CN1052601C - 电视画面重叠系统 - Google Patents

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Abstract

画面重叠系统确保在同时显示画面的中画面的重叠具有合适的尺寸和合适的位移。该系统包括一个视频存储器和一个控制电路以将来自视频信号的信息写入和读出该视频存储器，该信息与视频数据和字段类型有关。读出电路与另一视频信号的显示器同步地供应来自视频存储器的信息。内插器有选择性地对从读出电路读出的信息压缩和扩展。译码电路译出字段型信息。读出电路可包括一个异步的行存储器，供从视频存储器读出的信息用。

Description

电视画面重叠系统
本发明涉及电视技术领域，例如宽屏幕显示格式比的电视。它必须对视频数据进行内插，以实现各种显示格式。现在的大部分电视其显示格式比(即水平宽度与垂直高度比)为4∶3。例如16∶9的宽显示格式比更接近电影的显示格式比。本发明既适用于直观式电视，也适用于投影电视。
显示格式比为4∶3(常称为4×3)的电视在显示单个和多个视频信号源的方面受到限制。商业电视广播台传输的电视信号(实验性资料例外)是用4×3显示格式比播出的。许多电视观众都感到4×3显示格式看起来没有与电影相关的较宽的显示格式比悦目。宽显示格式的电视不仅显示效果更为悦目，而且能以相应的宽显示格式对宽显示格式的信号源信号进行显示。电影“看起来”就应该象电影，不应该是其画幅受到限制或畸变的版本。视频源无论是当例如用电视电影机将影片变换成电视，或者用电视中的处理器进行变换时，其画幅都不应受到限制。
宽显示格式比电视还适用于各式各样的显示，既适用于普通的和宽显示格式的信号，也适用于这两种显示格式在多图象显示形式下的组合显示。但使用宽显示比屏幕带来许多问题。要改变多信号源的显示格式比，要从非同步但同时显示的信号源产生出一致的定时信号，要在多个信号源之间进行切换以产生多图象显示，还要从压缩的数据信号提供高清晰度的图象，这些都属于上述问题的范围。
众所周知，偶数和奇数场信息是与视频数据分开存储的。例如授予Phillips的美国专利USP No.4,918,518中介绍了这样一种装置。这种装置独立地存储偶数和奇数场信息，使得视频数据直接存储，场类型信息间接存储。因而为了使场类型信息与图象信息一起传播，必须提供独立的传输路径。这篇专利文献没有介绍或建议场类型信息是与其相应的图象数据间歇相关的。这种装置不同于本发明，表示场类型信息的数字信息的各位是与视频数据(图象)位一起间歇地处理的，是与视频数据一起压缩和扩展的，然后予以解码。
本发明的目的是提供一种用以使场类型信息与视频数据信息一起压缩和/或扩展的显示系统。
本发明的宽屏幕电视能解决所有这些问题。
根据本发明的一个方面，一种显示系统，包括：
用以对具有第一和第二场类型的第一视频信号进行编码的装置，经过编码的所述视频信号包括视频数据和识别所述场类型其中之一的信息；
一个视频存储器；
用以将经过编码的所述第一视频信号写入所述视频存储器以及从所述视频存储器读出的装置；
用以将从所述视频存储器中读出的经过编码的所述第一视频信号与同步于第二视频信号的视频显示装置同步的装置；
用以选择性地经过编码和同步的所述第一视频信号进行压缩和扩展的装置，所述场类型识别信息与所述视频数据一起进行所述选择性压缩和扩展；
用以对表示所述第一场类型或所述第二场类型的所述选择性压缩和扩展的场类型识别信息进行解码的装置；以及
有效地响应所述解码装置，用以对所述第一和第二视频信号进行多路复用，以便用时显示在所述视频显示装置上的装置。
根据本发明的另一个方面，一种显示系统，包括：
用以对具有第一和第二场类型的视频信号进行编码的装置，经过编码的所述视频信号包括识别图象数据的信息和识别所述场类型其中之一的信息；
用以处理经过编码的所述视频信号、以改变所述图象的尺寸的装置，所述场类型识别信息与所述图象识别信息一起进行所述处理；
用以对表示所述第一场类型或所述第二场类型的所述经过处理的场类型识别信息进行解码的装置；以及
响应所述经过解码的场类型识别信息，用以控制有效的图象信息以后的显示的装置。
根据本发明的再一个方面，一种显示系统，包括：
第一存储器；
用以将来自第一视频信号的信息写入所述第一存储器以及从所述第一存储器读出的装置，所述信息与视频数据和场类型有关；
用以存储从所述第一存储器中读出的所述信息以及使所述信息与第二视频信号的视频显示装置同步的第二存储器，所述第二存储器具有一个与所述第一存储器的所述读出同步工作的写端口以及一个与所述视频显示装置同步工作的读端口；
用以选择性地将所述同步信息进行压缩和扩展的装置，所述场类型识别信息与所述视频数据信息一起进行所述选择性压缩和扩展；
用以对所述场类型识别信息进行解码以识别第一型场和第二型场的装置；以及
有效地响应所述解码装置，用以对所述第一和第二视频信号进行多路复用，以便同时显示在所述视频显示装置上的装置。
按照本发明各种方案设计的宽屏幕电视能从相同或不同显示格式比的单个和多个信号源提供高清晰度的单个和多个图象显示，而且显示格式比可加以选择。
宽显示格式比电视可在采取基本或标准水平扫描频率及其倍数扫描频率、并以隔行扫描和非隔行扫描的方式显示视频信号的电视系统中加以实现。例如，标准的NTSC制视频信号就是通过隔行扫描各视频帧的顺次各场进行显示的，各场则由大约15,734赫的基本或标准水平扫描频率的扫描动作形成的光栅产生的。视频信号的基本扫描频率有各种叫法：fH，1fH和1H都是。1fH信号的实际频率随不同的视频标准而异。为提高电视设备的图象质量，目前已研制出以非隔行扫描的方式逐行显示视频信号的电视系统。逐行扫描要求在被配用来扫描隔行扫描格式两个场中的一个场的同样的时间内扫描各显示帧。没有闪烁的AA-BB显示要求接连地扫描各场两次。在各情况下，水平扫描频率必须是标准水平频率的2倍。这种逐行扫描或无闪烁显示的扫描频率有各种不同的叫法：2fH和2H。2fH的扫描频率例如按美国标准约为31,468赫。
瞬时图像显示的重叠功能为显示提供定时信号，以便在正确的时刻从大画面到小画面，再回到大画面进行切换。小画面重叠的水平和垂直二者的定时对显示小画面是苛刻的。辅助视频信息存储在一个6比特、Y∶U∶V＝8∶1∶1的视频RAM场存储器内。该视频RAM在多个存储单元中保存两个场的视频数据。每个存储单元保存8比特数据。在每个8比特存储单元内有一个6比特Y(亮度)样值和两个其它比特，这两个其它比特保持快速切换数据或部分的U或V样值。可将快速切换值译码以指示：哪种类型的场被写入视频RAM以作为上(奇)场、下(偶)字段或无图像(无效数据)。场在视频RAM中占有空间位置，具有由水平和垂直地址限定的边界。该边界根据快速切换数据从无图像到有效场(反之亦然)的变化在这些地址处受到限定。快速切换数据中的这些跳变限定了该图像重叠的周边。可以理解，重叠物体的图像高宽比可以受到控制，而与重叠的格式显示比本身(例如4×3或16×9)无关。在屏幕上重叠的位置将取决于主信号各场扫描开始时该视频RAM读指针的起始位置。由于在该视频RAM中存储了两个场的数据，而整个视频RAM在显示周期期间被读，因而在显示扫描期间这两个场被读出。从存储器读出以待显示的场取决于快速切换数据的译码和视频RAM读指针起始位置的设定。
如果被锁定到主视频源的显示器正显示主画面的上场，则对应于辅助画面的上场的该视频RAM的部分将从该视频RAM中读出，被转换为模拟数据而被显示，这似乎是符合逻辑的。这将在主与辅助视频源之间所有可能的相位关系中大约有半数是可行的。由于读视频RAM总要比写视频RAM快，因此在画面重叠方式下对于压缩画面产生了一个问题。如果相同场类型在相同时间被写和读，则读存储器指针可能超过写指针。这将在小画面的某处导致有50％机会的运动撕裂。为此，PIP电路总是读相反场类型(这种场类型被写入可克服运动撕裂问题)。如果正被读的场类型是与正被显示的场类型相反，则在该场从存储器里读出时，通过删掉该场的顶行而使存在视频RAM中的偶场被反相。
将会产生另一个问题是辅助视频分量数据要被内插和按不同显示格式所要求的多个不同的比值进行有选择性地压缩和扩展。根据本发明的装置，由于快速切换信息与视频分量数据(Y、U、V)一起进行内插和扩展，而与该数据如何压缩和扩展无关，因而该画面重叠可保持一个正确的大小。其结果是小画面保持正确的交错，而无运动撕裂。
本发明装置的画面重叠系统保证瞬时显示的画面重叠合适大小和合适的位移。该系统包括一个视频存储器和一个控制电路，以将视频信号的信息写入和读出该视频存储器，该信息与视频数据和场类型有关。一个读电路与另一视频信号显示器同步地从视频存储器提供信息。一个内插器有选择性地压缩和扩展从读电路读出的信息。该场型信息与视频信息一起经历压缩和扩展。一个译码电路对该场型信息译码，以识别第一和第二型场和无有效视频数据。一个复用器对瞬时显示的视频信号进行组合，以响应该译码电路工作。该读电路可包括一个异步的行存储器供视频存储器读出的信息用，它具有一个写入端口，可与该视频存储器的读出同步工作；和一个读出端口，可与其它视频信号的显示同步地工作。
图1(a)-1(i)用以说明宽屏幕电视的不同显示格式。
图2是根据本发明各个方面并且适宜按2fH进行水平扫描工作的宽屏幕电视的方框图；
图3是图2所示宽屏幕处理器的方框图；
图4的方框图示出了图3所示的宽屏幕处理器更详细的细节；
图5是图4所示的画中画处理器的方框图；
图6是图4所示的门阵列的方框图，示出了主信号通路、辅助信号通路和输出信号通路；
图7和8是有助于说明如图1(d)所示的用画幅十分受限制的信号产生的显示格式的过程的定时图；
图9示出图5画中画处理器的定时和控制部分的方框图；
图10详细示出图6辅助信号通路和输出信号通路的方框图；
图11是图5画中画处理器定时和控制部分的方框图；
图12示出用以产生1fH/2fH转换器中内部2fH信号的电路的方框图；
图13是图2所示的偏转电路的电路和方框的组合图；
图14是图2所示的RGB接口的方框图。
图15示出用以解释与画中画处理器相关联的视频RAM中存储器映像的示意图；
图16示出在主与辅助视频信号之间控制输出切换的一个电路的方框图。
图1的各部分示出了可按本发明的各种不同设计实施的单个和多个图象显示格式的一些而不是全部的各种组合式。这里所选择的都是为便于说明按本发明的设计构成宽屏幕电视的特定电路而举出的例子。本发明的装置在一些情况下除了下述具体电路以外都涉及显示格式自身。为便于说明和讨论起见，视频源或信号的传统显示格式宽高比通常假设为4×3，视频源或信号的宽屏幕显示格式宽高比则通常假设为16×9。本发明的各设计方案并不受这些规定的限制。
图1(a)示出了一般显示格式比为4×3的直观或投影电视。当16×9显示格式比图象作为4×3显示格式比信号传输时，屏幕顶部和底部出现黑色条纹，这通常被称为信箱格式(letterboxformat)。这时所看到的图象要比整个可利用的显示区小一些。不然，也可以在传输之前将16×9显示格式比的信号源加以变换，从而使其充斥4×3显示格式画面的垂直方向。但这样就会有许多信息可能从左边和或右边画幅中被限制掉。作为另一种选择，可以将信箱式的图象在垂直方向扩展，但在水平方向不扩展，这样得出的图象就会因垂直延伸而失真。这三种办法都没有特别可取之处。
图1(b)示出了16×9的屏幕。16×9显示格式比的视频源能全面显示出来，画幅既不受限制又不失真。16×9显示格式比的信箱式图象本身是在4×3显示格式比的信号中，这种图象可通过将行加大一倍或加行的方法逐行扫描，从而提供有足够垂直清晰度的较大幅面显示。无论信号源是主信号源、辅助信号源或是外部的RGB信号源，本发明的宽屏幕电视都能显示这种16×9显示格式比的信号。
图1(c)示出了16×9显示格式比的主信号，4×3显示格式比的插图即在该信号中显示。若主视频信号和辅助视频信号都是16×9显示格式比信号源，则插图的显示格式比也可以为16×9。插图可显示在许多的不同位置。
图1(d)示出的显示格式中主视频信号和辅助视频信号都用同大小的图象显示出来。各显示区的显示格式比都是8×9，这当然和16×9及4×3的显示格式比不同。为在这样的显示区显示4×3显示格式比的信号源而不致产生水平或垂直失真，信号必然在左侧和/或右侧受到画幅的限制。如果容许宽高比由于图象在水平方向上受挤压而有些失真，则可以显示出更多的、其画幅受限程度较小的图象。水平挤压使图象中的实物垂直伸长。本发明的宽屏幕电视能提供“画幅受限制”和“宽高比失真”这二者在下列组合范围内的任何一种组合情况，即，这个范围的一个极端是：最大程度的“画幅受限制”与无“宽高比失真”相组合情况；另一个极端是：无“画幅受限制”与最大程度的“宽高比失真”相组合情况。
辅助视频信号处理通路中对数据取样的种种限制，使得产生的显示图象具有高清晰度并且图象幅面与主视频信号产生的显示图象一样大的整个信号处理过程复杂化。要解决这些复杂的问题可以有各种不同的方法。
图1(e)的显示格式是在16×9显示格式比的屏幕居中部位显示出14×3显示格式比的图象。右侧和左侧的黑条很明显。
图1(f)示出的显示格式同时显示出一个4×3显示格式比的大图象和三个4×3显示格式比的较小图象。在大图象周边外有较小图象的显示格式有时叫做POP，即画外画，而不是PIP(画中画)。在这里，两种显示格式都采用PIP或画中画一词。在宽屏幕电视设有两个调谐器的场合，无论两个调谐器都设在内部或一内一外地配置(例如盒式录象机中)，就可以使各显示图象中的两个图象显示出与信号源一致的实时动作。其余的图象可以以停帧格式显示出来。不难理解，增设另外的调谐器和另外的辅助信号处理通路可以提供两个以上的活动图象。应该也不难理解，大图象和三个小图象的位置是可以对调的，如图1(g)所示。
图1(h)示出的另一种显示格式是：一个4×3显示格式比的图象在中间，排成纵列的6个4×3显示格式比的较小图象各在两边。和上述格式一样，有两个调谐器的宽屏幕电视能提供两个活动的图象。其余的11个图象就以停帧的格式显示。
图1(i)示出了由12个4×3显示格式比图象组成的格子的显示格式。这种显示格式特别适合作为频道选择指南，其中各图象至少是一个不同频道的停帧。和前面一样，活动图象的数目取决于可使用的调谐器和信号处理通路的数目。
图1所示的各种不同格式只是举例说明而已，并不局限于这些，这些格式可按下面各附图所示和下面即将详细介绍的宽屏幕电视加以实施。
图2示出了本发明适宜以2fH水平扫描方式工作的宽屏幕电视的方框图，其总编号为10。宽屏幕电视10通常包括视频信号输入部分20、底盘或电视微处理器216、宽屏处理器30、1fH-2fH转换器40、偏转电路50、RGB接口60、YUV-RGB转换器240、显象管驱动器242、直观或投影显象管244和电源70。将各种电路分组成不同的功能方框是为了便于进行说明而这样做的，并不希望因此而限制了这些电路彼此的实际配置位置。
视频信号输入部分20用以接收来自不同视频源的多个复合视频信号。各视频信号可有选择地加以切换，以便将它们作为主视频信号和辅助视频信号显示。射频开关204有两个天线输入端ANT1和ANT2。这些分别是接收广播天线的信号和电缆的信号的输入端。射频开关204控制其中哪一个输入被提供到第一调谐器206及第二调谐器208。第一调谐器206的输出端即为单芯片202的输入端，单芯片202履行与调谐、水平和垂直偏转以及视频控制有关的一系列功能。图中所示的特定芯片在电子工业行业内叫做TA7730型芯片。单芯片中起因于来自第一调谐器206的信号而产生的基带视频信号VIDEO OUT输出后供给图象开关200和宽屏处理器30 TVI的输入端。其它至视频开关200的基带视频输入命名为AUX1和AUX2。它们可供电视摄影机、激光盘播放机、录象播放机、电子游戏机等使用。视频开关200的输出由底盘或电视微处理器216控制，命名为SWITCHED VIDEO(切换的视频)。SWITCHED VIDEO是宽屏处理器30的另一个输入。
再参看图3，开关SW1宽屏处理器将TV1和SWITCHED VIDEO这两个信号之一选择作为SEL COMP OUT视频信号，这是Y/C解码器210的一个输入信号。Y/C解码器210可以是自适应行梳状滤波器。另外的两个视频源S1和S2也是Y/C解码器210的输入。S1和S2各表示不同的S-VHS源，它们各由分开的亮度信号和色度信号组成。正如在一些自适当行梳状滤波器中那样，可作为Y/C解码器的一部分或作为分立开关的开关，它响应于电视微处理器216以便选取一对亮度和色度信号作为分别命名为Y_M和C_IN的输出。所选出的一对亮度和色度信号以后就作为主信号，并沿主信号通路进行处理。信号名中包含有_M或_MN的信号名指的是主信号通路。宽屏处理器把色度信号C_IN重新引回单芯片，以便产生色差信号U_M和V_M。这里，U相当于(R-Y)，V相当于(B-Y)。Y_M，U_M和V_M信号在宽屏处理器中被转换成数字形式以便进一步进行信号处理。
第二调谐器208在功能上属于宽屏处理器30的一部分，它产生基带视频信号TV2。开关SW2从TV2和SWITCHED VIDEO两个信号之间选择一个信号作为Y/C解码器220的一个输入。Y/C解码器220可以是自适应行梳状滤波器。开关SW3和SW4分别从Y/C解码器220的亮度和色度输出与来自外视频源并分别命名为Y_EXT和C_EXT的亮度和色度信号之间选择信号。Y_EXT和C_EXT信号对应于S_VHS输入S1。Y/C解码器220和开关SW3和SW4可以象在某些自适应梳状滤波器一样结合在一起。以后就将开关SW3和SW4的输出作为辅助信号并沿辅助信号通路进行处理。所选取的亮度输出命名为Y_A。标有_A，_AX和_AUX信号名的指的是辅助信号通路。所选取的色度输出被转换成色差信号U_A和V_A。Y_A、U_A和V_A信号被转换成数字形式以便进一步进行信号处理。在主信号和辅助信号通路上对视频信号源的切换设计使得对不同图象显示格式的各个不同部分的信号源选择的管理过程达到最大的灵活性。
宽屏处理器给同步分离器212提供对应于Y_M的复合同步信号COMPSYNC。水平和垂直同步分量H和V分别作为垂直递减计数电路214的输入。垂直递减计数电路产生VERTICAL RESET(垂直复位)信号加到宽屏处理器30中。宽屏处理器产生内垂直复位输出信号INT VERT RST OUT加到RGB接口60。RGB接口中的一个开关从内垂直复位输出信号与外RGB源的垂直同步分量之间选取信号。该开关的输出是引到偏转电路50的经选择的垂直同步分量SEL_VERT_SYNC。辅助视频信号的水平和垂直同步信号由宽屏处理器中的同步分离器250产生。
1fH-2fH转换器40，用以将隔行扫描视频信号转换成逐行扫描的非隔行扫描信号，例如那种各水平行显示两次或通过内插同场的毗邻水平行产生另一组水平行的信号。在某些情况下，使用上一行或使用内插行取决于在毗邻各场或各帧之间检测出的动作程度(the level of movement)。转换电路40与视频RAM 420联合工作。视频RAM可用以存储一帧的一个或多个场，以便能够逐次显示。经转换的视频数据作为Y_2fH、U_2fH和V_2fH加到RGB接口60上。
在图14中更详细地示出的RGB接口60使得可以将经转换的视频数据或外RGB视频数据供视频信号输入部分选取以便供显示用。外RGB信号可视为适宜供2fH扫描的宽显示格式比信号。宽屏处理器将主信号的垂直同步分量作为INT VERT RST OUT供到RGB接口，使偏转电路50可获得经选取的垂直同步信号(fvm或fvext)。宽屏幕电视工作时，电视使用者就可以通过产生内/外控制信号INT/EXT选取外RGB信号。但在没有外RGB信号的情况下选取外RGB信号输入时会使光栅在垂直方向上消失而且损坏阴极射线管或投影显象管。因此为了不致在没有该信号情况下选取外RGB输入，RGB接口电路对外同步信号进行检测。WSP微处理器340还控制外RGB信号的彩色和色调。
宽屏处理器30包括画中画处理器320用以对辅助视频信号进行特殊的信号处理。画中画一词有时缩写成PIP或pix-in-pix。门阵列300将主和辅助视频信号数据组合成各式各样的显示格式，如图1(b)至1(i)的实例所示。画中画电路320和门阵列300受宽屏微处理器(WSPμP))340的控制。微处理器340经由串行总线而响应电视微处理器216。串行总线包括四条信号线，供数据、时钟信号、启动信号和复位信号用。宽屏处理器30还产生作为三级砂堡信号(three level sandcastle signal)的复合垂直消隐/复位信号。不然，垂直消隐和复位信号也可以作为单独的信号分开产生。复合消隐信号由视频信号输入部分供到RGB接口。
偏转电路50(这在图13中显示得更详细)接收来自RGB接口60的垂直复位信号、来自RGB接口60的经选择的2fH水平同步信号和来自宽屏处理器的另一些控制信号。这些附加的控制信号与水平定相、垂直尺寸调整和东-西枕形畸变调整(east-westpin adjustment)有关。偏转电路50将2f回扫脉冲供到宽屏处理器30、1fH-2fH转换器40、YUV-RGB转换器240上。
电源70由交流市电供电，产生整个宽屏幕电视的工作电压。
图3更详细地示出了宽屏处理器30。宽屏处理器的主要部件有门阵列300、画中画电路301、模-数和数-模转换器、第二调谐器208、宽屏处理器微处理器340和宽屏输出编码器227。图4示出了宽屏处理器更详细的细节(例如PIP电路)，这对1fH和2fH底盘是共同的。图5更详细地示出了构成PIP电路301主要部分的画中画处理器320。图6更详细地示出了门阵列300。图3所示构成主信号通路和辅助信号通过各部分的一系列部件已详细介绍过。
第二调谐器208与中频级224以及声频级226连接。第二调谐器208还与WSPμP340联合工作。WSPμP 340包括输入输出I/O部分340A和模拟输出部分340B。I/O部分340A提供色调和彩色控制信号、选择外RGB视频源用的INT/EXT信号、和开关SW1至SW6的控制信号。I/O部分还监控来自RGB接口的EXTSYNC DET信号，从而保护偏转电路和阴极射线管。模拟输出部分340B通过各接口电路254、256和258提供垂直尺寸、东西调整和水平相位的控制信号。
门阵列300负责把来自主信号和辅助信号通路的视频信息组合起来以实现复合宽屏幕显示，例如图1各不同部分所示的显示中的一种。锁相环374与低通滤波器376联合工作，提供门阵列的时钟脉冲信息。主视频信号作为以Y_M、U_M和V_M命名的信号以模拟的形式和YUV格式供到宽屏处理器上。这些主信号由图4中更详细示出的模-数转换器342和346从模拟形式转换成数字形式。
彩色分量信号以一般名称U和V表示，这些信号或者可分配给R-Y或B-Y信号或者可分配给I和Q信号。所取样的亮度带宽限制在8兆赫，这是因为系统的时钟脉冲频率为1024fH，这大约为16兆赫。由于宽度为I时U和V信号系限制在500千赫或1.5兆赫，所以对彩色分量数据进行取样时可采用单个模-数转换器和一个模拟开关。模拟开关或多路调制器344的选择线UV_MUX是将系统时钟脉冲除以2得到的8兆赫信号。具有一个时钟信号宽度的行启动脉冲SOL同步地使该信号在各水平视频行开始时复位到0。UV_MUX线于是在整个水平行内的每个时钟周期翻转其状态。由于行长等于偶数个时钟脉冲周期，因而UV_MUX的状态一经启动会不中断地始终进行翻转：0，1，0，1，…。由于各模-数转换器都有1个时钟脉冲周期的时延，因而从模-数转换器342和346出来的Y和UV数据流都进行移位。为适应这个数据移位，来自主信号处理通路304的内插器控制349的时钟脉冲选通信息也必须同样地延迟。如果不使时钟脉冲选通信息延迟，在被删除时UV数据就不会正确成对。这一点很重要，因为各UV对代表一个向量。将一个向量的U分量与另一向量的V分量配对而不引起彩色偏移是不可能的。相反，上一对的V样品会连同现行的U样品一齐被删除。由于每对彩色分量(U，V)样品有两个亮度样品，所以这种UV多路调制的方法叫做2∶1∶1调制法。这时就有效地使U和V两者的奈奎斯特频率降低为亮度奈奎斯特频率的一半。因此对于亮度分量的模-数转换器输出的奈奎斯特频率为8兆赫，而对于彩色分量的模-数转换器输出的奈奎斯特频率为4兆赫。
PIP电路和/或门阵列还可包括尽管数据受压缩也能提高辅助数据清晰度的装置。迄今已研究出一系列数据缩减和数据恢复方案，包括例如成对象素压缩和抖颤调谐(dithering)及去抖颤调谐(dedithering)。此外还考虑涉及不同二进制位数的不同抖颤调谐序列和涉及不同二进制位数的不同成对象素压缩。WSPμP340可以选取一系列特定数据缩减和恢复方案中的一个方案以便使各特定种类的图象显示格式所显示的图象达到最高的清晰度。
门阵列包括与各个行存储器联合工作的一些内插器，各个行存储器则可以是FIFO 356和358。内插器和FIFO用以在必要时对主信号进行再取样。一个附加的内插器可对辅助信号再取样。门阵列中的时钟脉冲和同步电路控制主信号和辅助信号两者的数据管理过程，包括将它们组成具有Y_MX、U_MX和V_MX分量的单个输出视频信号。这些输出分量由数-模转换器360、362和364转换成模拟形式。命名为Y、U和V的模拟形式的信号加到1fH-2fH转换器40上以便转换成非隔行扫描方式。Y、U和V信号还由编码器227编码成Y/C格式以形成在面板插孔处可获取的宽格式比输出信号Y_OUT_EXT/C_OUT-EXT。开关SW5给编码器227从门阵列选择同步信号C_SYNC-MN，或从PIP电路选择同步信号C_SYNC-AUX。开关SW6从Y_M和C_SYNC_AUX二者之间选择信号作为宽屏面板输出端的同步信号。
水平同步电路部分详细地示于图12中。相位比较器228是包括低通滤波器230、压控振荡器232、除法器234和电容器236在内的锁相环路的一部分。压控振荡器232工作频率为32fH，响应陶瓷谐振器或类似物238。该压控振荡器的输出除以32，以向相位比较器228提供一个合适频率的第二输入信号。除法器234的输出是1fHREF定时信号。32fHREF和1fHREF定时信号都提供给“除16计数器”400。2fH输出送到脉宽电路402。由1fHREF信号预置除法器400确保该除法器与视频信号输入部分的锁相环路同步工作。脉宽电路402确保2fHREF信号具有足够的脉冲宽度以保证相位比较器404(例如是一个CA1391型比较器，它构成包括低通滤波器406和2fH压控振荡器408在内的第二锁相环路的一部分)的正常工作。压控振荡器408产生内部2fH定时信号，该信号用以驱动被行进扫描的显示器。相位比较器404的另一输入信号是2fH回扫脉冲或与其有关的定时信号。包括相位比较器404在内的第二锁相环路的应用有利于确保每个2fH扫描周期在输入信号的每个1fH周期内是对称的。否则该显示器可呈现一个光栅分裂，例如其中半个视频行向右移动，而另外半个视频行向左移动。
图13更详细地示出了偏转电路50。电路500用以根据实现不同的显示格式所需要的合乎要求的垂直过扫描量调节光栅的竖向尺寸。如示意图所示，恒流源502提供恒量的电流IRAMP给垂直斜波电容器504充电。晶体管506与垂直斜波电容器并联连接，根据垂直复位信号周期性地给该电容器放电。在不进行任何调节的情况下，电流IRAMP使光栅的垂直尺寸达到能达到的最大值。这可能相当于当一个扩展的4×3显示格式比信号源充满宽屏幕显示器(如图1a中所示)时所需要的垂直过扫描量。在光栅竖向尺寸要求较小的情况下，可调电流源508从IRAMP转移其电流量可变化的电流IADJ，从而使垂直斜波电容器504以更慢的速度充电而且充电至较小峰值。可变电流源508响应竖向尺寸控制电路所产生的例如为模拟形式的竖向尺寸调节信号。竖向尺寸调节电路500与手动竖向尺寸调节电路510无关，后者可以是一个电位器或背面板调节钮。在上述两者中的任一种情况之下，垂直偏转线圈512都接收适量的驱动电流。水平偏转信号通过调相电路518、东-西枕形畸变校正电路514、2fH锁相环520和水平输出电路516提供。
图14更详细地示出了RGB接口电路60。最后要显示的信号在1fH-2fH转换器40的输出与外RGB的输入两者之间选择。这里所述的宽屏幕电视其外RGB的输入假设为宽格式显示比的逐行扫描源。来自视频信号输入部分20的外RGB信号和复合消隐信号输入到RGB-YUV转换器610中。外RGB信号的外2fH复合同步信被用来作为外同步信号分离器600的输入。选择垂直同步信号是由开关608来执行。选择水平同步信号是由开关604来执行。选择视频信号是由开关606来执行。各开关604、606和608响应WSPμP340所产生的内/外控制信号。内或外视频源的选择由使用者进行。但若使用者无意中选择外RGB源，当未接有或未接通这种信号源时或如果外信号源失落时，则垂直光栅会消失，于是会给阴极射线管造成严重的损坏。因此外同步检测器602检测有否外同步信号存在。没有这种信号时，就有一个开关拒绝控制信号传送到各开关604、606和608上，以防在没有信号时通过这些开关选择外RGB源。RGB-YUV转换器610还接收来自WSPμP340的色调和彩色控制信号。
本发明的宽屏幕电视可以不用2fH水平扫描而用1fH水平扫描加以实施，但在这里没有示出1fH水平扫描的电路。1fH电路可能不需要1fH-2fH转换器和RGB接口。因此没有在2fH扫描频率下显示外部宽格式显示比RGB信号的措施。宽屏处理器和1fH电路的画中画处理器极其相似。门陈列基本上相同，但没有将全部输入端和输出端都用上。无论是以1fH扫描或以2fH扫描方式工作的电视，这里所述的各种提高清晰度的方案通常都适用。
图4的方框图更详细地示出了的图3中所示的宽屏处理器30的细节，它对1fH和2fH底盘来说都是相同的。Y_A、U_A和V_A信号为画中画处理器320的一个输入，处理器320可以包括清晰度处理电路370。根据本发明这些方面的宽屏幕电视能将视频加以扩展和压缩。图1中部分示出的复合式显示格式所体现的特殊效果是由画中画处理器320产生的，该处理器能接收来自清晰度处理电路370的经清晰度处理的数据信号Y_RP、U_RP和V_RP。并不是任何时候都要使用清晰度处理，但在显示格式已选好时就要使用。图5更详细地示出了画中画处理器320。画中画处理器的主要部件有模-数转换部分322、输入部分324、快速开关(FSW)和总线部分326、定时和控制部分328以及数-模转换部分330。图11中更详细地示出了定时和控制部分328。
画中画处理器320可采用汤姆逊消费者电子设备公司研制的经改进的基本CPIP芯片的变型。这种基本的CPIP芯片已在题为“CTC140画中画(CPIP)技术训练手册”的出版物中详细描述，可以从印第安纳州·印第纳普里斯·汤母森消费电子设备公司购得。这种处理器能够使其具有一系列特殊的特征或特殊的效果，下面举几个例子说明。基本的特殊效果是如图1(c)中所示的那种在大图象的一部分重叠有小图象。大小图象可从同一个视频信号产生，从不同的视频信号产生，而且还可以互换或更换的。一般说来，伴音信号总是切换成使其对应于大图象。小图象可移到屏幕上的任何位置或逐步转入一系列预定位置的。焦距可变的特点使得可以将小图象放大和缩小到例如任一预定的尺码。有时，例如在图1(d)所示的显示格式中，大小图象实际上是同一尺码。
在单画面方式下，例如在图1(b)、1(e)或1(f)所示的显示状态下，使用者可以例如逐步从1.0∶1至5.0∶1的比值将单图象的画面按变焦方式放大。同时在变焦方式时，使用者可以搜索或扫调整个画面，使屏面上的影象得以跨不同的图象区移动。在两者的情况下，无论是小图象、大图象或变焦图象都可以以停帧的方式(静止图象格式)显示。这种功能可以实现选通显示格式，这时视频信号中的最后九个帧可以在屏幕上反复显示。帧的重复频率可以从30帧/秒改变到0帧/秒。
本发明另一种设计的宽屏幕电视中所使用的画中画处理器与上述基本CPIP芯片本身的现行结构不同。若基本CPIP芯片与16×9屏幕的电视配用且不用视频增速电路，则由于横贯较宽的16×9屏幕扫描而致使实际水平向扩展达4/3倍，因而使插图呈现出宽高比失真的现象。于是图象中的实物可能会水平伸长。若采用外增速电路，则不会有宽高比失真，但图象会占不满整个屏幕。
像在常规电视中使用的，以基本的CPIP芯片为基础的现有的画中画处理器的特殊的方式工作，这种方法含有某些不希望的后果。输入的视频信号以640fH时钟来取样，该时钟被锁定到主视频源的水平同步信号上。换句话说，存储在与CPIP芯片相关联的视频RAM中的数据不对输入的辅助视频源正交取样。这是对场同步化的基本的CPIP方法的基本限制。输入取样速率的非正交特性造成被取样数据的歪斜误差。这个限制的结果是视频RAM与CPIP芯片一起使用，这必须使用同一个时钟来写和读数据。当来自诸如视频RAM350之类的视频RAM的数据被显示时，这种歪斜误差可看作是沿该画面的垂直边沿的随机跳动，并通常被认为是完全不能容许的。
本发明与基本CPIP芯片不同的另一种设计的画中画处理器320适宜将视频数据不对称压缩成多个可加以选择的显示状态中的一种状态。在此工作方式下，各图象在水平方向上按4∶1压缩，在垂直方向上按3∶1压缩。这种不对称压缩方式产生宽高比畸变的画面，并存储在一个视频RAM中，画面中的实物在水平方向受挤压。但若这些画面按一般方式读出，例如在频道扫描方式下对于16×9显示格式比的屏幕的显示出来，则画面看起来正常。图象充满屏幕，且没有图象宽高比失真现象。按照本发明这方面的不对称压缩方式使得可以不用外增速电路而可以在16×9的屏幕上产生特殊的显示格式。
图11是画中画处理器(例如上述CPIP芯片经改进的一个品种)的定时和控制部分328的方框图，以作为多个可选择显示方式中的一种。其余的显示方式可提供不同大小的辅助画面。水平和垂直的“十取几”(decimation)电路中的每一个都包括一个计数器，该计数器在WSP微处理器340的控制下为来自一个数值表的压缩因数编程序。数值的范围可以是1∶1、2∶1、3∶1等等。压缩因数可以是对称的、也可以是不对称的，这取决于如何制定该表。压缩比的控制也可在WSP微处理器340的控制下由全编程和通用的“十取几”电路来实现。
在全屏幕PIP状态下，画中画处理器与自激振荡器(freerunning oscillator)348相结合，将从一个解码器(例如自适应梳状滤波器)取Y/C输入，把信号解码成Y、U、V彩色分量，并产生水平和垂直同步脉冲。这些信号在用于诸如变焦、停帧和频道扫描等各种全屏幕显示方式的画中画处理器中处理。例如，在频道扫描显示方式期间，由于被取样的信号(不同频道)会有不相关的同步脉冲且会在时间上看上去是偶然的瞬间加以切换，因此从视频信号输入部分产生的水平和垂直同步脉冲会有许多不连续之处。因此取样时钟脉冲(和读/写视频RAM时钟)由自激振荡器确定。对于停帧和变焦方式，取样时钟会锁定到输入的视频水平同步脉冲上，在这些特殊情况下，它与显示时钟脉冲频率相同。
再参看图4，来自画中画处理器以模拟形式出现的Y、U、V和C_SYNC(复合同步)输出可由编码电路366再编码成Y/C分量，编码电路366系与3.58兆赫振荡器380联合工作的。该Y/C_PIP_ENC信号可接到Y/C开关(图中未示出)，该开关使再编码后的Y/C分量可以代替主信号的Y/C分量。从这时起，经PIP编码的Y、U、V和同步信号成了底盘中其余部分的水平和垂直定时的基础。这种工作方式适宜根据主信号通路中内插器和FIFO的工作情况实施PIP的变焦显示方式。
再参看图5，画中画处理器320包括模-数转换部分322、输入部分324、快速开关FSW和总线控制部分326、定时和控制部分328和数-模转换部分330。通常，画中画处理器320将视频信号数字化成亮度(Y)和色差信号(U，V)，将所得结果进行二次取样并存储在1兆位的视频RAM350中，如上面所述的那样。与画中画处理器320相关的视频RAM350其存储容量为1兆位，其容量不足以存储带8个二进制位样品的视频数据的整个一场。增加存储的容量必然花费大，而且需要更复杂的管理电路。减小辅助频道中每单位样品的位数意味着减少相对于主信号的量化清晰度或带宽，该主信号始终是按8位样品进行处理的。实际上的这种带宽减小当辅助显示图象较小时通常是不成问题的，但若辅助显示图象较大时，例如与主显示图象一般大小时，就存在问题。清晰度处理电路370可有选择地实施提高辅助视频数据量化清晰度或有效带宽的一种或多种方案。迄今已研究出一系列缩减数据和数据恢复的方案，包括例如成对象素压缩和抖颤调谐及去抖颤调谐的方案。令去抖颤调谐电路在工作时配置在视频RAM350下游处，例如在门阵列的辅助信号通路中，下面即将更详细地介绍。此外还可以考虑涉及不同位数的不同抖颤调谐及去抖颤调谐序列和涉及不同位数的不同成对象素压缩方案。为使各特种图象显示格式显示出来的图象达到最高的清晰度，可通过WSPμP从一系列减少和恢复数据的方案中选取一种方案。
亮度和色差信号按8.1∶1的六位Y、U、V方式存储。就是说，把各分量量化成六位样品。每对色差样品有八个亮度样品。画中画处理器320改用这样的方式工作，其中输入的视频数据是以锁定到输入的辅助视频同步信号的640fH时钟频率来取样的。在这种工作方式下，存储在视频RAM中的数据系正交取样的。从画中画处理器视频RAM350读出数据时，是利用锁定到输入的辅助视频信号上的同样640fH时钟脉冲而读出的。但虽然这个数据是正交取样并存储起来，而且能正交地读取，可是由于主视频和辅助视频源非同步的性质，使该数据不能直接从视频RAM 350中用来正交显示。主视频和辅助视频源只有在它们是来自同一视频源的显示信号时才可以指望是同步的。
为了使辅助频道(即从视频RAM350的输出数据)与主频道同步，需要进一步进行处理。再参看图4，来自视频RAM 4位输出端口的8位数据块是用两个四位锁存器352A和352B加以重新组合的。该四位锁存器还使数据时钟脉冲频率从1280fH降到640fH。
通常，视频显示和偏转系统是与主视频信号同步的。如上所述，必须对主视频信号加速以使其充满宽屏显示器。必须使辅助视频信号与第一视频信号和视频显示器垂直同步。辅助视频信号可在场存储器中延迟几分之一个场周期，然后在行存储器中加以扩展。辅助视频数据与主视频数据的同步化利用作为场存储器的视频RAM350和用以扩展信号的先进先出(FIFO)行存储器354来实现。FIFO354的规格为2048×8。FIFO的规格与认为为避免读/写指针冲突所必须的行最小存储容量有关。读/写指针发生冲突是在新数据有机会写入FIFO之前从FIFO读出旧数据时发生的。读/写指针发生冲突也会在旧数据有机会从FIFO读出之前新数据改写存储器时发生的。
来自视频RAM350的8位DATA_PIP数据块是以曾用来对视频数据进行取样的同一个画中画处理器的640fH时钟脉冲，(即锁定到辅助信号而不是主信号上的640fH时钟脉冲)写入2048×8 FIFO354中的。FIFO 354是用1024fH的显示时钟脉冲读取的，该时钟脉冲系锁定到主视频频道的水平同步分量上。由于采用具有独立读/写端口时钟脉冲的多行存储器(FIFO)，因而允许将曾以第一速率正交取样的数据以第二速率正交显示出来。但由于读/写时钟脉冲具有非同步的性质，因而确实需要采取各种步骤来避免读/写指针发生冲突。
图6中以方框图的形式示出了门阵列300的主信号通路304、辅助信号通路306和输出信号通路312。门阵列还包括时钟脉冲/同步电路320’和WSPμP解码器310。WSPμP解码器310的数据和地址输出线路(以WSP DATA表示)系加到上述各主电路和通路上，并加到画中画处理器320和清晰度处理电路370上的。应该理解的是，某些电路是否被定成是门阵列的一部分，在很大程度上仅仅是为便于说明本发明的设计。
门阵列是用以在必要时扩展、压缩主视频频道的视频数据并限制其画幅，以便实现不同的图象显示格式。亮度分量Y_MN存储在先进先出(FIFO)行存储器356中，存储时间的长短取决于亮度分量内插的性质。经组合的色度分量U/V-MN存储在FIFO 358中。辅助信号亮度和色度分量Y_PIP、U_PIP和V_PIP由多路信号分离器355产生。亮度分量必要时在电路357中经过清晰度处理，然后必要时由内插器359加以扩展，产生作为输出的信号Y_AUX。
在某些情况下，辅助显示会与主信号显示一般大，如图1(d)中的实例所示。与画中画处理器和视频RAM350相关的存储器局限性会使充满这种大型显示区所需要的数据点或象素数量不足。在这种情况下，可以用清晰度处理电路357将象素还原到辅助视频信号中以代替那些在数据压缩或缩减过程中失去的象素。该晰度处理可以对应于图4所示的电路370所进行的清晰度处理。例如，电路370可以是抖颤调谐电路，电路357可以是去抖颤调谐电路。
辅助信号的内插可在辅助信号通路306中进行。该PIP电路301控制一个6比特的Y、U、V、8∶1∶1场存储器、视频RAM350，以存储输入的视频数据。该视频RAM350在多个存储单元里保存2场的视频数据。每个存储单元保存8比特数据。在每个8比特存储单元里有一个6比特Y(亮度)样值(以640fH取样的)和2个其它比特。这两个其它比特保存快速切换数据(FSW_DAT)或部分的U或V样值(以80fH取样的)。该FSW_DAT值指示以下“哪种场被写入视频RAM”：
FSW_DAT＝0：无画面；
FSW_DAT＝1：上(奇)场；以及
TSW_DAT＝2：下(偶)场。
该场在视频RAM内占有空间位置，具有由水平和垂直地址限定的边界，正如图15中存储器位置图所建议的那样。这些边界根据快速切换数据从无画面到有效场(反之亦然)的变化在这些地址处得以限定。在快速切换数据中的这些跳变限定了该PIP插入的周边范围，这还被称为“PIP箱”或“PIP重叠”。可以理解，在PIP画面中物体的图像宽高比可以得到控制，这与PIP箱或重叠的格式显示比(例如4×3或16×9)无关。在屏幕上PIP重叠的位置将取决于在主信号各场扫描起点处该视频RAM的读指针的起始地址。由于存储在视频RAM350内的数据的字段是2个，并且在显示周期期间，整个视频RAM被读，因此两个场在显示扫描期间被读出。PIP电路301将决定：哪个场要从该存储器中读出以通过使用快速切换数据来显示；和读指针的起始位置。如果锁定在主视频源的显示器正显示主画面的上场，则对应于辅助画面的上字段的视频RAM的部分将从视频RAM中被读出并被转换为模拟数据和被显示，这看起来是符合逻辑的。
这对于主与辅助视频源之间所有可能的相位关系大约一半是可行的。但是，由于在PIP方式下，对于压缩画面而言，读视频RAM总比写视频RAM快些，这就产生了一个问题。如果在同一时间写入和读出同一场类型，则读存储器指针可能超前写指针，这将造成50％机会在小画面的某些地方出现运动撕裂。为此，PIP电路总是读相反场类型，该场类型被写入可以克服运动撕裂问题。如果正被读场类型是与正被显示的场类型相反，则在该场从存储器被读出时，通过删除该场的顶行而使存在视频RAM中的偶场被反相。结果使小画面保持正确的交错而无运动撕裂。这个场同步的的最后的结果是CPIP芯片提供一个被称为“PIP_FSW”的信号。这是重叠信号，PIP电路将它提供给一个模拟开关，该开关在主与辅助信道Y/C(亮度和已调制色度视频信息)信号之间切换。
参照图4和10，辅助视频输入信号以640f速率取样并存入视频RAM350内。从视频RAM350中读出的辅助数据被指定为VRAM_OUT。PIP电路301还具有按水平和垂直方向上相等的整数因子非对称地减小辅助画面的能力。辅助信道数据由4比特锁存器352A和352B、辅助FIFO 354、定时电路369和同步电路371进行缓冲，并与主信道数字视频同步。VRAM_OUT数据由信号分离器355存入Y(亮度)、U、V(彩色分量)和FSW_DAT(快速切换数据)中。FSW_DAT指明“哪个场型被写入视频RAM。PIP_FSW信号直接从PIP电路接收并施加到输出控制电路。这里决定从视频RAM读出的哪个场将被显示。最后，辅助信号视频分量数据得到选择，以通过图6所示的三输出复用器315、317、和319输出到显示器。代替在复合或Y/C接口处使用模拟开关重叠PIP小画面，WSP微处理器340数字式地执行PIP重叠。
辅助频道以640fH的速率取样，主频道则以1024fH的速率取样。辅助频道FIFO 354将数据从辅助频道取样率转换成主频道时钟频率。在此过程中，视频信号经过8/5(即1024/640)的压缩。这比正确显示辅助频道信号所需的4/3压缩还多。因此辅助频道必须借助于内插器359加以扩展以便正确显示4×3的小图象。内插器359由内插器控制电路371控制，该电路本身响应WSPμP340。内插器所需的扩展量为5/6。扩展系数X按下式确定：
                X＝(640/1024)*(4/3)＝5/6
因此，不管小画面由PIP处理器怎样减小，通过设定内插器359来执行5/6扩展(5个样值入，6个样值出)，使小画面可以正确地以4×3格式在显示器上显示。
PIP_FSW数据未提供很好的方法用以翻译CPIP VRAM的哪个场应该被显示，因为PIP视频数据被水平光栅映像以保持正确的PIP宽高比的缘故。尽管PIP小画面保持正确的交错，但PIP重叠区总是错误的水平大小。只在PIP重叠大小正确的情况下，为了5/8扩展而使用内插器359，以得到16×9的小画面。对于所有其它内插器的设定而言，重叠箱将保持16×9，而插入画面将在水平方向上变化。PIP_FSW信号缺少有关PIP重叠的正确水平方向大小的信息。视频RAM数据被读出后，PIP电路完成同步化示出法。因此，快速切换数据FSW_DAT(夹在视频RAM数据流VRAM_OUT中)对应于写入视频RAM的场型。尽管视频RAM的视频分量数据(Y、U、V)对于运动撕裂和正确交错已被校正，但FSW_DAT并没被修改。
根据本发明的装置，PIP重叠箱就是正确的大小，因为FSW_DAT信息与视频分量数据(Y、U、V)一起被扩展和被内插。FSW_DAT含有正确尺寸的重叠区，然而，它并未指出哪个场是显示的正确场。PIP_FSW和FSW_DAT可以一起使用以解决保持交错完整和正确的重叠大小的问题。在正常操作中，由于CPIP芯片可用于4×3电视接收机中，因此视频RAM中的场的安排是任意的。场在垂直方向上和水平方向上对齐，或根本不对齐。为了使宽屏处理器和CPIP芯片兼容工作，必须使PIP场位置不在相同的垂直行上被存储。换句话说，PIP场不可被编程序，以使相同的垂直地址用于上和下场型。如图15所示以垂直对齐的方式分别将PIP场存入视频RAM 350内的编程序是很方便的。
当信号PIP_OVL起作用，亦即逻辑为H1时，该信号强迫输出控制电路321显示辅助数据。图16示出用以产生PIP_OVL信号的电路方框图。电路680包括一个J-K触发器682，其Q输出是复用器688的一个输入。复用器688的输出是D触发器684的一个输入。D触发器684的Q输出是复用器688的另一输入和与门690的一个输入。PIP_FSW和SOL(行起点)信号分别输入到触发器682的J和K输入端。异或门686有2个快速切换数据比特FSW_DAT0和FSW_DAT1信号作为输入。异或输入逻辑值(1、0)和(0、1)分别指示有效场的偶和奇。非逻辑异或值(0、0)和(1、1)指示无效视频数据。从(0、1)或(1、0)中的任一个到(0、0)或(1、1)中的任一个的变化(相反亦然)指示限定PIP箱或重叠的边界变化。异或门686的输出是与门690的第二输入。与门690的第三输入是RD_EN_AX信号，这是对于辅助FIFO 354的读允许信号。与门690的输出是PIP-OVL信号。电路680从PIP_FSW起作用的时刻到重叠区的实际允许时引入一行(场行)延时。这说明在视频数据通路中FIFO 354在正被显示的PIP视频数据中也引入一场行的延时。因此，尽管比通过PIP电路编程序晚一场行，PIP重叠是与视频数据完善的重叠。RD_EN_AX信号允许PIP只在有效的辅助FIFO数据已从FIFO 354中读出时被重叠。这是必须的，因为FIFO数据在读出完毕之后方可被保持。这可能使PIP重叠逻辑电路确定在有效的PIP数据之外PIP重叠是有用的。允许与RD_EN_AX一起PIP重叠确保PIP数据是有效的。根据本发明的装置，小画面辅助视频的重叠或成箱被正确地处置和估计大小，这与辅助视频如何被扩展、压缩或内插无关。这为小画面视频源(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由电路367加以延迟，延迟时间的长短取决于色度分量内插的性质，产生作为输出的信号U_AUX和V_AUX。主信号和辅助信号的各个Y、U和V分量通过控制允许FIFO 354、356和358读出的启动信号在输出信号通路312的各多路调制器315、317和319中加以混合。多路调制器315、317和319响应输出多路调制器控制电路321。输出多路调制器控制电路321响应时钟脉冲信号CLK、行启动信号SOL、H_COUNT信号、垂直消隐复位信号和快速开关的来自画中画处理器和WSPμP340的输出。经多路调制的亮度和色度分量Y_MX、U_MX和V_MX分别加到相应的数-模转换器360、362和364上。各数-模转换器后面分别有低通滤波器361、363和365，如图4中所示。画中画处理器、门阵列和数据减少电路的各种功能受WSPμP340的控制。WSPμP340借助于串行总线连接到TVμP216上，并响应TVμP216。串行总线可以是如图所示的四线总线，即具有数据、时钟脉冲信号、启动信号和复位信号的线路。WSPμP340通过WSPμP解码器310与门阵列的不同电路联系。
有时为避免所显示的图象产生宽高比失真需要将4×3 NTSC按4/3的压缩系数进行压缩。在其它情况下，为进行通常伴有垂直变焦的水平变焦，可以将视频加以扩展。高达33％的水平变焦操作可通过将压缩减少到4/3以下实现。取样内插器用以对输入的视频重新计算至一个新象素的位置，因为亮度视频带宽(对S-VHS格式来说达到5.5兆赫)占奈奎斯特折叠频率(Nyquist foldover frequency)(它对于1024f时钟脉冲来说为8兆赫)的相当大的百分比。
如图6所示，亮度数据Y_MN是通过主信号通路304中的内插器337取道的，内插器337则根据视频的压缩或扩展情况重新计算样品值。开关或路由选择器323和331的作用是变换主信号通路304相对于FIFO356和内插器337的相对位置的布局。特别是，这些开关选择：或者内插器337按压缩的要求而处在FIFO356之前，或者FIFO356按扩展的要求在内插器337之前。开关323和331响应路由控制电路335，该电路本身则响应WSPμP340。应该记住，在小画面方式期间辅助视频信号是为了被存储在视频RAM350中而加以压缩的，只有在实用上才需要加以扩展。因此在辅助的信号通路中不需要予以类似的转接。
主信号通路详细示于图9中。开关323由两个复用器325和327来实施。开关331由复用器333来实施。这三个复用器都响应路由控制电路335(它自身响应WSPμP340)。水平定时/同步电路339产生定时信号来控制FIFO、锁存器347和351以及复用器353的写和读。时钟信号CLK和行起点信号SOL是由时钟/同步电路320产生的。模/数转换控制电路369响应Y_MN、WSPμP340和UV_MN的最高有效位。
内插控制电路349产生中间像素位置值(K)、内插器补偿滤波器加权值(C)和亮度的时钟选通信息CGY以及彩色分量的CGUV。正是时钟选通信息中止(十取几)或重复FIFO数据，以便为了压缩奏效允许样值在一些时钟上不被写入，或者为了扩展以允许一些样值多次被读出。
能够使用FIFO执行视频压缩和扩展，例如，WR_EN_MN_Y信号允许数据写入FIFO 356。可阻止每第四个样品被写入FIFO中。这就构成4/3的压缩。内插器337的作用是重新计算被写入FIFO中的亮度样品，使得从FIFO读出的数据平稳，而不是参差不齐。扩展可按完全与压缩相反的过程进行。在压缩的情况下，写启动信号附有以禁止脉冲形式出现的时钟脉冲选通信息。扩展数据时，该时钟脉冲选通信息就加到读启动信号上。这会使正在从FIFO 356中读取的数据中止。在此情况下，内插器337(它在此过程中是跟随FIFO 356)的作用就是重新计算所取样的数据，使其从参差不齐变平稳。在扩展的情况下，数据在从FIFO 336中读取和受时钟同步而输入内插器337中时必须中止。这和压缩的情况时不一样，在压缩情况下，数据是连续地与时钟同步输入内插器337中的。在压缩和扩展两种情况下，时钟选通操作不难以同步的方式进行，即诸事件可根据系统时钟1024fH的上升前沿发生。
亮度内插的布局技术有很多优点。时钟选通操作(即数据十选几或数据重复)可以同步方式来执行。如果可切换的视频数据布局技术未用于互换内插器和FIFO的位置，则读或写时钟需要双时钟定时。以中止或重复该数据。“双时钟定时”这个词是指两个数据点在单时钟周期里写入FIFO或在单一时钟周期期间从FIFO读出。由此得出的电路不能与系统时钟同步操作，因为写或读时钟频率必须是系统时钟频率的两倍。况且，可切换的布局技术只需一个内插器和一个FIFO既执行压缩也执行扩展。如果这里描述的视频切换装置未被采用，则双时钟定时的情况只在使用两个FIFO来完成压缩和扩展功能时才能避免。用于扩展的一个FIFO必须放在内插器之前，而用于压缩的一个FIFO必须放在内插器之后。
该宽屏幕处理器还具有控制垂直偏转的能力，以执行垂直变焦距功能。宽屏幕处理器的布局技术是辅助和主信道水平光栅映像(内插)功能互相无关，与垂直变焦距(控制垂直偏转)无关。由于这种布局技术，主信道可在水平和垂直方向上都被扩展，以保持正确宽高比的主信道变焦。然而，如果辅助信道内插器的设定不变，则PIP(小画面)将垂直而不水平变焦。因此，辅助信道内插器能执行较大的扩展，以在垂直扩展时保持PIP小画面的正确的图像宽高比。
这种处理的一个好的实例发生在主信道显示16×9信箱材料的时候。主水平光栅映像被设置为1∶1(无扩展也无压缩)。垂直变焦33％(即扩展4/3)以消除与信箱源材料有关的黑条。主信道图像宽高比这时是正确的。对于4×3源材料无垂直变焦情况辅助信道正常设定为5/6。扩展系数X的不同值由下式决定：
             X(5/6)*(3/4)＝5/8
当辅助信道内插器359设定为5/8时，正确的小画面图像宽高比被保持，并且PIP内的物体看起来无宽高比畸变。
供主和辅助信号的亮度分量用的内插器可以是歪扭校正滤波器。如这里所述的，四点内插器例如包括级联式的一个两点线性内插器和一个相连接的滤波器和乘法器，以提供幅度和相位的补偿。概括地说，四个相邻的数据样值被用来计算各内插点。输入信号施加在两点线性内插器上。传给该输入的延时与延时控制信号(K)的值成正比。延时信号的幅度和相位误差由于应用级联的附加滤波器和乘法器得到的校正信号而得以减小。校正信号提供峰化，这可对所有K值均衡两点线性内插滤波器的频率响应。原来的四点内插器与具有通常为fs/4通带的信号一起使用是最佳化的，这里fs为数据取样速率。
另外，根据共同申请中所描述的发明装置，两个信道可以使用两级内插处理。原来的可变内插滤波器的频率响应可以通过使用这样的两级处理(称为两级内插器)而得到改善。两级内插器可以包括一个具有固定系数的2n+4抽头有限脉冲响应(FIR)滤波器和四点可变内插器。这个FIR滤波器输出在输入像素样值之间的中途空间定位。然后，FIR滤波器的输出通过与原来的被显示的数据样值交错来进行组合，以产生有效的2fs样值速率。这对于FIR滤波器的通带内的频率是一种有效的假设。其结果是原来的四点内插器的有效通带明显地增加了。
时钟脉冲/同步电路320’产生为操纵FIFO 354、356和358所需要的读、写和启动信号。启动主频道和辅助频道的FIFO，以便将数据写入存储器，为的是存储供以后的显示所需要的各视频行的那些部分。被写的数据是按需要而来自主频道或辅助频道中(而不是从两个频道中)，以便将来自同一视频行或各显示行上各信号源的数据组合起来。辅助频道的FIFO 354是用辅助视频信号同步写入的，但是用主视频信号从存储器中同步读出的。各主视频信号分量是用主视频信号同步写入FIFO 356和358中，而用主视频信号从存储器中同步读出的。读取功能在主频道与辅助频道之间来回转换的频度是选取的某特定效果的函数。
产生诸如画幅受限制的并排图象之类的各种特殊效果是通过操纵行存储器FIFO的读/写启动控制信号进行的。图7和8示出了这种显示格式的过程。在画幅受限制的并排显示图象的情况下，辅助频道的2048×8 FIFO 354的写启动控制信号(WR EN AX)在显示有效行周期(后增速)的(1/2)*(5/12)＝5/12或大约41％、或辅助频道有效行周期(预增速)的67％内起作用，如图7所示。这相当于大约33％的象幅限制(约为67％有效图象)和信号内插扩展5/6。在主视频频道中(示于图8的上部分)910×8 FIFO 356和358的写启动控制信号(WR_EN_MN_Y)在显示有效行周期的67％〔(1/2)*(4/3)＝0.67〕内起作用。这相当于大约33％的画幅限制且由910×8 FIFO在主频道视频上实现了4/3的压缩比。
在各FIFO中，视频数据是经过缓冲以便在特定的时间及时读出。数据可从各FIFO读出的有效时域取决于所选取的显示格式。在所示的并排画幅限制方式的实例中，主频道视频显示处在显示器的左半部，辅助频道视频显示处在显示器右半部。如图所示，主频道和辅助频道波形的任意视频部分不相同。主频道910×8FIFO的读启动控制信号(RD_EN_MN)在显示的显示有效行周期的50％内起作用，以有效视频的开始起头，紧接着是视频后肩(videoback porch)。辅助频道读启动控制信号(RD_EN_AX)在显示有效行周期的另外50％内起作用，以RD_EN_MN信号的下降边缘开始，以主频道视频前肩(video front porch)的开始结束。应该指出，写启动控制信号与它们各自的FIFO输入数据(主或辅助)同步，读启动控制信号则与主频道视频同步。
图1(d)所示的显示格式是我们所特别希望的，因为它可以使两个几乎是全场的图象以并排方式显示。这种显示对宽显示格式比的显示例如16×9特别有效、特别合适。大多数NTSC制信号都以4×3的格式表示。这当然相当于12×9。两个4×3显示格式比的NTSC制图象可通过或将图象的画幅限制33％、或将图象挤压33％(同时引入宽高比失真)而显示在同一16×9显示格式比显示器上。视乎使用者的爱好而定，图象画幅限制相对宽高比失真的比例可以设定在0％与33％这两个极限值之间。例如，两个并排的图象可以以16.7％受挤压和16.7％的画幅限制的形式显示。
16×9显示格式比显示的水平显示时间与4×3显示格式比显示的一样，因为两者的标称行长都是62.5微秒。因此要使NTSC制视频信号保持正确的宽高比并且没有失真，就必须采用一个等于4/3的增速系数。这个4/3的系数是作为两种显示格式的比值计算出来的：
                 4/3＝(16/9)/(4/3)
按照本发明的各个方面，采用了可调节的内插器来增速视频信号。过去，曾使用过输入端和输出端的时钟脉频率不同的FIFO来履行同样的功能。相比之下，如果在单个4×3显示格式比的显示器上显示两个NTSC制4×3显示格式比的信号，各图象必然失真或画幅受到限制或两者兼备，其量达50％。与宽屏幕所需用的类似的增速并不是必须的。

Claims (15)

1.一种显示系统，包括：
用以对具有第一和第二场类型的第一视频信号进行编码的装置(301)，经过编码的所述视频信号包括视频数据和识别所述场类型其中之一的信息；
一个视频存储器(350)；
用以将经过编码的所述第一视频信号写入所述视频存储器以及从所述视频存储器读出的装置(320)；
用以将从所述视频存储器中读出的经过编码的所述第一视频信号与同步于第二视频信号的视频显示装置同步的装置(353A、352B)；
用以选择性地将经过编码和同步的所述第一视频信号进行压缩和扩展的装置(354)，所述场类型识别信息与所述视频数据一起进行所述选择性压缩和扩展；
用以对表示所述第一场类型或所述第二场类型的所述选择性压缩和扩展的场类型识别信息进行解码的装置(321、680)；以及
有效地响应所述解码装置，用以对所述第一和第二视频信号进行多路复用，以便同时显示在所述视频显示装置上的装置(315、317、319)。
2.根据权利要求1的显示系统，其特征在于，所述同步装置包括一个用以存储从所述视频存储器读出的所述视频数据和场类型识别信息的存储器，所述存储器具有一个与所述视频存储器的所述读出同步工作的写端口以及一个与所述视频显示装置同步工作的读端口。
3.根据权利要求2的显示系统，其特征在于，所述存储器的所述写端口和所述读端口异步工作。
4.一种显示系统，包括：
用以对具有第一和第二场类型的视频信号进行编码的装置(301)，经过编码的所述视频信号包括识别图象数据的信息和识别所述场类型其中之一的信息；
用以处理经过编码的所述视频信号、以改变所述图象的尺寸的装置(354)，所述场类型识别信息与所述图象识别信息一起进行所述处理；
用以对表示所述第一场类型或所述第二场类型的所述经过处理的场类型识别信息进行解码的装置(680)；以及
响应所述经过解码的场类型识别信息，用以控制有效的图象信息以后的显示的装置(321)。
5.根据权利要求4的显示系统，其特征在于还包括用以把所述经过处理的图象信息与来自另一种视频信号的图象信息组合起来，在视频显示装置上同时显示两种所述图象的装置(315、317、319)。
6.根据权利要求4的显示系统，其特征在于，所述处理装置包括用以压缩所述图象的装置。
7.根据权利要求4的显示系统，其特征在于，所述处理装置包括用以扩展所述图象的装置。
8.根据权利要求4的显示系统，其特征在于，所述处理装置包括用以选择性地压缩和扩展所述图象的装置。
9.一种显示系统，包括：
第一存储器(350)；
用以将来自第一视频信号的信息写入所述第一存储器以及从所述第一存储器读出的装置(320)，所述信息与视频数据和场类型有关；
用以存储从所述第一存储器中读出的所述信息以及使所述信息与第二视频信号的视频显示装置同步的第二存储器(356、358)，所述第二存储器具有一个与所述第一存储器的所述读出同步工作的写端口以及一个与所述视频显示装置同步工作的读端口；
用以选择性地将所述同步信息进行压缩和扩展的装置(354)，所述场类型识别信息与所述视频数据信息一起进行所述选择性压缩和扩展；
用以对所述场类型识别信息进行解码以识别第一型场和第二型场的装置(680、321)；以及
有效地响应所述解码装置，用以对所述第一和第二视频信号进行多路复用，以便同时显示在所述视频显示装置上的装置(315、317、319)。
10.根据权利要求9的显示系统，其特征在于，所述第二存储器的所述写端口和所述读端口异步工作。
11.根据权利要求9的显示系统，其特征在于，所述解码装置还从所述场类型信息识别没有有效视频数据。
12.根据权利要求1的显示系统，其特征在于，所述解码装置还从所述场类型信息识别没有有效视频数据。
13.根据权利要求9的显示系统，其特征在于，所述用以选择性压缩和扩展的装置包括一个内插器。
14.根据权利要求1的显示系统，其特征在于，所述用以选择性压缩和扩展的装置包括一个内插器。
15.根据权利要求4的显示系统，其特征在于，所述解码装置还从所述场类型信息识别没有有效视频数据。
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