättigung der Übergangsbereiche des Vordergrundsignals ohne Störungen und Fehler der zu mischenden Farbfernsehsignale möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Leuchtdichteanteil des Vordergrundsignals bei der Mischung praktisch nicht beeinflußt wird, also alle feinen Konturen (Details) des Vordergrundes erhalten bleiben. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß Schatten, welche vom Vordergrund auf die Blauwand geworfen werden, ohne weitere Maßnahmen auf das Ausgangssignal übertragen werden können, sofern das erwünscht ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhaft Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. In weiteren Unteransprüchen sind besonders vorteilhafte Schaltungsanordnungen angegeben. Dabei ist es von Vorteil, die Entsättigung des Vordergrundsignals innerhalb des ohnehin vorhandenen Coders vorzunehmen, was entweder durch einen steuerbaren Verstärker für das Farbartsignal oder dadurch geschehen kann, daß aus dem Farbartsignal ein Signal abgeleitet wird, welches in bezug auf die Amplitude dem Farbartsignal gleicht, jedoch um 180° phasenverschoben ist und dieses Signal zum Farbartsignal hinzuaddiert wird, so daß eine Auslöschung erfolgt. Eine weitere Möglichkeit der Entsättigung besteht darin, daß auf der videofrequenten Farbdifferenzsignalebene vor den Tiefpässen eine Amplitudenregelung auf Null oder eine Wegtastung erfolgt. Die nachfolgenden Tiefpässe garantieren die Systempartner (1,3 MHz/3 dB).

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 2 Spannungszeitdiagramme der bei der Anordnung nach Fig. 1 auftretenden Spule,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zur Entsättigung des Vordergrundsignals,

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 ein drittes Ausführungbeispiel für eine Anordnung für die Entsättigung des Vordergrundsignals.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist die Vordergrundkamera 1 beispielsweise auf einen Nachrichtensprecher gerichtet, hinter dem eine blaue Wand angeordnet ist. Die Ausgangssignale der Kamera 1R, G, B werden einem Wirksignalformer 2 zugeführt. Derartige Schaltungen sind in der Literatur eingehend beschrieben und brauchen im vorliegenden Zusammenhang nicht mehr erläutert zu werden. Am Ausgang 3 der Schaltung 2 steht ein Wirksignal WS zur Verfügung, welches bei einer vorwählbaren Farbe, in diesem Fall z. B. Blau, den einen Zustand und bei anderen Farben den anderen Zustand einnimmt. Dieses Wirksignal WS weist allmähliche Übergänge auf, um - wie eingangs beschrieben - keine zusätzlichen Störungen zu verursachen.

Vor den Farbwertsignalen R, G, B der Vordergrundkamera werden in einer Matrix 4 die Signale Y, U und V abgeleitet. Die Signale U und V werden in einem Modulator ( zur Quadraturmodulation des Farbhilfsträgers verwendet. Der modulierte Farbhilfsträger wird über einen steuerbaren Verstärker 7 einer Addierschaltung 8 zugeführt, mit deren Hilfe er dem Leuchtdichtesignal Y hinzugefügt wird. Zur Laufzeitanpassung ist eine Verzögerungsschaltung 5 im Leuchtdichtekanal vorgesehen. Die aus den Elementen 4 bis 8 bestehende Schaltung stellt im wesentlichen einen an sich bekannten PAL- oder NTSC-Coder dar.

Mit Hilfe des steuerbaren Verstärkers 7 wird jedoch gemäß der Erfindung die Amplitude des modulierten Farbhilfsträgers, also das Farbartsignal, derart gesteuert, daß während der Abtastung des blauen Hintergrunds kein Farbartsignal zum Addierer 8 gelangt. Während dieser Zeit wird also lediglich das Leuchtdichtesignal übertragen. Da zweckmäßigerweise für die blaue Wand Farben mit hoher Farbsättigung verwendet werden, welche im roten und grünen Spektralbereich einen kleinen Remissionsgrad aufweisen, und der blaue Spektralbereich durch die normgerechte Matrizierung nur mit 11% am Leuchtdichtesignal beteiligt ist, ist während dieser Zeit das Leuchtdichtesignal klein gegenüber der Gesamtamplitude.

Das Signal, welches den blauen Hintergrund der Vordergrundkamera 1 ersetzen soll, wird mit Hilfe einer Hintergrundkamera 11 erzeugt. Anstelle einer Kamera kann auch ein anderer Bildsignalgeber, beispielsweise ein Diaabtaster, ein Filmabtaster oder eine Magnetaufzeichnungsanlage, verwendet werden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel gibt die Hintergrundkamera 11 ein Hintergrundsignal HS bereits in Form eines Farbfernsehsignals (also nach PAL- oder NTSC-Standard codiert) ab. Das Wirksignal WS wird in einer Negierschaltung 9 in der Polarität umgekehrt und mit dem Hintergrundsignal HS einem Multiplizierer 12 zugeführt. Damit wird bewirkt, daß während der Übertragungszeit des von der Vordergrundkamera aufgenommenen Vordergrundes das Hintergrundsignal HS ausgeblendet wird. Das somit entstandene Signal HS&min; sowie das Vordergrundsignal VS werden einer Addierschaltung 10 zugeführt, an der am Ausgang 15 die gewünschte Überlagerung beider Signale zur Verfügung steht.

Wie eingangs erwähnt, wurde der Leuchtdichteanteil des Signals VS keinem Schalt- oder Überblendvorgang unterworfen, so daß alle Bilddetails, welche im Leuchtdichtesignal vorhanden sind, originalgetreu wiedergegeben werden. Es wird lediglich der der blauen Wand entsprechende Anteil des Leuchtdichtesignals im Signal VS dem Hintergrundsignal HS&min; überlagert, was dort zu einer Schwarzabhebung, also zu einer Kontrastverminderung führt. Um dieses zu vermeiden, wird das negierte Wirksignal WS einem zweiten Multiplizierer 13 zugeführt, an den über die Eingangsklemme 14 eine einstellbare Gleichspannung gelegt werden kann. Zum gleichen Zweck kann der Klemme 14 auch ein negiertes Vordergrundsignal VS zugeführt werden, wodurch die zur Korrektur erforderliche Amplitude selbsttätig erhalten wird. Hierbei kann es vorteilhaft sein, das negierte Vordergrundsignal VS vor der Zuführung zum Multiplizierer 13 einer Tiefpaßfilterung zu unterwerfen, damit kurze Impulse nicht zur Korrektur herangezogen werden. Solche kurzen Impulse können nämlich wegen der Einförmigkeit der blauen Wand lediglich dann entstehen, wenn außerhalb des Wirksignals WS im Vordergrundsignal VS Bilddetails vorhanden sind, welche jedoch nicht unterdrückt werden sollen.

In Fig. 2 sind einige der in der Anordnung nach Fig. 1 aufgetretenen Signale als Spannungszeitdiagramme dargestellt, und zwar jeweils der Verlauf einer Zeile H. Fig. 2a zeigt das Vordergrundsignal VS, bei welchem lediglich im Bereich des Wirksignals (s. Fig. 2b) ein Farbartsignal vorhanden ist. Fig. 2c zeigt das Hintergrundsignal HS&min;, welches aus dem Hintergrundsignal HS durch Multiplikation mit dem negierten Winkel WS entstanden ist.

Fig. 3 zeigt in etwas detaillierterer Darstellung einen Coder, wie er bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde. Die Farbwertsignale RGB werden bei 21 einer Matrix 22 zugeführt, an deren Ausgänge einerseits das Leuchtdichtesignal Y und andererseits die beiden Farbdifferenzsignale U und V zur Verfügung stehen. Die Farbdifferenzsignale U und V werden über je einen Tiefpaß 23 und 24 Modulatoren 26 und 27 zugeführt. Diesen Modulatoren wird über die Eingangsklemme 31 und 32 der Farbhilfsträger zugeführt. Bei dem gezeigten Coder handelt es sich um einen Coder nach dem PAL-Farbfernsehverfahren, bei welchem der bei 32 zugeführte Farbhilfsträger in einem Phasendrehglied 34 um 90° phasenverschoben wird und ferner dem Modulator über die Eingangsklemme 30 noch eine Schaltspannung halber Zeilenfrequenz zugeführt ist. Die Ausgänge der Modulatoren 26 und 27 sind gemeinsam mit dem Eingang eines steuerbaren Verstärkers 28 verbunden, welcher mit Hilfe des bei 33 zugeführten Wirksignals gesteuert wird. Die Addierschaltung 29 entspricht der Addierschaltung 8 in Fig. 1, welcher das mit Hilfe des Verzögerungsgliedes 25 verzögerte Leuchtdichtesignal Y zugeführt wird. Am Ausgang 35 steht dann das Farbfernsehsignal mit den Komponenten Y und C zur Verfügung.

Das Vordergrundsignal VS soll zur Vermeidung von Qualitätsverschlechterungen möglichst wenig beeinflußt werden. Eine Schaltung des Coders, bei welcher das Farbartsignal einen Hauptweg durchläuft, welcher vom Wirksignal unbeeinflußt ist und die entsprechende Korrektur - in diesem Fall also die Auslöschung des Farbartsignals - in einem Nebenweg vorgenommen wird, ist in Fig. 4 dargestellt.

Bei der Schaltung nach Fig. 4 werden über den Eingang 40 die Farbwertsignale RGB wiederum einer Matrix 41 zugeführt und genau wie in der Schaltung nach Fig. 3 über Tiefpässe 42 und 43 Modulatoren, welche aus den Multiplizierern 55, 58, 56 und einem Phasendrehglied 54 bestehen, zugeführt. Bei 53 liegt der Farbhilfsträger an, bei 57 wird ein mäanderförmiger Impuls mit halber Zeilenfrequenz zugeleitet. Das Farbartsignal entsteht am Ausgang der Addierschaltung 60 und wird über eine weitere Addierschaltung 61, einen Tiefpaß 50, welcher zur Unterdrückung der bei der Modulation entstehenden höherfrequenten Anteile dient, der Summierschaltung 51 zugeführt, mit deren Hilfe das Farbartsignal dem Leuchtdichtesignal Y, welches mit Hilfe des Verzögerungsgliedes 44 an die Laufzeit des Farbartsignals angepaßt wurde, hinzugefügt wird. Das Farbfernsehsignal steht am Ausgang 52 zur Verfügung.

Das Wirksignal WS wird einem Eingang 62 einer Multiplizierschaltung 45 zugeführt, deren anderem Eingang das invertierte Farbartsignal -C zugeleitet ist, welches durch Addition (Addierschaltung 59) der invertierten Ausgangssignale der Multiplizierschaltung 55 und 58 abgeleitet wurde. Zur Auslöschung des Farbartsignals ist es nun erforderlich, daß nicht nur die Phasenlage, also die entgegengesetzte Polarität, eingehalten wird, sondern daß auch die Amplitude des der Addierschaltung 61 zugeführten invertierten Farbartsignals derjenigen des nichtinvertierten Farbartsignals entspricht. Hierzu wird das Ausgangssignal der Addierschaltung 60 einem Amplitudenkomparator 49 zugeführt und bezüglich der Amplitude mit demjenigen Signal, welches der Addierschaltung 61 zugeführt wird, verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs wird während des Auftretens des Farbsynchronsignals in einen Speicherkondensator 46 eingeschrieben, wozu ein Schalter 48 mit dem k-Impuls angesteuert wird. Mit der Ladespannung des Speicherkondensators 46 wird dann ein steuerbarer Verstärker 47 im Sinne einer Amplitudenregelung des invertierten Farbartsignals angesteuert. Im Prinzip ist dabei erforderlich, daß die Zuführung des negierten Signals -C das Farbsynchronsignal (Burst) nicht eliminiert. Hierzu dient der Schalter 64, der mit k angesteuert wird.

Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei welche die Entsättigung in der Videoebene vorgenommen wird. Da sehr viele Elemente der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 den Elementen der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 gleichen, wird im folgenden lediglich auf die Unterschiede zwischen den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 5 und 3 eingegangen. Während bei der Anordnung nach Fig. 3 ein steuerbarer Verstärker in den Weg des Farbartsignals - also des modulierten Farbhilfsträgers - geschaltet ist, wird bei der Anordnung nach Fig. 5 mit jeweils einem steuerbaren Verstärker 36, 37 die Amplitude der Farbdifferenzsignale von dem bei 33 zugeführten Wirksignal beeinflußt. Im einfachsten Falle können die steuerbaren Verstärker 36 und 37 aus elektronischen Schaltern bestehen, welche für den Hintergrund die Farbdifferenzsignale abschalten. Die nachfolgenden Tiefpässe 23 und 24 begrenzen dann die möglicherweise zu steilen Schaltflanken auf eine dem Farbfernsehsystem entsprechende Steigzeit. Vor den steuerbaren Verstärkern 36, 37 wird den Farbdifferenzsignalen ein k-Impuls mit Hilfe der Summierschaltungen 38 und 39 zugesetzt, welcher dann am Ausgang der Modulatoren 26, 27 das Farbsynchronsignal ergibt. Durch entsprechende Ergänzung des Wirksignals WS wird dafür Sorge getragen, daß während dieser Zeit die steuerbaren Verstärker 36 und 37 durchlässig sind.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Mischen zweier Farbfernsehsignale, wobei ein aus den Farbwertsignalen oder den Farbdifferenzsignalen eines Vordergrundsignals abgeleitetes Wirksignal zum Mischen des Vordergrundsignals mit einem Hintergrundsignal herangezogen wird, wobei in Abhängigkeit vom Wirksignal Teile des Vordergrundsignals entsättigt und Teile des Hintergrundsignals unterdrückt werden und wobei das modifizierte Vordergrundsignal (VS) und das modifizierte Hintergrundsignal (HS&min;) additiv überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entsättigung des Vordergrundsignals nur das die Farbinformation enthaltende Signal während des Codiervorganges vom Wirksignal (WS) beeinflußt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Signal additiv überlagert wird, dessen Verlauf dem Wirksignal (WS) und dessen Amplitude maximal dem negativen Wert des Leuchtdichteanteils des entsättigten Teils des Vordergrundsignals entspricht.
  3. 3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Vordergrundsignal zugeordneten Farbcoder (4 bis 8 bzw. 22 bis 29) ein steuerbarer Verstärker (7 bzw. 28) für das Farbartsignal vorgesehen ist und daß dem Steuereingang des steuerbaren Verstärkers das Wirksignal (WS) zugeleitet ist (Fig. 1 bzw. 3).
  4. 4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Vordergrundsignal (VS) zugeordneten Farbcoder eine Addierschaltung (61) vorgesehen ist, welcher einerseits das Farbartsignal und andererseits in Abhängigkeit vom Wirksignal (WS) ein Farbartsignal gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Polarität, zuführbar ist (Fig. 4).
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entsättigung im ausgezeichneten Bildbereich durch einen Regelkreis (46, 47, 48, 49) kontrolliert wird.
  6. 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dem Vordergrundsignal zugeordneten Farbcoder je ein steuerbarer Verstärker (36, 37) für jedes Farbdifferenzsignal vorgesehen ist, deren Steuereingängen das Wirksignal (WS) zugeleitet ist (Fig. 5).
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte Vordergrundsignal von einer Kamera an einem gekennzeichneten Ausgang abgegeben wird und zusammen mit dem laufzeitgleichen Wirksignal einer externen Vorrichtung (Bildmischer) zugeführt wird, wo die Überlagerung der Vorder- und Hintergrundsignale vorgenommen wird und auch das Hintergrundsignal eine Modifikation durch das Wirksignal erfährt.






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