專利名稱：畫面重疊的寬高比控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電視技術領域，例如寬屏幕顯示格式比的電視。它必須對視頻數(shù)據(jù)進行內(nèi)插，以實現(xiàn)各種顯示格式?，F(xiàn)在的大部分電視其顯示格式比(即水平寬度與垂直高度比)為4∶3。例如16∶9的寬顯示格式比更接近電影的顯示格式比。本發(fā)明既適用于直觀式電視，也適用于投影電視。
顯示格式比為4∶3(常稱為4×3)的電視在顯示單個和多個視頻信號源的方面受到限制。商業(yè)電視廣播臺傳輸?shù)碾娨曅盘?實驗性資料例外)是用4×3顯示格式比播出的。許多電視觀眾都感到4×3顯示格式看起來沒有與電影相關的較寬的顯示格式比悅目。寬顯示格式的電視不僅顯示效果更為悅目，而且能以相應的寬顯示格式對寬顯示格式的信號源信號進行顯示。電影“看起來”就應該象電影，不應該是其畫幅受到限制或畸變的版本。視頻源無論是當例如用電視電影機將影片變換成電視，或者用電視中的處理器進行變換時，其畫幅都不應受到限制。
寬顯示格式比電視還適用于各式各樣的顯示，即適用于普通的和寬顯示格式的信號，也適用于這兩種顯示格式在多圖象顯示形式下的組合顯示。但使用寬顯示比屏幕帶來許多問題。要改變多信號源的顯示格式比，要從非同步但同時顯示的信號源產(chǎn)生出一致的定時信號，要在多個信號源之間進行切換以產(chǎn)生多圖象顯示，還要從壓縮的數(shù)據(jù)信號提供高清晰度的圖象，這些都屬于上述問題的范圍。本發(fā)明的寬屏幕電視能解決所有這些問題。按照本發(fā)明各種方案設計的寬屏幕電視能從相同或不同顯示格式比的單個和多個信號源提供高清晰度的單個和多個圖象顯示，而且顯示格式比可加以選擇。
寬顯示格式比電視可在采取基本或標準水平掃描頻率及其倍數(shù)掃描頻率、并以隔行掃描和非隔行掃描的方式顯示視頻信號的電視系統(tǒng)中加以實現(xiàn)。例如，標準的NTSC制視頻信號就是通過隔行掃描各視頻幀的順次各場進行顯示的，各場則由大約15，734赫的基本或標準水平掃描頻率的掃描動作形成的光柵產(chǎn)生的。視頻信號的基本掃描頻率有各種叫法fH，1fH和1H都是。1fH信號的實際頻率隨不同的視頻標準而異。為提高電視設備的圖象質(zhì)量，目前已研制出以非隔行掃描的方式逐行顯示視頻信號的電視系統(tǒng)。逐行掃描要求在被配用來掃描隔行掃描格式兩個場中的一個場的同樣的時間內(nèi)掃描各顯示幀。沒有閃爍的AA-BB顯示要求接連地掃描各場兩次。在各情況下，水平掃描頻率必須是標準水平頻率的2倍。這種逐行掃描或無閃爍顯示的掃描頻率有各種不同的叫法2fH和2H。2fH的掃描頻率例如按美國標準約為31，468赫。
畫中畫處理是一個特點，其中，兩個電視信號同時顯示在一個顯示器上。主要的或大的畫面填滿屏幕的大部分區(qū)域，而輔助的或小畫面重疊在大畫面上或挨著大畫面。當兩個信號源和該顯示器都具有相同的格式顯示比，例如4×3時，小畫面可以按同一整數(shù)定標因數(shù)在水平和垂直方向上減小其尺寸。
如果小畫面的格式顯示比與大畫面和顯示器的不同，則將小畫面重疊在顯示器上要求小畫面在水平方向上與垂直方向不同地被壓縮。這是在這樣的情況，例如在試圖在16×9顯示器顯示4×3小畫面信號源時。如果4×3源重疊在大畫面上以相同方式像它在4×3顯示器上那樣在16×9顯示器上顯示，亦即，在水平和垂直兩方向上以相同尺寸減少，所得出的小畫面大小和小畫面內(nèi)的物體將呈現(xiàn)出正常時寬度的33%。換句話說，小畫面的圖像寬度比出現(xiàn)33%的畸變。
根據(jù)本發(fā)明的裝置，能夠通過在輔助信號處理的視頻數(shù)據(jù)通路里使用一個內(nèi)插器來校正這種寬高比畸變。該內(nèi)插器可以通過在水平方向上使小畫面壓縮33%來正確地顯示小畫面。這將得出具有在該畫面顯示的物體的正確的圖像寬度高比的4×3小畫面。
本發(fā)明裝置的畫面重疊系統(tǒng)保證畫面重疊合適的圖象寬高比。該系統(tǒng)包括一個視頻存儲器和一個控制電路，以將視頻信號的信息寫入和讀出該視頻存儲器，該信息與視頻數(shù)據(jù)有關。一個讀電路與另一視頻信號顯示器同步地從視頻存儲器提供信息。一個內(nèi)插器有選擇性地壓縮和擴展從讀電路讀出的信息，與任何其他可垂直壓縮或擴展所述視頻數(shù)據(jù)的處理無關。一個復用器將瞬時顯示的視頻信號進行組合。該讀電路可包括一個異步的行存儲器供視頻存儲器讀出的信息用，它具有一個寫入端口，可與該視頻存儲器的讀出同步工作;和一個讀出端口，可與其它視頻信號的顯示同步地工作。


圖1(a)-1(i)用以說明寬屏幕電視的不同顯示格式。
圖 2是根據(jù)本發(fā)明各個方面并且適宜按2fH進行水平掃描工作的寬屏幕電視的方框圖;
圖 3是圖2所示寬屏幕處理器的方框圖;
圖 4的方框圖示出了圖3所示的寬屏幕處理器更詳細的細節(jié);
圖5是圖4所示的畫中畫處理器的方框圖;
圖6是圖4所示的門陣列的方框圖，示出了主信號通路、輔助信號通路和輸出信號通路;
圖7和8是有助于說明如圖1(d)所示的用畫幅十分受限制的信號產(chǎn)生的顯示格式的過程的定時圖;
圖9示出圖5畫中畫處理器的定時和控制部分的方框圖;
圖10詳細示出圖6輔助信號通路和輸出信號通路的方框圖;
圖11是圖5畫中畫處理器定時和控制部分的方框圖;
圖12示出用以產(chǎn)生1fH/2fH轉(zhuǎn)換器中內(nèi)部2fH信號的電路的方框圖;
圖13是圖2所示的偏轉(zhuǎn)電路的電路和方框的組合圖;
圖14是圖2所示的RGB接口的方框圖。
圖15示出用以解釋與畫中畫處理器相關聯(lián)的視頻RAM中存儲器映像的示意圖;
圖16示出在主與輔助視頻信號之間控制輸出切換的一個電路的方框圖。
圖1的各部分示出了可按本發(fā)明的各種不同設計實施的單個和多個圖象顯示格式的一些而不是全部的各種組合式。這里所選擇的都是為便于說明按本發(fā)明的設計構成寬屏幕電視的特定電路而舉出的例子。本發(fā)明的裝置在一些情況下除了下述具體電路以外都涉及顯示格式自身。為便于說明和討論起見，視頻源或信號的傳統(tǒng)顯示格式寬高比通常假設為4×3，視頻源或信號的寬屏幕顯示格式寬高比則通常假設為16×9。本發(fā)明的各設計方案并不受這些規(guī)定的限制。
圖1(a)示出了一般顯示格式比為4×3的直觀或投影電視。當16×9顯示格式比圖象作為4×3顯示格式比信號傳輸時，屏幕頂部和底部出現(xiàn)黑色條紋，這通常被稱為信箱格式(letterbox format)。這時所看到的圖象要比整個可利用的顯示區(qū)小一些。不然，也可以在傳輸之前將16×9顯示格式比的信號源加以變換，從而使其充斥4×3顯示格式畫面的垂直方向。但這樣就會有許多信息可能從左邊和或右邊畫幅中被限制掉。作為另一種選擇，可以將信箱式的圖象在垂直方向擴展，但在水平方向不擴展，這樣得出的圖象就會因垂直延伸而失真。這三種辦法都沒有特別可取之處。
圖1(b)示出了16×9的屏幕。16×9顯示格式比的視頻源能全面顯示出來，畫幅既不受限制又不失真。16×9顯示格式比的信箱式圖象本身是在4×3顯示格式比的信號中，這種圖象可通過將行加大一倍或加行的方法逐行掃描，從而提供有足夠垂直清晰度的較大幅面顯示。無論信號源是主信號源、輔助信號源或是外部的RGB信號源，本發(fā)明的寬屏幕電視都能顯示這種16×9顯示格式比的信號。
圖1(c)示出了16×9顯示格式比的主信號，4×3顯示格式比的插圖即在該信號中顯示。若主視頻信號和輔助視頻信號都是16×9顯示格式比信號源，則插圖的顯示格式比也可以為16×9。插圖可顯示在許多的不同位置。
圖1(d)示出的顯示格式中主視頻信號和輔助視頻信號都用同大小的圖象顯示出來。各顯示區(qū)的顯示格式比都是8×9，這當然和16×9及4×3的顯示格式比不同。為在這樣的顯示區(qū)顯示4×3顯示格式比的信號源而不致產(chǎn)生水平或垂直失真，信號必然在左側(cè)和/或右側(cè)受到畫幅的限制。如果容許寬高比由于圖象在水平方向上受擠壓而有些失真，則可以顯示出更多的、其畫幅受限程度較小的圖象。水平擠壓使圖象中的實物垂直伸長。本發(fā)明的寬屏幕電視能提供“畫幅受限制”和“寬高比失真”這二者在下列組合范圍內(nèi)的任何一種組合情況，即，這個范圍的一個極端是最大程度的“畫幅受限制”與無“寬高比失真”相組合情況;另一個極端是無“畫幅受限制”與最大程度的“寬高比失真”相組合情況。
輔助視頻信號處理通路中對數(shù)據(jù)取樣的種種限制，使得產(chǎn)生的顯示圖象具有高清晰度并且圖象幅面與主視頻信號產(chǎn)生的顯示圖象一樣大的整個信號處理過程復雜化。要解決這些復雜的問題可以有各種不同的方法。
圖1(e)的顯示格式是在16×9顯示格式比的屏幕居中部位顯示出14×3顯示格式比的圖象。右側(cè)和左側(cè)的黑條很明顯。
圖1(f)示出的顯示格式同時顯示出一個4×3顯示格式比的大圖象和三個4×3顯示格式比的較小圖象。在大圖象周邊外有較小圖象的顯示格式有時叫做POP，即畫外畫，而不是PIP(畫中畫)。在這里，兩種顯示格式都采用PIP或畫中畫一詞。在寬屏幕電視設有兩個調(diào)諧器的場合，無論兩個調(diào)諧器都設在內(nèi)部或一內(nèi)一外地配置(例如盒式錄象機中)，就可以使各顯示圖象中的兩個圖象顯示出與信號源一致的實時動作。其余的圖象可以以停幀格式顯示出來。不難理解，增設另外的調(diào)諧器和另外的輔助信號處理通路可以提供兩個以上的活動圖象。應該也不難理解，大圖象和三個小圖象的位置是可以對調(diào)的，如圖1(g)所示。
圖1(h)示出的另一種顯示格式是一個4×3顯示格式比的圖象在中間，排成縱列的6個4×3顯示格式比的較小圖象各在兩邊。和上述格式一樣，有兩個調(diào)諧器的寬屏幕電視能提供兩個活動的圖象。其余的11個圖象就以停幀的格式顯示。
圖1(i)示出了由12個4×3顯示格式比圖象組成的格子的顯示格式。這種顯示格式特別適合作為頻道選擇指南，其中各圖象至少是一個不同頻道的停幀。和前面一樣，活動圖象的數(shù)目取決于可使用的調(diào)諧器和信號處理通路的數(shù)目。
圖1所示的各種不同格式只是舉例說明而已，并不局限于這些，這些格式可按下面各附圖所示和下面即將詳細介紹的寬屏幕電視加以實施。
圖2示出了本發(fā)明適宜以2fH水平掃描方式工作的寬屏幕電視的方框圖，其總編號為10。寬屏幕電視10通常包括視頻信號輸入部分20、底盤或電視微處理器216、寬屏處理器30、1fH-2fH轉(zhuǎn)換器40、偏轉(zhuǎn)電路50、RGB接口60、YUV-RGB轉(zhuǎn)換器240、顯象管驅(qū)動器242、直觀或投影顯象管244和電源70。將各種電路分組成不同的功能方框是為了便于進行說明而這樣做的，并不希望因此而限制了這些電路彼此的實際配置位置。
視頻信號輸入部分20用以接收來自不同視頻源的多個復合視頻信號。各視頻信號可有選擇地加以切換，以便將它們作為主視頻信號和輔助視頻信號顯示。射頻開關204有兩個天線輸入端ANT1和ANT2。這些分別是接收廣播天線的信號和電纜的信號的輸入端。射頻開關204控制其中哪一個輸入被提供到第一調(diào)諧器206及第二調(diào)諧器208。第一調(diào)諧器206的輸出端即為單芯片202的輸入端，單芯片202履行與調(diào)諧、水平和垂直偏轉(zhuǎn)以及視頻控制有關的一系列功能。圖中所示的特定芯片在電子工業(yè)行業(yè)內(nèi)叫做TA7730型芯片。單芯片中起因于來自第一調(diào)諧器206的信號而產(chǎn)生的基帶視頻信號VIDEO OUT輸出后供給圖象開關200和寬屏處理器30 TVI的輸入端。其它至視頻開關200的基帶視頻輸入命名為AUX1和AUX2。它們可供電視攝影機、激光盤播放機、錄象播放機、電子游戲機等使用。視頻開關200的輸出由底盤或電視微處理器216控制，命名為SWITCHED VIDEO(切換的視頻)。SWITCHED VIDEO是寬屏處理器30的另一個輸入。
再參看圖3，開關SW1寬屏處理器將TV1和SWITCHED VIDEO這兩個信號之一選擇作為SEL COMP OUT視頻信號，這是Y/C解碼器210的一個輸入信號。Y/C解碼器210可以是自適應行梳狀濾波器。另外的兩個視頻源S1和S2也是Y/C解碼器210的輸入。S1和S2各表示不同的S-VHS源，它們各由分開的亮度信號和色度信號組成。正如在一些自適當行梳狀濾波器中那樣，可作為Y/C解碼器的一部分或作為分立開關的開關，它響應于電視微處理器216以便選取一對亮度和色度信號作為分別命名為Y_M和C_IN的輸出。所選出的一對亮度和色度信號以后就作為主信號，并沿主信號通路進行處理。信號名中包含有_M或_MN的信號名指的是主信號通路。寬屏處理器把色度信號C_IN重新引回單芯片，以便產(chǎn)生色差信號U_M和V_M。這里，U相當于(R-Y)，V相當于(B-Y)。Y_M，U_M和V_M信號在寬屏處理器中被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以便進一步進行信號處理。
第二調(diào)諧器208在功能上屬于寬屏處理器30的一部分，它產(chǎn)生基帶視頻信號TV2。開關SW2從TV2和SWITCHED VIDEO兩個信號之間選擇一個信號作為Y/C解碼器220的一個輸入。Y/C解碼器220可以是自適應行梳狀濾波器。開關SW3和SW4分別從Y/C解碼器220的亮度和色度輸出與來自外視頻源并分別命名為Y_EXT和C_EXT的亮度和色度信號之間選擇信號。Y_EXT和C_EXT信號對應于S_VHS輸入S1。Y/C解碼器220和開關SW3和SW4可以象在某些自適應梳狀濾波器一樣結合在一起。以后就將開關SW3和SW4的輸出作為輔助信號并沿輔助信號通路進行處理。所選取的亮度輸出命名為Y_A。標有_A，_AX和_AUX信號名的指的是輔助信號通路。所選取的色度輸出被轉(zhuǎn)換成色差信號U_A和V_A。Y_A、U_A和V_A信號被轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式以便進一步進行信號處理。在主信號和輔助信號通路上對視頻信號源的切換設計使得對不同圖象顯示格式的各個不同部分的信號源選擇的管理過程達到最大的靈活性。
寬屏處理器給同步分離器212提供對應于Y_M的復合同步信號COMP SYNC。水平和垂直同步分量H和V分別作為垂直遞減計數(shù)電路214的輸入。垂直遞減計數(shù)電路產(chǎn)生VERTICAL RESET(垂直復位)信號加到寬屏處理器30中。寬屏處理器產(chǎn)生內(nèi)垂直復位輸出信號INT VERT RST OUT加到RGB接口60。RGB接口中的一個開關從內(nèi)垂直復位輸出信號與外RGB源的垂直同步分量之間選取信號。該開關的輸出是引到偏轉(zhuǎn)電路50的經(jīng)選擇的垂直同步分量SEL_VERT_SYNC。輔助視頻信號的水平和垂直同步信號由寬屏處理器中的同步分離器250產(chǎn)生。
1fH-2fH轉(zhuǎn)換器40，用以將隔行掃描視頻信號轉(zhuǎn)換成逐行掃描的非隔行掃描信號，例如那種各水平行顯示兩次或通過內(nèi)插同場的毗鄰水平行產(chǎn)生另一組水平行的信號。在某些情況下，使用上一行或使用內(nèi)插行取決于在毗鄰各場或各幀之間檢測出的動作程度(the level ofmovement)。轉(zhuǎn)換電路40與視頻RAM 420聯(lián)合工作。視頻RAM可用以存儲一幀的一個或多個場，以便能夠逐次顯示。經(jīng)轉(zhuǎn)換的視頻數(shù)據(jù)作為Y_2fH、U_2fH和V_2fH加到RGB接口60上。
在圖14中更詳細地示出的RGB接口60使得可以將經(jīng)轉(zhuǎn)換的視頻數(shù)據(jù)或外RGB視頻數(shù)據(jù)供視頻信號輸入部分選取以便供顯示用。外RGB信號可視為適宜供2fH掃描的寬顯示格式比信號。寬屏處理器將主信號的垂直同步分量作為INT VERT RST OUT供到RGB接口，使偏轉(zhuǎn)電路50可獲得經(jīng)選取的垂直同步信號(fvm或fvext)。寬屏幕電視工作時，電視使用者就可以通過產(chǎn)生內(nèi)/外控制信號INT/EXT選取外RGB信號。但在沒有外RGB信號的情況下選取外RGB信號輸入時會使光柵在垂直方向上消失而且損壞陰極射線管或投影顯象管。因此為了不致在沒有該信號情況下選取外RGB輸入，RGB接口電路對外同步信號進行檢測。WSP微處理器340還控制外RGB信號的彩色和色調(diào)。
寬屏處理器30包括畫中畫處理器320用以對輔助視頻信號進行特殊的信號處理。畫中畫一詞有時縮寫成PIP或pix-in-pix。門陣列300將主和輔助視頻信號數(shù)據(jù)組合成各式各樣的顯示格式，如圖1(b)至1(i)的實例所示。畫中畫電路320和門陣列300受寬屏微處理器(WSPμP))340的控制。微處理器340經(jīng)由串行總線而響應電視微處理器216。串行總線包括四條信號線，供數(shù)據(jù)、時鐘信號、啟動信號和復位信號用。寬屏處理器30還產(chǎn)生作為三級砂堡信號(three level sandcastle signal)的復合垂直消隱/復位信號。不然，垂直消隱和復位信號也可以作為單獨的信號分開產(chǎn)生。復合消隱信號由視頻信號輸入部分供到RGB接口。
偏轉(zhuǎn)電路50(這在圖13中顯示得更詳細)接收來自RGB接口60的垂直復位信號、來自RGB接口60的經(jīng)選擇的2fH水平同步信號和來自寬屏處理器的另一些控制信號。在某些應用中，垂直復位信號可被定路線為從RGB接口60經(jīng)由寬屏處理器30而到達偏轉(zhuǎn)電路50。這些附加的控制信號與水平定相、垂直尺寸調(diào)整和東-西枕形畸變調(diào)整(east-west pin adjustment)有關。偏轉(zhuǎn)電路50將2fH回掃脈沖供到寬屏處理器30、1fH-2fH轉(zhuǎn)換器40和YUV-RGB轉(zhuǎn)換器240上。
電源70由交流市電供電，產(chǎn)生整個寬屏幕電視的工作電壓。
圖3更詳細地示出了寬屏處理器30。寬屏處理器的主要部件有門陣列300、畫中畫電路301、模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換器、第二調(diào)諧器208、寬屏處理器微處理器340和寬屏輸出編碼器227。圖4示出了寬屏處理器更詳細的細節(jié)(例如PIP電路)，這對1fH和2fH底盤是共同的。圖5更詳細地示出了構成PIP電路301主要部分的畫中畫處理器320。圖6更詳細地示出了門陣列300。圖3所示構成主信號通路和輔助信號通過各部分的一系列部件已詳細介紹過。
第二調(diào)諧器208與中頻級224以及聲頻級226連接。第二調(diào)諧器208還與WSP μP340聯(lián)合工作。WSP μP340包括輸入輸出I/O部分340A和模擬輸出部分340B。I/O部分340A提供色調(diào)和彩色控制信號、選擇外RGB視頻源用的INT/EXT信號、和開關SW1至SW6的控制信號。I/O部分還監(jiān)控來自RGB接口的EXT SYNC DET信號，從而保護偏轉(zhuǎn)電路和陰極射線管。模擬輸出部分340B通過各接口電路254、256和258提供垂直尺寸、東西調(diào)整和水平相位的控制信號。
門陣列300負責把來自主信號和輔助信號通路的視頻信息組合起來以實現(xiàn)復合寬屏幕顯示，例如圖1各不同部分所示的顯示中的一種。鎖相環(huán)374與低通濾波器376聯(lián)合工作，提供門陣列的時鐘脈沖信息。主視頻信號作為以Y_M、U_M和V_M命名的信號以模擬的形式和YUV格式供到寬屏處理器上。這些主信號由圖4中更詳細示出的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器342和346從模擬形式轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。
彩色分量信號以一般名稱U和V表示，這些信號或者可分配給R-Y或B-Y信號或者可分配給I和Q信號。所取樣的亮度帶寬限制在8兆赫，這是因為系統(tǒng)的時鐘脈沖頻率為1024fH，這大約為16兆赫。由于寬度為I時U和V信號系限制在500千赫或1.5兆赫，所以對彩色分量數(shù)據(jù)進行取樣時可采用單個模-數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個模擬開關。模擬開關或多路調(diào)制器344的選擇線UV_MUX是將系統(tǒng)時鐘脈沖除以2得到的8兆赫信號。具有一個時鐘信號寬度的行啟動脈沖SOL同步地使該信號在各水平視頻行開始時復位到0。UV_MUX線于是在整個水平行內(nèi)的每個時鐘周期翻轉(zhuǎn)其狀態(tài)。由于行長等于偶數(shù)個時鐘脈沖周期，因而UV_MUX的狀態(tài)一經(jīng)啟動會不中斷地始終進行翻轉(zhuǎn)0，1，0，1，…。由于各模-數(shù)轉(zhuǎn)換器都有1個時鐘脈沖周期的時延，因而從模-數(shù)轉(zhuǎn)換器342和346出來的Y和UV數(shù)據(jù)流都進行移位。為適應這個數(shù)據(jù)移位，來自主信號處理通路304的內(nèi)插器控制349的時鐘脈沖選通信息也必須同樣地延遲。如果不使時鐘脈沖選通信息延遲，在被刪除時UV數(shù)據(jù)就不會正確成對。這一點很重要，因為各UV對代表一個向量。將一個向量的U分量與另一向量的V分量配對而不引起彩色偏移是不可能的。相反，上一對的V樣品會連同現(xiàn)行的U樣品一齊被刪除。由于每對彩色分量(U，V)樣品有兩個亮度樣品，所以這種UV多路調(diào)制的方法叫做2∶1∶1調(diào)制法。這時就有效地使U和V兩者的奈奎斯特頻率降低為亮度奈奎斯特頻率的一半。因此對于亮度分量的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的奈奎斯特頻率為8兆赫，而對于彩色分量的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的奈奎斯特頻率為4兆赫。
PIP電路和/或門陣列還可包括盡管數(shù)據(jù)受壓縮也能提高輔助數(shù)據(jù)清晰度的裝置。迄今已研究出一系列數(shù)據(jù)縮減和數(shù)據(jù)恢復方案，包括例如成對象素壓縮和抖顫調(diào)諧(dithering)及去抖顫調(diào)諧(dedithering)。此外還考慮涉及不同二進制位數(shù)的不同抖顫調(diào)諧序列和涉及不同二進制位數(shù)的不同成對象素壓縮。WSP μP340可以選取一系列特定數(shù)據(jù)縮減和恢復方案中的一個方案以便使各特定種類的圖象顯示格式所顯示的圖象達到最高的清晰度。
門陣列包括與各個行存儲器聯(lián)合工作的一些內(nèi)插器，各個行存儲器則可以是FIFO 356和358。內(nèi)插器和FIFO用以在必要時對主信號進行再取樣。一個附加的內(nèi)插器可對輔助信號再取樣。門陣列中的時鐘脈沖和同步電路控制主信號和輔助信號兩者的數(shù)據(jù)管理過程，包括將它們組成具有Y_MX、U_MX和V_MX分量的單個輸出視頻信號。這些輸出分量由數(shù)-模轉(zhuǎn)換器360、362和364轉(zhuǎn)換成模擬形式。命名為Y、U和V的模擬形式的信號加到1fH-2fH轉(zhuǎn)換器40上以便轉(zhuǎn)換成非隔行掃描方式。Y、U和V信號還由編碼器227編碼成Y/C格式以形成在面板插孔處可獲取的寬格式比輸出信號Y_OUT_EXT/C_OUT-EXT。開關SW5給編碼器227從門陣列選擇同步信號C_SYNC-MN，或從PIP電路選擇同步信號C_SYNC-AUX。開關SW6從Y_M和C_SYNC_AUX二者之間選擇信號作為寬屏面板輸出端的同步信號。
門陣列包括與行存儲器一起操作(該存儲器可用FIFO356和358實施)的內(nèi)插器。內(nèi)插器和FIFO用以按需要壓縮和擴展主信號。一個附加的內(nèi)插器還可壓縮或擴展輔助信號。門陣列內(nèi)的時鐘和同步電路控制主和輔助信號的數(shù)據(jù)處理，包括將它們組合成為一個單一輸出視頻信號，該信號具有Y_MX、U_MX和V_MX分量。這些輸出分量由數(shù)-模轉(zhuǎn)換器360、362和364轉(zhuǎn)變?yōu)槟M形式。模擬形式信號標為Y、U和V施加到1fH-2fH轉(zhuǎn)換器40，以轉(zhuǎn)換為非隔行掃描。Y、U和V信號還由編碼器227編碼為Y/C格式，以限定一個寬格式比輸出信號Y_OUT_EXT/C_OUT_EXT，它可從面板插孔得到。開關SW5給編碼器227從門陣列選擇同步信號C_SYNC_MN或從PIP電路選擇同步信號C_SYNC_AUX。開關SW6在YM和C_SYNC_AUX之間選擇出寬屏面板輸出端的同步信號。
水平同步電路部分詳細地示于圖12中。相位比較器228是包括低通濾波器230、壓控振蕩器232、除法器234和電容器236在內(nèi)的鎖相環(huán)路的一部分。壓控振蕩器232工作頻率為32fH，響應陶瓷諧振器或類似物238。該壓控振蕩器的輸出除以32，以向相位比較器228提供一個合適頻率的第二輸入信號。除法器234的輸出是1fHREF定時信號。32fHREF和1fHREF定時信號都提供給“除16計數(shù)器”400。2fH輸出送到脈寬電路402。由1fHREF信號預置除法器400確保該除法器與視頻信號輸入部分的鎖相環(huán)路同步工作。脈寬電路402確保2fHREF信號具有足夠的脈沖寬度以保證相位比較器404(例如是一個CA1391型比較器，它構成包括低通濾波器406和2fH壓控振蕩器408在內(nèi)的第二鎖相環(huán)路的一部分)的正常工作。壓控振蕩器408產(chǎn)生內(nèi)部2fH定時信號，該信號用以驅(qū)動被行進掃描的顯示器。相位比較器404的另一輸入信號是2fH回掃脈沖或與其有關的定時信號。包括相位比較器404在內(nèi)的第二鎖相環(huán)路的應用有利于確保每個2fH掃描周期在輸入信號的每個1fH周期內(nèi)是對稱的。否則該顯示器可呈現(xiàn)一個光柵分裂，例如其中半個視頻行向右移動，而另外半個視頻行向左移動。
圖13更詳細地示出了偏轉(zhuǎn)電路50。電路500用以根據(jù)實現(xiàn)不同的顯示格式所需要的合乎要求的垂直過掃描量調(diào)節(jié)光柵的豎向尺寸。如示意圖所示，恒流源502提供恒量的電流IRAMP給垂直斜波電容器504充電。晶體管506與垂直斜波電容器并聯(lián)連接，根據(jù)垂直復位信號周期性地給該電容器放電。在不進行任何調(diào)節(jié)的情況下，電流IRAMP使光柵的垂直尺寸達到能達到的最大值。這可能相當于當一個擴展的4×3顯示格式比信號源充滿寬屏幕顯示器(如圖1a中所示)時所需要的垂直過掃描量。在光柵豎向尺寸要求較小的情況下，可調(diào)電流源508從IRAMP轉(zhuǎn)移其電流量可變化的電流IADJ，從而使垂直斜波電容器504以更慢的速度充電而且充電至較小峰值?？勺冸娏髟?08響應豎向尺寸控制電路所產(chǎn)生的例如為模擬形式的豎向尺寸調(diào)節(jié)信號。豎向尺寸調(diào)節(jié)電路500與手動豎向尺寸調(diào)節(jié)電路510無關，后者可以是一個電位器或背面板調(diào)節(jié)鈕。在上述兩者中的任一種情況之下，垂直偏轉(zhuǎn)線圈512都接收適量的驅(qū)動電流。水平偏轉(zhuǎn)信號通過調(diào)相電路518、東-西枕形畸變校正電路514、2fH鎖相環(huán)520和水平輸出電路516提供。
圖14更詳細地示出了RGB接口電路60。最后要顯示的信號在1fH-2fH轉(zhuǎn)換器40的輸出與外RGB的輸入兩者之間選擇。這里所述的寬屏幕電視其外RGB的輸入假設為寬格式顯示比的逐行掃描源。來自視頻信號輸入部分20的外RGB信號和復合消隱信號輸入到RGB-YUV轉(zhuǎn)換器610中。外RGB信號的外2fH復合同步信號被用作為外同步信號分離器600的輸入。選擇垂直同步信號是由開關608來執(zhí)行。選擇水平同步信號是由開關604來執(zhí)行。選擇視頻信號是由開關606來執(zhí)行。各開關604、606和608響應WSP μP340所產(chǎn)生的內(nèi)/外控制信號。內(nèi)或外視頻源的選擇由使用者進行。但若使用者無意中選擇外RGB源，當未接有或未接通這種信號源時或如果外信號源失落時，則垂直光柵會消失，于是會給陰極射線管造成嚴重的損壞。因此外同步檢測器602檢測有否外同步信號存在。沒有這種信號時，就有一個開關拒絕控制信號傳送到各開關604、606和608上，以防在沒有信號時通過這些開關選擇外RGB源。RGB-YUV轉(zhuǎn)換器610還接收來自WSP μP340的色調(diào)和彩色控制信號。
本發(fā)明的寬屏幕電視可以不用2fH水平掃描而用1fH水平掃描加以實施，但在這里沒有示出1fH水平掃描的電路。1fH電路可能不需要1fH-2fH轉(zhuǎn)換器和RGB接口。因此沒有在2fH掃描頻率下顯示外部寬格式顯示比RGB信號的措施。寬屏處理器和1fH電路的畫中畫處理器極其相似。門陳列基本上相同，但沒有將全部輸入端和輸出端都用上。無論是以1fH掃描或以2fH掃描方式工作的電視，這里所述的各種提高清晰度的方案通常都適用。
圖4的方框圖更詳細地示出了的圖3中所示的寬屏處理器30的細節(jié)，它對1fH和2fH底盤來說都是相同的。Y_A、U_A和V_A信號為畫中畫處理器320的一個輸入，處理器320可以包括清晰度處理電路370。根據(jù)本發(fā)明這些方面的寬屏幕電視能將視頻加以擴展和壓縮。圖1中部分示出的復合式顯示格式所體現(xiàn)的特殊效果是由畫中畫處理器320產(chǎn)生的，該處理器能接收來自清晰度處理電路370的經(jīng)清晰度處理的數(shù)據(jù)信號Y_RP、U_RP和V_RP。并不是任何時候都要使用清晰度處理，但在顯示格式已選好時就要使用。圖5更詳細地示出了畫中畫處理器320。畫中畫處理器的主要部件有模-數(shù)轉(zhuǎn)換部分322、輸入部分324、快速開關(FSW)和總線部分326、定時和控制部分328以及數(shù)-模轉(zhuǎn)換部分330。圖11中更詳細地示出了定時和控制部分328。
畫中畫處理器320可采用湯姆遜消費者電子設備公司研制的經(jīng)改進的基本CPIP芯片的變型。這種基本的CPIP芯片已在題為“CTC140畫中畫(CPIP)技術訓練手冊”的出版物中詳細描述，可以從印第安納州·印第納普里斯·湯母森消費電子設備公司購得。這種處理器能夠使其具有一系列特殊的特征或特殊的效果，下面舉幾個例子說明?；镜奶厥庑Ч侨鐖D1(c)中所示的那種在大圖象的一部分重疊有小圖象。大小圖象可從同一個視頻信號產(chǎn)生，從不同的視頻信號產(chǎn)生，而且還可以互換或更換的。一般說來，伴音信號總是切換成使其對應于大圖象。小圖象可移到屏幕上的任何位置或逐步轉(zhuǎn)入一系列預定位置的。焦距可變的特點使得可以將小圖象放大和縮小到例如任一預定的尺碼。有時，例如在圖1(d)所示的顯示格式中，大小圖象實際上是同一尺碼。
在單畫面方式下，例如在圖1(b)、1(e)或1(f)所示的顯示狀態(tài)下，使用者可以例如逐步從1.0∶1至5.0∶1的比值將單圖象的畫面按變焦方式放大。同時在變焦方式時，使用者可以搜索或掃調(diào)整個畫面，使屏面上的影象得以跨不同的圖象區(qū)移動。在兩者的情況下，無論是小圖象、大圖象或變焦圖象都可以以停幀的方式(靜止圖象格式)顯示。這種功能可以實現(xiàn)選通顯示格式，這時視頻信號中的最后九個幀可以在屏幕上反復顯示。幀的重復頻率可以從30幀/秒改變到0幀/秒。
本發(fā)明的另一種設計的寬屏幕電視中所使用的畫中畫處理器與上述基本CPIP芯片本身的現(xiàn)行結構不同。若基本CPIP芯片與16×9屏幕的電視配用且不用視頻增速電路，則由于橫貫較寬的16×9屏幕掃描而致使實際水平向擴展達4/3倍，因而使插圖呈現(xiàn)出寬高比失真的現(xiàn)象。于是圖象中的實物可能會水平伸長。若采用外增速電路，則不會有寬高比失真，但圖象會占不滿整個屏幕。
像在常規(guī)電視中使用的，以基本的CPIP芯片為基礎的現(xiàn)有的畫中畫處理器的特殊的方式工作，這種方法含有某些不希望的后果。輸入的視頻信號以640fH時鐘來取樣，該時鐘被鎖定到主視頻源的水平同步信號上。換句話說，存儲在與CPIP芯片相關聯(lián)的視頻RAM中的數(shù)據(jù)不對輸入的輔助視頻源正交取樣。這是對字段同步化的基本的CPIP方法的基本限制。輸入取樣速率的非正交特性造成被取樣數(shù)據(jù)的歪斜誤差。這個限制的結果是視頻RAM與CPIP芯片一起使用，這必須使用同一個時鐘來寫和讀數(shù)據(jù)。當來自諸如視頻RAM350之類的視頻RAM的數(shù)據(jù)被顯示時，這種歪斜誤差可看作是沿該畫面的垂直邊沿的隨機跳動，并通常被認為是完全不能容許的。
本發(fā)明與基本CPIP芯片不同的另一種設計的畫中畫處理器320適宜將視頻數(shù)據(jù)不對稱壓縮成多個可以選擇的顯示狀態(tài)中的一種狀態(tài)。在此工作方式下，各圖象在水平方向上按4∶1壓縮，在垂直方向上按3∶1壓縮。這種不對稱壓縮方式產(chǎn)生寬高比畸變的畫面，并存儲在一個視頻RAM中，畫面中的實物在水平方向受擠壓。但若這些畫面按一般方式讀出，例如在頻道掃描方式下對于16×9顯示格式比的屏幕的顯示出來，則畫面看起來正常。圖象充滿屏幕，且沒有圖象寬高比失真現(xiàn)象。按照本發(fā)明這方面的不對稱壓縮方式使得可以不用外增速電路而可以在16×9的屏幕上產(chǎn)生特殊的顯示格式。
圖11是畫中畫處理器(例如上述CPIP芯片經(jīng)改進的一個品種)的定時和控制部分328的方框圖，以作為多個可選擇顯示方式中的一種。其余的顯示方式可提供不同大小的輔助畫面。水平和垂直的“十取幾”(decimation)電路中的每一個都包括一個計數(shù)器，該計數(shù)器在WSP微處理器340的控制下為來自一個數(shù)值表的壓縮因數(shù)編程序。數(shù)值的范圍可以是1∶1、2∶1、3∶1等等。壓縮因數(shù)可以是對稱的、也可以是不對稱的，這取決于如何制定該表。壓縮比的控制也可在WSP微處理器340的控制下由全編程和通用的“十取幾”電路來實現(xiàn)。
在全屏幕PIP狀態(tài)下，畫中畫處理器與自激振蕩器(free running oscillator)348相結合，將從一個解碼器(例如自適應梳狀濾波器)取Y/C輸入，把信號解碼成Y、U、V彩色分量，并產(chǎn)生水平和垂直同步脈沖。這些信號在用于諸如變焦、停幀和頻道掃描等各種全屏幕顯示方式的畫中畫處理器中處理。例如，在頻道掃描顯示方式期間，由于被取樣的信號(不同頻道)會有不相關的同步脈沖且會在時間上看上去是偶然的瞬間加以切換，因此從視頻信號輸入部分產(chǎn)生的水平和垂直同步脈沖會有許多不連續(xù)之處。因此取樣時鐘脈沖(和讀/寫視頻RAM時鐘)由自激振蕩器確定。對于停幀和變焦方式，取樣時鐘會鎖定到輸入的視頻水平同步脈沖上，在這些特殊情況下，它與顯示時鐘脈沖頻率相同。
再參看圖4，來自畫中畫處理器以模擬形式出現(xiàn)的Y、U、V和C_SYNC(復合同步)輸出可由編碼電路366再編碼成Y/C分量，編碼電路366系與3.58兆赫振蕩器380聯(lián)合工作的。該Y/C_PIP_ENC信號可接到Y/C開關(圖中未示出)，該開關使再編碼后的Y/C分量可以代替主信號的Y/C分量。從這時起，經(jīng)PIP編碼的Y、U、V和同步信號成了底盤中其余部分的水平和垂直定時的基礎。這種工作方式適宜根據(jù)主信號通路中內(nèi)插器和FIFO的工作情況實施PIP的變焦顯示方式。
再參看圖5，畫中畫處理器320包括模-數(shù)轉(zhuǎn)換部分322、輸入部分324、快速開關FSW和總線控制部分326、定時和控制部分328和數(shù)-模轉(zhuǎn)換部分330。通常，畫中畫處理器320將視頻信號數(shù)字化成亮度(Y)和色差信號(U，V)，將所得結果進行二次取樣并存儲在1兆位的視頻RAM350中，如上面所述的那樣。與畫中畫處理器320相關的視頻RAM350其存儲容量為1兆位，其容量不足以存儲帶8個二進制位樣品的視頻數(shù)據(jù)的整個一場。增加存儲的容量必然花費大，而且需要更復雜的管理電路。減小輔助頻道中每單位樣品的位數(shù)意味著減少相對于主信號的量化清晰度或帶寬，該主信號始終是按8位樣品進行處理的。實際上的這種帶寬減小當輔助顯示圖象較小時通常是不成問題的，但若輔助顯示圖象較大時，例如與主顯示圖象一般大小時，就存在問題。清晰度處理電路370可有選擇地實施提高輔助視頻數(shù)據(jù)量化清晰度或有效帶寬的一種或多種方案。迄今已研究出一系列縮減數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)恢復的方案，包括例如成對象素壓縮和抖顫調(diào)諧及去抖顫調(diào)諧的方案。令去抖顫調(diào)諧電路在工作時配置在視頻RAM350下游處，例如在門陣列的輔助信號通路中，下面即將更詳細地介紹。此外還可以考慮涉及不同位數(shù)的不同抖顫調(diào)諧及去抖顫調(diào)諧序列和涉及不同位數(shù)的不同成對象素壓縮方案。為使各特種圖象顯示格式顯示出來的圖象達到最高的清晰度，可通過WSPμP從一系列減少和恢復數(shù)據(jù)的方案中選取一種方案。
亮度和色差信號按8.1∶1的六位Y、U、V方式存儲。就是說，把各分量量化成六位樣品。每對色差樣品有八個亮度樣品。畫中畫處理器320改用這樣的方式工作，其中輸入的視頻數(shù)據(jù)是以鎖定到輸入的輔助視頻同步信號的640fH時鐘頻率來取樣的。在這種工作方式下，存儲在視頻RAM中的數(shù)據(jù)系正交取樣的。從畫中畫處理器視頻RAM350讀出數(shù)據(jù)時，是利用鎖定到輸入的輔助視頻信號上的同樣640fH時鐘脈沖而讀出的。但雖然這個數(shù)據(jù)是正交取樣并存儲起來，而且能正交地讀取，可是由于主視頻和輔助視頻源非同步的性質(zhì)，使該數(shù)據(jù)不能直接從視頻RAM350中用來正交顯示。主視頻和輔助視頻源只有在它們是來自同一視頻源的顯示信號時才可以指望是同步的。
為了使輔助頻道(即從視頻RAM350的輸出數(shù)據(jù))與主頻道同步，需要進一步進行處理。再參看圖4，來自視頻RAM 4位輸出端口的8位數(shù)據(jù)塊是用兩個四位鎖存器352A和352B加以重新組合的。該四位鎖存器還使數(shù)據(jù)時鐘脈沖頻率從1280fH降到640fH。
通常，視頻顯示和偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)是與主視頻信號同步的。如上所述，必須對主視頻信號加速以使其充滿寬屏顯示器。必須使輔助視頻信號與第一視頻信號和視頻顯示器垂直同步。輔助視頻信號可在場存儲器中延遲幾分之一個場周期，然后在行存儲器中加以擴展。輔助視頻數(shù)據(jù)與主視頻數(shù)據(jù)的同步化利用作為場存儲器的視頻RAM350和用以擴展信號的先進先出(FIFO)行存儲器354來實現(xiàn)。FIFO354的規(guī)格為2048×8。FIFO的規(guī)格與認為為避免讀/寫指針沖突所必須的行最小存儲容量有關。讀/寫指針發(fā)生沖突是在新數(shù)據(jù)有機會寫入FIFO之前從FIFO讀出舊數(shù)據(jù)時發(fā)生的。讀/寫指針發(fā)生沖突也會在舊數(shù)據(jù)有機會從FIFO讀出之前新數(shù)據(jù)改寫存儲器時發(fā)生的。
來自視頻RAM350的 8位DATA_PIP數(shù)據(jù)塊是以曾用來對視頻數(shù)據(jù)進行取樣的同一個畫中畫處理器的640fH時鐘脈沖，(即鎖定到輔助信號而不是主信號上的640fH時鐘脈沖)寫入2048×8 FIFO 354中的。FIFO 354是用1024fH的顯示時鐘脈沖讀取的，該時鐘脈沖系鎖定到主視頻頻道的水平同步分量上。由于采用具有獨立讀/寫端口時鐘脈沖的多行存儲器(FIFO)，因而允許將曾以第一速率正交取樣的數(shù)據(jù)以第二速率正交顯示出來。但由于讀/寫時鐘脈沖具有非同步的性質(zhì)，因而確實需要采取各種步驟來避免讀/寫指針發(fā)生沖突。
圖6中以方框圖的形式示出了門陣列300的主信號通路304、輔助信號通路306和輸出信號通路312。門陣列還包括時鐘脈沖/同步電路320和WSPμP解碼器310。WSPμP解碼器310的數(shù)據(jù)和地址輸出線路(以WSP DATA表示)系加到上述各主電路和通路上，并加到畫中畫處理器320和清晰度處理電路370上的。應該理解的是，某些電路是否被定成是門陣列的一部分，在很大程度上僅僅是為便于說明本發(fā)明的設計。
門陣列是用以在必要時擴展、壓縮主視頻頻道的視頻數(shù)據(jù)并限制其畫幅，以便實現(xiàn)不同的圖象顯示格式。亮度分量Y_MN存儲在先進先出(FIFO)行存儲器356中，存儲時間的長短取決于亮度分量內(nèi)插的性質(zhì)。經(jīng)組合的色度分量U/V-MN存儲在FIFO 358中。輔助信號亮度和色度分量Y_PIP、U_PIP和V_PIP由多路信號分離器355產(chǎn)生。亮度分量必要時在電路357中經(jīng)過清晰度處理，然后必要時由內(nèi)插器359加以擴展，產(chǎn)生作為輸出的信號Y_AUX。
在某些情況下，輔助顯示會與主信號顯示一般大，如圖1(d)中的實例所示。與畫中畫處理器和視頻RAM350相關的存儲器局限性會使充滿這種大型顯示區(qū)所需要的數(shù)據(jù)點或象素數(shù)量不足。在這種情況下，可以用清晰度處理電路357將象素還原到輔助視頻信號中以代替那些在數(shù)據(jù)壓縮或縮減過程中失去的象素。該晰度處理可以對應于圖4所示的電路370所進行的清晰度處理。例如，電路370可以是抖顫調(diào)諧電路，電路357可以是去抖顫調(diào)諧電路。
輔助信號的內(nèi)插可在輔助信號通路306中進行。該PIP電路301控制一個6比特的Y、U、V、8∶1∶1字段存儲器、視頻RAM350，以存儲輸入的視頻數(shù)據(jù)。該視頻RAM350在多個存儲單元里保存2字段的視頻數(shù)據(jù)。每個存儲單元保存8比特數(shù)據(jù)。在每個8比特存儲單元里有一個6比特Y(亮度)樣值(以640fH取樣的)和2個其它比特。這兩個其它比特保存快速切換數(shù)據(jù)(FSW_DAT)或部分的U或V樣值(以80fH取樣的)。該FSW_DAT值指示以下“哪種字段被寫入視頻RAM”FSW_DAT＝0無畫面;
FSW_DAT＝1上(奇)字段;以及
TSW_DAT＝2下(偶)字段。
該字段在視頻RAM內(nèi)占有空間位置，具有由水平和垂直地址限定的邊界，正如圖15中存儲器位置圖所建議的那樣。這些邊界根據(jù)快速切換數(shù)據(jù)從無畫面到有效字段(反之亦然)的變化在這些地址處得以限定。在快速切換數(shù)據(jù)中的這些跳變限定了該PIP插入的周邊范圍，這還被稱為“PIP箱”或“PIP重疊”?？梢岳斫?，在PIP畫面中物體的圖像寬高比可以得到控制，這與PIP箱或重疊的格式顯示比(例如4×3或16×9)無關。在屏幕上PIP重疊的位置將取決于在主信號各場掃描起點處該視頻RAM的讀指針的起始地址。由于存儲在視頻RAM350內(nèi)的數(shù)據(jù)的字段是2個，并且在顯示周期期間，整個視頻RAM被讀，因此兩個字段在顯示掃描期間被讀出。PIP電路301將決定哪個字段要從該存儲器中讀出以通過使用快速切換數(shù)據(jù)來顯示;和讀指針的起始位置。如果鎖定在主視頻源的顯示器正顯示主畫面的上字段，則對應于輔助畫面的上字段的視頻RAM的部分將從視頻RAM中讀出并被轉(zhuǎn)換為模擬數(shù)據(jù)和被顯示，這看起來是符合邏輯的。
這對于主與輔助視頻源之間所有可能的相位關系大約一半是可行的。但是，由于在PIP方式下，對于壓縮畫面而言，讀視頻RAM總比寫視頻RAM快些，這就產(chǎn)生了一個問題。如果在同一時間寫入和讀出同一字段類型，則讀存儲器指針可能超前寫指針，這將造成50%機會在小畫面的某些地方出現(xiàn)運動撕裂。為此，PIP電路總是讀相反字段類型，該字段類型被寫入可以克服運動撕裂問題。如果正被讀字段類型是與正被顯示的字段類型相反，則在該字段從存儲器被讀出時，通過刪除該字段的頂行而使存在視頻RAM中的偶字段被反相。結果使小畫面保持正確的交錯而無運動撕裂。這個場同步的最后的結果是CPIP芯片提供一個被稱為“PIP_FSW”的信號。這是重疊信號，PIP電路將它提供給一個模擬開關，該開關在主與輔助信道Y/C(亮度和已調(diào)制色度視頻信息)信號之間切換。
參照圖4和10，輔助視頻輸入信號以640fH速率取樣并存入視頻RAM350內(nèi)。從視頻RAM350中讀出的輔助數(shù)據(jù)被指定為VRAM_OUT。PIP電路301還具有按水平和垂直方向上相等的整數(shù)因子非對稱地減小輔助畫面的能力。輔助信道數(shù)據(jù)由4比特鎖存器352A和352B、輔助FIFO 354、定時電路369和同步電路371進行緩沖，并與主信道數(shù)字視頻同步。VRAM_OUT數(shù)據(jù)由信號分離器355存入Y(亮度)、U、V(彩色分量)和FSW_DAT(快速切換數(shù)據(jù))中。FSW_DAT指明“哪個字段型被寫入視頻RAM。PIP_FSW信號直接從PIP電路接收并施加到輸出控制電路。這里決定從視頻RAM讀出的哪個字段將被顯示。最后，輔助信號視頻分量數(shù)據(jù)得到選擇，以通過圖6所示的三輸出復用器315、317、和319輸出到顯示器。代替在復合或Y/C接口處使用模擬開關重疊PIP小畫面，WSP微處理器340數(shù)字式地執(zhí)行PIP重疊。
輔助頻道以640fH的速率取樣，主頻道則以1024fH的速率取樣。輔助頻道FIFO 354將數(shù)據(jù)從輔助頻道取樣率轉(zhuǎn)換成主頻道時鐘頻率。在此過程中，視頻信號經(jīng)過8/5(即1024/640)的壓縮。這比正確顯示輔助頻道信號所需的4/3壓縮還多。因此輔助頻道必須借助于內(nèi)插器359加以擴展以便正確顯示4×3的小圖象。內(nèi)插器359由內(nèi)插器控制電路371控制，該電路本身響應WSPμP340。內(nèi)插器所需的擴展量為5/6。擴展系數(shù)X按下式確定X＝(640/1024)＊(4/3)＝5/6因此，不管小畫面由PIP處理器怎樣減小，通過設定內(nèi)插器359來執(zhí)行5/6擴展(5個樣值入，6個樣值出)，使小畫面可以正確地以4×3格式在顯示器上顯示。
PIP_FSW數(shù)據(jù)未提供很好的方法用以翻譯CPIP VRAM的哪個字段應該被顯示，因為PIP視頻數(shù)據(jù)被水平光柵映像以保持正確的PIP寬高比的緣故。盡管PIP小畫面保持正確的交錯，但PIP重疊區(qū)總是錯誤的水平大小。只在PIP重疊大小正確的情況下，為了5/8擴展而使用內(nèi)插器359，以得到16×9的小畫面。對于所有其它內(nèi)插器的設定而言，重疊箱將保持16×9，而插入畫面將在水平方向上變化。PIP_FSW信號缺少有關PIP重疊的正確水平方向大小的信息。視頻RAM數(shù)據(jù)被讀出后，PIP電路完成同步化示出法。因此，快速切換數(shù)據(jù)FSW_DAT(夾在視頻RAM數(shù)據(jù)流VRAM_OUT中)對應于寫入視頻RAM的字段型。盡管視頻RAM的視頻分量數(shù)據(jù)(Y、U、V)對于運動撕裂和正確交錯已被校正，但FSW_DAT并沒被修改。
根據(jù)本發(fā)明的裝置，PIP重疊箱就是正確的大小，因為FSW_DAT信息與視頻分量數(shù)據(jù)(Y、U、V)一起被擴展和被內(nèi)插。FSW_DAT含有正確尺寸的重疊區(qū)，然而，它并未指出哪個字段是顯示的正確字段。PIP_FSW和FSW_DAT可以一起使用以解決保持交錯完整和正確的重疊大小的問題。在正常操作中，由于CPIP芯片可用于4×3電視接收機中，因此視頻RAM中的字段的安排是任意的。字段在垂直方向上和水平方向上對齊，或根本不對齊。為了使寬屏處理器和CPIP芯片兼容工作，必須使PIP字段位置不在相同的垂直行上被存儲。換句話說，PIP字段不可被編程序，以使相同的垂直地址用于上和下字段型。如圖15所示以垂直對齊的方式分別將PIP字段存入視頻RAM350內(nèi)的編程序是很方便的。
當信號PIP_OVL起作用，亦即邏輯為H1時，該信號強迫輸出控制電路321顯示輔助數(shù)據(jù)。圖16示出用以產(chǎn)生PIP_OVL信號的電路方框圖。電路680包括一個J-K觸發(fā)器682，其Q輸出是復用器688的一個輸入。復用器688的輸出是D觸發(fā)器684的一個輸入。D觸發(fā)器684的Q輸出是復用器688的另一輸入和與門690的一個輸入。PIP_FSW和SOL(行起點)信號分別輸入到觸發(fā)器682的J和K輸入端。異或門686有2個快速切換數(shù)據(jù)比特FSW_DATO和FSW_DAT1信號作為輸入。異或輸入邏輯值(1、0)和(0、1)分別指示有效字段的偶和奇。非邏輯異或值(0、0)和(1、1)指示無效視頻數(shù)據(jù)。從(0、1)或(1、0)中的任一個到(0、0)或(1、1)中的任一個的變化(相反亦然)指示限定PIP箱或重疊的邊界變化。異或門686的輸出是與門690的第二輸入。與門690的第三輸入是RD_EN_AX信號，這是對于輔助FIFO354的讀允許信號。與門690的輸出是PIP-OVL信號。電路680從PIP_FSW起作用的時刻到重疊區(qū)的實際允許時引入一行(字段行)延時。這說明在視頻數(shù)據(jù)通路中FIFO 354在正被顯示的PIP視頻數(shù)據(jù)中也引入一字段行的延時。因此，盡管比通過PIP電路編程序晚一字段行，PIP重疊是與視頻數(shù)據(jù)完善的重疊。RD_EN_AX信號允許PIP只在有效的輔助FIFO數(shù)據(jù)已從FIFO 354中讀出時被重疊。這是必須的，因為FIFO數(shù)據(jù)在讀出完畢之后方可被保持。這可能使PIP重疊邏輯電路確定在有效的PIP數(shù)據(jù)之外PIP重疊是有用的。允許與RD_EN_AX一起PIP重疊確保PIP數(shù)據(jù)是有效的。根據(jù)本發(fā)明的裝置，小畫面輔助視頻的重疊或成箱被正確地處置和估計大小，這與輔助視頻如何被擴展、壓縮或內(nèi)插無關。這為小畫面視頻源(4×3格式、16×9格式和很多其它格式)而工作。
色度分量U_PIP和V_PIP由電路367加以延遲，延遲時間的長短取決于色度分量內(nèi)插的性質(zhì)，產(chǎn)生作為輸出的信號U_AUX和V_AUX。主信號和輔助信號的各個Y、U和V分量通過控制允許FIFO 354、356和358讀出的啟動信號在輸出信號通路312的各多路調(diào)制器315、317和319中加以混合。多路調(diào)制器315、317和319響應輸出多路調(diào)制器控制電路321。輸出多路調(diào)制器控制電路321響應時鐘脈沖信號CLK、行啟動信號SOL、H_COUNT信號、垂直消隱復位信號和快速開關的來自畫中畫處理器和WSPμP340的輸出。經(jīng)多路調(diào)制的亮度和色度分量Y_MX、U_MX和V_MX分別加到相應的數(shù)-模轉(zhuǎn)換器360、362和364上。各數(shù)-模轉(zhuǎn)換器后面分別有低通濾波器361、363和365，如圖4中所示。畫中畫處理器、門陣列和數(shù)據(jù)減少電路的各種功能受WSPμP340的控制。WSPμP340借助于串行總線連接到TVμP216上，并響應TVμP216。串行總線可以是如圖所示的四線總線，即具有數(shù)據(jù)、時鐘脈沖信號、啟動信號和復位信號的線路。WSP μP340通過WSP μP解碼器310與門陣列的不同電路聯(lián)系。
有時為避免所顯示的圖象產(chǎn)生寬高比失真需要將4×3NTSC按4/3的壓縮系數(shù)進行壓縮。在其它情況下，為進行通常伴有垂直變焦的水平變焦，可以將視頻加以擴展。高達33%的水平變焦操作可通過將壓縮減少到4/3以下實現(xiàn)。取樣內(nèi)插器用以對輸入的視頻重新計算至一個新象素的位置，因為亮度視頻帶寬(對S-VHS格式來說達到5.5兆赫)占奈奎斯特折疊頻率(Nyquist fold over frequency)(它對于1024fH時鐘脈沖來說為8兆赫)的相當大的百分比。
如圖6所示，亮度數(shù)據(jù)Y_MN是通過主信號通路304中的內(nèi)插器337取道的，內(nèi)插器337則根據(jù)視頻的壓縮或擴展情況重新計算樣品值。開關或路由選擇器323和331的作用是變換主信號通路304相對于FIFO356和內(nèi)插器337的相對位置的布局。特別是，這些開關選擇或者內(nèi)插器337按壓縮的要求而處在FIFO356之前，或者FIFO356按擴展的要求在內(nèi)插器337之前。開關323和331響應路由控制電路335，該電路本身則響應WSP μP340。應該記住，在小畫面方式期間輔助視頻信號是為了被存儲在視頻RAM350中而加以壓縮的，只有在實用上才需要加以擴展。因此在輔助的信號通路中不需要予以類似的轉(zhuǎn)接。
主信號通路詳細示于圖9中。開關323由兩個復用器325和327來實施。開關331由復用器333來實施。這三個復用器都響應路由控制電路335(它自身響應WSPμP340)。水平定時/同步電路339產(chǎn)生定時信號來控制FIFO、鎖存器347和351以及復用器353的寫和讀。時鐘信號CLK和行起點信號SOL是由時鐘/同步電路320產(chǎn)生的。模/數(shù)轉(zhuǎn)換控制電路369響應Y_MN、WSPμP340和UV_MN的最高有效位。
內(nèi)插控制電路349產(chǎn)生中間像素位置值(K)、內(nèi)插器補償濾波器加權值(C)和亮度的時鐘選通信息CGY以及彩色分量的CGUV。正是時鐘選通信息中止(十取幾)或重復FIFO數(shù)據(jù)，以便為了壓縮奏效允許樣值在一些時鐘上不被寫入，或者為了擴展以允許一些樣值多次被讀出。
能夠使用FIFO執(zhí)行視頻壓縮和擴展，例如，WR_EN_MN_Y信號允許數(shù)據(jù)寫入FIFO 356?？勺柚姑康谒膫€樣品被寫入FIFO中。這就構成4/3的壓縮。內(nèi)插器337的作用是重新計算被寫入FIFO中的亮度樣品，使得從FIFO讀出的數(shù)據(jù)平穩(wěn)，而不是參差不齊。擴展可按完全與壓縮相反的過程進行。在壓縮的情況下，寫啟動信號附有以禁止脈沖形式出現(xiàn)的時鐘脈沖選通信息。擴展數(shù)據(jù)時，該時鐘脈沖選通信息就加到讀啟動信號上。這會使正在從FIFO356中讀取的數(shù)據(jù)中止。在此情況下，內(nèi)插器337(它在此過程中是跟隨FIFO356)的作用就是重新計算所取樣的數(shù)據(jù)，使其從參差不齊變平穩(wěn)。在擴展的情況下，數(shù)據(jù)在從FIFO336中讀取和受時鐘同步而輸入內(nèi)插器337中時必須中止。這和壓縮的情況時不一樣，在壓縮情況下，數(shù)據(jù)是連續(xù)地與時鐘同步輸入內(nèi)插器337中的。在壓縮和擴展兩種情況下，時鐘選通操作不難以同步的方式進行，即諸事件可根據(jù)系統(tǒng)時鐘1024fH的上升前沿發(fā)生。
亮度內(nèi)插的布局技術有很多優(yōu)點。時鐘選通操作(即數(shù)據(jù)十選幾或數(shù)據(jù)重復)可以同步方式來執(zhí)行。如果可切換的視頻數(shù)據(jù)布局技術未用于互換內(nèi)插器和FIFO的位置，則讀或?qū)憰r鐘需要雙時鐘定時。以中止或重復該數(shù)據(jù)?！半p時鐘定時”這個詞是指兩個數(shù)據(jù)點在單時鐘周期里寫入FIFO或在單一時鐘周期期間從FIFO讀出。由此得出的電路不能與系統(tǒng)時鐘同步操作，因為寫或讀時鐘頻率必須是系統(tǒng)時鐘頻率的兩倍。況且，可切換的布局技術只需一個內(nèi)插器和一個FIFO既執(zhí)行壓縮也執(zhí)行擴展。如果這里描述的視頻切換裝置未被采用，則雙時鐘定時的情況只在使用兩個FIFO來完成壓縮和擴展功能時才能避免。用于擴展的一個FIFO必須放在內(nèi)插器之前，而用于壓縮的一個FIFO必須放在內(nèi)插器之后。
該寬屏幕處理器還具有控制垂直偏轉(zhuǎn)的能力，以執(zhí)行垂直變焦距功能。寬屏幕處理器的布局技術是輔助和主信道水平光柵映像(內(nèi)插)功能互相無關，與垂直變焦距(控制垂直偏轉(zhuǎn))無關。由于這種布局技術，主信道可在水平和垂直方向上都被擴展，以保持正確寬高比的主信道變焦。然而，如果輔助信道內(nèi)插器的設定不變，則PIP(小畫面)將垂直而不水平變焦。因此，輔助信道內(nèi)插器能執(zhí)行較大的擴展，以在垂直擴展時保持PIP小畫面的正確的圖像寬高比。
這種處理的一個好的實例發(fā)生在主信道顯示16×9信箱材料的時候。主水平光柵映像被設置為1∶1(無擴展也無壓縮)。垂直變焦33%(即擴展4/3)以消除與信箱源材料有關的黑條。主信道圖像寬高比這時是正確的。對于4×3源材料無垂直變焦情況輔助信道正常設定為5/6。擴展系數(shù)X的不同值由下式?jīng)Q定X(5/6)＊(3/4)＝5/8當輔助信道內(nèi)插器359設定為5/8時，正確的小畫面圖像寬高比被保持，并且PIP內(nèi)的物體看起來無寬高比畸變。
供主和輔助信號的亮度分量用的內(nèi)插器可以是歪扭校正濾波器。如這里所述的，四點內(nèi)插器例如包括級聯(lián)式的一個兩點線性內(nèi)插器和一個相連接的濾波器和乘法器，以提供幅度和相位的補償。概括地說，四個相鄰的數(shù)據(jù)樣值被用來計算各內(nèi)插點。輸入信號施加在兩點線性內(nèi)插器上。傳給該輸入的延時與延時控制信號(K)的值成正比。延時信號的幅度和相位誤差由于應用級聯(lián)的附加濾波器和乘法器得到的校正信號而得以減小。校正信號提供峰化，這可對所有K值均衡兩點線性內(nèi)插濾波器的頻率響應。原來的四點內(nèi)插器與具有通常為fs/4通帶的信號一起使用是最佳化的，這里fs為數(shù)據(jù)取樣速率。
另外，根據(jù)共同申請中所描述的發(fā)明裝置，兩個信道可以使用兩級內(nèi)插處理。原來的可變內(nèi)插濾波器的頻率響應可以通過使用這樣的兩級處理(稱為兩級內(nèi)插器)而得到改善。兩級內(nèi)插器可以包括一個具有固定系數(shù)的2n+4抽頭有限脈沖響應(FIR)濾波器和四點可變內(nèi)插器。這個FIR濾波器輸出在輸入像素樣值之間的中途空間定位。然后，F(xiàn)IR濾波器的輸出通過與原來的被顯示的數(shù)據(jù)樣值交錯來進行組合，以產(chǎn)生有效的2fs樣值速率。這對于FIR濾波器的通帶內(nèi)的頻率是一種有效的假設。其結果是原來的四點內(nèi)插器的有效通帶明顯地增加了。
時鐘脈沖/同步電路320′產(chǎn)生為操縱FIFO354、356和358所需要的讀、寫和啟動信號。啟動主頻道和輔助頻道的FIFO，以便將數(shù)據(jù)寫入存儲器，為的是存儲供以后的顯示所需要的各視頻行的那些部分。被寫的數(shù)據(jù)是按需要而來自主頻道或輔助頻道中(而不是從兩個頻道中)，以便將來自同一視頻行或各顯示行上各信號源的數(shù)據(jù)組合起來。輔助頻道的FIFO354是用輔助視頻信號同步寫入的，但是用主視頻信號從存儲器中同步讀出的。各主視頻信號分量是用主視頻信號同步寫入FIFO356和358中，而用主視頻信號從存儲器中同步讀出的。讀取功能在主頻道與輔助頻道之間來回轉(zhuǎn)換的頻度是選取的某特定效果的函數(shù)。
產(chǎn)生諸如畫幅受限制的并排圖象之類的各種特殊效果是通過操縱行存儲器FIFO的讀/寫啟動控制信號進行的。圖7和8示出了這種顯示格式的過程。在畫幅受限制的并排顯示圖象的情況下，輔助頻道的2048×8FIFO354的寫啟動控制信號(WR_EN_AX)在顯示有效行周期(后增速)的(1/2)＊(5/12)＝5/12或大約41%、或輔助頻道有效行周期(預增速)的67%內(nèi)起作用，如圖7所示。這相當于大約33%的象幅限制(約為67%有效圖象)和信號內(nèi)插擴展5/6。在主視頻頻道中(示于圖8的上部分)910×8 FIFO356和358的寫啟動控制信號(WR_EN_MN_Y)在顯示有效行周期的67%〔(1/2)＊(4/3)＝0.67〕內(nèi)起作用。這相當于大約33%的畫幅限制且由910×8FIFO在主頻道視頻上實現(xiàn)了4/3的壓縮比。
在各FIFO中，視頻數(shù)據(jù)是經(jīng)過緩沖以便在特定的時間及時讀出。數(shù)據(jù)可從各FIFO讀出的有效時域取決于所選取的顯示格式。在所示的并排畫幅限制方式的實例中，主頻道視頻顯示處在顯示器的左半部，輔助頻道視頻顯示處在顯示器右半部。如圖所示，主頻道和輔助頻道波形的任意視頻部分不相同。主頻道910×8FIFO的讀啟動控制信號(RD_EN_MN)在顯示的顯示有效行周期的50%內(nèi)起作用，以有效視頻的開始起頭，緊接著是視頻后肩(video back porch)。輔助頻道讀啟動控制信號(RD_EN_AX)在顯示有效行周期的另外50%內(nèi)起作用，以RD_EN_MN信號的下降邊緣開始，以主頻道視頻前肩(video front porch)的開始結束。應該指出，寫啟動控制信號與它們各自的FIFO輸入數(shù)據(jù)(主或輔助)同步，讀啟動控制信號則與主頻道視頻同步。
圖1(d)所示的顯示格式是我們所特別希望的，因為它可以使兩個幾乎是全場的圖象以并排方式顯示。這種顯示對寬顯示格式比的顯示例如16×9特別有效、特別合適。大多數(shù)NTSC制信號都以4×3的格式表示。這當然相當于12×9。兩個4×3顯示格式比的NTSC制圖象可通過或?qū)D象的畫幅限制33%、或?qū)D象擠壓33%(同時引入寬高比失真)而顯示在同一16×9顯示格式比顯示器上。視乎使用者的愛好而定，圖象畫幅限制相對寬高比失真的比例可以設定在0%與33%這兩個極限值之間。例如，兩個并排的圖象可以以16.7%受擠壓和16.7%的畫幅限制的形式顯示。
16×9顯示格式比顯示的水平顯示時間與4×3顯示格式比顯示的一樣，因為兩者的標稱行長都是62.5微秒。因此要使NTSC制視頻信號保持正確的寬高比并且沒有失真，就必須采用一個等于4/3的增速系數(shù)。這個4/3的系數(shù)是作為兩種顯示格式的比值計算出來的4/3＝(16/9)/(4/3)
按照本發(fā)明的各個方面，采用了可調(diào)節(jié)的內(nèi)插器來增速視頻信號。過去，曾使用過輸入端和輸出端的時鐘脈頻率不同的FIFO來履行同樣的功能。相比之下，如果在單個4×3顯示格式比的顯示器上顯示兩個NTSC制4×3顯示格式比的信號，各圖象必然失真或畫幅受到限制或兩者兼?zhèn)?，其量達50%。與寬屏幕所需用的類似的增速并不是必須的。
權利要求
1.一種顯示系統(tǒng)，其特征在于包括一個視頻存儲器；用以將來自視頻信號的視頻數(shù)據(jù)信息寫入和讀出上述視頻存儲器的裝置；用以與另一視頻信號用的顯示器裝置同步地供應來自上述視頻存儲器的上述信息的裝置；一個內(nèi)插器，用以對從上述行存儲器里讀出的上述信息有選擇性地水平壓縮和擴展，不取決于任何其它可垂直壓縮或擴展上述視頻數(shù)據(jù)的處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括用以復用同時顯示的上述視頻信號的裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述供應裝置包括一個行存儲器，供從上述視頻存儲器讀出的上述信息使用，它具有一個寫入端口可與上述讀視頻存儲器同步地操作，和一個讀出端口可與另一視頻信號的顯示裝置同步地操作。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述行存儲器是異步的。
全文摘要
畫面重疊系統(tǒng)確保畫面的重疊具有合適的圖象寬高比。該系統(tǒng)包括一個視頻存儲器和一個控制電路以將來自視頻信號的信息寫入和讀出該視頻存儲器，該信息與視頻數(shù)據(jù)有關。讀出電路與另一視頻信號的顯示器同步地供應來自視頻存儲器的信息。內(nèi)插器有選擇性地對從讀出電路讀出的信息壓縮和擴展，不取決于任何其它可垂直壓縮或擴展所述視頻數(shù)據(jù)的處理。復用器組合瞬時顯示的視頻信號。讀出電路可包括一個異步的行存儲器，供從視頻存儲器讀出的信息用。
文檔編號H04N7/00GK1057140SQ9110373
公開日1991年12月18日 申請日期1991年5月31日 優(yōu)先權日1990年6月1日
發(fā)明者納撒尼爾·H·埃爾索茲, 蒂莫菲·W·薩赫爾 申請人:湯姆森消費電子有限公司