Bildverbesserung nach dem Prinzip des Priority Processing

Dr.-Ing. Stefan Schiemenz

In videosignalverarbeitenden Systemen werden mehr und mehr Softwaremodule eingesetzt, die Aufgaben von traditionell verwendeten Hardwarebausteinen übernehmen. Die Vorteile sind eine äußerst flexible Anwendbarkeit und kurze Entwicklungszeiten bis zu Endprodukten. Die Softwaremodule haben dabei eine fest implementierte Funktionalität. Sie sind so ausgelegt, dass sie eine bestimmte, vorgegebene Ausgabequalität erreichen. Auf der anderen Seite ist die zur Verfügung stehende Rechenkapazität der eingesetzten DSP’s (digitale Signalprozessoren) begrenzt, was sich einschränkend auf die Anzahl parallel laufender Module auswirkt. Skalierbar gestaltete Algorithmen (SA) lösen dieses starre Systemverhalten auf, indem sie ihre Ausgabequalität an die zur Verfügung stehenden Ressourcen dynamisch anpassen. D.h. die Ausgabequalität verbessert sich in Abhängigkeit der Bearbeitungsdauer (Zeitressource) eines Video-Frames. Auch wenn die Bearbeitung vorzeitig durch die Systemebene abgebrochen wird, erfolgt die Ausgabe. Am Lehrstuhl Medientechnik wird dieses Systemverhalten untersucht. Der Fokus liegt dabei auf einem Prinzip, welches als Priority Processing bezeichnet wird. Die Signalverarbeitung erfolgt dabei nach dem Grad der Wichtigkeit - die wichtigsten Teilfunktionen oder die wichtigsten Bildbereiche werden zuerst bearbeitet, unwichtigere Bereiche danach oder gar nicht. So kann sichergestellt werden, dass zu jedem beliebigen Abbruchzeitpunkt die bis dahin bestmögliche Ausgabequalität errreicht wird.

Zur Erforschung dieses Verarbeitungsprinzips sind verschiedene skalierbare Algorithmen entwickelt worden. Die dabei angestrebte generelle Arbeitsweise lässt sich sehr gut an einem skalierbaren Algorithmus zur Bildverbesserung zeigen, der speziell nach einer Bildverkleinerung eines Video-Livebildes eingesetzt wird.

Abb.1 stellt das vereinfachte Blockschaltbild dieses SA dar. Im Wesentlichen werden zwei Operationen zur Bildverbesserung durchgeführt: eine lineare Kantenanschärfung und eine anschließende Rauschreduktion. Diese Funktionen laufen nacheinander ab, allerdings wird die Bildvorlage nicht sequentiell abgearbeitet, sondern in Abhängigkeit vom Bildinhalt. Dabei werden für die Kantenanschärfung Bildinhalte mit der größten Aktivität vorrangig behandelt, während zur Rauschreduktion homogene Bildbereiche priorisiert werden. Für die Festlegung der jeweiligen Bearbeitungsreihenfolge muss für jedes Frame eine Bildinhaltsanalyse durchgeführt werden, bei der die Reihenfolge in Abhängigkeit der Aktivität des Bildinhaltes festgelegt wird. Messungen haben gezeigt, dass diese Bildanalyse nur 6% des Gesamtaufwandes ausmacht, also vernachlässigbar klein ist. Die inhaltsabhängige Reihenfolge bei der Bearbeitung der Bildvorlage kann schon bei frühzeitigem Abbruch eine Ausgabe in bestmöglicher Qualität sicherstellen.

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