CN100353760C - 组合宽屏幕电视系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电视摄像、信号转换、播出系统。该系统利用3个标准传输通道，将三倍标准宽高比和像素数的场景图像分割为左、中、右三个画面传送，利用普通或经改进的电视接收机并列显示电视图像。本发明还包括接收机为适合本发明应用所进行的改进，可自动识别该播出方式的节目，实现对相关接收机的预设频道切换和调整。为便于多个接收机并机组合显示的电气互联操作，本发明在接收机正面布置了贯通的电缆槽。本系统专门用于超宽场景的摄像、播出和接收。

Description

组合宽屏幕电视系统

1技术领域

本发明提供一种电视摄像、信号转换、播出和接收系统。该系统利用3个标准传输通道，将三倍标准宽高比和像素数的场景图像分割为左、中、右三个画面传送，利用普通或经改进的电视接收机并列显示电视图像。本发明还包括接收机为适合本发明应用所进行的改进。本系统专门用于超宽场景的摄像、播出和接收。

2背景技术

目前，普通电视的宽高比为4∶3，高清晰度电视一般为16∶9。尽管高清晰度电视有了很大的进步，但是相比于宽银幕电影在细节的分辨上还是有很大差距，与人的视觉宽度也有很大差距。享受更宽广、更清晰的电视图像受到显像尺寸、总像素数、宽高比的制约，而最终取决于从摄像、信号处理、播出、接收、重放全系统、全过程的综合成本。从需求角度出发，观众也并不要求全部的节目都具有强烈的临场感，尽管这样更好。一般而言，观众只是对于某些特定的节目有此要求，例如奥运会的开幕式、喜爱的体育比赛、艺术节目等，因人而异。如果因为这些节目，将整个链路的性能都提高到一个更高的水平，代价过大。

采用多个电视频道分别同步播出上述场景的一部分，并采用多个并列的接收机分别接收，各画面组合后可获得更宽广、细节程度相同的电视图像。当使用3个标准格式电视通道和显示屏幕时，即可获得显著的视觉效果，尽管画面之间可能有接缝。

与此相关的技术包括：

a)高清晰度电视技术；

b)多频道数字电视系统；

c)电视墙技术。

上述相关技术a)，以中国发明专利89100930.2(申请号)为代表，其实质内容是在一个接收机上提高画面的宽高比和细节程度。与该发明不同，本发明是利用多个接收机显示数倍于标准宽高比的电视图像，并改进其应用效果。

上述相关技术b)，以中国发明专利98810519.5(申请号)为代表，其实质内容是在多个电视通道中传输不同的场景，利用同一接收机接收不同场景，并且主要提供一种便于观众了解其他频道上播出的节目内容的信息发布装置。与该发明不同，本发明实质特征是，利用多个频道传输同一场景的不同区域的图像；并改进其应用效果，包括在用户确定的工作模式下各接收机自动识别和响应这种播出方式等。

上述相关技术c)，是一种公知技术，该技术的实质特征是用多个电视屏幕显示同一个标准格式视频图像或它的一部分。电视墙其宽高比除了被裁减外，不能增加；其显示画面尺寸被放大，但细节程度并没有被增强，因为其技术实质是使用像素阵列显示被放大后的标准格式图像的一个像素。本发明在图像的组合显示上虽与之有共同之处，但本发明的实质特征在于拍摄所获取的是超宽场景影像，信号源的制式、信号转换方法与之不同。本发明还包括为改进其应用效果，对电视系统和接收机进行的改进，包括在接收机前端布置电缆槽，以便于进行各接收机之间的电气和信息通道的互联操作，而电视墙全部是在背后操作的，这对进入家庭是个障碍。

3发明内容

3.1播出系统

本发明提供的电视摄像、信号转换、播出和接收系统，用一个至少3倍于标准电视格式总像素数的摄像机拍摄那些观众格外关注的动态场景，并将所拍摄的图像分割为3个水平相连的标准宽高比的画面，再对应转换为3路标准制式的电视信号，在三个电视频道同步播出。与此同时，在这种电视信号播出时，可在其信号中加入这种播出方式的特殊的标志性信号和有关参数，并保持信号的兼容性，该标志性信号可被经专门改进的接收机所识别。

这样，观众通过并排放置的3个标准格式的电视屏幕即可观看到3倍于标准宽高比的电视图像。本发明所指的标准格式，可以是传统的电视信号、也可以是高清晰度电视格式。如果采用3路4∶3格式电视信号输出，组合后的图像的宽高比为12∶3；如用16∶9格式时，则组合后的图像的宽高比为48∶9。

本发明所述电视摄像、信号转换、播出系统，至少包括：光学镜头、光电转换阵列、视频信号采集处理转换电路、播出设备，为扩展其功能还可以包括视频信号的记录和重放设备等相关设备。其光电转换阵列的总像素数至少是其每路输出标准格式图像信号总像素数的3倍，并且每行水平排列的像素数至少是后者(标准格式)每行像素数的3倍，每列竖直排列的像素数至少是后者(标准格式)每列像素数的1倍。该系统中按水平方向将光电转换阵列的有效像素部分划分为：L(左)、C(中)、R(右)，共3个并排相连的影像区域。视频信号采集处理转换电路对这3个区域的影像进行影像信号采样、数据处理、信号转换，同时输出3路分别对应于三个影像区域的某一标准格式的电视信号。这里所说的“同时”是指，在不产生影响人的主观收视效果前提下的“同步”。

当以本发明提供的系统和方法播出节目时，为区别于其他电视信号，并且便于引起接收端设备的自动响应。可在本系统输出的信号中加入一些特殊的标志性信号，伴随播出。还可以再加入一些与所播出节目相关的数据信息，例如：另外两个频道的参数、音响控制参数、相关的图文信息等。以上所述“标志性信号”和“相关的数据信息”的加入，不会改变电视信号的兼容性，作为公知技术本发明不再详述。显然，这些信号一般在C路信号中伴随播出比较合适，但也可以在另外的两路中伴随播出。

对本发明而言，光电转换阵列的形式可以是CCD阵列、CMOS阵列等形式。尽管图1中只简要地画出了一组光电转换阵列，为提高影像质量也可以是多阵列形式的，例如，3CCD，各阵列分色工作。相应地，其采样控制、数据处理电路规模将增加并与之相适应。

具体实现本发明，采样控制、数据处理、信号转换输出，可以由硬件电路实现，但比较理想的是采用计算机控制、借助软件来实现数据处理和信号转换。图像信号采样处理和转换有多种具体技术方法，详见本发明的有关实施例。

3.2接收系统

由于本发明提供的播出系统播出的是与标准格式信号相同或兼容的电视信号，所以普通的标准格式接收机就可以用来接收本系统播出的各路信号，3台与播出信号格式兼容的电视接收机就能实现接收。

为了更方便地接收上述播出系统的信号，本发明提出对电视接收机(或具有同类功能的接收显示设备)进行有关的改进，包括：

a)在接收端设备增加一个用于传送控制信号的接口；当经改进的C路接收端设备接收到如上所述特殊标志性信号时，可自动通过该接口向位于两侧的L路和R路设备发出控制信号，两侧的接收端设备在接收到控制信号后，自动切换到用户预设或由伴随播出数据指定的频道。

b)接收显示设备的机体前端，至少有一个贯通机体左右的电缆槽，该电缆槽是一个可被盖板覆盖的凹槽，内部可集中布置电视信号的接线端子或插孔和电缆，一个设备中的电缆可在电缆槽中延伸到相邻的另一设备中。该电缆槽可为传递如上所述的标志性信号和数据信息的线缆的提供布放的空间和通道，同时也为接收机之间其他信号的互连操作提供了方便。

3附图说明

说明书附图简要说明了本发明的主要内容和特征，结合附图，通过举例可说明本发明的优选实施例。这些附图包括：

图1，图1中(a)为本发明提供的三倍标准宽高比和像素数的组合画面电视系统的工作原理。对于可分割为场景(1a、1b、1c)的场景(1)，采用一个摄像机(2)进行拍摄，在光电转换阵列(3)上对应于场景(1a、1b、1c)结成的影像为(3a、3b、3c)，该影像经信号采集、处理、转换，输出为3路标准格式的电视信号TV-L(左)、TV-C(中)、TV-R(右)，分别被3台相同的标准格式接收端设备接收并显示为影像(4a、4b、4c)，场景(1a、1b、1c)组成的场景(1)被重现。(图1以及以下各图中没有绘出电视信号被调制、播出、接收、解调的有关设备和过程，因为所有这些内容均属于公知技术，并不属于本发明的实质内容。)

图1中(b)为用三部摄像机分别拍摄的图像在显示端组合后的图像，对于可分割为场景(1a、1b、1c)的场景(1)，用三台摄象机(5a、5b、5c)分别拍摄，依次成像为(6a、6b、6c)，显示为(7a、7b、7c)。比较图1(a)和图1(b)显示的组合影像(4a、4b、4c)和(7a、7b、7c)，可以看出：图1中(a)采用单机单镜头拍摄，没有失真(水平线在各画面中没有发生偏斜)；图1中(b)由于多机拍摄，摄影光轴取向不同，存在失真(水平线在左右画面中发生偏斜)。也就是说，提供3倍于标准宽高比和影像细节的、不失真的动态图像，并不是简单地采用三台摄像机拍摄就能解决的。而本发明提供的电视图像在达到上述要求的同时，并且不存在图1(b)中的失真。

图2，播出系统实施例之1。播出系统的影像采样和信号转换电路(8)对光电转换阵列的影像(3a、3b、3c)进行采样，直接输出3路标准格式的电视信号TV-L、TV-C、TV-R。参见该实施例的详细说明。

图3，播出系统实施例之2。播出系统的前端部分(9)对光电转换阵列的影像(3a、3b、3c)进行采样，输出1路高于标准格式的电视信号TV3。TV3信号可被播出系统的后端部分(10)转换为3路标准格式的电视信号TV-L、TV-C、TV-R；TV3信号也可先被视频记录装置(11)记录，之后再重放，重放时再转换为3路标准格式的电视信号。参见该实施例的详细说明。

图4，播出系统实施例之3。播出系统包含三套相对独立的影像采样和信号转换电路(12)、(13)和(14)，它们各自对光电转换阵列的影像(3a)、(3b)、(3c)分别进行影像采样，各自对应输出1路标准格式的电视信号，得到TV-L、TV-C、TV-R。参见该实施例的详细说明。

图5，接收系统改进之1的实施例1。15、16、17是3台经改进的接收机，15a、16a、17a分别是3台接收机的显示屏幕，15b、16b、17b分别代表3台接收机各自的的电视接受电路装置。各接收机通过各自的外部电视信号接口15c、16c、17c与共用电视信号通道(18)相连，同时接收来自通道18的电视信号。各接收机的信息端口15d、16d、17d是本发明特别增加的信息接口，它们相互连接形成信号通道(19)。当改进的接收机16经由外部端口(16c)接收到播出系统伴随播出的特殊标志性信号后，通过信号通道(19)向接收机(15)和接收机(17)发出控制信号使之自动切换到用户预设或由伴随播出的信息数据指定的频道。参见该实施例的详细说明。

图6，接收系统改进之2的实施例1。接收机前面的面板上具有一个电缆槽(20)。三台显示设备并排相接组合显示时，便于实现电气等信号的互联，参见该实施例的详细说明。

4具体实施方式

4.1播出系统

4.1.1播出系统实施例1

图2是本发明之播出系统的实施例1。图2中，光电转换阵列(3)满足本发明的要求，并被划分为三个区域(3a、3b、3c)，视频信号采集处理转换电路(8)至少由A/D转换器(8a)、采集控制器(8b)和D/A转换器(8c)组成。视频信号采集处理转换电路(8)对光电转换阵列的影像(3a、3b、3c)进行影像信号采样、数据处理、信号转换，并且同时、直接输出3路分别对应于影像(3a、3b、3c)的标准格式的电视信号TV-L、TV-C、TV-R。

实施例1的特点是，系统简单、结构紧凑，可集成在一部摄像装置中，比较适合节目的直播。

4.1.2播出系统实施例2

图3是本发明之播出系统的实施例2。图3中，光电转换阵列(3)满足本发明的要求，并与实施例1相同。视频信号采集处理转换电路分为前端部分(9)和后端部分(11)。其前端部分(9)至少由A/D转换器(9a)、采集控制器(9b)和D/A转换器(9c)组成。前端部分(9)对光电转换阵列(3)的影像(3a、3b、3c)进行影像信号采样、数据处理，信号转换，输出1路水平线数1倍、垂直线数3倍于标准电视格式的视频图像信号TV3。后端部分(10)接受视频信号TV3后，可对其进行处理、转换，并且同时、直接输出转换为与实施例1相同的3路标准格式视频信号。该信号TV3可被视频信号记录装置(11)所记录。视频信号记录装置(11)可用于前端部分(9)输出的视频信号TV3的记录和重放。后端部分(10)可接受前端部分输出的视频信号TV3、也可接受视频信号记录装置(11)所重放的视频信号TV3。

实施例2的特点是，采用了3倍于标准宽高比和数据容量的视频信号形式，借助专用的视频记录系统记录和回放该信号，并在回放过程中，将动态图像信号分割转换输出。这样，也就较好地实现了节目直播、录制、回放，更好地实现同步。

4.1.3播出系统实施例3

图4是本发明之播出系统的实施例3。图4中，光电转换阵列(3)与实施例1相同，满足本发明的要求。该系统包含3套相互独立的视频信号采集处理转换电路(12)、(13)、(14)，每套视频信号采集处理转换电路与标准格式电路都基本相同，分别包含A/D转换器、采集控制器和D/A转换器组成。视频信号采集处理转换电路(12)、(13)、(14)分别对影像(3a、3b、3c)进行影像信号采样、数据处理，信号转换，各自输出1路分别对应于影像(3a、3b、3c)的标准格式的电视信号。

实施例3的特点是，采用了3套与标准格式相同的视频信号采集处理转换电路。分散、降低了采集处理电路对处理速度和信号频宽的需求，便于利用现有技术实现本发明，但硬件规模有所增加。

4.1.4播出系统实施例4

当以本发明提供的系统和方法播出节目时，为区别于其他电视信号，并且便于引起接收端设备的自动响应。可在本系统输出的3路信号中加入一种特殊标志信号，并以在中间一路中加入较好，具体信号格式、播出方式不限，只要能被接收端设备识别既可，例如，可在逆程中播出。具体实现可参考已有技术和相关发明进行。但本发明的特征是：该信号标志着这种三倍标准宽高比和像素数组合电视节目的播出。该信号中还可以给出与所播出节目有关的技术参数和数据。本实施例提出的改进，可以与前述实施例中的任意项结合实施。

4.1.5关于播出系统实施的其它说明

在以上各播出系统实施例中，根据摄像机、信号采集处理转换电路、录制播出系统的使用需求，可对其各个部分和各个功能进行适当的组合、分解。例如，可将其集成在一部摄像机中；也可以分解为摄像机、信号处理装置两部分或三部分等。

由于光电转换阵列制造、图像信号采集、数据处理、信号转换技术、信号处理电路等的详细细节均属于公知技术，本发明不再详细说明。有关技术就各单项技术指标而言，目前已具备了工程实现的技术条件。例如：在光电转换阵列像素数方面，用于专业摄像装置的像素数已超过500万，满足本发明的最低要求的像素数仅为120万像素左右。在摄像装置通频带和数据处理速度方面，目前成熟的高速摄像装置每秒中处理的场数已经达到500～10000，本系统虽然总像素数多，但速度只需与目前的标准格式一致。所以，本发明提出的播出系统在技术上是可行的，并且各单项技术均为公知技术。

本发明所指光电转换阵列可以是多种形式，例如按感应器种类划分，可以是CCD或CMOS等；按区域划分，可以是单个的也可以是组合的；还可以是分色工作的阵列。

本发明拍摄和记录的图像信号虽然与标准格式视频信号的编码不同，但仅在于像素排列的列数增加了，图像像素的序列、亮度、色度等信号的处理方法依然可参照采用已有的编码、传输等相关技术。

各实施例中传递的视频信号，既可以是模拟信号形式的也可以是数字信号形式。尤其是，前端部分(9)输出的水平线数1倍、垂直线数3倍于标准电视格式的视频图像信号TV3还可以是数据文件或数据流文件形式。

本发明所述视频信号采集处理转换电路，一般采用A/D转换做输入采集、D/A转换做为输出，采集控制、数据处理、输出控制均由微处理器参与完成，但也可以采用其他电路形式。例如，专用的信号采集转换电路、输出接口。另外，A/D转换可以是1路，也可以由多路共同完成；D/A转换既可以采用多个转换器分别输出，也可以采用1个转换器分时输出三路。

关于3路视频信号的记录，还可以借助一般记录设备分别记录，重放时同步播出；如果，采用多通道硬盘录像机，例如SONY Abekas 6000型服务器(可支持8入8出)或类似设备更为有利。

上述各种信号均指动态图像信号，但和一般所言的电视信号相同，各路电视信号中可以调制并包含声音，而且不限于单声道。

本发明提供的电视摄像、信号转换和输出系统，通过对摄像、信号转换等系统局部的改进，在不提高整个广播链路其他环节技术水平的前提下，借助3个显示屏幕，提供了3倍于宽高比电视图像的播出，可满足特殊场景和节目的观赏需求。

4.2接收系统

4.2.1接收系统改进1的实施例1(自动切换控制接口)

图5，是本发明之接收系统改进之1的实施例1。共用电视信号通道(18)是各接收机共同的外部电视信号接口，各接收机的端口为15c、16c、17c。信号通道(19)是本发明特别增加的信息传递通道，各接收机的端口为15d、16d、17d。当改进的接收机中(16)通过外部端口(16c)接收到播出系统伴随播出的特殊标志性信号时，通过信息端口(16d)、通道(19)向接收机(15)和接收机(17)发出控制信号或相应的数据信息；接收机(15)和接收机(17)接到来自信息端口(15d)、(17d)的控制信号和相关信息后，自动切换到用户预先设置好的频道接收相应的电视信号。除控制信号外，当播出系统伴随播出另外两个频道的相关参数时，通过信号通道(19)还可以切换到由信息数据所指定的频道。还可以进行其他的操作。当播出系统伴随播出其它控制信息和数据时，其他两台接收机还可按约定自动进行预定的操作。

作为本发明的特征，改进的接收机具有一个用于连接其他具有相同功能的接收机的信息端口，当该机通过电视输入端口接收到这种特殊的标志性信号及其他预定信号后，通过该信息端口至少输出一个相应的控制信号。

为实现对该特征信号的接收，相应地接收机中应设置相应的数据接收、处理电路，这是公知技术范畴。播出系统和接收系统之间通过信号约定(数据协议)，还可以传递更多的其他信息数据。例如，通过该接口，接收机(16)可将用户发出的部分调整指令(遥控信号)自动转发给其他两机。例如：提高音量、减小音量等，接收机(15)、接收机(17)接收后立即响应作出相同的调整，以保证音效的协调。

本发明所述的信息接口，简单起见，可设计为电气接口，但也可以采用其他形式的接口形式，例如红外、光纤也可以与其他信号共用信道。对一台接收机而言，该信息接口可以是收、发分离的信息端口；也可以是收、发共用的双向信息端口。也可以中间的接收机(16)固定为发送、其它两台固定为接收，但这样的缺点是接收机中(16)与其他两台不能互换。关于各接收机的工作模式(L、C、R)的设置，本发明推荐采用由用户设置的方式，并且人工连通信息通道(19)的信号线路。

4.2.2接收系统改进2的实施例1(贯通左右的电缆槽)

图6，是本发明之接收系统改进之2的实施例1。为较好地重现组合的电视图像，接收机应尽量并排放置、左右紧贴靠紧，这给设备之间的互连操作带来了一些不便。为此，在接收机前面面板上布置有一个贯通左右的电缆槽(20)。这样，三台显示设备并排、贴紧布置时，便于实现电气等信号的互联。该电缆槽便于各种分配、传递信号的电缆的内藏布置，并且可从接收机正面进行线缆的连接操作。通过设置相应的活动盖板、门或电缆孔道可保持前面板外观的完整性。

当接收显示端设备具备以下的结构特征时，可满足上述要求。接收机机体正面(显示屏幕一侧)至少有一个贯通机体左右的电缆槽(20)。电缆槽可以是连续的凹槽；也可以是间断的凹槽，在凹槽间断的部位设置暗槽，保持电缆槽是贯通的。电缆槽的凹槽至少用1个可拆卸或活动的盖板覆盖，并且凹槽在机体左、右两侧的开口处各有至少1个可打开或可拆去的盖板。

上述凹槽一般可布置在机体的靠底部位置，一般可设计为矩形凹槽，也可以有其他布置形式。凹槽的盖板设计为多个比较有利，在前面板的中间、左侧、侧右各有盖板1个，分别是20a、20b、20c。在左、右两侧面各布置一个盖板(21)1个，左右件可以是对称或相同的。两侧的端板专门用于敞开或盖住电缆槽在左、右侧面的端口。凹槽在前面板上的凹槽还可部分地设计成暗槽，这样可相应地缩短盖板的长度，使用时可将电缆从暗槽内穿过。

在凹槽内可集中布置电视信号的接线端子或插孔，盖板开启后可进行各种端口和电缆的连接操作，电缆铺设就位后，再将其盖上(扣住)。当两台相邻的接收机的相邻的两端开口敞开时，一个设备中的电缆可通过此开口延伸到相邻的另一台接收机中，可方便地实现相邻设备的电气等信号的互联。

盖板(21)也可以设计为贯通侧面的形式，如盖板(22)。这样线缆还可以从机体背后引至机体正面。

4.2.3关于接收端设备实施的其他说明

为便于调整三台电视机相互之间的高低和水平，使之并排相接组合显示。建议在接收机底座上应设置4个能调节底座离地高度的底脚，并且尽量能从接收机正面进行调整。并机排列时，不移开相邻的接收机即可实现接收机的高低和水平调整。

为了更好地重现图像，各接收机应尽量减少有效画面左、右两侧相邻侧边的边缘宽度，以减小图像之间的接缝宽度。这一点对于直接投影设备没有问题，通过调整可基本消除接缝。对于背面投影设备、等离子设备、阴极射线管设备都有一定难度，不能或很难消除接缝，但通过努力可使其尽量减小，特别是背面投影设备、等离子设备。另外，还可以借鉴电视墙技术，采用专用的显示屏。

Claims (5)

1一种电视摄像及视频信号转换和播出系统，专门用于超宽场景的拍摄和播出，并将所拍摄的场景图像分割为多路场景相对较窄的已有的标准电视信号输出，该系统至少包括光学镜头、光电转换阵列、视频信号采集、信号处理和转换电路组成，其特征在于：

a)其光电转换阵列的像素数至少是其每路输出图像信号格式像素数的3倍，并且每行水平排列的像素数至少是后者每行像素数的3倍，每列竖直排列的像素数至少是后者每列像素数的1倍；

b)视频信号采集处理转换电路沿水平方向将光电转换阵列划分为3个并排相连的影像区域(L、C和R)，并对这3个影像区域(L、C和R)进行影像采样、数据处理、信号转换，并且同时输出3路分别对应于3个影像区域(L、C和R)的同一种已有的标准格式的电视信号。

2如权利要求1所述电视摄像及视频信号转换和播出系统，其特征还在于：

a)其视频信号采集处理转换电路，对3个影像区域(L、C和R)进行影像采样、数据处理后，转换成1路每行水平排列的像素数和每列竖直排列的像素数依次为已有的标准电视格式的3倍和1倍的电视信号(TV3)；

b)电视信号(TV3)经处理、变换后，转换为3路对应于3个影像区域(L、C和R)的已有的标准电视信号。

3如权利要求1或权利要求2所述电视摄像及视频信号转换和播出系统，其特征在于：在该系统输出的3路标准格式电视信号中，至少有1路信号至少包含代表该播出系统的组合宽屏幕电视节目播出方式的标志性信号。

4一种电视接收机，可识别如权利要求3所述的电视摄像及视频信号转换和播出系统输出的标志性信号，并向其他的电视接收机发出相应的控制信号，其特征在于：该电视接收机至少具有1个信息端口(16d)；当电视接收机接收到包含在电视信号中的如权利要求3所述的电视摄像及视频信号转换和播出系统输出的标志性信号后，信息端口(16d)至少输出一个相应的控制信号。

5一种电视接收机，可接收如权利要求4所述电视接收机所发出的控制信号，并自动完成预设电视频道的切换，其特征是：该机至少具有1个信息端口(15d)；当接收到如权利要求4所述的电视接收机发出的控制信号后，该机将自动地切换到相应的频道工作。

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