CN1205825A - 具有用于显示可变尺寸辅助图像的设备的电视系统 - Google Patents

Abstract

具有用于显示可变尺寸辅助图像的设备的电视系统。对于在电视系统的所谓“画中画”或是“PIP”操作方式中可以显示在主图像内的那种辅助图像 ,为了有选择地缩小辅助图像的尺寸,从辅助图像中剪切掉固定量的辅助图像,但是不改变用于导出辅助图像的压缩辅助视频信号的压缩率。

Description

具有用于显示可变尺寸辅助 图像的设备的电视系统

本发明涉及一种具有和主图像一起显示辅助图像的设备的电视系统，尤其是具有能够改变辅助图像的尺寸的设备的电视系统。

许多新式的电视系统包括用来显示对应辅助视频信号源的辅助图像以及对应主视频信号源的主图像的设备。这种设备允许观众在观看另一个节目的同时监视一个节目。辅助图像可以用所谓“画中画”或是“PlP”的格式显示在主图像之内。辅助图像也可以用所谓“画外画”或是“POP”的格式显示在主图像后面。

辅助图像是这样形成的，首先将来自辅助信号源的模拟视频信号转换成数字视频信号，通过消除来自数字视频信号的象素样本和行对数字视频信号进行“亚采样”，将所得的压缩数字视频信号存储在存储器中，以及与来自主视频信号源的视频信号的水平和垂直同步分量同步地提取存储在存储器中的数字。在压缩之前利用一个所谓“抗混淆”滤波器来缩小数字信号的带宽，以免由于亚采样在辅助图像中产生虚象。从存储器中提取的数字信号被转换成模拟视频信号，并且将所得的对应辅助图像的模拟视频信号与对应主图像的模拟信号加以组合，形成一个组合的模拟视频信号。将组合的模拟视频信号耦合到一显示器。组合操作是通过一个切换部分或是“多路转换器”来执行的，它可以在主视频信号的预定的水平扫描线的预定部位期间有选择地从显示器上断开主视频信号，而代之以将辅助视频信号连接到显示器上。

辅助图像通常明显比主图像小。例如，辅助图像可以是主图像尺寸的三分之一。然而，人们可能希望能够有选择地进一步缩小辅助图像的尺寸，例如将尺寸从三分之一缩小到四分之一，这样，辅助图像就不会遮住主图像。一种可行的方式是改变辅助图像的压缩率。但是，这样做需要比较精密和复杂的电路来改变亚采样速率及其相关的抗混淆滤波，并且需要改变用于存储亚采样数字信号的存储器的结构。另外，额外的压缩有可能造成难以看到辅助图像的细节以及插入辅助图像的文本和曲线。

本发明的目的在于，为了有选择地缩小辅助图像的尺寸，从辅助图像中剪切掉固定量的辅助图像，但是不改变用来产生辅助图像的压缩辅助视频信号的压缩率。

以下要参照附图说明本发明的一个实施例，在附图中：

图1A和1B表示电视系统在各种PIP操作模式期间的屏幕；

图2表示一个电视系统的框图，其中包括按照本发明构成的PIP处理部分；

图3表示一个图形，用来表示按照本发明的缩小辅助图像尺寸的方式；

图4表示各种信号波形，同时还表示了按照本发明的缩小辅助图像尺寸的方式；以及

图5表示图2中按照本发明构成的电视系统中的一个PIP处理部分实施方案的局部框图。

图1A表示一种典型的4乘3纵横尺寸比(宽高比)的电视接收机的屏幕，并且在PIP操作模式期间在全尺寸的主图像之内插入了一个对应1／3视频压缩率的较小的辅助图像。这种1／3尺寸的辅助图像有可能遮住主图像。因此，用户希望能有选择地对辅助图像的尺寸进行缩减，例如缩小到1／4尺寸的辅助图像。图1B表示通过将视频压缩率增加到1／4来缩小尺寸时发生的情况。在能够看到更多主图像的同时，辅助图像被压缩到了无法看到辅助图像细节的程度。另外，在演播室中已经插入辅助图像的诸如闭路说明文本等任何文本或是图形或是由接收机本身插入的诸如频道号一类的文本都会变得更加不明显了。

按照本发明，辅助图像的尺寸缩小是通过剪切原始辅助图像的预定部分而产生的，但是不改变其视频压缩率。在图1A中用标明“1／4剪切”的1／4尺寸辅助图像表示了这种结果。由于尺寸的缩小，可以看到更多的主图像。在丢失了某些辅助图像的同时，由于图像并没有被压缩，图像的细节以及文本或是图形仍然是比较清楚的。

另外，在采用剪切方法来缩小辅助图像尺寸时所需的电路比采用压缩方法时需要的电路要简单得多。后者需要用相当数量的复杂电路来改变压缩亚采样率及其有关的抗混淆滤波，并且需要改变用来存储亚采样数字数据的存储器结构。以下要参照图2来说明本发明的结构问题。

简而言之，在图2所示的电视系统的PIP处理部分中，对应着辅助图像的包含亮度分量和色度分量的复合视频信号经过处理后形成了基带分量，例如一个亮度信号和两个色差信号或是三个色差信号。每个分量信号和对应主图像的视频信号同步地被压缩，并且与主视频信号中对应的分量组合成一个组合的分量信号。将组合的分量信号连接到一个显示器，例如是一个显象管。至少就本发明而言，由于各个分量的PIP处理信道都是相似的，在图2中仅仅表示了一个PIP处理信道。在以下说明中使用的术语“辅助视频信号”和“主视频信号”都是对应着其中的一个分量信号。

如图2所示，用一个模-数转换器3将输入端1上接收的模拟辅助视频信号转换成数字视频信号。在压缩装置5中对数字辅助视频信号进行亚采样，去掉预定数目的线和每行中预定数目的象素。压缩装置5包括一个抗混淆滤波器，用于在亚采样之前缩小辅助视频信号的带宽，以便减少由于亚采样处理在再现的辅助图像中产生的重影。压缩的辅助视频信号被存储在(“写入”)压缩装置5本身包括的一个存储器中，并且与主视频信号的垂直和水平同步分量同步地从存储器中被取出(“读出”)。从压缩器5的存储器中读出的数字视频信号被连接到一个数字多路转换器(“MUX”)或是开关7。以下要说明多路转换器7及其相关的“边界”装置9的功能。此处假设用多路转换器7将已经从存储器中读出的数字视频信号耦合到一个数-模转换器11。数-模转换器11将数字视频信号转换成模拟信号。用一个模拟多路转换器或是开关15将所得的压缩辅助模拟信号与端子13上接收的主模拟视频信号加以组合。所得的组合视频信号被连接到显示器17，在其中显示主图像内部包括一个辅助图像的画面。

时钟装置19为PIP处理部的各个部分产生时钟信号，而控制装置21为PIP处理装置产生各种控制信号。控制装置21响应主视频信号中的水平(H)和垂直(V)同步分量以及用户发出的PIP和“剪切(CROP)”指令信号。用PIP指令信号启动PIP操作模式。用“剪切”指令信号启动剪切操作，借此缩小辅助图像的尺寸。

多路转换器15按照切换控制信号进行操作，用指定位置的辅助图像的压缩辅助信号代替主视频信号。多路转换器15可以被称为一个“覆盖开关”，因为它组合了压缩辅助视频信号和主视频信号(尽管是把一个信号换成了另一个)。多路转换器15的切换控制信号可以被称作“快速切换”或是“FSW”控制信号，因为多路转换器15的操作速度是很快的。

具体地说，多路转换器15的操作是在每个场中从对应辅助图像顶沿的预定水平行开始到对应辅助图像底沿的另一预定线为止的预定部位期间以及每个场的预定部位之内的每条水平扫描线上从对应辅助图像左沿位置的预定象素开始到对应辅助图像右沿位置的另一个预定象素为止的预定部位期间用辅助视频信号代替主视频信号。在图4中表示了这种操作方式。在用辅助视频信号代替主视频信号的时间段内根据一个地址信号读出压缩装置5的存储器内容。

多路转换器7及其相关的“边界”装置9提供了辅助图像的边界。边界装置9是一个寄存器，用来存储对应亮度信号分量的边界阴影的数字值以及彩色分量的彩色级。如果仅仅需要灰度边界，彩色分量的数字边界值就可能相当于消隐级。多路转换器7响应一个切换控制信号进行工作，以从数-模转换器11上断开压缩装置5的输出信号，并且用边界的预定位置的数字边界值来代替。多路转换器7的作用是将压缩辅助视频信号和一个代表其边界的信号加以组合。因此可以将多路转换器7称为“边界插入”开关，并且将其切换控制信号叫做“边界插入”切换控制信号。

以下具体说明产生边界的问题，在辅助图像顶沿以上的预定数目(例如3)的水平行期间，对于每行上对应辅助图像宽度加上边界的左右两侧宽度(例如3个象素)的预定部分，让边界插入多路转换器7将边界装置9提供的边界值运用于数-模转换器11。这样就形成了边界的顶侧。在对应辅助图像高度的预定数目的水平行的每一行期间，对于辅助图像的左沿之前以及右沿之后的预定数目的象素，例如三个，让边界插入多路转换器7将边界值运用于数-模转换器11。如图4所示，这样就形成了边界的左侧和右侧。最后，在辅助图像底沿后面的预定数目(例如三个)的水平行期间，对于对应辅助图像的宽度加上边界左右两侧宽度(例如三个象素)的每行的预定部分，让边界插入多路转换器7将边界值运用于数-模转换器11。这样就形成了边界的底侧。

此时应该了解到，“覆盖”多路转换器15的实际作用是将压缩辅助视频信号加上边界信号与主视频信号加以组合。参见图4，注意在实际显示辅助图像期间，一水平行的FSW控制信号的高逻辑电平期时对应着辅助图像的宽度加上边界左右两侧的宽度。因此，“边界插入”切换控制信号是伴随着FSW控制信号而产生的。

以下要参照图3来说明PIP处理部分通过剪切预定部分的辅助图像而有选择地缩小辅助图像尺寸的工作方式。图3中用举例的方式表示了包含一个圆圈的预定尺寸辅助图像，例如是1／3尺寸。为了将辅助图像的尺寸例如从1／3缩小到1／4，需要分别从辅助图像的左右两侧和上下两侧剪切掉大约12．5％的辅助图像。这样做的结果是，虽然显示的辅助图像变少了，但是辅助图像中包含的物体(例如圆圈)在1／3尺寸和1／4尺寸的辅助图像中具有相同的尺寸和位置。

这种剪切是通过控制覆盖多路转换器15从压缩辅助信号中去掉额外数目的行以及每行中额外数目的象素来完成的。压缩辅助信号并没有被改变，仍然是按照1／3尺寸的模式来产生的。从另一方面来看，如图4所示，多路转换器15的作用是通过将FSW控制信号的高逻辑电平持续期间改变为在对应着要切掉的辅助图像区域的时间间隔上延续，来减少用压缩辅助信号代替主视频信号运用于显示器15的时间。“边界插入”切换控制信号是随之而变化的，从而将边界插入相对于剪切的辅助图像的准确位置，如图4所示。

这样，在解释性实施例中，采用剪切方法来缩小辅助图像尺寸仅涉及改变两个信号。不需要改变其他信号。另外，如果在PIP处理部分中没有提供边界，这种剪切方法仅涉及改变一个信号，也就是FSW控制信号。这种操作方法不需要精密和复杂的电路，因为在系统中只需要很小的改动就可以完成尺寸缩减。

图5表示一个在剪切辅助图像时用来改变FSW和“边界插入“切换控制信号的电路。用来确定辅助图像左、右边沿和上、下边沿位置的寄存器内容基本上是根据用户发出的“剪切”信号而有选择地变化的。具体地举例来说，代表着1／3和1／4两种辅助图像尺寸的左、右、上、下边沿位置的8位数字字分别被连接到四个数字多路转换器21-1，21-3，21-5和21-7的输入端。例如，在图5中，“HP”代表未剪切的1／3尺寸辅助图像的左沿位置，而“VP”代表未剪切的1／3尺寸辅助图像的顶沿位置。多路转换器21-1和21-3分别用于选择左和右边沿位置的数字值，而多路转换器21-5和21-7分别用于选择上和下边沿位置的数字值。多路转换器21-1，21-3，21-5和21-7的输出端连接到各自的寄存器21-9，21-11，21-13和21-15。寄存器21-9和21-11的内容代表辅助图像左和右边沿的位置，因而也与左和右两侧的边界有关。寄存器21-13和21-15的内容代表辅助图像上和下边沿的位置，因而也与上和下两侧的边界有关。一个切换控制信号产生装置包括响应主视频信号的垂直(V)和水平(H)同步分量以及一个时钟信号的象素和行计数器，以及用来将对于象素计数的寄存器21-9和21-11的内容与对于行计数的寄存器21-13和21-15的内容进行比较的比较器，从中产生FSW控制信号。“边界插入”切换控制信号也是用类似的方式产生的。

在工作中，当需要未剪切的1／3尺寸辅助图像时，就将“剪切”控制信号置于低逻辑电平，选择代表未剪切的辅助图像的左、右、上、下边沿位置的数字值，并且将其连接到相应的寄存器21-9，21-11，21-13和21-15。当需要剪切的1／4尺寸辅助图像时，就将“剪切”控制信号置于高逻辑电平，选择代表剪切的辅助图像的左、右、上、下边沿位置的数字值，并且将其连接到相应的寄存器21-9，21-11，21-13和21-15。

尽管本发明是参照其特定实施例来说明的，本领域的技术人员仍然有可能进行修改。例如，为了缩小辅助图像的尺寸，不一定需要改变所有四个边沿的位置。这种情况在某些方面不如本文中所述的方法。如果仅仅改变一个边沿的位置，纵横比就会发生变化。如果改变两个正交边沿的位置，辅助图像的中心就会发生变化。另外也可以修改拓扑结构。例如，在压缩辅助信号被转换成模拟形式之后可以插入一个对应于边界的模拟电平。上述和其他的修改都被视为处在权利要求书所限定的本发明的范围之内。

Claims (15)

1．一种设备包括：

用来提供对应主图像的主视频信号的装置；

用来提供辅助视频信号的装置；

按照给定的压缩率压缩所述辅助视频信号的装置，产生一个压缩的辅助视频信号，它包含与具有第一尺寸的辅助图像相对应的预定数目的扫描线和每条扫描线中一定数目的象素；

用于组合所述主视频信号和所述压缩辅助视频信号的装置，从而产生一个与组合了所述主视频图像和所述辅助图像的画面相对应的组合视频信号；

用来将所述组合视频信号连接到一个显示器的装置；以及

响应用户发出的指令信号的装置，用来有选择地从所述压缩视频信号的所述预定数目的线中消除额外固定数目的线，并且从所述压缩视频信号的每行的所述预定象素数中逐行消除额外固定数目的象素，从而有选择地按照固定的量将所述辅助图像的面积从所述第一面积改变成较小的第二固定面积，但是不改变所述压缩辅助视频信号的压缩率。

2．按照权利要求1的设备，其特征是：

所述组合装置包括一个切换装置，该装置响应切换控制信号，用来选择所述主视频信号或是所述压缩辅助信号；以及

所述有选择消除装置包括用于控制所述切换控制信号的装置，以便消除所述额外数目的线和每行中的所述额外数目的象素。

3．按照权利要求2的设备，其特征是：

所述切换控制信号产生装置包括用来存储所述辅助图像的一个垂直边沿位置的装置；用来存储所述辅助图像的一个水平边沿位置的装置；根据所述垂直和水平边沿位置存储装置的内容来产生所述切换控制信号的装置；用来有选择地向所述垂直边沿位置存储装置加载第一固定垂直边沿位置值或是第二固定垂直边沿位置值的装置；以及用来有选择地向所述水平边沿位置存储装置加载第一固定水平边沿位置值或是第二固定水平边沿位置值的装置；所述第一垂直和水平边沿位置值对应着所述辅助图像的所述第一尺寸，而所述第二垂直和水平边沿位置值对应着所述辅助图像的所述第二尺寸。

4．按照权利要求2的设备，其特征是：

所述切换控制信号产生装置包括用来存储所述辅助图像的左沿位置的装置；存储所述辅助图像的右沿位置的装置；存储所述辅助图像的顶沿位置的装置；存储所述辅助图像的底沿位置的装置；响应所述左、右、顶和底沿位置存储装置的内容而产生所述切换控制信号的装置；有选择地向所述左沿位置存储装置加载第一固定左沿位置值或是第二固定左沿位置值的装置；有选择地向所述右沿位置存储装置加载第一固定右沿位置值或是第二固定右沿位置值的装置；有选择地向所述顶沿位置存储装置加载第一固定顶沿位置值或是第二固定顶沿位置值的装置；以及有选择地向所述底沿位置存储装置加载第一固定底沿位置值或是第二固定底沿位置值的装置；所述的第一左、右、顶和底沿位置值对应着所述辅助图像的所述第一尺寸，而所述的第二左、右、顶和底沿位置值对应着所述辅助图像的所述第二尺寸。

5．按照权利要求1的设备，其特征是进一步包括：

用来产生边界信号的装置，该信号对应着围绕所述辅助图像的边界；并且

所述的组合装置进一步包括用来组合所述压缩辅助信号与所述边界信号的附加装置，用来产生一个与被所述边界包围的所述辅助图像相对应的附加组合视频信号；并且所述的组合装置组合所述主视频信号和所述附加组合视频信号，从中产生所述的组合视频信号。

6．按照权利要求5的设备，其特征是：

所述组合装置包括一个切换装置，用来响应一个切换控制信号，对所述主视频信号或是所述附加组合视频信号进行选择；以及

所述选择消除装置包括用来控制所述切换控制信号的装置，以便消除所述额外数目的线和每行中的所述额外数目的象素。

7．按照权利要求6的设备，其特征是：

所述附加组合装置包括一个附加的切换装置，用来响应一个附加切换控制信号，对所述边界信号产生装置或是所述压缩辅助视频信号进行选择；以及一个根据所述切换控制信号来获得所述附加切换控制信号的装置。

8．一种设备包括：

用来提供对应主图像的主视频信号的装置；

用来提供辅助视频信号的装置；

按照给定的压缩率压缩所述辅助视频信号的装置，产生一个压缩的辅助视频信号，它包含与具有第一尺寸的辅助图像相对应的预定数目的扫描线和每条扫描线中一定数目的象素；

一个切换装置，用来响应一个切换控制信号对所述主视频信号或是所述压缩辅助信号进行选择，以组合所述主视频信号和所述压缩辅助视频信号，从而产生一个与组合了所述主视频图像和所述辅助图像的画面相对应的组合视频信号；

用来将所述组合视频信号连接到一个显示器的装置；以及

响应用户发出的指令信号、用来控制所述切换控制信号的装置，以便有选择地从所述压缩视频信号的所述预定数目的线中消除额外固定数目的线，并且从所述压缩视频信号的每行的所述预定象素数中逐行消除额外固定数目的象素，从而有选择地按照固定的量将所述辅助图像的面积从所述第一面积改变成较小的第二固定面积，但是不改变所述压缩辅助视频信号的压缩率；

所述切换控制信号产生装置包括用来存储所述辅助图像的一个垂直边沿位置的装置；用来存储所述辅助图像的一个水平边沿位置的装置；根据所述垂直和水平边沿位置存储装置的内容来产生所述切换控制信号的装置；用来有选择地向所述垂直边沿位置存储装置加载第一固定垂直边沿位置值或是第二固定垂直边沿位置值的装置；以及用来有选择地向所述水平边沿位置存储装置加载第一固定水平边沿位置值或是第二固定水平边沿位置值的装置；所述第一垂直和水平边沿位置值对应着所述辅助图像的所述第一尺寸，而所述第二垂直和水平边沿位置值对应着所述辅助图像的所述第二尺寸。

9．一种设备包括：

用来提供对应主图像的主视频信号的装置；

用来提供辅助视频信号的装置；

按照给定的压缩率压缩所述辅助视频信号的装置，产生一个对应着第一尺寸辅助图像的压缩辅助视频信号；

用于组合所述主视频信号和所述压缩辅助视频信号的装置，从而产生一个与组合了所述主视频图像和所述辅助图像的画面相对应的组合视频信号；

用来将所述组合视频信号连接到一个显示器的装置；以及

响应用户发出的指令信号的装置，用来有选择地剪切一个固定量的所述辅助图像，从而有选择地按照固定的量将所述辅助图像的面积从所述第一面积改变成较小的第二固定面积，但是不改变所述压缩辅助视频信号的压缩率。

10．按照权利要求9的设备，其特征是：

所述剪切装置对所述辅助图像同时进行垂直和水平的剪切。

11．一种用来显示对应主视频信号的一个主图像和对应辅助视频信号的一个辅助图像的方法，其特征是包括以下步骤：

按照给定的压缩率压缩所述辅助视频信号，产生一个对应着第一尺寸辅助图像的压缩辅助视频信号，其中包含预定数目的扫描线和每条扫描线中预定数目的象素；

组合所述主视频信号和所述压缩辅助视频信号，从而产生一个与组合了所述主视频图像和所述辅助图像的画面相对应的组合视频信号；

将所述组合视频信号连接到一个显示器；以及

响应用户发出的指令有选择地从所述压缩视频信号的所述预定数目的线中消除额外固定数目的线，并且从所述压缩视频信号的每行的所述预定象素数中逐行消除额外固定数目的象素，从而有选择地按照固定的量将所述辅助图像的面积从所述第一面积改变成较小的第二固定面积，但是不改变所述压缩辅助视频信号的压缩率。

12．按照权利要求11的方法，其特征是：

所述组合步骤中包括对所述主视频信号或是所述压缩辅助视频信号进行选择；以及

所述选择消除步骤包括相对于所选择的所述压缩辅助信号的时间量来增加所选择的所述主信号的时间量。

13．按照权利要求11的方法，其特征是：

所述组合步骤包括根据对应着所述辅助图像的垂直和水平边沿位置的一组数值来选择所述主视频信号或是所述压缩的辅助信号；以及

所述选择消除步骤包括有选择地将所述边沿位置值从第一组固定值改变成第二组固定值。

14．一种用来显示对应主视频信号的一个主图像和对应辅助视频信号的一个辅助图像的方法，其特征是包括以下步骤：

按照给定的压缩率压缩所述辅助视频信号，产生一个对应着第一尺寸辅助图像的压缩辅助视频信号，其中包含预定数目的扫描线和每条扫描线中预定数目的象素；

组合所述主视频信号和所述压缩辅助视频信号，从而产生一个与组合了所述主视频图像和所述辅助图像的画面相对应的组合视频信号；

将所述组合视频信号连接到一个显示器；以及

响应用户发出的指令有选择地将所述辅助图像剪切一个固定量，从而有选择地按照固定的量将所述辅助图像的面积从所述第一面积改变成较小的第二固定面积，但是不改变所述压缩辅助视频信号的压缩率。

15．按照权利要求14的方法，其特征是：

对所述辅助图像同时进行垂直和水平的剪切。

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