DE3920932C2 - Schaltung für einen Fernsehempfänger mit Bild im Bild - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen Fernsehemp­ fänger mit Bild im Bild.

Bei "Bild im Bild" wird in ein großes Fernsehbild eines Fernsehempfängers (Signal FBAS1), das z. B. von einem Sender kommt, zu Überwachungszwecken ein zweites, kleines Bild (Signal EBAS2) eingeblendet, das ebenfalls von einem Sender, einem Videorecorder, einer Kamera oder einer sonstigen vi­ deosignal-Quelle kommen kann. Das kleine Bild stellt im we­ sentlichen das volle Bild der zweiten Signalquelle dar. Die Größenreduzierung in vertikaler Richtung erfolgt da­ durch, daß z. B. nur jede dritte Zeile des Signals FBAS2 aus­ gewertet wird. Die Größenreduzierung in Horizontal-Richtung erfolgt dadurch, daß das Videosignal einer Zeile um den Grö­ ßenreduktions-Faktor zeitlich komprimiert wird. Dazu ist es bekannt, für das Signal FBAS2 das Leuchtdichte-Signal und die Farbdifferenz-Signale über zwei A/D-Wandler getrennten Speichern zuzuführen, aus diesen Speichern phasensynchron zum großen Bild und zeitlich komprimiert auszulesen und zu dem das kleine Bild darstellenden Signal FBAS2 zusammenzu­ setzen. Bei dieser Lösung werden also mehrere A/D- und D/A- Wandler benötigt. Eine entsprechende Schaltung ist in US-A- 4839728 offenbart.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schaltungsauf­ wand für die Aufbereitung des das kleine Bild darstellenden FBAS-Signals zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf folgenden Überlegun­ gen: Das Gesamtsignal für das einzublendende kleine Bild, auch Subbild genannt, enthält mehrere Singale, die gleichzei­ tig ständig vorhanden sind und zeitlich komprimiert werden müssen. Das sind z. B. das Leuchtdichtesignal und der modu­ lierte Farbträger oder das Leuchtdichtesignal und zwei Farb­ differenzsignale oder das Leuchtdichtesignal und die drei Farbsignale RGB. Deshalb sind zunächst für diese Signalantei­ le des Gesamtsignals mehrere A/D-Wandler erforderlich. Wenn jedoch die einzelnen Signale unter Berücksichtigung ihrer Bandbreite und des Abtasttheorems abgetastet werden, entste­ hen bei jedem Signal zwischen den Abtastproben Signallücken. Diese Tatsache wird bei der Erfindung vorteilhaft ausge­ nutzt, indem durch eine geschickte, mit der Farbträgerfre­ quenz und/oder der Zeilenfrequenz verkoppelte Abtastung der Signale eine sequentielle Signalfolge gewonnen wird, die zeitlich nacheinander Signalabtastwerte des Leuchtdichtesi­ gnals und der notwendigen Farbsignale oder Farbdifferenzsi­ gnale enthält. Ohne Informationsverlust wird also ein einzi­ ges sequentielles Signal gewonnen, das alle für die Bildwie­ dergabe notwendigen Signalwerte enthält. Daher ist für die­ ses Signal auch nur ein A/D-Wandler notwendig, der dann ent­ sprechend sequentiell digitale Wörter für die einzelnen Ab­ tastwerte des Leuchtdichtesignals und der Farbsignale lie­ fert. Diese sequentielle Signalfolge wird dann in die Signal­ speicher eingegeben und entsprechend dem Zeitkompressionsfak­ tor wieder aus den Speichern ausgelesen.

Für die Erzeugung des für die Bildwiedergabe des Subbildes notwendigen Signals wird das den Speichern entnommene, zeit­ komprimierte digitale Signal ebenfalls über einen einzigen D/A-Wandler geführt. Der Vorteil eines nur einzigen Wandlers wird hier also auch wirksam. Hinter dem D/A-Wandler wird das Signal durch eine zur Schaltung vor den Speichern reziproke Umschaltung wieder in die kontinuierlichen simultanen Signa­ le, insbesondere das Leuchtdichtesignal Y und den modulier­ ten Farbträger, umgewandelt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild für die Schaltung vor den Si­ gnalspeichern;

Fig. 2, 3 eine nähere Erläuterung der Abtastung des Farbträ­ gers;

Fig. 4 das gewonnene sequentielle Signal für den einzigen A/D-Wandler;

Fig. 5 ein Blockschaltbild für die Schaltung hinter den Signalspeichern;

Fig. 6 eine spezielle Regelschaltung;

Fig. 7 eine weitere Schaltung zur Regelung der Phase des Farbsynchron-Signals;

Fig. 8 ein V-U-Trägerdiagramm mit den digitalen Komponen­ ten UBD und VBD.

In Fig. 1 steht an der Klemme 1 das Signal FBAS2, das ein in ein Hauptbild einzufügendes, kleineres Subbild darstellt. Das Signal FBAS2 wird mit dem Tiefpaß 2 mit einer Grenzfre­ quenz von 1,5 MHz in das Leuchtdichtesignal Y und mit dem Bandfilter 3 mit einem Durchlaßbereich um 4,43 MHz in den mo­ dulierten Farbträger F aufgespalten. Das Signal Y ist in der Bandbreite größenreduziert auf 1,5 MHz. Das ist möglich, weil bei der Zeitkompression in den Signalspeichern wieder eine Erhöhung der Bandbreite auf den notwendigen Wert von etwa 4,5 MHz erzielt wird. Das kontinuierliche Signal Y gelangt auf den Eingang a des Umschalters S1. Dieser wird von dem Taktgenerator 4 über den Frequenzteiler 31 mit dem Tei­ lerfaktor 2 mit einer mit der Zeilenfrequenz fH verkoppelten Taktspannung mit der Frequenz von 13,5 MHz umgeschaltet.

Der Farbträger F gelangt an den Schalter S2. Dieser wird von dem Taktgenerator 6 mit einer Taktspannung von 17,7 MHz betä­ tigt, deren Frequenz = m.fsc mit Farbträgerfrequenz und au­ ßerdem gemäß nxfH mit der Zeilenfrequenz verkoppelt ist. Der Schalter S2 wird somit mit der vierfachen Farbträgerfrequenz von 17,7 MHz jeweils bei den Achsen +U, +V, -U, -V kurzzei­ tig geschlossen und liefert damit an der Klemme b zeitsequen­ tiell Signalproben, die diesen Werten der Farbsignale ent­ sprechen. Die Signalproben werden mit der Halteschaltung CH1 mit einem Kondensator jeweils bis zum nächsten Abtastwert aufrechterhalten. Die Signalfolge am Ausgang b des Schalters S2, enthaltend sequentiell die Farbsignale +U, +V, -U, -V ...., wird dem Eingang b des Umschalters S1 zugeführt.

Die Steuerung der Schalter S1 und S2 erfolgt nun mit einer solchen Phasenlage, daß am Ausgang c des Schalters S1 abwech­ selnd das Leuchtdichtesignal Y und eines der genannten drei Farbsignale steht, also
in Zeile n: Y, +U, Y, +V, Y, -U, Y, -V, Y, .......
Zeile n+1: Y, +U, Y, -V, Y, -U, Y, +V, Y, ...... .

Die Reihenfolge der vier verschiedenen Farbdifferenzsignale ±U und ±V ist dabei beliebig und kann auch anders sein. Die­ se sequentielle Signalfolge gelangt auf den durch die Takt­ spannung 5 mit 27 MHz arbeitenden A/D-Wandler 7, der an der Klemme 8 eine entsprechende Folge von digitalen Wörtern lie­ fert, die den in der sequentiellen Signalfolge enthaltenen Abtastwerten entsprechen. Das Signal von der Klemme 8 wird den nicht dargestellten Signalspeichern für die Durchführung der zeitlichen Kompression zugeführt.

Fig. 2 zeigt die Abtastung des Farbträgers F mit dem Schal­ ter S2. Durch die Betätigung von S2 mit der vierfachen Farb­ trägerfrequenz erfolgt eine Abtastung zeitsequentiell an den vier dargestellten Achsen, also in Abständen von 90° der Farbträgerperiode, wodurch die angegebenen vier Abtastwerte entstehen.

Fig. 3 zeigt die Abtastung des Farbträgers im Verlaufe einer Farbträgerperiode in Abständen von 90°.

Fig. 4 zeigt die sequentielle Signalfolge, die am Eingang des A/D-Wandlers 7 in analoger Form und am Ausgang 8 entspre­ chend in digitaler Form steht. Da der Schalter S1 mit einer Frequenz von 13,5 MHz betätigt wird, ist die Dauer jeweils eines Signalwertes etwa 36 ns.

In Fig. 5 steht an der Klemme 9 das von den Speichern abgege­ bene Signal, das dem Signal am Ausgang 8 in Fig. 1 ent­ spricht, jedoch für die Darstellung des kleinen Subbildes zeitkomprimiert ist. Dieses sequentielle Signal wird dem D/A- Wandler 10 zugeführt und dadurch wieder in ein entsprechen­ des analoges Signal umgewandelt. Dieses Signal gelangt auf den Eingang c des Umschalters S3. Der Umschalter S3 wird von dem Taktgeber 4 mit einer Taktspannung mit der achtfachen Farbträgerfrequenz von 35,4 MHz betätigt, und zwar derart, daß am Ausgang a nur die Abtastwerte des Leuchtdichtesignals Y und am Ausgang b nur die Abtastwerte der beschriebenen Farbsignale stehen. Die Abtastwerte von Y gelangen über den Schalter S4 auf die Halteschaltung CH2, die den Signalwert jeweils zwischen zwei Abtastungen aufrechterhält. Der Schal­ ter S4 wird von einer Taktspannung Hsync geschaltet, die je­ weils zur Beginn einer Zeile mit derselben Phase beginnt und z. B. in jeder Zeile phasengleich zur Zeilenperiode 256 Si­ gnalproben auf die Halteschaltung CH2 schaltet. Dadurch wird am Eingang der Addierstufe 11 wieder ein kontinuierliches Leuchtdichtesignal Y gewonnen, das zur Erzeugung des Subbil­ des dient und sich z. B. sich über 30% einer Fernsehzeile erstreckt.

Am Ausgang b des Umschalters S3 erscheinen indessen wieder die beschriebenen Signalproben +U, +V, -U, -V, die über ein steuerbares Dämpfungsglied 12 auf den zweiten Eingang der Addierstufe 11 gelangen. Wie Fig. 2, 3 zeigten, stellen die durch orthogonale Tastung gewonnenen Signalproben am unteren Eingang der Addierstufe 11 wieder den quadraturmodulierten Farbträger dar. Am Ausgang der Addierstufe 11 entsteht da­ durch ein das Subbild darstellendes Signals FB2. Das Austast­ signal A und die Synchronsignale S sind in diesem Signal nicht enthalten, weil es sich lediglich um ein Bildsignal handelt, das während einer laufenden Zeile eingetastet wird. Diese Eintastung erfolgt mit dem Schalter S5, an dessen obe­ ren Eingang das das Hauptbild darstellende Signal FBAS1 ange­ legt ist. Der Schalter S5 wird von einer mit der Ablenkung des Hauptbildes synchronisierten Schaltspannung gesteuert und liefert am Ausgang 13 das gemischte Signal FBAS1/2 für das Hauptbild und das eingefügte Subbild.

Fig. 5 enthält noch eine Erweiterung, mit der die Farbdiffe­ renzsignale B-Y und R-Y zurückgewonnen werden können. Das Eingangssignal der Addierstufe 11 wird mit dem Umschalter S6, der durch eine Taktspannung mit doppelter Farbträgerfre­ quenz 2 fsc von 8,8 MHz gesteuert ist, jeweils in die Kompo­ nenten +U, -U einerseits und die Komponenten +V und .V ande­ rerseits aufgespalten. Mit der Umkehrstufe 27 und dem mit halber Zeilenfrequenz fH/2 betätigten Schalter 28 wird die zeilenfrequente PAL-Umschaltung aufgehoben. Auf diese Weise können an den Ausgängen 29, 30 kontinuierliche, simultane Farbdifferenzsignale R-Y und B-Y für eine weiter Verarbei­ tung gewonnen werden, z. B. für die Gewinnung von RGB zusam­ men mit Y oder für die Modulation eines SECAM-Coders.

Für eine einwandfreie Übereinstimmung zwischen Hauptbild und Subbild hinsichtlich Helligkeit, Farbton und Farbsättigung müssen u. a. die Farbträger F im Signal FBAS1 und FB2 hin­ sichtlich Phase und Amplitude übereinstimmen. Um dies sicher­ zustellen, wird das Signal vom Ausgang 13 und vom Ausgang der Addierstufe 11 der Vergleichsstufe 14 zugeführt. In der Stufe 14 erfolgt ein Amplitudenvergleich der Farbsynchronsi­ gnale von FB2 und FBAS1. Dadurch wird eine Regelspannung UA für die Amplitude gewonnen. Diese steuert das steuerbare Dämpfungsglied 12 in der Weise, daß die Farbsynchronsignale von FB2 und FBAS1 am Ausgang 13 gleiche Amplituden haben. Die Vergleichsstufe 14 liefert außerdem eine Regelspannung UP, die die Phasenabweichung der Farbsynchronsignale dar­ stellt. UP gelangt auf den Taktgenerator 4 und steuert dort die Phase des in Taktgenerator 4 enthaltenen VCO-Farbträger­ oszillators 15 in der Weise, daß die Phasen der Farbsynchron­ signale von FB2 und FBAS1 am Ausgang 13 übereinstimmen.

In der Schaltung gemäß Fig. 1 ist es vorteilhaft, daß der A/D-Wandler 7 immer voll ausgesteuert wird, d. h., daß das zugeführte analoge Signal mit seiner Maximalamplitude gerade alle erzielbaren digitalen Wörter erzeugt.

Fig. 6 zeigt eine Schaltung, mit der dies sichergestellt werden kann. Das Signal am Ausgang des A/D-Wandlers 7 wird mit dem Tor 16 während eines bekannten, konstanten Signalwer­ tes, also insbesondere für das Synchronsignal oder das Farb­ synchronsignal, durch einen Impuls 17 aufgetastet, so daß der diesem konstanten Signalwert entsprechende digitale Wert durchgeschaltet wird. Dieser Wert gelangt auf den Komparator 18. Diesem wird von einer digitalen Referenzquelle 19 ande­ rerseits der digitale Wert zugeführt, den das digitale Si­ gnal am Ausgang des A/D-Wandlers 7 für eine optimale Aus­ steuerung für den konstanten Signalwert des analogen Signals haben sollte. Durch digitalen Vergleich des Ist-Wertes am Ausgang 20 und des Soll-Wertes von der Referenzquelle 19 wird eine digitale Regelspannung gewonnen, die die Abwei­ chung darstellt. Diese wird in dem D/A-Wandler 21 in eine analoge Regelspannung Ur umgewandelt. Ur steuert die Verstär­ kung des im Weg des analogen Signals liegenden Verstärkers 22 derart, daß das analoge Signal am Eingang des A/D-Wand­ lers 7 gerade immer eine volle Austeuerung des Wandlers 7 bewirkt. Ur kann auch direkt auf den A/D-Wandler 7 einwirken und dort die Referenzspannungen umschalten, durch deren Ver­ gleich mit dem zugeführten Signal die digitalen Signalwerte erzeugt werden. Der D/A-Wandler 21 ist identisch mit dem D/A- Wandler 10. Das bedeutet, daß die beiden D/A-Wandler 21, 10 durch einen einzigen D/A-Wandler gebildet sein können. Das ist möglich, weil der D/A-Wandler 21 nur kurzzeitig in Zei­ ten benötigt wird, in denen im D/A-Wandler 10 gemäß Fig. 5 kein Signal vorhanden ist. Dabei wird die Regelabweichung gemäß Fig. 6 gemessen und an den gemeinsamen D/A-Wandler, also 10 und 21 kombiniert, gegeben.

Fig. 7 zeigt eine weitere Schaltung zur Regelung der Phase des Farbsynchronsignals. Entsprechend Fig. 1, 5 durch­ läuft das vom A/D-Wandler 7 erzeugte digitale Signal die sym­ bolisch dargestellte digitale Strecke 23. Wandler 7 und Strecke 23 werden wieder von dem Taktgenerator 4 gesteuert. Innerhalb der digitalen Strecke 23 werden, z. B. in einem PAL-Decoder für das Farbsynchronsignal B die digitale Kompo­ nenten UBD in Richtung der Achse -U und VBD in Richtung der Achse +V ermittelt. Bei richtiger Phasenlage des Farbsyn­ chronsignals B, nämlich jeweils um ±45° zur Achse -U ge­ neigt, müssen UBD und VBD gleiche Beträge haben. Deshalb werden UBD und VBD dem digitalen Komparator 24 zugeführt und dort in der Amplitude vergleichen. Das aus einer Amplituden­ abweichung gewonnene digitale Ausgangssignal wird über den D/A-Wandler 25 und den Tiefpaß 26 in eine analoge Regelspan­ nung Ur umgewandelt. Diese zeigt die Amplitudenabweichung zwischen UBD und VBD und damit die Phasenabweichung des Farb­ synchronsignals B relativ zur Achse U an. Ur steuert die Pha­ se des im Taktgenerator 4 vorhandenen Farbträgeroszillators 15 nach, und zwar so, daß UBD und VBD an der gewünschten Stelle des Digitalweges 23 gleiche Amplitude haben und somit die Phasenlage des Farbsynchronsignals B richtig ist.

Als D/A-Wandler 25 in Fig. 7 kann ebenfalls wieder der D/A- Wandler 10 gemäß Fig. 5 verwendet werden. Dann wird das ana­ loge Steuersignal zurückgewandelt, wenn gerade das Subbild nicht geschrieben, also nicht ausgelesen wird. Für den Zeit­ punkt der Wandlung ist es gleichgültig, da anschließend die Regelspannung über einen Tiefpaß zwecks Integration geführt wird.

Der beschriebene Farbträger F kann der Farbträger eines PAL- NTSC oder SECAM-Signals sein. Bei SECAM ist keine phasensyn­ chrone Abtastung mit dem Schalter S2 erforderlich, so daß der Schalter S2 und seine Ansteuerung entfallen können. Bei SECAM liegen die genannten Signale R-Y und B-Y sequentiell vor, die dann in einem üblichen SECAM-Decoder mit Zeilenver­ zögerungsleitung und einem zeilenfrequent betätigten Schal­ ter wieder in die Signale U, V, -U, -V in der beschriebenen Weise sortiert werden können.

Claims (11)

1. Schaltung für einen Fernsehempfänger mit Bild im Bild, bei dem das Leuchtdichtesignal (Y) und die Farbdiffe­ renzsignale (U, V) eines eingefügten Bildes über Ana­ log/Digital-Wandler (7) Signalspeichern zugeführt wer­ den, dadurch gekennzeichnet, daß das Leuchtdichtesignal (Y) und die Farbdifferenzsignale (U, V) mit einer dem Signal angepaßten Abtastfrequenz zyklisch abwechselnd zeitsequentiell demselben A/D-Wandler (7) zugeführt wer­ den.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der das von den Signal­ speichern entnommene, zeitkomprimierte sequentielle Si­ gnal einem D/A-Wandler (10) zugeführt wird, dessen Aus­ gang zyklisch abwechselnd mit einem Signalweg für das Leuchtdichtesignal (Y) und einem Signalweg für die Farb­ signale (U, V) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der dem A/D- Wandler (7) abwechselnd das Leuchtdichtesignal (Y) und eines der Farbdifferenzsignale (U, V) zugeführt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, bei der das Farbdifferenzsi­ gnal abwechselnd das durch orthogonale Tastung des modu­ lierten Farbträgers bei 0°, 90°, 180°, 270° der Farbträ­ gerperiode gewonnene Signal (+U, +V, -U, -V) ist.

5. Schaltung nach Anspruch 4, bei der der Farbträger (F) mit einem solchen Takt (m.fsc) abgetastet wird, der mit einem Faktor m, insbesondere m = 4, mit der Farbträger­ frequenz (fsc) verkoppelt ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das durch Tastung gewonnene analoge Signal einer Halteschal­ tung (CH1) zugeführt wird, die den Signalwert jeweils bis zur nächsten Tastung aufrechterhält.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der dem A/D-Wandler (7) eine Regelschaltung (16, 18, 19, 21, 22) zugeordnet ist, die durch Vergleich (18) des abgegebenen Digitalsignals mit einem digitalen Referenzsignal (19) während des Farbsynchronsignals oder der Zeilenaus­ tastzeit eine Regelspannung (Ur) erzeugt, die über einen A/D-Wandler (21) die Amplitude des dem Wandler (7) zuge­ führte analogen Signals oder die Steilheit des Wandlers so steuert, daß der Aussteuerbereich des Wandlers durch das Farbsignal bzw. das Leuchtdichtesignal voll ausge­ nutzt ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, bei der als D/A-Wandler (21) zur Erzeugung der Regelspannung (Ur) der zur D/A- Rückumwandlung der Signale dienende D/A-Wandler (10) am Ausgang der Speicher ausgenutzt ist.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der im digitalen Signalweg die Komponenten (UBD, VBD) des Farb­ synchronsignals in der U- und V-Achse gebildet werden und an die Eingänge einer digitalen Amplitudenver­ gleichs-Stufe (24) angelegt sind, deren Ausgangsspannung über einen D/A-Wandler (25) und einen Tiefpaß (26) an den Synchronisier-Eingang eines die Schaltung steuernden VCO-Farbträgeroszillators (15) angelegt ist.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei der nach der D/A-Wandlung (10) die über eine Halteschaltung (CH2) geführten Leuchtdichte-Signalproben (Y) und die durch orthogonale Abtastung mit vierfacher Farbträgerfrequenz (4fsc) gewonnenen Farbsignal-Proben (U, +V, -U, -V) in einer Addierstufe (11) zu dem das eingefügte Bild dar­ stellenden Signal (FB2) zusammengesetzt werden.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, in der bei der Erzeugung des für die Wiedergabe von Hauptbild und eingefügtem Bild dienenden kombinierten Signals (FBAS1/2) eine Schaltung (14) zum Amplituden- und Pha­ sen-Vergleich der Farbsynchronsignale von Hauptbild und eingefügtem Bild vorgesehen ist, die Regelspannungen für die Amplitude der Farbsignale (U, V) des eingefügten Bildes und die Phase eines die Schaltung steuernden Farbträgeroszillators (15) erzeugt.