專利名稱：色度處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電視技術領域，特別是涉及必須插入視頻數據以實現(xiàn)各種顯示格式的寬屏幕顯示格式比的電視?，F(xiàn)在的大部分電視其顯示格式比(即水平寬度與垂直高度比)為4∶3。例如為16∶9的寬顯示格式比更接近電影的顯示格式比。本發(fā)明既適用于直觀式電視，也適用于投影電視。
顯示格式比為4∶3(常稱為4×3)的電視在顯示單個和多個視頻信號源的方面受到限制。商業(yè)電視廣播臺傳輸的電視信號(實驗性資料例外)是用4×3顯示格式比播出的。許多電視觀眾都感到4×3顯示格式看起來沒有與電影相關的較寬的顯示格式比悅目。寬顯示格式的電視不僅顯示效果更為悅目，而且能以相應的寬顯示格式對寬顯示格式的信號源信號進行顯示。電影“看起來”就應該象電影，不應該是其畫幅受到限制或畸變的版本。視頻源無論是當例如用電視電影機將影片變換成電視，或者用電視中的處理器進行變換時，其畫幅都不應受到限制。
寬顯示格式比電視還適用于各式各樣的顯示，既適用于普通的和寬顯示格式的信號，也適用于這兩種顯示格式在多圖象顯示形式下的組合顯示。但使用寬顯示比屏幕帶來許多問題。要改變多信號源的顯示格式比，要從非同步但同時顯示的信號源產生出一致的定時信號，要在多個信號源之間進行切換以產生多圖象顯示，還要從壓縮的數據信號提供高清晰度的圖象，這些都屬于上述問題的范圍。本發(fā)明的寬屏幕電視能解決所有這些問題。按照本發(fā)明各種方案設計的寬屏幕電視能從相同或不同顯示格式比的單個和多個信號源提供高清晰度的單個和多個圖象顯示，而且顯示格式比可加以選擇。
寬顯示格式比電視可在采取基本或標準水平掃描頻率及其倍數掃描頻率、并以隔行掃描和非隔行掃描的方式顯示視頻信號的電視系統(tǒng)中加以實現(xiàn)。例如，標準的NTSC制視頻信號就是通過隔行掃描各視頻幀的順次各場進行顯示的，各場則由大約15，734赫的基本或標準水平掃描頻率的掃描動作形成的光柵產生的。視頻信號的基本掃描頻率有各種叫法fH，1fH和1H都是。1fH信號的實際頻率隨不同的視頻標準而異。為提高電視設備的圖象質量，目前已研制出以非隔行掃描的方式逐行顯示視頻信號的電視系統(tǒng)。逐行掃描要求在被配用來掃描隔行掃描格式兩個場中的一個場的同樣的時間內掃描各顯示幀。沒有閃爍的AA-BB顯示要求接連地掃描各場兩次。在各情況下，水平掃描頻率必須是標準水平頻率的2倍。這種逐行掃描或無閃爍顯示的掃描頻率有各種不同的叫法2fH和2H。2fH的掃描頻率例如按美國標準約為31，468赫。
大多數對主視頻信號的信號處理對實現(xiàn)尤其是實現(xiàn)適合于寬屏電視的多個顯示格式是必不可少的。必須根據要求的格式有選擇地對視頻數據壓縮和擴展。例如，在一種情形下有必要以4/3的因子來壓縮4×3NTSC視頻以避免顯示圖象寬高比失真。在另一種情形下，例如視頻被擴展以實現(xiàn)通常由垂直變焦完成的水平變焦操作。多達33%的水平變焦操作可通過使壓縮降低到低于4/3來實現(xiàn)。樣值內插器用于對輸入視頻重新計算新的象素位置，因為S-VHS格式的高達5.5MHz的亮度視頻帶寬占據了奈奎斯特折疊頻率、即對1024fH系統(tǒng)時鐘為8MHz的很大百分比。
主信號亮度數據通路為包括FIFO(先進先出)行存儲器和內插器的主信號通路，該FIFO行存儲器用于壓縮(暫停)和擴展(重復)數據，而內插器用于重新計算樣值以平滑數據。然而，F(xiàn)IFO和內插器的壓縮時的相對位置不同于擴展時的。按照本發(fā)明的設計，開關或路由選擇器使相對FIFO和內插器有關位置的主信號通路的拓撲反轉，以免除對需要兩個FIFO和兩個內插器的兩條主信號通路的要求。具體而言，這些開關選擇內插器是否如壓縮所要求位于FIFO之前或如擴展所要求位于FIFO之后。該開關響應由微處理器控制的路由控制電路。
內插器控制電路對亮度數據產生象素位置值、內插壓縮濾波加權和時鐘選通信息。由時鐘選通信息暫停(分樣)或重復FIFO數據以使樣值在某些時鐘時不被寫入以執(zhí)行壓縮，或將某些樣值多次讀出以進行擴展。為處理4/3壓縮，例如4/3表示輸入樣值數與輸出樣值數的比率，每隔3個樣值便禁止寫入FIFO一次。亮度FIFO的斜波讀出的平均斜率比相應輸入斜波要陡33%。注意到讀出斜波所要求的有效讀時間比寫入數據要求的時間減少33%。這便構成4/3壓縮。內插器的功能是重新計算寫入FIFO的亮度樣值從而使從FIFO讀出的數據為平滑而不是鋸齒狀的。
可通過與壓縮正好相反的方式實現(xiàn)擴展。在壓縮時，寫啟動信號具有禁止脈沖形式的時鐘選通信息。為擴展數據，將時鐘選通信息加到讀啟動信號。當從FIFO讀出時便中斷了該數據。亮度FIFO斜波讀出信號的平均斜率比4/3擴展或變焦時相應輸入斜波淺33%。在這種情形下，內插器功能是在擴展后將FIFO鋸齒狀的取樣數據重新計算為平滑的。在擴展時，從FIFO讀出和記入內插器時必須暫停該數據。這不同于將數據連續(xù)通過內插器記錄的壓縮場合。對壓縮和擴展兩種情形可以同步方式容易地實現(xiàn)時鐘選通操作，即事件可在1024fH系統(tǒng)時鐘上升沿發(fā)生。
對亮度內插，這種拓撲有許多優(yōu)點。時鐘選通操作，即數據分樣和數據重復，可以同步方式執(zhí)行。如果不是把可切換的視頻數據通路拓撲用于交換內插器和FIFO的位置，則讀或寫時鐘需要雙倍頻時鐘來暫停或重復數據。術語雙倍頻時鐘是指在單個時鐘周期內須將兩個數據點寫入FIFO或在單個時鐘周期內從FIFO讀出兩個數據點。所產生的電路不能與系統(tǒng)時鐘同步運行，因為寫或讀時鐘頻率須為系統(tǒng)時鐘頻率的兩倍。然而可切換拓撲只需一個內插器和一個FIFO來執(zhí)行壓縮和擴展。如果不使用本文所述的視頻通路開關布局，只能通過使用兩個FIFO來避免雙倍頻時鐘情形以完成壓縮和擴展。對擴展而言，需將一個FIFO置于內插器之前，而對壓縮，則需將之置于內插器之后。
有可能對兩個彩色分量信號R-Y和B-Y、或I和Q(這里總稱為U和V)重復上述亮度光柵映象系統(tǒng)。然而，由于彩色分量信號帶寬通常限制為500KHz、或對寬I和Q系統(tǒng)為1.5MHz，這對進行彩色內插來講過于復雜。一種更簡單的彩色分量光柵映象系統(tǒng)可與上述亮度光柵映象系統(tǒng)同時使用。提供全彩色NTSC光柵映象功能度。在一共同未決的申請中更全面描述的一個比較設計方案中，除了用延時匹配電路代替內插器之外，UV信號通路類似于Y信號通路。延時電路具有與內插器正好相同數量的時鐘延時，并保持Y、U、V樣值對準。
按照這里所描述的本發(fā)明設計方案，不需要延時匹配電路。而，以實現(xiàn)同樣結果的方法控制FIFO。按照該發(fā)明設計方案的延時匹配電路與下述電路一起使用。在該電路中，視頻信號的視頻亮度數據在包括第一行存儲器的第一信號通路中可選擇地進行壓縮和擴展。在并行的信號通路中的第二行存儲器處理視頻信號的視頻色度數據?？刂齐娐樊a生用于將數據寫入行存儲器和用于從行存儲器讀出數據的相應定時信號?？刂蒲b置的定時延時電路具有視頻壓縮和擴展工作方式。在壓縮方式期間，第二行存儲器的讀相對于第二行存儲器的寫延遲。在所述擴展方式期間，第一行存儲器的寫相對于第二行存儲器的寫延時或第二行存儲器的讀相對于第二行存儲器的寫延時。定時延時時間可從數值范圍選擇，行存儲器是具有獨立啟動的寫和讀端口的先進先出裝置。


圖1(a)-1(i)用以說明寬屏幕電視的不同顯示格式。
圖2是根據本發(fā)明各個方面并且適宜按2f進行水平掃描工作的寬屏幕電視的方框圖。
圖3是圖2所示寬屏幕處理器的方框圖。
圖4的方框圖示出了圖3所示的寬屏幕處理器更詳細的細節(jié)。
圖5是圖4所示的畫中畫處理器的方框圖。
圖6是圖4所示的門陣列的方框圖，示出了主信號通路、輔助信號通路和輸出信號通路。
圖7和8是有助于說明如圖1(d)所示的用畫幅十分受限制的信號產生的顯示格式的過程的定時圖。
圖9是更詳細說明圖6主信號通路的方框圖。
圖10是更詳細說明圖6輔助信號通路的方框圖。
圖11是圖5畫中畫處理器定時和控制部分的方框圖。
圖12是產生1f到2f變換中的內部2f信號的電路框圖。
圖13是圖2所示偏轉電路的組合框圖和電路圖。
圖14是圖2所示RGB接口的框圖。
圖15(a)和15(b)分別示出實現(xiàn)視頻壓縮的亮度分量和彩色分量的主信號通路。
圖16(a)-16(l)用于說明與亮度分量有關的彩色分量的視頻壓縮。
圖17(a)和17(b)分別示出實現(xiàn)視頻擴展的亮度分量和彩色分量的主信號通路。
圖18(a)-18(l)用于說明與亮度分量有關的彩色分量的視頻擴展。
圖1的各部分示出了可按本發(fā)明的各種不同設計實施的單個和多個圖象顯示格式的一些而不是全部的各種組合式。這里所選擇的都是為便于說明按本發(fā)明的設計構成寬屏幕電視的特定電路而舉出的例子。本發(fā)明的設計在某些情況下引導它們自身的顯示格式，除了專門的初始電路外。為便于說明和討論起見，視頻源或信號的傳統(tǒng)顯示格式寬高比通常假設為4×3，視頻源或信號的寬屏幕顯示格式寬高比則通常假設為16×9。本發(fā)明的各設計方案不受這些規(guī)定的限制。
圖1(a)示出了一般顯示格式比為4×3的直觀或投影電視。當16×9顯示格式比圖象作為4×3顯示格式比信號傳輸時，屏幕頂部和底部出現(xiàn)黑色條紋，這通常被稱為信箱格式(letterbox format)。這時所看到的圖象要比整個可利用的顯示區(qū)小一些。不然，也可以在傳輸之前將16×9顯示格式比的信號源加以變換，從而使其充滿4×3顯示格式畫面的垂直方向。但這樣就會有許多信息可能從左邊和或右邊畫幅中被限制掉。作為另一種選擇，可以將信箱式的圖象在垂直方向擴展，但在水平方向不擴展，這樣得出的圖象就會因垂直延伸而失真。這三種辦法都沒有特別可取之處。
圖1(b)示出了16×9的屏幕。16×9顯示格式比的視頻源能全面顯示出來，畫幅既不受限制又不失真。16×9顯示格式比的信箱式圖象本身是在4×3顯示格式比的信號中，這種圖象可通過將行加大一倍或加行的方法逐行掃描，從而提供有足夠垂直清晰度的較大幅面顯示。無論信號源是主信號源、輔助信號源或是外部的RGB信號源，本發(fā)明的寬屏幕電視都能顯示這種16×9顯示格式比的信號。
圖1(c)示出了16×9顯示格式比的主信號，4×3顯示格式比的插圖即在該信號中顯示。若主視頻信號和輔助視頻信號都是16×9顯示格式比信號源，則插圖的顯示格式比也可以為16×9。插圖可顯示在許多的不同位置。
圖1(d)示出的顯示格式中主視頻信號和輔助視頻信號都用同大小的圖象顯示出來。各顯示區(qū)的顯示格式比都是8×9，這當然和16×9及4×3的顯示格式比不同。為在這樣的顯示區(qū)顯示4×3顯示格式比的信號源而不致產生水平或垂直失真，信號必然在左側和/或右側受到畫幅的限制。如果容許寬高比由于圖象在水平方向上受擠壓而有些失真，則可以顯示出更多的、其畫幅受限程度較小的圖象。水平擠壓使圖象中的實物垂直伸長。本發(fā)明的寬屏幕電視能提供“畫幅受限制”和“寬高比失真”這二者在下列組合范圍內的任何一種組合情況，即，這個范圍的一個極端是最大程度的“畫幅受限制”與無“寬高比失真”相組合情況;另一個極端是無“畫幅受限制”與最大程度的“寬高比失真”相組合情況。
輔助視頻信號處理通路中對數據取樣的種種限制，使得產生的顯示圖象具有高清晰度并且圖象幅面與主視頻信號產生的顯示圖象一樣大的整個信號處理過程復雜化。要解決這些復雜的問題可以有各種不同的方法。
圖1(e)的顯示格式是在16×9顯示格式比的屏幕居中部位顯示出14×3顯示格式比的圖象。右側和左側的黑條很明顯。
圖1(f)示出的顯示格式同時顯示出一個4×3顯示格式比的大圖象和三個4×3顯示格式比的較小圖象。在大圖象周邊外有較小圖象的顯示格式有時叫做POP，即畫外畫，而不是PIP(畫中畫)。在這里，兩種顯示格式都采用PIP或畫中畫一詞。在寬屏幕電視設有兩個調諧器的場合，無論兩個調諧器都設在內部或一內一外地配置(例如盒式錄象機中)，就可以使各顯示圖象中的兩個圖象顯示出與信號源一致的實時動作。其余的圖象可以以停幀格式顯示出來。不難理解，增設另外的調諧器和另外的輔助信號處理通路可以提供兩個以上的活動圖象。應該也不難理解，大圖象和三個小圖象的位置是可以對調的，如圖1(g)所示。
圖1(h)示出的另一種顯示格式是一個4×3顯示格式比的圖象在中間，排成縱列的6個4×3顯示格式比的較小圖象各在兩邊。和上述格式一樣，有兩個調諧器的寬屏幕電視能提供兩個活動的圖象。其余的11個圖象就以停幀的格式顯示。
圖1(i)示出了由12個4×3顯示格式比圖象組成的格子的顯示格式。這種顯示格式特別適合作為頻道選擇指南，其中各圖象至少是一個不同頻道的停幀。和前面一樣，活動圖象的數目取決于可使用的調諧器和信號處理通路的數目。
圖1所示的各種不同格式只是舉例說明而已，并不局限于這些，這些格式可按下面各附圖所示和下面即將詳細介紹的寬屏幕電視加以實施。
圖2示出了本發(fā)明適宜以2fH水平掃描方式工作的寬屏幕電視的方框圖，其總的編號為10。寬屏幕電視10通常包括視頻信號輸入部分20、底盤或電視微處理器216、寬屏處理器30、1fH-2fH轉換器40、偏轉電路50、RGB接口60、YUV-RGB轉換器240、顯象管驅動器242、直觀或投影顯象管244和電源70。將各種電路分組成不同的功能方框是為了便于進行說明而這樣做的，并不希望因此而限制了這些電路彼此的實際配置位置。
視頻信號輸入部分20用以接收來自不同視頻源的多個復合視頻信號。各視頻信號可有選擇地加以切換，以便將它們作為主視頻信號和輔助視頻信號顯示。射頻開關204有兩個天線輸入端ANT1和ANT2。這些分別是接收廣播天線的信號和電纜的信號的輸入端。射頻開關204控制其中哪一個輸入被提供到第一調諧器206及第二調諧器208。第一調諧器206的輸出端即為單芯片202的輸入端，單芯片202執(zhí)行與調諧、水平和垂直偏轉以及視頻控制有關的一系列功能。圖中所示的特定單芯片在電子工業(yè)行業(yè)內叫做TA7730型芯片。該單芯片根據來自第一調諧器206的信號而產生的基帶視頻信號VIDEO OUT輸出給圖象開關200和寬屏處理器30 TVI的輸入端。其它至視頻開關200的基帶視頻輸入命名為AUX1和AUX2。它們可供電視攝影機、電視錄象機等使用。視頻開關200的輸出由底盤或電視微處理器216控制，命名為SWITCHED VIDEO(切換的視頻)。SWITCHED VIDEO是寬屏處理器30的另一個輸入。
再參看圖3。開關SW1寬屏處理器將TV1和SWITCHED VIDEO這兩個信號之一選擇作為SEL COMP OUT視頻信號，這是Y/C解碼器210的一個輸入信號。Y/C解碼器210可以是自適應行梳狀濾波器。另外的兩個視頻源S1和S2也是Y/C解碼器210的輸入。S1和S2各表示不同的S-VHS源，它們各由分開的亮度信號和色度信號組成。有一個可作為Y/C解碼器的一部分(如在某些自適應行梳狀濾波器中)或作為分立開關的開關，它響應于電視微處理器216以便選取一對色度和色度信號作為分別命名為Y_M和C_IN的輸出。所選出的一對亮度和色度信號以后就作為主信號，并沿主信號通路進行處理。信號名中包含有_M或_MN的信號名指的是主信號通路。寬屏處理器把色度信號C_IN重新引回單芯片，以便產生色差信號U_M和V_M。這里，U相當于(R-Y)，V相當于(B-Y)。Y_M，U_M和V_M信號在寬屏處理器中被轉換成數字形式以便進一步進行信號處理。
第二調諧器208在功能上屬于寬屏處理器30的一部分，它產生基帶視頻信號TV2。開關SW2從TV2和SWITCHED VIDEO兩個信號之間選擇一個信號作為Y/C解碼器220的一個輸入。Y/C解碼器220可以是自適應行梳狀濾波器。開關SW3和SW4分別從Y/C解碼器220的亮度和色度輸出與來自外部視頻源并分別命名為Y_EXT和C_EXT的亮度和色度信號之間選擇信號。Y_EXT和C_EXT信號對應于S_VHS輸入S1。Y/C解碼器220和開關SW3和SW4可以象在某些自適應梳狀濾波器中一樣結合在一起。以后就將開關SW3和SW4的輸出作為輔助信號并沿輔助信號通路進行處理。所選取的亮度輸出命名為Y_A。標有_A，_AX和_AUX的信號名指的是輔助信號通路。所選取的色度輸出被轉換成色差信號U_A和V_A。Y_A、U_A和V_A信號被轉換成數字形式以便進一步進行信號處理。在主信號和輔助信號通路上對視頻信號源的切換設計使得對不同圖象顯示格式的各個不同部分的信號源選擇的管理過程達到最大的靈活性。
寬屏處理器給同步分離器212提供對應于Y_M的復合同步信號COMP SYNC。水平和垂直同步分量H和V分別作為垂直遞減計數電路214的輸入。垂直遞減計數電路產生VERTICAL RESET(垂直復位)信號加到寬屏處理器30中。寬屏處理器產生內垂直復位輸出信號INTVERTRST OUT加到RGB接口60。RGB接口中的一個開關從內垂直復位輸出信號與外RGB源的垂直同步分量之間選取信號。該開關的輸出是引到偏轉電路50的經選擇的垂直同步分量SEL_VERT_SYNC。輔助視頻信號的水平和垂直同步信號由寬屏處理器中的同步分離器250產生。
1fH-2fH轉換器40用以將隔行掃描視頻信號轉換成逐行掃描的非隔行掃描信號，例如那種各水平行顯示兩次或通過內插同場的毗鄰水平行產生另一組水平行的信號。在某些情況下，使用上一行或使用內插行取決于在毗鄰各場或各幀之間檢測出的活動快慢程度(the level of movement)。轉換電路40與視頻RAM 420聯(lián)合工作。視頻RAM可用以存儲一幀的一個或多個場，以便能夠逐次顯示。經轉換的視頻數據作為Y_2fH、U_2fH和V_2fH信號加到RGB接口60上。
在圖14中更詳細地示出的RGB接口60使得可以將經轉換的視頻數據或外RGB視頻數據供視頻信號輸入部分選取以便供顯示用。外RGB信號可視為適宜供2f 掃描的寬顯示格式比信號。寬屏處理器將主信號的垂直同步分量作為INT VERT RST OUT供到RGB接口，使偏轉電路50可獲得經選取的垂直同步信號(fvm或fvext)。寬屏幕電視工作時，電視使用者就可以通過產生內/外控制信號INT/EXT選取外RGB信號。但在沒有外RGB信號的情況下選取外RGB信號輸入時會使光柵在垂直方向上消失而且損壞陰極射線管或投影顯象管。因此為了不致在沒有該信號情況下選取外RGB輸入，RGB接口電路對外同步信號進行檢測。WSP微處理器340也控制外RGB信號的彩色和色調。
寬屏處理器30包括畫中畫處理器320用以對輔助視頻信號進行特殊的信號處理。畫中畫一詞有時縮寫成PIP或pix-in-pix。門陣列300將主和輔助視頻信號數據組合成各式各樣的顯示格式，如圖1(b)至1(i)的實例所示。畫中畫處理器320和門陣列300受寬微處理器(WSP μP)340的控制。微處理器340經由串行總線而響應電視微處理器216。串行總線包括四條信號線，供數據、時鐘信號、啟動信號和復位信號用。寬屏處理器30還產生作為三級砂堡信號(three level sandcastle signal)的復合垂直消隱/復位信號。不然，垂直消隱和復位信號也可以作為單獨的信號分開產生。復合消隱信號由視頻信號輸入部分供到RGB接口。
偏轉電路50(這在圖13中更詳細地示出)接收來自寬屏處理器的垂直復位信號、來自RGB接口60的經選擇的2fH水平同步信號和來自寬屏處理器的另一些控制信號。這些附加的控制信號與水平定相、垂直尺寸調整和東-西枕形畸變調整(east-west pin adjustment)有關。偏轉電路50將2fH回掃脈沖供到寬屏處理器30、1fH-2fH轉換器40、YUV-RGB轉換器240上。
電源70由交流市電供電，產生整個寬屏幕電視的工作電壓。
圖3更詳細地示出了寬屏處理器30。寬屏處理器的主要部件有門陣列300、畫中畫電路301、模-數和數-模轉換器、第二調諧器208、寬屏處理器微處理器340和寬屏輸出編碼器227。圖4示出了寬屏處理器更詳細的細節(jié)(例如PIP電路)，這對1fH和2fH底盤是共同的。圖5更詳細地示出了構成PIP電路301主要部分的畫中畫處理器320。圖6更詳細地示出了門陣列300。圖3所示構成主信號通路和輔助信號通路各部分的一系列部件已詳細介紹過。
第二調諧器208與中頻級224以及聲頻級226連接。第二調諧器208還與WSP μP340聯(lián)合工作。WSP μP 340包括輸入輸出I/O部分340A和模擬輸出部分340B。I/O部分340A提供色調和彩色控制信號、選擇外RGB視頻源用的INT/EXT信號、和開關SW1至SW6的控制信號。I/O部分還監(jiān)控來自RGB接口的EXT SYNC DET信號，從而保護偏轉電路和陰極射線管。模擬輸出部分340B通過各接口電路254、256和258提供垂直尺寸、東西調整和水平相位的控制信號。
門陣列300負責把來自主信號和輔助信號通路的視頻信息組合起來以實現(xiàn)復合寬屏幕顯示，例如圖1各不同部分所示的顯示中的一種。鎖相環(huán)374與低通濾波器376聯(lián)合工作，提供門陣列的時鐘脈沖信息。主視頻信號作為以Y_M、U_M和V_M命名的信號以模擬的形式和YUV格式供到寬屏處理器上。這些主信號由圖4中更詳細示出的模-數轉換器342和346從模擬形式轉換成數字形式。
彩色分量信號以一般名稱U和V表示，這些信號或者可分配給R-Y或B-Y信號或者可分配給I和Q信號。所取樣的亮度帶寬限制在8兆赫，這是因為系統(tǒng)的時鐘脈沖頻率為1024f，這大約為16兆赫。由于寬度為I時U和V信號系限制在500千赫或1.5兆赫，所以對彩色分量數據進行取樣時可采用單個模-數轉換器和一個模擬開關。模擬開關或多路調制器344的選擇線UV_MUX是將系統(tǒng)時鐘脈沖除以2得到的8兆赫信號。具有一個時鐘信號寬度的行啟動脈沖SOL同步地使該信號在各水平視頻行開始時復位到0。UV_MUX線于是在整個水平行內的每個時鐘周期翻轉其狀態(tài)。由于行長等于偶數個時鐘脈沖周期，因而UV_MUX的狀態(tài)一經啟動會不中斷地始終進行翻轉0，1，0，1，…。由于各模-數轉換器都有1個時鐘脈沖周期的時延，因而從模-數轉換器342和346出來的Y和UV數據流都進行移位。為適應這個數據移位，來自主信號處理通路304中的插入器控制器349的時鐘脈沖選通信息也必須同樣地延遲。如果不使時鐘脈沖選通信息延遲，在被刪除時UV數據就不會正確成對。這一點很重要，因為各UV對代表一個向量。將一個向量的U分量與另一向量的V分量配對而不引起彩色偏移是不可能的。相反，上一對的V樣值會連同現(xiàn)行的U樣值一齊被刪除。由于每對彩色分量(U，V)樣值有兩個亮度樣值，所以這種UV多路調制的方法叫做2∶1∶1調制法。這時就有效地使U和V兩者的奈奎斯特頻率降低為亮度奈奎斯特頻率的一半。因此對于亮度分量的模-數轉換器輸出的奈奎斯特頻率為8兆赫，而對于彩色分量的模-數轉換器輸出的奈奎斯特頻率為4兆赫。
PIP電路和/或門陣列還可包括盡管數據受壓縮也能提高輔助數據清晰度的裝置。迄今已研究出一系列數據縮減和數據恢復方案，包括例如成對象素壓縮和抖顫調諧(dithering)及去抖顫調諧(dedithering)。此外還考慮涉及不同二進制位數的不同抖顫調諧序列和涉及不同二進制位數的不同成對象素壓縮。WSP μP340可以選取一系列特定數據縮減和恢復方案中的一個方案以便使各特定種類的圖象顯示格式所顯示的圖象達到最高的清晰度。
門陣列包括與各個行存儲器聯(lián)合工作的一些內插器，各個行存儲器則可以是FIFO 356和358。內插器和FIFO用以在必要時對主信號進行再取樣。一個附加的內插器可對輔助信號再取樣。門陣列中的時鐘脈沖和同步電路控制主信號和輔助信號兩者的數據管理過程，包括將它們組成具有Y_MX、U_MX和V_MX分量的單個輸出視頻信號。這些輸出分量由數-模轉換器360、362和364轉換成模擬形式。命名為Y、U和V的模擬形式的信號加到1fH-2fH轉換器40上以便轉換成非隔行掃描方式。Y、U和V信號還由編碼器227編碼成Y/C格式以形成在面板插孔處可獲取的寬格式比輸出信號Y_OUT_EXT/C_OUT-EXT。開關SW5給編碼器227從門陣列選擇同步信號C_SYNC-MN，或從PIP電路選擇同步信號C_SYNC-AUX。開關SW6從Y_M和C_SYNC_AUX二者之間選擇信號作為寬屏面板輸出端的同步信號。
圖12更詳細地示出了水平同步電路的各部分。相位比較器228是鎖相環(huán)的一部分，該鎖相環(huán)包括低通濾波器230、壓控振蕩器232、除法器234和電容器236。壓控振蕩器232響應陶瓷諧振器或類似物238而以32fH頻率運行。壓控振蕩器的輸出除以32以產生正確頻率的第二輸入信號給相位比較器228。除法器234的輸出為1fHREF定時信號。32fHREF和1fHREF定時信號由計數器400除16。將2fH輸出提供給脈沖寬度電路402。使用1fHREF信號的預置除法器400保證除法器操作與視頻信號輸入部分的鎖相環(huán)同步。脈沖寬度電路402確保2fH-REF信號有適當的脈沖寬度，以保證例如CA1391型的相位比較器404的正確操作，它構成包括低通濾波器406和2fH壓控振蕩器408的第二鎖相環(huán)的部分。壓控振蕩器408產生內部2fH定時信號，用以驅動逐行掃描顯示。相位比較器404的另一輸入信號為2fH回掃脈沖或與之相關的定時信號。包括相位比較器404的第二鎖相環(huán)用于確保每個2fH掃描周期在每個1fH的輸入信號周期內是對稱的。否則，顯示會呈現(xiàn)出光柵裂縫，例如，視頻行的一半被移到右邊而圖另一半移到左邊。
圖13更詳細地示出了偏轉電路50。電路500用以根據實現(xiàn)不同的顯示格式所需要的合乎要求的垂直過掃描量調節(jié)光柵的豎向尺寸。如示意圖所示，恒流源502提供恒量的電流IRAMP給垂直斜波電容器504充電。晶體管506與垂直斜波電容器并聯(lián)連接，根據垂直復位信號周期性地給該電容器放電。在不進行任何調節(jié)的情況下，電流IRAMP使光柵的垂直尺寸達到能達到的最大值。這可能相當于當一個擴展的4×3顯示格式比信號源充滿寬屏幕顯示器(如圖1a中所示)時所需要的垂直過掃描量。在光柵豎向尺寸要求較小的情況下，可調電流源508從IRAMP轉移其電流量可變化的電流IADJ，從而使垂直斜波電容器504以更慢的速度充電而且充電至較小峰值。可變電流源508響應豎向尺寸控制電路所產生的例如為模擬形式的豎向尺寸調節(jié)信號。豎向尺寸調節(jié)電路500與手動豎向尺寸調節(jié)電路510無關，后者可以是一個電位器或背面板調節(jié)鈕。在上述兩者中的任一種情況之下，垂直偏轉線圈512都接收適量的驅動電流。水平偏轉信號通過調相電路518、東-西枕形畸變校正電路514、2fH鎖相環(huán)520和水平輸出電路516提供。
圖14更詳細地示出了RGB接口電路60。最后要顯示的信號在1f-2f轉換器40的輸出與外RGB的輸入兩者之間選擇。這里所述的寬屏幕電視其外RGB的輸入假設為寬格式顯示比的逐行掃描源。來自視頻信號輸入部分20的外RGB信號和復合消隱信號輸入到RGB-YUV轉換器610中。外RGB信號的外2f復合同步信號被用來作為外同步信號分離器600的輸入。選擇垂直同步信號是由開關608來執(zhí)行。選擇水平同步信號是由開關604來執(zhí)行。選擇視頻信號是由開關606來執(zhí)行。各開關604、606和608響應WSP μP340所產生的內/外控制信號。內或外視頻源的選擇由使用者進行。但若使用者無意中選擇外RGB源，當未接有或未接通這種信號源時或如果外信號源失落時，則垂直光柵會消失，于是會給陰極射線管造成嚴重的損壞。因此外同步檢測器602檢測有否外同步信號存在。沒有這種信號時，就有一個開關拒絕控制信號傳送到各開關604、606和608上，以防在沒有信號時通過這些開關選擇外RGB源。RGB-YUV轉換器610還接收來自WSP μP340的色調和彩色控制信號。
本發(fā)明的寬屏幕電視可以不用2fH水平掃描而用1fH水平掃描加以實施，但在這里沒有示出1fH水平掃描的電路。1fH電路可能不需要1fH-2fH轉換器和RGB接口。因此沒有在2fH掃描頻率下顯示外部寬格式顯示比RGB信號的措施。寬屏處理器和1fH電路的畫中畫處理器極其相似。門陣列基本上相同，但沒有將全部輸入端和輸出端都用上。無論是以1fH掃描或以2fH掃描方式工作的電視，這里所述的各種提高清晰度的方案通常都適用。
圖4的方框圖更詳細地示出了的圖3中所示的寬屏處理器30的細節(jié)，它對1fH和2fH底盤來說都是相同的。Y_A、U_A和V_A信號為畫中畫處理器320的一個輸入，處理器320可以包括清晰度處理電路370。根據本發(fā)明這些方面的寬屏幕電視能將視頻加以擴展和壓縮。圖1中部分示出的復合式顯示格式所體現(xiàn)的特殊效果是由畫中畫處理器320產生的，該處理器能接收來自清晰度處理電路370的經清晰度處理的數據信號Y_RP、U_RP和V_RP。并不是任何時候都要使用清晰度處理，但在顯示格式已選好時就要使用。圖5更詳細地示出了畫中畫處理器320。畫中畫處理器的主要部件有模-數轉換部分322、輸入部分324、快速開關(FSW)和總線部分326、定時和控制部分328以及數-模轉換部分330。圖11中更詳細地示出了定時和控制部分328。
畫中畫處理器320可采用湯姆遜消費者電子設備公司研制的經改進的基本CPIP芯片的變型。該基本的CPIP芯片在可從Indiana Indianapolis的湯姆遜消費者電子設備公司購得的題為“CTC 140畫中畫(CPIP)技術培訓手冊”的出版物中有更完整描述。這種處理器可使其具有一系列特殊的特征或特殊的效果，下面舉幾個例子說明?；镜奶厥庑Ч侨鐖D1(c)中所示的那種在大圖象的一部分重疊有小圖象。大小圖象可從同一個視頻信號產生，從不同的視頻信號產生，而且還可以互換或更換的。一般說來，伴音信號總是切換成使其對應于大圖象。小圖象可移到屏幕上的任何位置或逐步轉入一系列預定位置的。焦距可變的特點使得可以將小圖象放大和縮小到例如任一預定的尺碼。有時，例如在圖1(d)所示的顯示格式中，大小圖象實際上是同一尺碼。
在單圖象顯示狀態(tài)下，例如在圖1(b)、1(e)或1(f)所示的顯示狀態(tài)下，使用者可以例如逐步從1.0∶1至5.0∶1的比值將單圖象的畫面按變焦方式放大。同時在變焦方式時，使用者可以搜索或掃調整個畫面，使屏面上的影象得以跨不同的圖象區(qū)移動。在兩者的情況下，無論是小圖象、大圖象或變焦圖象都可以以停幀的方式(靜止圖象格式)顯示。這種功能可以實現(xiàn)選通顯示格式，這時視頻信號中的最后九個幀可以在屏幕上反復顯示。幀的重復頻率可以從30幀/秒改變到0幀/秒。
本發(fā)明另一種設計的寬屏幕電視中所使用的畫中畫處理器與上述基本CPIP芯片的現(xiàn)行結構不同。若基本CPIP芯片與16×9屏幕的電視配用且不用視頻增速電路，則由于橫貫較寬的16×9屏幕掃描而致使實際水平向擴展達4/3倍，因而使插圖呈現(xiàn)出寬高比失真的現(xiàn)象。于是圖象中的實物可能會水平伸長。若采用外增速電路，則不會有寬高比失真，但圖象會占不滿整個屏幕。
現(xiàn)有的基于為常規(guī)電視機所用基本CPIP芯片的畫中畫處理器以具有某種不理想結果的特定方式運行。輸入視頻信號鎖定到主視頻信號源的水平同步信號的640fH時鐘進行取樣。換言之，存儲在和CPIP芯片相關的視頻RAM中的數據不是相對于輸入輔助視頻信號源正交地取樣的。這是對場同步基本CPIP方法的根本限制。輸入取樣頻率的非正交特征導致取樣數據的菱形誤差。該限制是為CPIP芯片所用視頻RAM的結果，該RAM必須使用相同的時鐘來寫和讀數據。當顯示來自視頻RAM例如視頻RAM 350的數據時，該菱形誤差如同沿圖象垂直邊界的隨機抖動，這些誤差通常認為是非常不適合的。
本發(fā)明與基本CPIP芯片不同的另一種設計的畫中畫處理器320適宜將視頻數據不對稱壓縮成多個顯示狀態(tài)中的一種狀態(tài)。在此工作狀態(tài)中，各圖象系在水平方向上按4∶1壓縮，在垂直方向上按3∶1壓縮。不對稱壓縮方式會產生寬高比失真的圖象存儲在視頻RAM中。圖象中各實物在水平方向受擠壓。但若該數據按正常方式，由寬屏幕電視(特別是16×9顯示格式比屏幕的寬屏幕電視)讀出供顯示，則圖象中的物體看起來正常。圖象充滿屏幕，且沒有圖象寬高比失真現(xiàn)象。按照本發(fā)明這方面的不對稱壓縮方式使得可以不用外增速電路而可以在16×9的屏幕上產生特殊的顯示格式。
圖11是畫中畫處理器(例如上述CPIP芯片經改進的一個品種)的定時和控制部分328的方框圖，該部分包括分樣電路328C，用以對多于可選顯示方式之一進行不對稱壓縮。剩余的顯示方式可提供不同尺寸的輔助圖象。每個水平和垂直分樣電路包含在WSP μP 340控制下根據數值表對壓縮因子編程的計數器。數值范圍可以是1∶1，2∶1，3∶1等等。根據該表設置方式，壓縮因子可以是對稱或不對稱的，壓縮比率的控制也可在WSP μP 340控制下由完全可編程的通用分樣電路實現(xiàn)。
在全屏幕PIP狀態(tài)下，畫中畫處理器與自激振蕩器348相結合，將從一個解碼器(例如自適應梳狀濾波器)取Y/C輸入，把信號解碼成Y、U、V彩色分量，并產生水平和垂直同步脈沖。這些信號在用于諸如變焦、停幀和頻道掃描等各種全屏幕顯示方式的畫中畫處理器中處理。例如，在頻道掃描顯示方式期間，由于被取樣的信號(不同頻道)會有不相關的同步脈沖且會不考慮各信號源之間的同步情況加以切換，因此從視頻信號輸入部分產生的水平和垂直同步脈沖會有許多不連續(xù)之處。因此取樣時鐘脈沖和讀/寫視頻RAM時鐘脈沖由自激振蕩器348確定。顯示方式為停幀和變焦方式時，取樣時鐘脈沖會鎖定到輸入視頻的水平同步脈沖上，在這些特殊情況下，這與顯示時鐘脈沖頻率相同。
再參看圖4，來自畫中畫處理器以模擬形式出現(xiàn)的Y、U、V和C_SYNC(復合同步)輸出可由編碼電路366再編碼成Y/C分量，編碼電路366系與3.58兆赫振蕩器380聯(lián)合工作的。該Y/C_PIP_ENC信號可接到Y/C開關(圖中未示出)，該開關使再編碼后的Y/C分量可以代替主信號的Y/C分量。從這時起，經PIP編碼的Y、U、V和同步信號成了底盤中其余部分的水平和垂直定時的基礎。這種工作方式適宜根據主信號通路中內插器和FIFO的工作情況實施PIP的變焦顯示方式。
再參看圖5，畫中畫處理器320包括模-數轉換部分322、輸入部分324、快速開關FSW和總線控制部分326、定時和控制部分328和數-模轉換部分330。通常，畫中畫處理器320將視頻信號數字化成亮度(Y)和色差信號(U，V)，將所得結果進行二次取樣并存儲在1兆位的視頻RAM 350中，如上面所述的那樣。與畫中畫處理器320相關的視頻RAM350其存儲容量為1兆位，其容量不足以存儲帶8個二進制位樣值的視頻數據的整個一場。增加存儲的容量必然花費大，而且需要更復雜的管理電路。減小輔助頻道中每單位樣值的位數意味著減少相對于主信號的量化清晰度或帶寬，該主信號始終是按8位樣值進行處理的。實際上的這種帶寬減小當輔助顯示圖象較小時通常是不成問題的，但若輔助顯示圖象較大時，例如與主顯示圖象一般大小時，就存在問題。清晰度處理電路370可有選擇地實施提高輔助視頻數據量化清晰度或有效帶寬的一種或多種方案。迄今已研究出一系列縮減數據和數據恢復的方案，包括例如成對象素壓縮和抖顫調諧及去抖顫調諧的方案。令去抖顫調諧電路在工作時配置在視頻RAM350下游處，例如在門陣列的輔助信號通路中，下面即將更詳細地介紹。此外還可以考慮涉及不同位數的不同抖顫調諧及去抖顫調諧序列和涉及不同位數的不同成對象素壓縮方案。為使各特種圖象顯示格式顯示出來的圖象達到最高的清晰度，可通過WSPμP從一系列減少和恢復數據的方案中選取一種方案。
亮度和色差信號按8.1∶1的六位Y、U、V方式存儲。就是說，把運行畫中畫處理器320從而將輸入來的視頻數據以鎖定到輸入輔助視頻同步信號的640fH時鐘頻率來取樣。在這種方式下，對視頻RAM中存儲的數據正交取樣。當將數據從畫中處理器視頻RAM 350讀出時，使用同樣與輸入的輔助視頻信號鎖定的640fH時鐘進行讀出。然而，即使該數據被正交取樣并存儲并能夠正交地讀出，但它由于主和輔視頻信號源的非對稱特性而不能直接從視頻RAM 350正交顯示。只有當主和輔視頻信號源是來自同一視頻源的顯示信號時，才可期望它們是同步的。
為了使輔助頻道(即從視頻RAM 350的輸出數據)與主頻道同步，需要進一步進行處理。再參看圖4，來自視頻RAM 4位輸出端口的8位數據塊是用兩個四位鎖存器352A和352B加以重新組合的。該四位鎖存器還使數據時鐘脈沖頻率從1280fH降到640fH。
通常，視頻顯示和偏轉系統(tǒng)與主視頻信號是同步的。如上所述，必須對主視頻信號加速以使其充滿寬屏顯示器。必須使輔助視頻信號與第一視頻信號和視頻顯示器垂直同步。輔助視頻信號可在場存儲器中延遲幾分之一個場周期，然后在行存儲器中加以擴展。輔助視頻數據與主視頻數據的同步化利用作為場存儲器的視頻RAM 350和用以擴展信號的先進先出(FIFO)行存儲器354來實現(xiàn)。FIFO 354的規(guī)格為2048×8。FIFO的規(guī)格與認為為避免讀/寫指針沖突所必須的行最小存儲容量有關。讀/寫指針發(fā)生沖突是在新數據有機會寫入FIFO之前從FIFO讀出舊數據時發(fā)生的。讀/寫指針發(fā)生沖突也會在舊數據有機會從FIFO讀出之前新數據改寫存儲器時發(fā)生的。
來自視頻RAM 350的8位DATA_PIP數據塊是以曾用來對視頻數據進行取樣的同一個畫中畫處理器的640f時鐘脈沖，(即鎖定到輔助信號而不是主信號上的640f時鐘脈沖)定入2048×8 FIFO 354中的。FIFO 354是用1024f的顯示時鐘脈沖讀取的，該時鐘脈沖系鎖定到主視頻頻道的水平同步分量上。由于采用具有獨立讀/寫端口時鐘脈沖的多行存儲器(FIFO)，因而啟動將曾以第一頻率正交取樣的數據以第二頻率正交顯示出來。但由于讀/寫時鐘脈沖具有非同步的性質，因而確實需要采取各種步驟來避免讀/寫指針發(fā)生沖突。
圖6以方框圖形式示出主信號通路304，輔助信號通路306和門陣列300的輸出信號通路312。門陣列也包含時鐘/同步電路320和WSP μP解碼器310。標識為WSP DATA的WSP μP解碼器310的數據和地址輸出線供給各主電路和上述通路以及畫中畫處理器320和清晰度處理電路370。將會理解，是否將確定的電路限定為門陣列的一部分大體上關系到有利于對本發(fā)明設計說明的便利。
門陣列是用以在必要時擴展、壓縮主視頻頻道的視頻數據并限制其畫幅，以便實現(xiàn)不同的圖象顯示格式。亮度分量Y_MN存儲在先進先出(FIFO)行存儲器356中，存儲時間的長短取決于亮度分量內插的性質。經組合的色度分量U/V-MN存儲在FIFO 358中。輔助信號亮度和色度分量Y_PIP、U_PIP和V_PIP由多路信號分離器355產生。亮度分量必要時在電路357中經過清晰度處理，然后必要時由內插器359加以擴展，產生作為輸出的信號Y_AUX。
在某些情況下，輔助顯示會與信號顯示一般大，如圖1(d)中的實例所示。與畫中畫處理器和視頻RAM 350相關的存儲器局限性會使充滿這種大型顯示區(qū)所需要的數據點或象素數量不足。在這種情況下，可以用清晰度處理電路357將象素還原到輔助視頻信號中以代替那些在數據壓縮或縮減過程中失去的象素。該清晰度處理可以對應于圖4所示的電路370所進行的清晰度處理。例如，電路370可以是抖顫調諧電路，電路357可以是去抖顫調諧電路。
以640fH頻率對輔助視頻輸入數據取樣并存儲在視頻RAM 350中。從視頻RAM 350讀出的輔助數據指定為VRAM_OUT。PIP電路301也具有以水平和垂直上相等的整數因子并非對稱的壓縮輔助圖象的能力。進一步參考圖10，輔助信道數據通過4位鎖存器352A和352B、輔助FIFO354、定時電路369和同步電路368被緩沖并同步到主信道數字視頻信號。由多路分離器355將VRAM_OUT數據分類為Y(亮度)、U、V(色彩分量)和FSW_DAT(快速開關數據)。FSW_DAT指出將哪一種場類型寫入視頻RAM。直接從PIP電路接收PIP_FSW信號并加到輸出控制電路321以判定在小圖象方式期間，從視頻RAM讀出的哪一場將被顯示。
輔助頻道以640fH的頻率取樣，主頻道則以1024fH的頻率取樣。輔助頻道FIFO 354將數據從輔助頻道取樣率轉換成主頻道時鐘頻率。在此過程中，視頻信號經過8/5(即1024/640)的壓縮。這比正確顯示輔助頻道信號所需的4/3壓縮還多。因此輔助頻道必須借助于內插器359加以擴展以便正確顯示4×3的小圖象。內插器359由內插器控制電路371控制，該電路本身響應WSP μP340。內插器所需的擴展量為5/6。擴展系數X按下式確定X＝(640/1024)＊(4/3)＝5/6色度分量U_PIP和V_PIP由電路367加以延遲，延遲時間的長短取決于亮度分量內插的性質，產生作為輸出的信號U_AUX和V_AUX。主信號和輔助信號的各個Y、U和V分量通過控制啟動FIFO 354、356和358讀出的啟動信號在輸出信號通路312的各多路調制器315、317和319中加以混合。多路調制器315、317和319響應輸出多路調制器控制電路321。輸出多路調制器控制電路321響應時鐘脈沖信號CLK、行啟動信號SOL、H_COUNT信號、垂直消隱復位信號和快速開關的來自畫中畫處理器和WSP μP 340的輸出。經多路調制的亮度和色度分量Y_MX、U_MX和V_MX分別加到相應的數-模轉換器360、362和364上。各數-模轉換器后面分別有低通濾波器361、363和365，如圖4中所示。畫中畫處理器、門陣列和數據減少電路的各種功能受WSP μP340的控制。WSP μP340借助于串行總線連接到TV μP216上，并響應TVμP216。串行總線可以是如圖所示的四線總線，即具有數據、時鐘脈沖信號、啟動信號和復位信號的線路。WSP μP340通過WSP μP解碼器310與門陣列的不同電路聯(lián)系。
有時為避免所顯示的圖象產生寬高比失真需要將4×3NTSC按4/3的壓縮系數進行壓縮。在其它情況下，為進行通常伴有垂直變焦的水平變焦，可以將視頻加以擴展。高達33%的水平變焦操作可通過將壓縮減少到4/3以下實現(xiàn)。取樣內插器用以對輸入的視頻重新計算至一個新象素的位置，因為亮度視頻帶寬(對S-VHS格式來說達到5.5兆赫)占奈奎斯特折疊頻率(Nyquist fold over frequency)(它對于1024f時鐘脈沖來說為8兆赫)的相當大的百分比。
如圖6所示，亮度數據Y_MN通過主信號通路304中的內插器337，內插器337則根據視頻的壓縮或擴展情況重新計算樣值。開關或路由選擇器323和331的作用是變換主信號通路304相對于FIFO 356和內插器337的相對位置的布局。特別是，這些開關選擇或者內插器337按壓縮的要求而處在FIFO 356之前，或者FIFO 356按擴展的要求在內插器337之前。開關323和331響應路由控制電路335，該電路本身則響應WSP μP340。應該記住，在小圖象方式期間輔助視頻信號是為了被存儲在視頻RAM 350中而加以壓縮的，只有在實用上才需要加以擴展。因此在輔助的信號通路中不需要予以類似的轉接。
圖9更詳細地示出信號通路。開關323由兩個多路傳輸器325和327實現(xiàn)。開關331由多路傳輸器333實現(xiàn)。這三個多路傳輸器響應路由控制電路335，該電路自身響應WSP μP340。水平定時/同步電路339產生控制FIFO以及鎖存器347和351以及多路傳輸器353的讀寫的定時信號。時鐘信號CLK和行信號的起始SOL由時鐘/同步電路320產生。模數轉換控制電路369響應Y_MIN、WSP μP 340和UV_MN的最有效位。
內插器控制電路349產生中間象素位置值(K)、內插器補償濾波加權(C)和亮度的時鐘選通信息CGY和彩色分量的CGUV。由時鐘選通信息暫停(分樣)或重復FIFO數據以使樣值在某些時鐘時不被寫入以執(zhí)行壓縮，或將某些樣值多次讀出以進行擴展。亮度FIFO的斜波讀出的平均斜率比相應輸入斜波要陡33%。而且，讀出斜波所需要的有效讀時間比寫入數據需要的時間減少33%。這構成4/3壓縮。內插器337的功能是重新計算亮度樣值。
可通過與壓縮正好相反的方式實現(xiàn)擴展。在壓縮時，寫啟動信號具有以禁止脈沖形式附著于其上的時鐘選通信息。為擴展數據，將時鐘選通信息加到讀啟動信號。當從FIFO 356讀出時便暫停了該數據。在這種情形下，內插器功能是在擴展后將FIFO 356鋸齒形的取樣數據重新計算為平滑的。在擴展時，從FIFO 356讀出和記入內插器337時必須暫停該數據。這不同于將數據連續(xù)通過內插器337記錄的壓縮場合。對壓縮和擴展兩種情形，可以同步方式容易地實現(xiàn)時鐘選通操作，即在1024fH系統(tǒng)時鐘上升沿進行上述操作。
對亮度內插，這種拓撲有許多優(yōu)點。時鐘選通操作，即數據分樣和數據重復，可以同步方式執(zhí)行。如果不是把可切換的視頻數據通路拓撲用于交換內插器和FIFO的位置，則讀或寫時鐘需要雙倍頻時鐘來暫?；蛑貜蛿祿?。術語雙倍頻時鐘是指在單個時鐘周期內須將兩個數據點寫入FIFO或在單個時鐘周期內從FIFO讀出兩個數據點。所產生的電路不能與系統(tǒng)時鐘同步運行，因為寫或讀時鐘頻率必須為系統(tǒng)時鐘頻率的兩倍。然而可切換拓撲只需一個內插器和一個FIFO來執(zhí)行壓縮和擴展。如果不使用本文所述的視頻開關設計，只能通過使用兩個FIFO來避免雙倍頻時鐘情形而完成壓縮和擴展。對擴展而言，需將一個FIFO置于內插器之前，而對壓縮，則需將之置于內插器之后。
有可能對兩個彩色分量信號R-Y和B-Y、或I和Q(這里總稱為U和V)重復上述亮度光柵映象系統(tǒng)。然而，由于彩色分量信號帶寬通常限制為500KHz、或對寬I和Q系統(tǒng)為1.5MHz，這對進行彩色內插來講過于復雜。一種更簡單的彩色分量光柵映象系統(tǒng)可與上述亮度光柵映象系統(tǒng)同時使用而仍獲得全彩色NTSC光柵映象功能度。在一共同未決的申請中更全面描述的一個比較設計方案中，除了用延時匹配電路代替內插器之外，UV信號通路類似于Y信號通路。延時電路具有與內插器正好相同數量的時鐘延時，并保持Y、U、V樣值對準。
按照這里結合圖15-18所描述的本發(fā)明設計方案，不需要延時匹配電路。而，以實現(xiàn)同樣結果的方法控制FIFO。圖15(a)和15(b)分別示出門陣列300中亮度和彩色分量信號部分的通路。圖15(a)表示相應于視頻壓縮的可選擇拓撲，其中內插器337在FIFO 356之前。彩色分量通路僅示出FIFO 358。
圖16(a)-16(l)示出視頻壓縮實例。對該實例來說，假定亮度和彩色分量在進行模-數轉換之前先正確地進行延時匹配，并且內插器具有5個時鐘周期的延時，雖然實際內插器已產生20個時鐘周期的延時并且亮度和色度在時間上未對準。模擬開關或信號分離器344的選擇行UV-MUX是系統(tǒng)時鐘除以2而得到的8MHz信號。參照圖16(a)，一時鐘寬的行起動SOL脈沖在各水平視頻行的起始點將UV-MUX信號同步地復位到0，如圖16(b)所示。UV_MUX行每時鐘周期通過水平行作狀態(tài)跳變。由于行長是偶數個時鐘周期，一旦啟動，UV_MUX的狀態(tài)將一直作0，1，0，1，…，跳變，而不中斷。模-數轉換器346和342輸出的數據流UV和Y被移位，因為模-數轉換器各具有一個時鐘周期的延時。為提供這種數據位移，來自內插器控制電路349(見圖9)的圖16(e)所示時鐘選通信息_CGY和圖16(f)所示時鐘選通信息必須作同樣的延時。在圖16(d)中所示出并存儲在FIFO 358中的UV數據UV_FIFO_IN導出圖16(c)所示Y數據Y_FIFO_IN，因為亮度數據通過內插器337而彩色分量不作插入處理。圖16(h)所示從UV FIFO 358讀出的數據UV FIFO相對于圖16(g)所示從Y FIFO 356讀出的數據Y FIFO延時4個時鐘周期以調整這種失配。在圖16(i)所示UV FIFO的讀啟動信號RD_EN_MN_UV的上升沿與圖16(i)所示Y FIFO讀啟動信號RD_EN_MN_Y的上升沿之間的四個時鐘周期的延時被指出。分別在圖16(k)和16(l)示出所得Y數據流和UV數據流。Y與UV的最差失配為1時鐘周期，這是可用更復雜系統(tǒng)獲得的同樣結果，比如在所述更復雜系統(tǒng)中FIFO與延時匹配電路之間的相對位置可以互換。
可以注意到即使該實例中內插器延時為5時鐘周期，UV FIFO 358的讀出延時4個時鐘周期。結果是延時UV FIFO讀出的時鐘周期數最好設定為不超過內插器延時的偶數值。以C計算機語言表示，若將延時命名為DLY_RD_UV，則DLY_RD_UV＝(int)((int)INTERP_DLY÷2)＊2，其中INTERP_DLY是內插器中延時的時鐘周期數。
事實上，內插器可以具有20時鐘周期的延時(INTERP_DLY＝20)，并且亮度和色度(彩色分量)不匹配。存在許多亮度色度信號在時間上變得彼此偏離的可能性。通常，由于色度解調，彩色分量信號滯后于亮度信號。這種光柵映象系統(tǒng)利用內插器延時的優(yōu)點以克服可能的Y/UV失配。在視頻壓縮的情況下，讀UV FIFO 358時可將DLY_RD_UV設置為從0到31時鐘周期的延時。由于亮度內插器337本身具有20時鐘周期的延時，且每時鐘周期約為62ns長，所描述的光柵映象系統(tǒng)能夠作高達1.24μS(62ns×20)的相對于亮度信號的彩色分量延時方面的校正。而且，光柵映象系統(tǒng)可作高達682ns(62ns×[31-20])的相對于彩色分量信號的亮度延時方面的校正。這為與外部模擬視頻電路連接提供極其高程序的靈活性。
正如對視頻壓縮而言在亮度信道中內插器可引入不同的延時一樣，對視頻擴展來講這樣做可以有同樣的結果。圖17(a)和17(b)分別示出門陣列300中亮度和彩色分量信號通路部分。圖17(a)表示相應于視頻擴展的可選拓撲，其中內插器337在FIFO356之后。包括FIFO358的UV通路保持不變。在圖18(a)-18(l)所示的視頻擴展實例中，假定內插器具有5時鐘周期的延時。分別在圖18(a)至18(d)中示出行起動SOL信號、UV_MUX信號、至FIFO 356的亮度數據流輸入Y_IN以及至FIFO 358的彩色分量數據流輸入UV_IN。為正確地對Y數據和UV數據進行時間校準，可將Y FIFO 356的寫延時為(DLY_WR_Y)或將UV FIFO 358的讀延時為(DLY_RD_UV)。延時讀UV FIFO在這種情況下是可獲得的因為UV FIFO 358不需要內插器系數K和C。在視頻壓縮方式下，寫不能進行延時，因為這會使系數(K、C)相對于時鐘選通信息失調并使插入的亮度部分惡化。在圖18(f)所示UVFIFO的寫啟動信號WR_EN_MN_UV的上升沿與圖18(g)所示Y FIFO的寫啟動信號WR_EN_MN_Y的上升沿之間指出了為DLY_WR_Y設置的校正，DLY_WR_Y將Y FIFO的寫延時4時鐘周期。在圖18(i)和18(j)中分別示出了時鐘選通信號_CG和Y_FIFO輸出信號。通過分別在圖18(k)和18(l)中示出的Y_OUT和UV_OUT數據流的相對位置示出了所得Y、UV時間校準。
光柵映象系統(tǒng)補償外部亮度-色度失配的可能性對視頻擴展而言與對視頻壓縮而言是一樣大的。這是光柵映象系統(tǒng)非常重要的功能，因為它省去了在亮度信道輸入端對各種延時線路的需要，從而實現(xiàn)亮度-色度匹配。
輔助信號的內插過程是在輔助信號通路306中進行的。PIP電路301控制6位Y、U、V 8∶1∶1的存儲器、視頻RAM 350，以便存儲輸入的視頻數據。視頻RAM 350將視頻數據的兩場存儲在多個存儲單元中。各存儲單元存儲8位數據。各8位存儲單元中有一個6位Y(亮度)樣值(以640fH取樣)和2個其它的二進制位。這兩個其它的二進制位用以存儲快速轉換數據(FSW_DAT)或一個U或V樣值(以80fH取樣)中的某個部分。FSW_DAT數據值表明寫入視頻RAM中的是哪種類型的場。由于數據的兩場存儲在視頻RAM 350中，且在顯示時間期間讀取整個視頻RAM350，因而兩場是在顯示掃描過程中讀取的。PIP電路301將確定要從存儲器中讀出哪一場以通過使用快速轉換數據加以顯示。PIP電路總是讀取為解決動作受破壞問題而寫入的類型相反的場。若正在讀取的場的類型與正在顯示的場類型相反，則通過從存儲器中讀出場時刪除場的頂行從而將存儲在視頻RAM中的偶數場倒過來。結果是小圖象保持正確的隔行掃描情況同時沒有動作受破壞的現(xiàn)象存在。
時鐘脈沖/同步電路320產生為操縱FIFO 354、356和358所需要的讀、寫和啟動信號。啟動主頻道和輔助頻道的FIFO，以便將數據寫入存儲器，為的是存儲供以后的顯示所需要的各視頻行的那些部分。被寫的數據是按需要而來自主頻道或輔助頻道中(而不是從兩個頻道中)，以便將來自同一視頻行或各顯示行上各信號源的數據組合起來。輔助頻道的FIFO 354是用輔助視頻信號同步寫入的，但是用主視頻信號從存儲器中同步讀出的。各主視頻信號分量是用主視頻信號同步寫入FIFO 356和358中，而用主視頻信號從存儲器中同步讀出的。讀取功能在主頻道與輔助頻道之間來回轉換的頻度是選取的某特定效果的函數。
產生諸如畫幅受限制的并排圖象之類的各種特殊效果是通過操縱行存儲器FIFO的讀/寫啟動控制信號進行的。圖7和8示出了這種顯示格式的過程。在畫幅受限制的并排顯示圖象的情況下，輔助頻道的2048×8 FIFO 354的寫啟動控制信號(WR_EN_AX)在顯示有效行周期(后增速)的(1/2)＊(5/12)＝5/12或大約41%、或輔助頻道有效行周期(預增速)的67%內起作用，如圖7所示。這相當于大約33%的象幅限制(約為67%有效圖象)和信號內插擴展5/6。在主視頻頻道中(示于圖8的上部分)910×8 FIFO 356和358的寫啟動控制信號(WR_EN_MN_Y)在顯示有效行周期的67%[(1/2)＊(4/3)＝0.67〕內起作用。這相當于大約33%的畫幅限制且由910×8 FIFO在主頻道視頻上實現(xiàn)了4/3的壓縮比。
在各FIFO中，視頻數據是經過緩沖以便在特定的時間及時讀出。數據可從各FIFO讀出的有效時域取決于所選取的顯示格式。在所示的并排畫幅限制方式的實例中，主頻道視頻顯示處在顯示器的左半部，輔助頻道視頻顯示處在顯示器右半部。如圖所示，主頻道和輔助頻道波形的任意視頻部分不相同。主頻道910×8 FIFO的讀啟動控制信號(RD_EN_MN)在顯示的顯示有效行周期的50%內起作用，以有效視頻的開始起頭，緊接著是視頻后肩(videobackporch)。輔助頻道讀啟動控制信號(RD_EN_AX)在顯示有效行周期的另外50%內起作用，以RD_EN_MN信號的下降邊緣開始，以主頻道視頻前肩(video frontporch)的開始結束。應該指出，寫啟動控制信號與它們各自的FIFO輸入數據(主或輔助)同步，讀啟動控制信號則與主頻道視頻同步。
圖1(d)所示的顯示格式是我們所特別希望的，因為它可以使兩個幾乎是全場的圖象以并排方式顯示。這種顯示對寬顯示格式比的顯示例如16×9特別有效、特別合適。大多數NTSC制信號都以4×3的格式表示。這當然相當于12×9。兩個4×3顯示格式比的NTSC制圖象可通過或將圖象的畫幅限制33%、或將圖象擠壓33%(同時引入寬高比失真)而顯示在同一16×9顯示格式比顯示器上。視乎使用者的愛好而定，圖象畫幅限制相對寬高比失真的比例可以設定在0%與33%這兩個極限值之間。例如，兩個并排的圖象可以以16.7%受擠壓和16.7%的畫幅限制的形式顯示。
16×9顯示格式比顯示的水平顯示時間與4×3顯示格式比顯示的一樣，因為兩者的標稱行長都是62.5微秒。因此要使NTSC制視頻信號保持正確的寬高比并且沒有失真，就必須采用一個等于4/3的增速系數。這個4/3的系數是作為兩種顯示格式的比值計算出來的4/3＝(16/9)/(4/3)按照本發(fā)明的各個方面，采用了可調節(jié)的內插器來增速視頻信號。過去，曾使用過輸入端和輸出端的時鐘脈頻率不同的FIFO來履行同樣的功能。相比之下，如果在單個4×3顯示格式比的顯示器上顯示兩個NTSC制4×3顯示格式比的信號，各圖象必然失真或畫幅受到限制或兩者兼?zhèn)?，其量達50%。與寬屏幕所需用的類似的增速并不是必須的。
權利要求
1.一種電路，其特征在于包含包括第一行存儲器、用于壓縮和擴展視頻亮度數據的裝置，視頻色度數據的第二行存儲器，用于產生寫數據到所述行存儲器和從所述行存儲器讀數據的相應定時信號的控制裝置，以及具有視頻壓縮和擴展工作方式、其中在所述壓縮方式期間所述第二行存儲器的讀相對于所述第二行存儲器的寫延時而在所述擴展方式期間所述第一行存儲器的寫相對于所述第二行存儲器的寫延時或所述第二行存儲器的讀相對于所述第二行存儲器的寫延時的所述控制裝置的定時延時電路。
2.如權利要求1所述電路，其特征在于還包含用于在可選數值范圍內控制所述定時延時時間的裝置。
3.如權利要求1所述電路，其特征在于所述行存儲器是具有獨立啟動的寫和讀端口的先進先出裝置。
全文摘要
在包括第一行存儲器的第一信號通路中可選擇地壓縮和擴展視頻信號的視頻亮度數據。并行信號通路中的第二行存儲器處理視頻信號的視頻色度數據?？刂齐娐樊a生用于將數據寫入行存儲器和從行存儲器讀出數據的相應定時信號?？刂蒲b置的定時延時電路具有視頻壓縮和擴展工作方式。在壓縮方式期間第二行存儲器的讀相對于第二行存儲器的寫延遲。在所述擴展方式期間第一行存儲器的寫相對于第二行存儲器的寫延時或第二行存儲器的讀相對于第二行存儲器的寫延時。
文檔編號H04N7/00GK1057150SQ91103728
公開日1991年12月18日 申請日期1991年5月31日 優(yōu)先權日1990年6月1日
發(fā)明者納撒尼爾·H·埃爾索茲, 蒂莫菲·W·薩赫爾, 詹姆斯·H·多蒂, 格雷格·A·克拉納韋特 申請人:湯姆森消費電子有限公司