CN1123216C - 用于对辅助图象与主图象进行取样和显示以便在帧冻结操作期间消除辅助图象的空间接缝的装置 - Google Patents

Abstract

用于组合主图象和辅助图象的装置包括主图象信号源和表示辅助图象信号的样点源。次取样器采用梅花取样方式或矩形次取样方式有选择地对辅助图象样点进行次取样。信号组合器把主图象和表示经过次取样的辅助图象样点的信号相组合以产生组合图象。控制电路产生用于次取样器的冻结控制信号，该信号控制次取样器在冻结帧操作期间采用矩形次取样方式，而在其它情况下采用梅花取样方式。

Description

用于对辅助图象与主图象进行取样和显示以便在 帧冻结操作期间消除辅助图象的空间接缝的装置

本发明涉及采用梅花取样(quincunx sampling)以提高水平分辨率的画中画系统

目前的图象显示系统有能力在显示较大的主图象的同时显示小的辅助图象。这类较小的图象可能在较大图象的边界之内显示，在这种情况下，这类系统被称为画中画(PIP)系统，或者较小的图象位于主图象之外(如在主图象的左或右边界之外)，在这种情况下，这类系统被称为画外画(POP)系统。主图象和辅助图象可以来自同一图象源，比如主图象的冻结了的PIP图象帧，或者是来自独立的信源，比如在系统中，一个调谐器被调谐到一路视频信号，该信号将作为主图象显示，而另一个调谐器被调谐到与第一个调谐器无关的另一路视频信号，该信号将作为插入图象来显示。

PIP或POP系统的工作原理是：在辅助视频信号出现时存储表示该辅助图象的压缩数据，接下来在主图象中指定显示辅助图象的位置用这些压缩数据去替换主图象信号。系统必须提供足够的存储空间以便存储从辅助图象在视频信号中出现之时到它在主图象中显示之时之间的辅助图象数据。目前已知的系统所提供的存储空间足以存储一帧或一场的辅助视频数据。由于存储器比较昂贵，需要将所需的存储量减到最小。为了减少所需存储器的容量，目前已知的PIP和POP系统对辅助视频信号进行次取样(subsample)，并且只存储一场经过次取样的辅助视频数据。在显示PIP或POP时要使用一种对于次取样方法能互补的显示方法。

目前已知的次取样技术包括直接对每一行辅助视频信号重复进行“取一个样点，丢N个样点”。这种次取样的形式以矩形的方式来取样点，下面我们称之为矩形次取样。这种方法令人不满意的地方是降低了PIP或POP图象的水平分辨率，从而降低所显示的PIP或POP图象的主观质量。令人满意的次取样方法要能提高PIP或POP图象的水平分辨率，而又不增加用于存储将来与主图象一起显示的PIP或POP图象数据的存储器的容量。

梅花取样是一种能提高次取样辅助图象的主观水平分辨率而又不增加临时存储次取样辅助图象数据所需的存储空间的方法。按照空间采样，梅花方式定义为四个采样点排列为一个正方形或矩形并且还有一个采样点位于正方形或矩形的中心。梅花取样在一行辅助图象的第一个系列的等间隔水平位置进行次采样，在下一相邻水平行(在标准的隔行电视视频信号中它在下一场)中在位于第一系列位置中间的第二系列水平位置进行采样，并且不断地重复这种方式。下面要更详细介绍的图3的上面部分画出了这种采样技术，其中“X”表示次取样的样点，而“+”表示跳过的样点。正如我们所看到的和下面要介绍的一样，在每一水平行中采样的样点数是相同的，但是所有的样点覆盖了两倍的水平位置，这样就提高了次取样辅助图象的主观水平分辨率。

由于空间上相邻的行出现在时间上的相邻场中，这样梅花取样就可以通过对一场辅助图象在一个系列的水平位置上的各行进行次采样而在相邻的下一场中在位于前一场水平位置中间的第二系列水平位置的各行进行次采样来实现。这种方式不断进行下去。这样在一场中的每一行与在同一场中所有其它行进行相同的采样，但是一场的所有行的次取样样点的水平位置位于相邻场的各行的次取样样点的水平位置的半中间。

在采用梅花取样的PIP或POP系统中会出现一个问题。由于主图象和辅助图象不是同步的，当一场次取样的辅助图象样点要从存储器中取出并在主图象中显示时，一部分存储器中暂时保存的是前一场辅助图象的样点，而另一部分保存的是来自当前场的辅助图象的样点。由于这些场的间隔是1/60秒(美国NTSC标准)，这样从这两部分存储器中得到的样点所形成的图象的邻接部分之间存在一个接缝，称之为时间接缝。此外，如果在前一场中所获得的样点采用的是一种取样方式，而当前场所获得的样点采用的是另一种取样方式，那么，当这些样点同主图象组合在一起并显示时，在前一辅助场得到的样点和当前辅助场得到的样点之间的时间接缝位置会出现一个接缝，称之为空间接缝。这会严重地降低插入辅助图象的质量。令人满意的结果是既能够提供由梅花取样所获得的增强的主观水平清晰度而避免由于在时间接缝位置产生的空间接缝所带来的损害。

要消除时间接缝位置的空间接缝可以监视时间接缝的位置，并且，在时间接缝之前采用一种采样方式来取样辅助图象，而在时间接缝之后用另一种采样方式来进行采样。在这种方式下，当从存储器中得到表示辅助插入图象的样点时，位于存储器中保存当前场样点的部分和位于保存前一场样点的部分的两种样点都是用相同的取样方式得到的。这样就能消除时间接缝位置上的空间接缝。

当前的视频显示装置所提供的一种功能是对插入辅助图象进行帧冻结操作。这种功能是通过暂停向场存储器写入新的样点而同时从场存储器读出样点而实现，并且继续产生插入图象。由于没有向场存储器写入新的数据，所以插入的图象就没有变化，看起来像固定的或被冻结的。但是如果为了消除在时间接缝位置的空间接缝而使插入图象信号采用上述的梅花次取样，那么当暂停向场存储器写入次取样的辅助图象样点时，场存储器的一部分中将包含有那些在时间接缝位置之前得到、并用一种采样方式采样的样点，而场存储器的另一部分将包含那些在时间接缝位置之后得到、并用另一种采样方式采样的样点。当由这些样点表示的冻结插入图象被显示时，在时间接缝位置将产生空间接缝。理想的结果是，既能对插入辅助图象进行梅花取样以便提供较高的主观水平分辨率，同时在帧冻结操作中当显示冻结的辅助插入图象时又不在时间接缝位置引入空间接缝。

根据本发明的原理，用于组合辅助图象和主图象的装置包括主图象信号源和表示辅助图象信号的样点源。次取样器用梅花次取样方式或矩形次取样方式对辅助图象的样点进行有选择的次取样。信号组合器组合主图象信号和表示经过次取样后的辅助图象样点的信号以产生一个组合图象信号。控制电路产生用于次取样器的冻结控制信号，该信号控制次取样器在帧冻结操作过程中采用矩形次取样方式进行取样，而在其它情况下采用梅花取样方式进行取样。

在附图中：

图.1给出了表示主图象和画中画(PIP)图象以及具体体现本发明的一幅显示图象，

图.2部分采用方块图的形式、部分采用逻辑图的形式给出了体现本发明的PIP系统的一部分；

图.3用更详细的PIP显示图象来图解梅花取样；

图.4是主视频信号和PIP视频信号以及PIP存储器访问地址的波形图；

图.5和图.6更详细地说明了PIP图象系统的某些部分来解释对PIP图象采用梅花取样的问题及解决方案；

图.7部分采用方块图的形式、部分采用逻辑图的形式给出了用于产生供存储在场存储器中的PIP数据的编码器；

图.8部分采用方块图的形式、部分采用逻辑图的形式给出了用于产生用于插入到主图象中去的PIP数据的解码器；

所阐明的实施例将根据产生图1所示图象的画中画(PIP)系统来描述。但是本发明的原理对其它的多画面系统、比如在主图象之外(如，左边或右边)放置小图象的画外画(POP)也是适用的。

图1给出了一幅PIP显示图象，它包括主图象和辅助图象并且具体体现了本发明。在图1中，主图象2被表示为可能要在显示装置如电视接收机或监视器上显示的那样。主图象2可以由已知的信号处理电路来产生，这种电路包括响应从天线或电缆中接收电视信号的调谐器。图1还显示了另一图象4，它插入在主图象2的左下角。在所阐述的实施例中辅助图象4被称为画中画(PIP)图象。PIP图象也是由已知的信号处理电路产生，很可能包括另一个响应从天线或电缆接收另一电视信号的调谐器。作为另一种方案，第二个调谐器可以由视频录象机(VCR)实现。表示PIP图象4和表示主图象2的信号将用一种已知的方式进行组合，组合后的信号送给显示装置，它将显示图1所示的图象。

图2部分用方块图的形式、部分用逻辑图的形式给出了体现本发明的PIP系统的一部分。在图2中，表示主视频图象信号的信源102的输出端分别连接到同步分量处理器103和视频分量处理器104。同步分量处理器103的输出端连接到主时序信号发生器106。视频分量处理器104的输出端连接到复接器108的第一个数据输入端。复接器108的输出端产生组合视频信号并且以一种已知的方式连接到显示装置(图中未画出)。主时序信号发生器106的各输出端分别连接到视频分量处理器104的时钟输入端和复接器108的控制输入端。

PIP视频图象信号的信源110连接到PIP ADC 112的输入端。PIPADC 112的输出端分别连接到PIP视频处理器113和PIP时序发生器114的输入端。PIP视频处理器113的输出端连接到梅花次取样器116的数据输入端。次取样器116的输出端连接到场存储器120的数据输入端。场存储器120的数据输出端连接到插入图象显示信号发生器124的数据输入端。显示发生器124的输出端连接到复接器108的第二个数据输入端。

PIP时序信号发生器114的各输出端分别连接到次取样器116和写地址发生器118对应的输入端。写地址发生器118的输出端分别连接到次取样器116和场存储器120的写地址输入端。主时序信号发生器106的各输出端分别连接到读地址发生器122和显示发生器124对应的输入端。读地址发生器122的输出则连接到次取样器116和场存储器120的相应的读地址输入端。

参考图1和图2，来自主视频信号源102的主视频信号包括视频分量和同步分量。同步分量处理器103提取并处理同步分量信号。同步信号将提供给时序发生器106，后者产生与4f_sc(色副载波频率)时钟信号同步的时序信号。这个时序信号连接到主视频处理器104。视频处理器104用已知的方式处理主视频信号。举例来说，在优选的实施方式中，主视频处理器104包括亮度/色度信号分离器(如梳状滤波器)以便产生分离的亮度和色度信号。主视频处理器104还可能包括用于色度信号的解调器并产生出分离的I和Q或U和V信号，同时还可能包括彩色信号矩阵，并产生R，G和B的色度分量信号。同样在优选的实施方式中，主视频处理器104包括模数变换器，并且可能在其数字电路中完成它的一部分处理，包括梳状滤波。做为另一种选择，它也可能完全不进行视频处理。在这种情况下，主视频信号将从主视频信号源102不作任何变化地直通到复接器108。

主时序信号发生器106还产生一个信号来表示显示装置何时扫描显示图象中该PIP插入图象所在位置的那一部分。这个信号将提供给复接器108的控制输入端。在要显示主图象时，复接器108将受控以便将主视频处理器103连接到它的输出端，当要显示PIP图象时，复接器108受控将显示发生器124连接到它的输出端。

与此同时，PIP ADC112将以4f_sc的频率来处理PIP视频信号以便得到表示PIP视频信号的样点。这些样点将由PIP时序信号发生器114和PIP视频信号处理器113进行处理。具体而言，PIP时序信号发生器114将识别、提取并处理PIP的同步分量。PIP视频处理器113含有用于处理来自PIP ADC 112的PIP视频信号样点的数字电路。与上述的主视频处理器104相似，在优选的实施方式中，该视频处理包括用于从PIP视频信号中分离亮度和色度分量的电路，如梳状滤波器。PIP视频处理器113可能还包括分离I和Q或U和V色度分量的解调器。作为一种可选方案，PIP视频处理器113也可能对PIP视频信号的样点不做进一步的处理，在这种情况下，PIP ADC112的输出将直接连接到梅花次取样器116的输入端。

梅花次取样器116将根据来自PIP时序发生器114的时序信号和场存储器的读写地址，用下面将详细介绍的方式对来自PIP视频处理器113的PIP图象样点序列进行次取样。总的来说，每一场的PIP样点序列将用下面的方式独立地进行次取样。在垂直方向上，三个在垂直方向上对齐的样点将进行滤波以产生单个PIP次取样的样点。在优选实施方案中，这三个垂直对齐的样点被取平均。在水平方向上，滤波后的序列以6∶1的比例进行次取样，即采用保持一个样点而丢弃5个样点的方式进行取样，这将在下面作详细介绍。水平次取样的时序将采用下面要详细介绍的方式进行控制以提供梅花取样。也可能只对PIP图象样点流的一个分量进行梅花取样。举例来说，在优选的实施方式中，只对亮度分量的样点流进行梅花次取样。

场存储器120将存储一场来自次取样器116的经过次取样的PIP样点。在主时序信号发生器106的控制下，当显示PIP图象4时，显示发生器124从场存储器120中提取以前保存的次取样的样点。显示发生器124完成与梅花次取样器116所进行的次取样相反的功能以产生表示插入辅助图象的样点序列。此外，如果主视频信号104是在模拟域中处理的，显示发生器124将包括数模变换器。这样，显示发生器124的输出信号对应于主视频处理器104的输出信号。即：如果主视频处理器104的输出信号分别是模拟亮度和色度信号(与在优选实施方式中一样)，那么显示发生器124的输出信号也将分别是模拟的亮度和色度信号。

在显示PIP插入图象4的期间，复接器108受控将显示发生器124解码后的样点送到它的输出端。当显示主图象2时，来自主ADC104的主视频样点将通过复接器108。在优选的实施方式中，主图象信号和PIP图象信号分别包括模拟亮度和色度信号，复接器108包括两个模拟信号开关，一个在主视频信号和PIP视频信号的模拟亮度分量之间切换，另一个在主视频信号和PIP视频信号的模拟色度分量之间切换。如果主视频信号解调为I和Q或U和V信号，或是进一步转化为R，G和B色度分量信号，那么要提供三个复接器，每个分量一个。

正如上面所述，如果进行水平次取样，由次取样样点表示的图象的水平分辨率会较低。下面所述的梅花取样是一种克服次取样后PIP图象降低水平分辨率的一种方法。

图3更详细地说明了解释梅花取样的接收到的PIP图象4。如上面所述，在优选的实施方式中，PIP视频信号的亮度和色度分量被分离为各自的样点流。图3的上部分给出了一帧PIP图象样点序列的一部分的采样方式。图3中的每一行表示在每一场中垂直相邻的三行经垂直滤波(如取平均值)后的结果。垂直滤波后样点的每一行(下面简称行)由“X”或“+”(下面简称为样点)构成的水平行来表示。每一个这样的样点以PIP 4fsc时序信号(PIP CLK)的周期产生，如接收到的PIP显示图象的下部所示，并且包括表示该样点亮度分量的一部分和表示该样点色度分量的一部分。每一个“X”表示在水平次取样过程中所取的样点，每一个“-”表示被跳过的样点。由于PIP图象是隔行扫描的，经过滤波的相邻的垂直行在相继的场中传输。

在图3的最上面一行中，每六个样点中有一个“X”将被取样，最左边的样点是第一个被取样的样点。在取样下一个样点“X”之前将有五个样点“+”被跳过。这种方式对该行的剩余部分重复进行。图中所示的经过垂直滤波的行中的第三行和第五行的样点将在与第一行中相同的水平位置进行取样。由于隔行扫描，所以这些行都属于同一场。这样在一场中的每一行都将用相同的方式进行取样。这种取样方式被记为取样方式SP1。

图3的第二行位于下一场，其第一个被取样的样点是第四个样点“X”。接下来在取下一个样点之前跳过五个样点“+”。这种方式对该行的剩余部分重复进行。第四行的样点将在与第二行相同的水平位置进行抽取。在这一场中被抽取样点的位置位于前一场中相邻行上样点水平位置的中间。这种被记为取样方式SP2的方式可以通过对产生取样方式SP1的次取样时序信号延时三个4fsc PIP时钟周期来得到。

取样方式SP1和SP2的应用导致了一种称为梅花取样的取样方式，并且通过在PIP图象中提供来自更多的水平位置的样点来增加PIP图象的主观水平分辨率。图3上面部分中所抽取的标有“X”的样点将保存在(图2的)存储器120中。

图3的下面部分说明了用于显示前面所述的保存在(图2的)存储器120中的PIP插入样点的方法。图3的下部分画出了当PIP图象4在图1所示的组合图象中显示时的一部分。图3下部分画出的每个样点都是以4fsc主时序信号(MAIN CLK)的速率得到的。总的来说，在每个用“X”表示的样点被显示时，接下来对紧靠着对应的“X”右边的用“0”表示的样点要立即重复显示。

所示PIP图象4中最上面一行中最左边的样点“X”将被显示。这个样点将在下一个4fsc主时钟时间“0”处被重复。接下来要显示的是以前保存的下一个“X‘样点”，并在“0”处立即重复。这个过程对该PIP图象行的剩余样点重复进行。这种方式将对PIP图象的第三行和第五行(以及所有的奇数行)重复进行。这些行与第一行在同一场中。这样，就上述的PIP视频信号取样过程而言，在一场中的每一行都用同样的方式进行显示。这种方式被记为显示方式DP1，它对应于上述的取样方式SP1。

第二行中最左边的样点是“0”，它是在它左边的前一个样点(未画出)的立即重复。接下来显示第二行中的第二个样点“X”并在下一个4fsc主时钟时间“0”处立即重复。接下来将显示下一个以前保存的“X”样点并在“0”处重复。这将对该PI P图象行重复进行。这种方式将对PIP图象的第四行(及所有的偶数行)重复进行。这种方式被记为显示方式DP2，它对应于上面所述的取样方式SP2。显示方式DP2可以通过将显示方式DP1得到的样点延时一个4fsc主时钟周期来实现。

每一个样点包括有表示该样点的亮度分量部分和色度分量部分。在优选的实施方式中，样点的这些部分将独立地被转换为模拟形式并分别产生亮度和色度的模拟信号，对应于由主视频处理器104产生的模拟亮度和色度信号。正如我们所看到的一样，首先显示的表示以前保存的PIP的图象样点“X”被排列为梅花显示的形式，与图3上部分所示的取样方式相同。通过采用这种方式，将会增加PIP图象的主观水平分辨率且不会增加(图2的)场存储器120所需的存储空间。

然而，对PIP图象使用梅花取样会带来一个问题。参考图4和图5将会更容易地理解这个问题。图4是主视频信号和PIP视频信号以及PIP存储器访问地址的波形图。在图4中，来自(图2的)主视频信号源102的信号以连续帧的形式表示为最上面的波形。就标准的隔行扫描视频信号而言，在每一帧中有两场，它们的行用一种已知的方式交织在一起，并且通常被称为奇数场和偶数场。主视频信号的每一场用一个矩形来表示。在图4中它通过对表示主视频信号场的矩形分别标号为1和2来表示。图4中分别画出了主视频信号的两个完整的场。每个矩形的左边缘表示与该场相关的垂直同步脉冲的时间位置。图4中的场标号1和2并不刻意与视频帧的奇数场和偶数场相对应。

来自PIP视频信号源110的信号表示为第二个波形。这个视频信号也包括连续的帧，每一帧包括隔行扫描的两个场，分别由数字1和2表示的矩形来代表。每个矩形的左边缘表示与该场相关的垂直同步脉冲的时间位置。PIP视频信号在时间上与主视频信号并不是对齐的，这可通过主视频信号和PIP视频信号在垂直同步脉冲时间位置上的差来表示。

参考图2，由于在优选的实施方式中包括亮度部分和色度部分的PIP视频信号的样点是由PIP视频处理器113产生的，它们首先在垂直方向上被进行滤波，接下来对经过垂直滤波的样点采用下面要详细介绍的方式在由次取样器116控制的时间处在水平方向上进行次取样，次取样后的样点将存储到由写地址发生器118控制的存储器120中的位置。响应于PIP垂直同步脉冲，写地址发生器把保存次取样PIP插入图象样点的场存储器120的写地址复位到开始位置(或是到场存储器120内部缓冲器的开始位置)。这种缓冲器通常是从低地址到高地址进行填充，所以初始地址是最小地址。

图4中的第3个波形表示由写地址发生器118产生的写地址。在PIP信号场2的开始位置(第二个波形)写地址发生器118将受控而产生一个是最小地址的PIP写地址。当(图2的)次取样器116产生次取样后的样点时，它们以写地址发生器118产生的递增写地址存入场存储器120。这在图4中通过逐步增加的写地址信号来表示。当场2结束时，次取样的样点已经写入了所有的写缓冲器中，并且地址信号也到达了它的最大值。接下来下一场(场1)的垂直同步脉冲将再次把写地址发生器118复位到缓冲器的开始位置(即最小地址)，这个过程将自行重复下去。

当次取样后的PIP样点在次取样器116和写地址发生器118的控制下用上述方法写入场存储器120时，显示发生器124正在监视着主视频信号的扫描位置。在主图象的第一部分(图1的)6时，没有PIP图象要显示。在主图象的最后部分8(比如说在所示的实施方式中组合图象的底部的三分之一的部分)预先保存在场存储器120中的经过次取样的样点将由显示发生器124从由读地址发生器122所控制的地址中读出。显示发生器124将用下面要详细介绍的方式对这些样点进行处理以便产生图3底部所示的样点形式。在优选的实施方式中，这些样点还要进一步处理以形成各自的模拟亮度和色度信号。这些信号在PIP图象的显示期间将在复接器108取代对应的主视频的亮度和色度信号。

与写地址发生器118类似，主视频信号的垂直同步脉冲将控制读地址发生器122以产生指向保存PIP次取样样点的场存储器120的开始地址(或场存储器120内的缓冲器的开始地址)。在PIP图象插入组合图象下面部分8期间，读地址发生器122控制场存储器120从场存储器120中读取PIP样点，其所遵循的顺序与次取样器116将样点写入场存储器120所使用的顺序相同。这样，当PIP图象样点插入组合图象时，样点的读取从最小位置开始逐渐进行到最大位置。

读地址发生器122产生的读地址由第四个波形表示。当主视频图象的垂直同步脉冲到达时，读地址发生器122受控而产生场存储器(或场存储器内的缓冲器)的开始地址。在组合图象的第一部分6期间地址不会变化。当从场存储器120中读出PIP样点时，读地址将在主视频场2结束时增加到最大地址。在下一个主视频场1开始时将把读地址发生器122复位并且重复这个过程。

图5显示了在PIP系统中采用梅花取样时产生的问题。图5给出了在TS1时刻场存储器120中部分内容，它出现在图4所示PIP图象的场1之中。参考图5，图5左上部分画出了PIP图象的前一场(场2)的一部分并画出了它的采样方式SP2(采用与图3相同的标记)。虚线表示场1的各行，场2采用正常的方式从上到下扫描，如场2左边的箭头所示。直接在场2的下面给出了下一个相继场(场1)的一部分，它的取样方式是SP1。虚线表示场2的行。场1也是从上到下扫描，如场1左边的箭头所示。在场1和场2右边是对应于场1和场2部分的存储器120部分在时刻TS1的状态。正如图5所示，存储器120将从上至下地写入，如存储器120右边的箭头所示。熟悉的技术人员将知道只有次取样的样点“X”才被写入存储器，而介于其中的样点“+”则不写入。图5中所示的存储器块120的图形仅仅表示了取样的方式，保存在所示场存储器120部分中次取样样点就是用这种方式得到的。

在PIP图象场2结束时，场存储器120被从使用取样方式SP2的场2中取得的次取样样点“X”完全填满。在场1开始时，存储器120中的场2的样点将被使用采样方式SP1的场1的样点如图5中所示的那样从存储器的上部到下部进行改写。在时刻TS1时，存储器120的底部包含来自帧2的样点，如存储器120底部的帧2的箭头所示；而顶部部分包括帧1的样点，如从帧1到存储器120顶部的箭头所示。

参考图4，PIP视频信号场1的PIP写地址波形的一部分和主视频信号场2的PIP读地址波形顶部的虚线重合在一起。在TS1时刻，PIP读地址与PIP写地址相同。参考图5，在紧靠TS1时刻之前，从PIP视频信号中次取样而得到PIP图象场1的202行，并将其写入存储器120中由(图2的)写地址发生器118提供的地址之中。此外，刚刚写入存储器120的202行将从存储器120的同样位置被读出来，而在(图1的)PIP插入图象4的适当位置进行显示。紧接在TS1时刻之后，构成(图1的)PIP图象4的下一行204的样点立即从读地址发生器124所提供的地址中读出。但是，此时还没有从PIP视频信号的场1中接收到这一行，并且也还没有对其进行次取样。相反，PIP图象4上所显示的行204是通过在前一个场2中次取样得到的样点而产生的。

所显示的PIP图象4的行202(以及以前的行)是从PIP图象场1取样得到的；而行204(以及后面的行)是从前一个场2取样得到的，这样它就比场1提早了1/60秒(根据美国NTSC标准)。这种拼接就产生了所谓的时间接缝TS，这是在使用场存储器的PIP系统中众所周知的现象。除了时间接缝之外，在图5所示的系统中，来自场存储器120低端(如来自当前场1)的样点是采用SP1取样方式得到的，而在场存储器120高端(比如来自前一个场2)的样点是采用SP2取样方式得到的。场1和场2采用不同的取样方式SP1与SP2(通过在图5的存储器块120中所示的采样方式作了强调)所得到的样点在水平位置上的不同将在所显示的PIP图象4的时间接缝位置产生明显的不连续性，在本应用中以后称之为空间接缝。这样，在时间接缝位置上取样方式的变化引起在时间接缝上PIP图象的明显劣化。

图6对应于图5，它给出了在时间接缝TS1处的空间接缝以及PIP图象可以觉察到的劣化问题的解决方案。在场2的开始用取样方式SP2进行取样(如图3所示)，它一直持续到TS2时刻，如图4的底部所示。在时刻TS2，场2的次取样方式从取样方式SP2变为取样方式SP1，并且场2的剩余部分也用取样方式SP1进行取样。在场1开始时继续用取样方式SP1进行取样直到TS1时刻。在TS1时刻，取样方式再次变为取样方式SP2。这个过程对所有相继的场重复进行。

用这种方式控制取样方式的结果表现为图6中在TS1时刻在存储器120中的状态。在TS1时刻，存储器120的底部仍然保存着在场2的底部(比如在场2中表示时刻TS2的线以下)次取样后的部分样点。这些样点已经用上面所述的方法用取样方式SP1进行了取样。存储器120的顶部保存着在场1的顶部(比如在场1中表示时刻TS1的线之上)次取样后的样点。这些样点也是用取样方式SP1取样的。这样，当这些样点从存储器120中读出以生成PIP图象4时，从PIP图象的顶部到底部其取样方式是一致的。这样在主视频场1中在时间接缝的位置上将不会有可察觉的空间接缝。尽管没有在图中画出，用同样的方法，要显示的下一场(图1的)PIP图象4的所有样点将是用取样方式SP2取样得到的。同样地在该场的时间接缝位置将不会有可察觉的空间接缝。

图7一部分用方块图的形式、一部分用逻辑图的形式给出了次取样器116，它产生用于存储到(图2的)场存储器120的经过次取样的PIP样点。在图7中，来自读地址发生器122的读地址信号连接到比较器405的第一个输入端，而来自写地址发生器118的写地址信号连接到比较器405的第二个输入端。比较器405的输出端连接到S-R触发器410的置位输入端S。S-R触发器410的未取反的输出端Q连接到反相器420的输入端。反相器的输出端连接到异或门430的第一个输入端。异或门430的输出端连接到与门435的第一个输入端。与门435的输出端连接到复接器450的控制输入端。来自PIP时序信号发生器114的PIP垂直同步脉冲连接到S-R触发器410的复位输入端R。表示当前PIP视频信号场类型(下面介绍)的信号连接到异或门430的第二个输入端。表示要进行帧冻结操作的低电平有效的FREEZE*信号连接到与门435的第二个输入端。

来自PIP时序信号发生器114的PIP水平同步复位信号连接到复接器450的第一个数据输入端和三个4fsc PIP时序信号时钟周期的延时电路440的输入端。在优选的实施方式中，PIP水平同步复位信号是具有单个PIP 4fsc周期宽度的脉冲，它出现在PIP水平同步信号中间。作为一种选择，这样一个脉冲信号也可以出现在PIP水平同步信号的开始或结束，或是在水平同步信号之内的任何地方。

延时电路440的输出端连接到复接器450的第二个数据输入端。复接器450的输出端连接到除6电路460的复位输入端。除6电路460的时序信号输出端提供PIP次取样时序信号并且连接到次取样器470相应的输入端。来自PIP时序信号发生器114的4fsc PIP时序信号连接到除6电路460的时序信号输入端。来自PIP视频处理器113的PIP视频样点流连接到次取样器470的数据输入端。次取样器470的输出端提供经次取样后的数据并且连接到场存储器120。

参考图3可以看到采样方式SP2和SP1是相同的，但是要被延迟3个4fsc PIP时序信号周期。在工作过程中，S-R触发器410将在每个PIP场的开始被PIP垂直同步脉冲复位，这样在每一场的开始，在S-R触发器410的Q输出端的信号将是逻辑“0”信号。比较器405监视PIP的读地址和PIP的写地址。当它们相同时(比如在时刻TS)，比较器产生一个逻辑“1”信号，否则产生一个逻辑“0”信号。来自比较器405的这个逻辑“1”信号在TS时刻把S-R触发器410置位，在Q输出端产生逻辑“1”信号。这个信号被反相器420取反后得到一个在一场中TS时刻以前为逻辑“1”而TS时刻之后为逻辑“0”的信号。

PIP场类型信号是一个两状态信号，表示当前接收到的PIP场的类型。参考图4，一个PIP场要么是场类型1要么是场类型2。正如上面所述，奇数场和偶数场与场类型1和2不需要刻意地对应。在所示的实施方式中，逻辑“0”表示场类型1，逻辑“1”表示场类型2。异或门430被用来产生表示正确取样方式(比如，SP1或SP2)的信号，它将用于对PIP视频信号进行次取样。在所示的实施方式中，当异或门430的输出是逻辑“1”信号时，将使用取样方式SP1，而当它是逻辑“0”信号时，将使用取样方式SP2。

再次参考上面对图5和图6的说明，对于场类型1而言，在TS1时刻以前将使用取样方式SP1，而在时刻TS1之后将使用取样方式SP2。对于场类型2而言，在TS2时刻以前将使用取样方式SP2，而在时刻TS2之后将使用取样方式SP1。如果PIP场类型信号是表示场1的逻辑“0”且BEFORE TS(TS之前)信号是例如在TS1之前的逻辑“1”，那么异或门430的输出将是表示采样方式SP1的逻辑“1”信号。如果BEFORE TS信号在时刻TS1变为逻辑“0”，那么异或门430的输出变为表示取样方式SP2的逻辑“0”信号。如果PIP场类型信号是表示场2的逻辑“1”且BEFORE TS信号是例如在TS2之前的逻辑“1”，那么异或门430的输出将是表示采样方式SP2的逻辑“0”信号。如果BEFORE TS信号在时刻TS2变为逻辑“0”，那么异或门430的输出变为表示取样方式SP 1的逻辑“1”信号。

来自异或门430的的取样方式选择信号SP1/*SP2将在与门435受*FREEZE(*冻结)信号的控制。正如前面所述，*FREEZE信号是用于指示要冻结PIP帧的。在冻结帧操作过程中将暂停(图2的)场存储器120的数据写入，而读操作继续不变地进行。由于在这种条件下没有新的样点写入场存储器120，相同的样点不断地从场存储器120中读出并用于产生插入PIP图象。其效果就是在显示装置上得到固定的或冻结的插入PIP图象4。然而，如果写入操作是在进行梅花取样的PIP场的结束时暂停的，那么场存储器120在时刻TS之前写入的那一部分包括的样点是用一种取样方式取样的，而场存储器120在时刻TS之后写入的那一部分包括的样点将是用另一种取样方式取样的。

在显示全活动PIP图象期间，用刚才所述的控制取样方式的方法将能避免前面所述的在时间接缝位置上的空间接缝。但是，当PIP图象被冻结时，这个同样的总体取样方式仍然会在时间接缝的位置对PIP图象带来空间接缝。为了防止在显示冻结的PIP图象时在时间接缝位置上显示出空间接缝，要在暂停向场存储器120写入PIP次取样样点之前的至少两场暂停梅花次取样。PIP插入图象的次取样将用矩形次取样来代替。虽然这会降低主观的水平分辨率，但它消除了由于冻结梅花取样信号所带来的在时间接缝位置的空间接缝。

当*FREEZE信号是表示冻结并不即将来临的逻辑“1”信号时，SP1/*SP2信号将通过与门435到达复接器450的控制输入端。当*FREEZE信号是表示即将有冻结操作的逻辑“0”信号时，SP1/*SP2信号将被阻塞，与门435的输出将是逻辑“0”信号，表示后续的场将采用取样方式SP2。这样就暂停了同时使用取样方式SP1和SP2的梅花取样方式。取而代之的是，辅助图象将在由采样方式SP2所定义的一系列水平位置上进行矩形次取样。这个过程要在另外的已知电路(未画出)的控制下持续2场。接下来这个另外的电路暂停对场存储器120的写入操作。当冻结取消时，*FREEZE信号受控而变为逻辑“1”信号，因而梅花取样将再次被启动。

如果来自与门435的信号是表示使用取样方式为SP1的逻辑“1”信号，那么复接器450将受控而将PIP的水平同步复位脉冲直接从PIP时序信号发生器114连接到除6电路460的复位输入端。如果来自与门435的信号是表示使用取样方式为SP2的逻辑“0”信号，那么复接器450将受控而将PIP的水平同步复位脉冲三个4fsc PIP时序信号周期延时电路440而连接到除6电路460的复位输入端。

除6计数器从接收到来自复接器450的复位脉冲的时刻开始，每当第6个4fsc时序信号周期就产生一个次取样脉冲。如果除6电路460的输入端接收到的是来自复接器450的未经过延时的PIP水平同步复位脉冲，那么将在采取(图3的)取样方式SP1的各个时刻进行取样。如果除6电路460的输入端接收到的是来自复接器450的经延时了3个PIP 4fsc时钟周期的PIP水平同步复位脉冲，那么将在采取取样方式SP2的各个时刻进行取样。次取样器470根据来自除6电路460的取样信号而对来自PIP视频处理器113的PIP视频样点流进行次取样。这些次取样的样点将送给(图2的)场存储器120。

图8一部分采用方块图的形式、一部分采用逻辑图的形式给出了PIP插入图象显示发生器124，它用于产生供插入主图象用的PIP数据。在图8中，来自(图2的)场存储器120的经过次取样的样点被供到样点获取电路479的输入端。样点获取电路479的输出端连接到一个主时序信号4fsc时钟周期延时电路480的输入端和复接器490的第一数据输入端。延时电路480的输出端连接到复接器490的第二数据输入端。复接器490的输出端连接到(图2的)复接器108。主场类型信号连接到与门485的第一输入端，而(图7的)*FREEZE信号连接到与门485的第二输入端。与门485的输出连接到复接器490的控制输入端。

在工作过程中，样点获取电路479从来自读地址发生器122的读地址信号所指定的位置将样点从场存储器120中读出。正如前面所述，在优选的实施方式中，这些样点具有表示样点亮度分量的部分，同时还有表示该样点色度分量的部分。样点获取电路479以4fsc PIP时序信号周期的速率获得样点并把这些样点送到它的输出端。接下来样点获取电路479将在其输出端保持该样点以便在下一次4fsc PIP时序信号周期时重复。接着将从场存储器120中取得下一个样点。这个过程将对在场存储器120中每一行上的所有样点重复进行。

参考图3，在工作过程中，主场类型信号将提供显示类型(DP1和DP2)的指示，它与对当前正从场存储器120读出的PIP视频数据进行次采样所使用的取样方式相对应(相应为SP1或SP2)，其对应关系与图7中所述的PIP场类型信号类似。也就是说，如果当前正从场存储器120中读出的数据是用取样方式SP1取样的，那么该数据的显示就将用显示方式DP1，如果是使用取样方式SP2来对该数据进行取样，那么就将用显示方式DP2来显示它。参考图7，前面所述的*FREEZE信号是一个低电平有效的信号，当要进行冻结操作时，该信号即为有效。根据此信号，将禁止使用梅花取样。这个信号用来控制主场类型信号到达复接器490的控制输入端。

在所示的实施方式中，如果主场类型信号是逻辑“1”，那么将采用显示方式DP1来显示次取样后的样点，如果是逻辑“0”，那么将用显示方式DP2来显示次取样后的样点。如果被*FREEZE信号所启动，则主场信号将控制复接器490。当主场信号是表示显示方式DP1的逻辑“1”信号时，复接器490将受控而将取样后的PIP数据直接从样点获取电路479连接到复接器108。这就提供了未经延迟的次取样的样点，并且产生图3所示的显示方式DP1。当主场信号是表示显示方式DP2的逻辑“0”信号时，复接器490受控而将延时后的经过取样的PIP数据直接从一个主4fsc时序信号周期延时电路480连接到复接器108。由延时电路480引入的延时将提供显示方式DP2，如图3所示。当*FREEZE信号指示将要实施冻结功能时，与门485的输出将是表示显示方式DP2的逻辑“0”，它对应于由图7中*FREEZE信号选择的取样方式SP2。

以上介绍的以及附图中所表示出的PIP取样系统所提供的PIP图象具有改善了的水平分辨率而无需附加的样点或更大的场存储器。此外，该系统消除了在这类系统中可能存在的在时间接缝位置出现的空间接缝。最后，该系统还提供了一种方法，它可用于提供帧冻结功能但又不会在冻结的PIP图象的时间接缝位置引入空间接缝。

Claims (10)

1.用于组合辅助图象和主图象的装置，包括：

主图象信号源；

表示辅助图象信号的样点源；

与辅助图象样点源相连的次取样器，它响应冻结控制信号，有选择地采用梅花次取样方式和矩形次取样方式中的一种取样方式对辅助图象样点源进行次取样；

与次取样器和主图象信号源相连的信号组合器，它组合主图象信号和表示经过次取样的辅助图象样点的信号以产生组合图象信号；和

控制电路，它产生冻结控制信号来控制次取样器在帧冻结操作期间采用矩形次取样方式进行取样而在其它操作时采用梅花取样方式进行取样。

2.权利要求1的装置，其特征在于冻结控制信号在帧冻结操作开始之前的预定时间产生。

3.权利要求2的装置，其特征在于辅助图象信号包括在预定的时间间隔出现的相继各场，并且该预定的时间至少是两个场的时间间隔。

4.用于组合辅助图象和主图象的装置，包括：

主图象信号源；

表示具有相继各场的辅助图象信号的样点源；

帧冻结控制信号源，它具有表示帧冻结操作的第一状态和表示其它操作的第二状态；

与辅助图象样点源相连的次取样器，它根据取样方式控制信号从第一取样方式和第二取样方式中有选择地采用一种取样方式对辅助图象样点进行次取样，第一取样方式在第一系列水平位置对样点取样；而第二取样方式在基本上位于第一系列水平位置中间的第二系列水平位置对样点取样；

连接到次取样器和主图象信号源的信号组合器，它组合主图象信号和表示次取样后的辅助图象样点的信号以产生组合图象信号；和

控制电路，它响应处于第一状态的帧冻结控制信号，产生方式控制信号来控制次取样器采用第一或第二取样方式中的一种进行取样；它还响应处于第二状态的帧冻结控制信号来产生方式控制信号以控制次取样器在每个辅助信号场的开始处采用第一和第二取样方式中的一种进行取样，以及在一个计算出来的切换时间之后采用第一和第二取样方式中的另外一种方式进行取样，使得在组合图象信号中表示的次取样后的辅助图象样点都是用同样的取样方式得到的。

5.权利要求4的装置，其特征在于，还包括：

连接到次取样器的场存储器，用于把一个场的经过次取样的辅助图象样点以与辅助图象信号同步的方式存储在顺序的写位置中，并与主图象信号同步地从顺序的读位置读取以前保存的次取样点；并且

控制电路算出写位置与读位置相同的时间作为切换时间。

6.权利要求5的装置，其特征在于：

该辅助图象样点源包括：

包括同步分量的辅助图象信号源，

辅助时序信号发生器，响应辅助图象信号同步分量来产生辅助垂直同步信号；

控制电路包括：

比较器，它根据连续的写位置和读位置而在读位置和写位置相同时产生信号；

响应辅助垂直同步信号以产生选择信号的电路，该信号能控制次取样器采用第一和第二取样方式中的一种来进行取样，该电路还响应比较器信号以产生选择信号，该选择信号能控制次取样器采用第一和第二取样方式中的另外一种来进行取样；以及

响应处于第一状态的帧冻结控制信号以产生方式控制信号的电路，该方式控制信号控制次取样器采用第一和第二方式中的一种进行取样，该电路还响应处于第二状态的帧冻结控制信号，以将选择信号直通给次取样器作为方式控制信号。

7.权利要求6的装置，其特征在于：

该选择信号产生电路包括一个S-R触发器，它的置位输入端连接到比较器，复位输入端对辅助同步信号作出响应，而Q输出端输出选择信号；以及

该控制信号产生电路包括一个与门，它的第一输入端连接成可接收帧冻结信号，第二输入端连接成可接收选择信号，而输出端产生方式控制信号。

8.权利要求5的装置，其特征在于：

该辅助图象信号还具有相继的帧，每一帧有第一和第二场；以及

该控制电路对处于第一状态的帧冻结控制信号做出响应，以产生方式控制信号来控制次取样器使其采用第一和第二取样方式中的一种进行取样，同时控制电路还对处于第二状态的帧冻结控制信号做出响应以产生方式控制信号，该方式控制信号控制次取样器使其在每个第一场的开始时用第一种取样方式进行取样而在写位置和读位置相同之后采用第二种取样方式取样，并且在每个第二场的开始时采用第二种取样方式而在写位置和读位置相同后采用第一种取样方式。

9.权利要求8的装置，其特征在于：

辅助图象样点源包括：

包括同步分量的辅助图象信号源；以及

响应辅助图象信号的同步分量而产生指示辅助图象信号是第一还是第二场的辅助场类型信号、和产生辅助垂直同步信号的辅助时序信号发生器；和

该控制电路包括：

根据相继的写位置和相继的读位置而在读位置与写位置相同时产生信号的比较器；以及

连接到比较器的电路，它响应辅助垂直同步信号而产生选择信号，该选择信号能控制次取样器使其在辅助场类型信号表明辅助图象场类型是第一场时用第一取样方式进行取样，而在辅助场类型信号表明辅助图象场类型是第二场时采用第二种取样方式，该电路还响应比较器信号而产生选择信号，该选择信号能控制次取样器使其在辅助场类型信号表明辅助图象场类型是第一场时用第二取样方式进行取样，而在辅助场类型信号表明辅助图象场类型是第二场时采用第一种取样方式；以及

响应处于第一状态的帧冻结控制信号的电路，它产生方式控制信号来控制次取样器使其用第一和第二取样方式中的一种进行取样，它还响应处于第二状态的帧冻结控制信号而将选择信号作为方式控制信号送给次取样器。

10.权利要求9的装置，其特征在于：

该选择信号产生电路包括：

S-R触发器，它具有连接到比较器的置位输入端、响应辅助垂直同步信号的复位输入端、和一个Q输出端；以及

异或门，它的第一输入端连接到S-R触发器的Q输出端，第二输入端响应辅助场类型信号，而输出端产生选择信号；以及

该控制信号产生电路包括与门，它的第一输入接收帧冻结控制信号，第二输入端接收选择信号，其输出端产生方式控制信号。

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