Bilddaten bearbeiten Embedded Video-Signalverarbeitung – Teil 2

Im ersten Teil dieses Artikels standen die Video-Signalströme aus Prozessorsicht im Mittelpunkt. Der zweite Teil befasst sich nun mit den Bildbearbeitungsfunktionen, die im Prozessor ablaufen.

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Im ersten Teil dieses Artikels [1] standen die Video-Signalströme aus Prozessorsicht im Mittelpunkt. Der zweite Teil befasst sich nun mit den Bildbearbeitungsfunktionen, die im Prozessor ablaufen.

Grundlegende Video-Signalverarbeitungsschritte, die in einer Embedded Video-Anwendung in verschiedenen Kombinationen vorhanden sind, zeigt Bild 1. Das Video-Signal des CMOS-Bildsensors, der im Zeilensprungverfahren (Interlaced-Scan) nach dem 4:2:2-YCbCr-Farbmodell arbeitet, wird vom Prozessor über den Video-Port empfangen. Im Prozessor erfolgen die Umsetzung des Halbbild-Signals in Vollbilder (Deinterlacing) und die Anpassung der Bildfrequenz. Anschließend durchläuft das Signal einige Rechenalgorithmen und wird zur Ausgabe an ein LC-Display vorbereitet. Die Vorbearbeitung umfasst Chroma-Resampling, Gamma-Korrektur, Farbkonvertierung, Bildformatanpassung, Mischung mit Grafik und Umsetzung in das geeignete Ausgangsformat für die Darstellung auf einem LC-Bildschirm. Dieses Video-System dient nur als Beispiel – nicht alle Komponenten sind für die Realisierung einer konkreten Video-Applikation erforderlich. Außerdem können die Signalverarbeitungsschritte in einer von dieser Beschreibung abweichenden Reihenfolge erfolgen.

Zusammensetzen der Halbbilder

Bei Video-Quelldaten von einer Kamera, die ein NTSC-Signal im Zeilensprungverfahren (Interlaced NTSC) ausgibt, ist oft eine Umsetzung in Vollbilder erforderlich, damit die ungeraden und geraden Zeilen im Speicher zusammengeführt werden, statt sie in zwei separaten Bild-Puffern abzulegen. Das Zusammenfügen des Zeilensprung-Video-Signals wird nicht nur für eine effiziente, blockbasierte Video-Signalverarbeitung benötigt, sondern auch zur Darstellung im Vollbild-Modus – zum Beispiel auf einem LC-Display. Zur Umsetzung in Vollbilder gibt es mehrere Möglichkeiten: Zeilenverdopplung, Zeilen-Mittelwertbildung, Median-Filter und Bewegungskompensation.

Bildfrequenzanpassung

Nach der Umsetzung in ein Vollbildsignal kann eine Anpassung der Bildfrequenz erforderlich sein, um sicherzustellen, dass die Bildfrequenz des ausgegebenen Video-Signals zur Bildwiederholrate des Displays passt.

Um beide aufeinander abzustimmen, müssen eventuell Bilder ausgelassen oder verdoppelt werden. Genau wie beim Zusammensetzen der Halbbilder ist auch hier eine Filterung empfehlenswert, um hochfrequente Artefakte zu eliminieren, die durch abrupte Bildübergänge entstehen.

Eine spezielle Art der Bildfrequenzanpassung, ist die Umsetzung eines Datenstroms mit 24 Bildern/s – üblich bei 35 mm- und 70 mm-Filmen – in die von NTSC-Signalen geforderten 30 Bilder/s: 3:2-Pulldown.

Zum Beispiel würden Kinofilme, die mit 24 Bildern/s aufgenommen werden, 25 % schneller laufen (30/24), wenn jedes Bild nur einmal in einem NTSC-Video-Datenstrom verwendet werden würde.

Zur Anpassung des Datenstroms mit 24 Bildern/s an die gewünschten 30 Bilder/s wurde das 3:2-Pulldown eingeführt. Dabei werden Bilder in einer bestimmten, periodischen Reihenfolge wiederholt (Bild 2).