Multidimensional Processing of Video Signals

تصویر متغییر با زمان رنگ را می توان به عنوان یک بردار سه بعدی (نماینده رنگ ها در یک فضای رنگی مناسب) توصیف کرد که بر روی یک فضای فضایی-زمانی سه بعدی تعریف شده است. در تلویزیون آنالوگ معمولی، یک سیگنال تک بعدی مناسب برای انتقال از طریق یک کانال ارتباطی، با نمونه‌برداری از صحنه در جهت عمودی و زمانی و با مولتی پلکس کردن فرکانس اطلاعات درخشندگی و کرومینانس به دست می‌آید. در سیستم‌های پردازش و انتقال دیجیتال، نمونه‌برداری در جهت افقی نیز بر روی سیگنالی که قبلاً در جهت عمودی و زمانی یا مستقیماً در سه بعدی اسکن شده است، هنگام استفاده از سنسورهای حالت جامد اعمال می‌شود. در نتیجه، در سال‌های اخیر ارزیابی مزیت‌های بالقوه ناشی از یک رویکرد چند بعدی کامل برای پردازش سیگنال‌های ویدیویی کاملاً طبیعی در نظر گرفته شده است. به عنوان یک مثال ساده اما قابل توجه، یک سیگنال ویدئویی رنگی ترکیبی، مانند سیگنال معمولی PAL یا NTSC، دارای یک طیف سه بعدی است که با استفاده از فیلترهای سه بعدی مناسب، نمونه برداری افقی را با نرخی کمتر از آن امکان پذیر می کند. برای نمونه برداری صحیح از سیگنال یک بعدی معادل مورد نیاز است. اخیراً به طور گسترده تشخیص داده شده است که بهبود کیفیت تصویر در سیستم‌های تلویزیونی فعلی و پیشرفته نیاز به الگوریتم‌های پردازش سیگنال به خوبی انتخاب شده دارد که طبیعتاً چند بعدی و در محدودیت‌های سخت اجرای زمان واقعی هستند.

A color time-varying image can be described as a three-dimensional vector (representing the colors in an appropriate color space) defined on a three-dimensional spatiotemporal space. In conventional analog television a one-dimensional signal suitable for transmission over a communication channel is obtained by sampling the scene in the vertical and tem­ poral directions and by frequency-multiplexing the luminance and chrominance informa­ tion. In digital processing and transmission systems, sampling is applied in the horizontal direction, too, on a signal which has been already scanned in the vertical and temporal directions or directly in three dimensions when using some solid-state sensor. As a conse­ quence, in recent years it has been considered quite natural to assess the potential advan­ tages arising from an entire multidimensional approach to the processing of video signals. As a simple but significant example, a composite color video signal, such as the conven­ tional PAL or NTSC signal, possesses a three-dimensional spectrum which, by using suitable three-dimensional filters, permits horizontal sampling at a rate which is less than that re­ quired for correctly sampling the equivalent one-dimensional signal. More recently it has been widely recognized that the improvement of the picture quality in current and advanced television systems requires well-chosen signal processing algorithms which are multidimen­ sional in nature within the demanding constraints of a real-time implementation.