2 Motivation

2 Motivation

2.1 Problemstellung

Durch die Entwicklung neuer bzw. Weiterentwicklung vorhandener Bildwiedergabesysteme in den letzten Jahren, wie Plasmadisplays oder PC-Monitore und 100 Hz Fernseher, hat die Bildformatkonversion stark an Bedeutung gewonnen. Die heute noch üblichen Standards zur Fernsehbildübertragung mit einer Bildwiederholfrequenz von 50 Halbbildern pro Sekunde enthalten verschiedene Flimmer- und Flackerstörungen und sind deshalb nicht optimal an die menschliche Wahrnehmung angepaßt.

Aufgrund der zeilenweisen Abtastung einer Szene in einer Fernsehkamera und der Zeilensprungwiedergabe auf einem Monitor entsteht das in Abbildung 2.1 dargestellte Spektrum [Blume97]. Neben dem Basisspektrum B sind die Wiederholspektren W1 bis W5 als Störungen vorhanden.


Spektrum
Abbildung 2.1: Spektrum eines im Zeilensprung abgetasteten 50 Hz Signals

Das Wiederholspektrum W1 trägt durch die Frequenz von 0 Hz nicht zum Flimmereindruck bei, führt aber zu einer im Bild sichtbaren Zeilenstruktur.

Besonders problematisch erweist sich das Wiederholspektrum W2. Zum einen führt es zu einem sichtbaren Zeilenwandern, zum anderen führt es zu einem 25 Hz Detail-/ Kantenflackern hochfrequenter Bildanteile. Gerade bei 25 Hz hat die Flimmerempfindlichkeit des Auges bei normalen Beleuchtungsstärken ihren Maximalwert.

Durch das Wiederholspektrum W3 entsteht ein 50 Hz Großflächenflimmern. Dabei wird das gesamte Bild mit der Vollbildfrequenz moduliert.

Da die weiteren Wiederholspektren außerhalb der visuellen Wahrnehmung liegen, tragen sie zu keiner weiteren Störung bei.

2.2 Problemlösung

Um die Flimmerstörungen zu beseitigen, bietet es sich an, die Abtastrate zu erhöhen. Abbildung 2.2 zeigt das Spektrum eines Bildsignals mit einer auf 100 Hz verdoppelten Abtastfrequenz [Jostschulte94].


Spektrum
Abbildung 2.2: Spektrum eines im Zeilensprung abgetasteten 100 Hz Signals

Aufgrund der Abtastratenerhöhung verschiebt sich das Großflächenflimmern in den nicht wahrnehmbaren Bereich von 100 Hz. Die noch innerhalb der ungefähren Wahrnehmungsgrenze liegenden Bereiche des Wiederholspektrums W2 führen in der Praxis nur zu kaum erkennbaren Störungen, da sie auf kleine räumliche Bereiche beschränkt sind.

Die in einer 50 Hz Zeilensprungsequenz vorhandenen Flimmerstörungen lassen sich auch durch eine Änderung von einer Zeilensprungabtastung zu einer progressiven Abtastung verringern. Dabei werden die an Halbbildfrequenzen liegenden Wiederholspektren W2 und W5 aus Abbildung 2.1 vermieden und somit auch das Detailflackern und das Zeilenwandern unterdrückt.

Außer dem Wunsch nach Bildqualitätsverbesserung wird die Bildformatkonversion benötigt, um verschiedene Kinofilmformate (24 Hz) und Fernsehformate mit den üblichen Bildwiederholraten von 50 Hz (PAL) und 60 Hz (NTSC) in einander umzuwandeln. In neuerer Zeit kommen durch die Entwicklung moderner Multimediageräte und Displaytypen weitere Wiedergabeformate hinzu. So erfordert beispielsweise die Integration von Fernseher und PC eine progressive Darstellung mit 60 Hz bei Verwendung eines LCD-Flachbildschirms. Bei einem herkömmlichen CRT-Monitor empfiehlt sich eine Bildwiederholrate von mindestens 85 Hz. Da die seit über 50 Jahren gebräuchliche Übertragungsnorm aus Kompatibilitätsgründen nicht verändert werden kann1, muß die Bildformatkonversion im Wiedergabegerät erfolgen. Durch die technischen Fortschritte in der Mikroelektronik können aber immer leistungsfähigere Algorithmen, die zu einer wesentlich verbesserten Bildqualität führen, eingesetzt werden.


1 Auch der für das digitale Fernsehen entwickelte Standard MPEG 2 sieht eine Zeilensprungübertragung vor.


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