DE69125936T2

DE69125936T2 - Luminanzverarbeitungssystem

Info

Publication number: DE69125936T2
Application number: DE69125936T
Authority: DE
Inventors: Nathaniel Haluk Brownsburg In 46112 Ersoz; Karl Francis Indianapolis In 46201 Horlander; Timothy William Indianapolis In 46260 Saeger
Original assignee: Thomson Consumer Electronics Inc
Current assignee: Technicolor USA Inc
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-30
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2011-05-31
Also published as: PT97816B; US5285282A; DE4191166T; CN1057148A; MY115270A; WO1991019397A1; EP0532665B1; ES2134196T3; MY105289A; CA2082260A1; AU8084591A; JP3310667B2; PT97818B; EP0532653A4; KR100195360B1; PT97814B; JPH05507824A; CN1034460C; CN1057560A; PL167644B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Fernsehgeräten, beispielsweise auf solche Fernsehgeräte, die einen Schirm mit Breitformat-Bildseitenverhältnis haben, die Video-Daten interpolieren müssen, um verschiedene Anzeigeformate ausführen zu können. Die meisten Fernsehgeräte haben heute ein Bildseitenverhältnis, dessen horizontale Breite zur vertikalen Höhe 4:3 beträgt. Ein Breitformat-Bildseitenverhältnis entspricht mehr dem Bildseitenverhältnis von Kinofilmen, z.B. 16:9. Die Erfindung ist sowohl bei Direktbetrachtungs-Fernsehempfängern als auch bei Projektions-Fernsehempfängern anwendbar.
Fernsehgeräte mit einem Bildseitenverhältnis von 4:3 oft auch als 4 × 3 bezeichnet, sind hinsichtlich der Möglichkeiten begrenzt, einzelne und mehrfache Videosignalquellen anzuzeigen. Die Fernsehsignal-Übertragungen von kommerziellen Sendern werden mit Ausnahme von experimentellem Material mit einem 4 × 3 Bildseitenverhältnis ausgestrahlt. Viele Betrachter finden das 4 × 3 Bildseitenverhältnis weniger ansprechend als das bei den Kinofilmen vorhandene Breitformat-Bildseitenverhältnis. Fernsehgeräte mit einem Breitformat-Bildseitenverhältnis liefern nicht nur eine ansprechendere Anzeige, sondern sind auch in der Lage, Signalquellen mit einem Breitformat-Bildseitenverhältnis in einem entsprechenden Breitformat-Bildseitenverhältnis anzuzeigen. Kinofilme sehen wie Kinofilme aus und sind keine abgeschnittenen oder verzerrten Versionen davon. Die Videoquelle braucht nicht abgeschnitten zu werden, weder wenn sie vom Film in Video umgewandelt wird, beispielsweise mit einem Filmabtaster, noch durch Prozessoren in dem Fernsehgerät.
Fernsehgeräte mit einem Breitformat-Bildseitenverhältnis sind auch für eine breite Vielzahl von Anzeigen von konventionellen und Breitformat-Anzeigesignalen geeignet wie auch von Kombinationen davon in Mehrfach-Bildanzeigen. Die Verwendung eines Schirms mit Breitformat-Bildseitenverhältnis bringt jedoch zahlreiche Probleme. Die Änderung des Bildseitenverhältnisses von Mehrfach-Signalquellen, die Erzeugung von widerspruchsfreien Zeitsteuersignalen von asynchronen aber gleichzeitig angezeigten Quellen, das Schalten zwischen Mehrfach-Quellen zur Erzeugung von Mehrfach-Bildanzeigen, und die Erzeugung von Bildern mit hoher Auflösung aus komprimierten Datensignalen sind allgemeine Kategorien solcher Probleme. Diese Probleme werden in einem Breitschirm-Fernsehgerät gemäß der Erfindung gelöst. Ein Breitschirm-Fernsehgerät gemäß den verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen ist in der Lage, Einzel- und Mehrfach-Bildanzeigen mit hoher Auflösung aus einzelnen und mehrfachen Quellen mit gleichen oder unterschiedlichen Bildseitenverhältnissen und mit auswahlbaren Bildseitenverhältnissen zu liefern.
Fernsehgeräte mit einem Breitformat-Bildseitenverhältnis können in Fernsehsystemen ausgeführt werden, die Videosignale sowohl mit Basis- oder Norm-Horizontal-Abtastraten und Vielfachen davon anzeigen wie auch durch Zeilensprung- und Nicht-Zeilensprung-Abtastung. NTSC-Norm-Videosignale werden beispielsweise durch Verschachteln der aufeinanderfolgenden Halbbilder jedes Video-Vollbildes angezeigt, wobei jedes Halbbild durch eine Raster-Abtastoperation mit einer Basis- oder Norm-Horizontal-Abtastrate von etwa 15734 Hz erzeugt wird. Die Basis-Abtastrate für Videosignale wird auch als fH, 1fH und 1H bezeichnet. Die tatsächliche Frequenz eines 1fH-Signals ändert sich bei unterschiedlichen Video-Normen. Bei Bestrebungen zur Verbesserung der Bildqualität von Fernsehgeräten sind Systeme zur progressiven Anzeige von Videosignalen in einer nicht verschachtelten Art entwickelt worden. Die progressive Abtastung erfordert, daß jedes angezeigte Vollbild in derselben Zeitperiode abgetastet werden muß, die der Abtastung von einem oder zwei Halbbildern des Zeilensprung-Formats zugeordnet ist. Flimmerfreie AA-BB-Anzeigen erfordern, daß jedes Halbbild nacheinander zweimal abgetastet wird. In jedem Fall muß die Horizontal-Abtastfrequenz zweimal so groß wie die Norm-Horizontalfrequenz sein. Die Abtastrate für solche progressiv abgetasteten oder flimmerfreien Anzeigen wird auch als 2fH und 2H bezeichnet. Eine 2fH-Abtastfrequenz gemäß der Norm in den Vereinigten Staaten ist beispielsweise etwa 31468 Hz.
Eine beträchtliche Signalverarbeitung des Haupt-Videosignals ist erforderlich, um viele Anzeigeformate auszuführen, die insbesondere für ein Breitschirm-Fernsehgerät geeignet ist. Die Videodaten müssen je nach dem gewünschten Format wahlweise komprimiert und expandiert werden. In einem Fall beispielsweise ist es erforderlich, daß 4 × 3 NTSC-Videosignal mit einem Faktor von 4/3 oder 4:3 zu komprimieren, um eine Verzerrung des Bildseitenverhältnisses bei dem angezeigten Bild zu vermeiden. In dem anderen Fall beispielsweise kann das Videosignal expandiert werden, um horizontale Zoom-Operationen auszuführen, die üblicherweise von vertikalem Zoom begleitet sind. Horizontale Zoom-Operationen bis hinauf zu 33% können durch Ausführung von Kompressionen von weniger als 4/3, z.B. 5/4 erreicht werden. Es wird ein Abtast-Interpolator verwendet, um das ankommende Videosignal für eine neue Pixelposition neu zu berechnen, da die Luminanz- Videosignal-Bandbreite, bis hinauf zu 5,5 MHz für das S-VHS- Format, einen großen Prozentsatz der Nyquist- oder Geisterbildfrequenz besetzt, die für einen 1024 fH-Systemtakt 8 MHz beträgt.
EP-A-0 162 501 beschreibt ein Videosignal-Verarbeitungssystem, das Vertikal- und Horizontal-Interpolatoren und einen Halbbildspeicher enthält. Die Position jeder Komponente in der Signalverarbeitungskette kann in Abhängigkeit davon neu gestaltet werden, ob das durch das Eingangs-Viesosignal dargestellte Fernsehbild gequetscht oder gezoomt werden soll. Das Dokument beschreibt nicht die Erzeugung von Lese- und Schreibadressen des Halbbildspeichers.
Die Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Ansprüchen ausgeführt.
Die Luminanzdaten für das Hauptsignal werden entlang eines Hauptsignalweges geleitet, der einen FIFO-Zeilenspeicher zum Komprimieren (Pausieren) und Expandieren (Wiederholen) der Daten und einen Interpolator zur Neuberechnung von Abtastwerten enthält, um die Daten zu glätten. Die relativen Positionen des FIFO und des Interpolators sind jedoch für die Kompression anders als für die Expansion. Gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung kehren Schalter oder Wegwähler die Topologie des Hauptsignalweges in bezug auf die relativen Positionen des FIFO und des Interpolators um, wodurch die Notwendigkeit für zwei Hauptsignalwege vermieden wird, die zwei FIFOs und zwei Interpolatoren benötigen. Insbesondere währen diese Schalter aus, ob der Interpolator dem FIFO vorangeht, was für die Kompression erforderlich ist oder ob der FIFO dem Interpolator vorangeht, was für die Expansion erforderlich ist. Die Schalter können auf eine Wege-Steuerschaltung ansprechen, die selbst auf einen Mikroprozessor anspricht.
Eine Interpolator-Steuerschaltung erzeugt Pixelpositionswerte, eine Interpolator-Kompensations-Filterwichtung und eine Takt-Tastinformation für die Luminanzdaten. Es ist die Takt-Tastinformation, die die FIFO-Daten unterbricht (dezimiert) oder wiederholt, um zuzulassen, daß Abtastungen bei einigen Takten nicht geschrieben werden, um eine Kompression zu bewirken oder daß einige Abtastungen mehrmals für die Expansion gelesen werden. Um eine 4/3-Kompression zu verarbeiten, worin 4/3 beispielsweise das Verhältnis der Zahl von Eingangsabtastungen zur Zahl der Ausgangsabtastungen darstellt, kann jede vierte Abtastung daran gehindert werden, in den FIFO eingeschrieben zu werden. Die Durchschnittsneigung eines aus dem Luminanz-FIFO ausgelesehen Rampensignals ist 33% steiler als das entsprechende Eingangs-Rampensignal. Es sei bemerkt, daß 33% weniger aktive Lesezeit erforderlich ist, um das Rampensignal auszulesen als zum Einschreiben der Daten erforderlich war. Dies stellt die 4/3- Kompression dar. Der Interpolator hat die Funktion, die in den FIFO eingeschriebenen Luminanz-Abtastungen neu zu berechnen, so daß die aus dem FIFO ausgelesenen Daten glatt und nicht zackenförmig sind.
Expansionen können in genau der entgegengesetzten Weise wie Kompressionen durchgeführt werden. Im Fall von Kompressionen ist dem Schreib-Auslösesignal eine Takt-Tastinformation in Form von Sperrimpulsen zum Schreiben in den Ausgangs-FIFO zugeordnet. Für die expandierenden Daten wird die Takt-Tastinformation dem Lese- Auslösesignal zugeführt. Dies unterbricht die Daten, da diese aus dem FIFO ausgelesen werden. Die Durchschnittsneigung eines ausgelesenen Rampensignals des Luminanz-FIFO ist 33% flacher als die entsprechende Eingangs-Rampe für eine 3/4-Expansion oder Zoom. In diesem Fall ist es die Funktion des Interpolators, der dem FIFO nachgeschaltet ist, die abgetasteten Daten nach der Expansion von zackenförmig auf glatt neu zu berechnen. Im Expansionsfall müssen die Daten pausieren, wenn aus dem FIFO ausgelesen wird und wenn in den Interpolator getaktet wird. Dies ist anders als beim Kompressionsfall, wo die Daten kontinuierlich durch den Interpolator getaktet werden. Für beide Fälle der Kompression und Expansion können die Takt-Tastoperationen ohne Schwierigkeiten synchron ausgeführt Werden, d.h. es können Ereignisse auftreten, die auf den ansteigenden Flanken des 1024 fH-Systemtakts beruhen.
Es gibt eine Reihe von Vorteilen in dieser Topologie für die Luminanz-Interpolation. Die Takt-Tastoperationen, nämlich die Datendezimierung und die Datenwiederholung, können in synchroner Weise durchgeführt werden. Wenn eine schaltbare Videodaten-Weg- Topologie nicht benutzt würde, um die Positionen des Interpolators und des FIFO auszuwechseln, müßten die Lese- oder Schreibtakte doppelt getaktet werden, damit die Daten pausieren oder wiederholt werden. Der Begriff "doppelt getaktet" bedeutet, daß zwei Datenpunkte in einem einzelnen Taktzyklus in den FIFO eingeschrieben oder während eines einzelnen Taktzyklus aus dem FIFO ausgelesen werden müssen. Die resultierende Schaltung kann nicht so ausgeführt werden, daß sie synchron mit dem Systemtakt arbeitet, da die Schreib- oder Lese-Taktfrequenz doppelt so hoch sein muß wie die System-Taktfrequenz. Ferner erfordert die schaltbare Topologie nur einen Interpolator und einen FIFO, um sowohl Kompressionen als auch Expansionen durchzuführen. Wenn die beschriebene Video-Weg-Schaltanordnung nicht benutzt würde, kann die doppelte Taktsituation nur vermieden werden, wenn zwei FIFOs verwendet werden, um sowohl die Kompression als auch die Expansion durchzuführen. Ein FIFO für Expansionen würde vor dem Interpolator und ein FIFO für Kompressionen würde hinter dem Interpolator angeordnet werden müssen.
Eine Schaltung zum Komprimieren und Expandieren von Videodaten gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung umfaßt einen FIFO- Zeilenspeicher und einen Interpolator. Eine Taktschaltung erzeugt Steuersignale zum Schreiben von Daten in den Zeilenspeicher und zum Lesen von Daten aus dem Zeilenspeicher, um die Daten zu komprimieren und zu expandieren. Der Interpolator glättet die in dem FIFO-Zeilenspeicher komprimierten oder expandierten Daten. Ein Schalt-Netzwerk errichtet selektiv einen ersten Signalweg, in dem der Zeilenspeicher dem Interpolator vorhergeht, um die Daten-Expansion durchzuführen, und einen zweiten Signalweg, in dem der Interpolator dem Zeilenspeicher vorhergeht, um die Daten-Kompression durchzuführen. Das Schaltnetzwerk wird gemäß dem gewählten Anzeigeformat gesteuert, das Kompression oder Expansion erfordert, beispielsweise durch einen Mikroprozessor.
Fig. 1(a) bis 1(i) sind nützlich zur Erläuterung verschiedener Anzeigeformate eines Breit-Bildschirm-Fernsehgerätes.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Breit-Bildschirm- Fernsehgerätes gemäß Aspekten dieser Erfindung, das für den Betrieb mit einer 2fH-Horizontal-Abtastung angepaßt ist.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des Breit-Bildschirm- Prozessors von Fig. 2.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das weitere Einzelheiten des Breit-Bildschirm-Prozessors von Fig. 3 zeigt.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild des in Fig. 4 dargestellten Bild-in-Bild-Prozessors.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 4 dargestellten Gate-Anordnung und veranschaulicht die Haupt-, Hilfs- und Ausgangs-Signalwege.
Fig. 7 und 8 sind Zeitsteuer-Diagramme, die nützlich zur Erläuterung der Erzeugung des in Fig. 1(d) gezeigten Anzeigeformats sind, wobei voll abgeschnittene Signale verwendet werden.
fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das den Haupt-Signalweg von Fig. 6 in größeren Einzelheiten zeigt.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das den Hilfs- Signalweg von Fig. 6 in größeren Einzelheiten zeigt.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Takt- und Steuerabschnitts in dem Bild-in-Bild-Prozessor von Fig. 5.
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Erzeugung des internen 2fH-Signals in der 1fH-zur 2fH-Umwandlung.
Fig. 13 ist eine zum Teil als Blockschaltbild ausgeführte Schaltung für die in Fig. 2 dargestellte Ablenkschaltung.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 2 dargestellten RGB-Schnittstelle.
Fig. 15 veranschaulicht Wellenformen, die nützlich für die Erzeugung der Video-Kompression sind.
Fig. 16 veranschaulicht Wellenformen, die nützlich für die Erzeugung der Video-Expansion sind.
Die verschiedenen Teile von Fig. 1 veranschaulichen einige aber nicht alle verschiedenen Kombinationen von einzelnen und mehrfachen Bildanzeige-Formaten, die bei den verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen ausgeführt werden können. Die zur Veranschaulichung ausgewählten sollen die Beschreibung bestimmter Schaltungen erleichtern, die Breit-Bildschirm-Fernsehgeräte gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen umfassen. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung und der Erläuterung wird allgemein davon ausgegangen, daß eine Videoquelle oder ein Signal ein Bildseitenverhältnis mit Breite zu Höhe von 4 × 3 hat, während ein Breit-Bildschirm-Bildseitenverhältnis für eine Videoquelle oder ein Signal ein Bildseitenverhältnis mit Breite zu Höhe von 16 × 9 hat. Die erfindungsgemäßen Anordnungen sind nicht durch diese Definitionen beschränkt.
Fig. 1(a) zeigt ein Fernsehgerät für direkte Betrachtung oder ein Projektionsgerät mit einem üblichen Bildseitenverhältnis von 4 × 3. Wenn ein Bild mit einem Seitenverhältnis von 16 × 9 als Signal mit einem Seitenverhältnis von 4 × 3 übertragen wird, erscheinen oben und unten schwarze Balken. Dies wird allgemein als Letterbox-Format bezeichnet. In diesem Fall ist das betrachtete Bild ziemlich schmal in bezug auf die gesamt verfügbare Anzeigefläche. Alternativ wird die Quelle mit dem Bildseitenverhältnis 16 × 9 vor der Aussendung umgewandelt, so daß sie die vertikale Ausdehnung einer Betrachtungsfläche mit einem Seitenverhältnis von 4 × 3 ausfüllt. Es wird jedoch viel Information an der linken und/oder rechten Seite abgeschnitten. Als weitere Alternative kann das Letterbox-Bild vertikal aber nicht horizontal expandiert werden, wodurch das resultierende Bild eine Verzerrung durch vertikale Ausdehnung zeigt. Keine der drei Alternativen findet einen besonderen Anklang.
Fig. 1(b) zeigt einen 16 × 9-Schirm. Eine Videoquelle mit 16 × 9-Bildseitenverhältnis würde voll ohne Abschneiden und ohne Verzerrung angezeigt. Ein Letterbox-Bild mit einem 16 × 9-Bildseitenverhältnis, das selbst in einem Signal mit einem 4 × 3- Bildseitenverhältnis ist, kann progressiv durch Zeilenverdoppelung oder Zeilenhinzufügung abgetastet werden, um so eine größere Anzeige mit ausreichender vertikaler Auflösung vorzusehen. Ein Breit-Bildschirm-Fernsehgerät gemäß dieser Erfindung kann ein solches Signal mit einem 16 × 9-Bildseitenverhältnis anzeigen, ob es die Hauptquelle, die Hilfsquelle oder eine externe RGB-Quelle ist.
Fig. 1(c) veranschaulicht ein Hauptsignal mit 16 × 9-Bildseitenverhältnis, bei dem ein Einfügungsbild mit einem 4 × 3- Bildseitenverhältnis angezeigt wird. Wenn sowohl die Haupt- als auch die Hilfs-Videosignale Quellen mit 16 × 9-Bildseitenverhältnis sind, kann das Einfügungsbild auch ein 16 × 9-Bildseitenverhältnis haben. Das Einfügungsbild kann an vielen unterschiedlichen Positionen angezeigt werden.
Fig. 1(d) veranschaulicht ein Bildseitenverhältnis, bei dem Haupt- und Hilfs-Videosignale mit derselben Bildgröße angezeigt werden. Jeder Anzeigebereich hat ein Bildseitenverhältnis von 8 × 9, was natürlich unterschiedlich sowohl von 16 × 9 als auch von 4 × 3 ist. Um in einem solchen Anzeigebereich eine Quelle mit einem 4 × 3-Bildseitenverhältnis ohne horizontale oder vertikale Verzerrung zu zeigen, muß das Signal an der linken und rechten Seite abgeschnitten werden. Es kann mehr von dem Bild mit weniger Abschneiden gezeigt werden, wenn eine gewisse Verzerrung des Bildseitenverhältnisses durch horizontales Quetschen des Bildes toleriert wird. Horizontales Quetschen führt zu einer vertikalen Dehnung von Objekten in dem Bild. Ein Breit-Bildschirm-Fernsehgerät gemäß dieser Erfindung kann eine Mischung von Abschneiden und Verzerrung des Bildseitenverhältnisses von maximalem Abschneiden mit keiner Verzerrung des Bildseitenverhältnisses bis zu keinem Abschneiden mit maximaler Verzerrung des Bildseitenverhältnisses vorsehen.
Daten-Abtastbegrenzungen in dem Hilfs-Videosignal-Verarbeitungsweg komplizieren die Erzeugung eines Bildes mit hoher Auflösung, das eine Größe hat, die gleich groß wie die Anzeige von dem Haupt-Videosignal ist. Es können verschiedene Verfahren entwickelt werden, um diese Komplikationen zu überwinden.
Fig. 1(e) ist ein Bildseitenverhältnis, bei dem ein Bild mit einem Format von 4 × 3 in der Mitte eines Anzeigeschirms mit einem 16 × 9-Bildseitenverhältnis angezeigt wird. Dunkle Balken sind an der linken und rechten Seite ersichtlich.
Fig. 1(f) veranschaulicht ein Bildseitenverhältnis, bei dem ein großes Bild mit einem 4 × 3-Bildseitenverhältnis und drei kleinere Bilder mit 4 × 3-Bildseitenverhältnis gleichzeitig angezeigt werden. Ein kleineres Bild außerhalb des Umfangs des großen Bildes wird auch als POP bezeichnet, d.h. ein Bild-außerhalb-des-Bildes, gegenüber einem PIP, ein Bild-in-Bild. Die Begriffe PIP oder Bild-in-Bild werden hier für beide Anzeigeformate verwendet. In den Fällen, in denen das Breit-Bildschirm- Fernsehgerät mit zwei Tunern versehen ist, entweder beide intern oder einer intern und einer extern, beispielsweise in einem Video-Kassettenrecorder, können zwei der angezeigten Bilder Bewegung in der Echtzeit gemäß der Quelle anzeigen. Die verbleibenden Bilder können in Standbild-Format angezeigt werden. Es sei hervorgehoben, daß die Hinzufügung von weiteren Tunern und zusätzlichen Hilfs-Signal-Verarbeitungswegen für mehr als zwei bewegte Bilder sorgen kann. Es wird auch hervorgehoben, daß das große Bild einerseits und die drei kleinen Bilder andererseits in ihrer Position umgeschaltet werden können, was in Fig. 1(g) dargestellt ist.
Fig. 1(h) veranschaulicht eine Alternative, bei der das Bild mit 4 × 3-Bildseitenverhältnis zentriert ist und sechs kleinere Bilder mit 4 × 3-Bildseitenverhältnis in vertikalen Spalten an beiden Seiten angezeigt werden. Wie bei dem zuvor beschriebenen Format kann ein Breit-Bildschirm-Fernsehgerät, das mit zwei Tunern ausgerüstet ist, zwei sich bewegende Bilder vorsehen. Die verbleibenden elf Bilder können im Standbild-Format sein.
Fig. 1(i) zeigt ein Anzeigeformat mit einem Gitter von zwölf Bildern mit 4 × 3-Bildseitenverhältnis. Ein solches Anzeigeformat ist insbesondere als Kanal-Auswählanleitung geeignet, wobei jedes Bild wenigstens ein Standbild von einem anderen Kanal ist. Wie zuvor hängt die Zahl der sich bewegenden Bilder von der Zahl der verfügbaren Tuner und Signalverarbeitungswege ab.
Die verschiedenen in Fig. 1 dargestellten Format sind veranschaulichend und nicht begrenzend und können durch Breit-Bildschirm-Fernsehgeräte ausgeführt werden, die in den übrigen Zeichnungen dargestellt und in Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden.
Ein Gesamt-Blockschaltbild für ein Breit-Bildschirm-Fernsehgerät gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen, das mit einer 2fH-Horizontal-Abtastung arbeitet, ist in Fig. 2 dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fernsehgerät 10 umfaßt allgemein einen Videosignal-Eingangsabschnitt 20, einen TV-Mikroprozessor 216, einen Breit-Bildschirm-Prozessor 30, einen 1fH-in-2fH-Wandler 40, eine Ablenkschaltung 50, eine RGB-Schnittstelle 60, einen Wandler 240 von YUV in RGB, Bildröhren-Ansteuerschaltungen 242, Röhren 244 für unmittelbare Betrachtung oder Projektionsröhren, und eine Stromversorgung 70. Die Gruppierung der verschiedenen Schaltungen in unterschiedliche funktionelle Blöcke erfolgt aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung und soll nicht die physikalische Position dieser Schaltungen relativ zueinander begrenzen.
Der Videosignal-Eingangsabschnitt 20 dient zum Empfang einer Vielzahl von zusammengesetzten Videosignalen von verschiedenen Videoquellen. Die Videosignale können wahlweise für die Anzeige als Haupt- und Hilfs-Videosignale umgeschaltet werden. Ein HF- Schalter 204 hat zwei Antenneneingänge ANT1 und ANT2. Diese stellen Eingänge für Antennenempfang durch die Luft und Kabelempfang dar. Der HF-Schalter 204 steuert, welcher Antenneneingang einem ersten Tuner 206 und einem zweiten Tuner 208 zugeführt wird. Der Ausgang des ersten Tuners 206 dient als Eingang zu einem Ein-Chip 202, der eine Anzahl von Funktionen ausführt, wie Abstimmung, Horizontal- und Vertikal-Ablenkung und Video- Steuerungen. Der dargestellte Ein-Chip ist der industriell gefertigte Typ TA7777. Das Basisband-Videosignal VIDEO OUT, das in dem Ein-Chip erzeugt wird und von dem Signal von dem ersten Tuner 206 herrührt, dient als Eingang sowohl zu dem Videoschalter 200 als auch zu dem TV1-Eingang des Breit-Bildschirm-Prozessors 30. Andere Basisband-Videoeingänge zum Videoschalter 200 sind mit AUX1 und AUX2 bezeichnet. Diese können für Video-Kameras, Laser-Plattenspieler, Video-Bandspieler, Video-Spiele und dergl. verwendet werden. Der Ausgang des Videoschalters 200, der durch den TV-Mikroprozessor 216 gesteuert wird, ist mit SWITCHED VIDEO bezeichnet. SWITCHED VIDEO ist ein weiterer Eingang zum Breit- Bildschirm-Prozessor 30.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 3 wählt ein Schalter SW1 in dem Breit-Bildschirm-Prozessor zwischen den Signalen TV1 und SWITCHED VIDEO als SEL-COMP-OUT-Videosignal, das den Eingang zu einem Y/C-Dekoder 210 bildet. Der Y/C-Dekoder 210 kann als adaptives Zeilenkammfilter ausgeführt werden. Zwei weitere Videoquellen S1 und S2 sind auch Eingänge zu dem Y/C-Dekoder 210. Die beiden Videoquellen S1 und S2 stellen unterschiedliche S-VHS- Quellen dar, und jede besteht aus getrennten Luminanz- und Chrominanzsignalen. Ein Schalter, der als Teil in den Y/C-Dekoder einbezogen sein kann wie in einigen adaptiven Zeilenkammfiltern, oder der als getrennter Schalter ausgeführt sein kann, spricht auf den TV-Mikroprozessor 216 an, um ein Paar von Luminanz- und Chrominanzsignalen als Ausgänge auszuwählen, die als Y_M bzw. C _-IN bezeichnet sind. Das ausgewählte Paar von Luminanz- und Chrominanzsignalen wird anschließend als Hauptsignal betrachtet und entlang eines Hauptsignal-Weges verarbeitet. Signalbezeichnungen _M oder _MN beziehen sich auf den Hauptsignalweg. Das Chrominanzsignal C_IN wird durch den Breit-Bildschirm-Prozessor zurück zu dem Ein-Chip geleitet, um Farbdifferenz-Signale U_M und V_M zu erzeugen. In dieser Hinsicht ist U eine äquivalente Bezeichnung für (R-Y) und V ist eine äquivalente Bezeichnung für (B-Y). Die Y_M-, U_M- und V_M-Signale werden in dem Breit-Bildschirm- Prozessor für weitere Signalverarbeitung in digitale Form umgewandelt.
Der zweite Tuner 208, der funktionell als Teil des Breit- Schirm-Prozessors 30 definiert ist, erzeugt ein Basisband-Videosignal TV2. Ein Schalter SW2 wählt zwischen den Signalen TV2 und SWITCHED VIDEO als Eingang zu einem Y/C-Dekoder 220. Der Y/C-Dekoder 220 kann als adaptives Zeilenkammfilter ausgeführt werden. Die Schalter SW3 und SW4 wählen zwischen dem Luminanz- und Chrominanzausgang des Y/C-Dekoders 220 und den Luminanz- und Chrominanzsignalen einer externen Videoquelle, die mit Y_EXT bzw. C _-EXT bezeichnet ist. Die Y_EXT- und C_EXT-Signale entsprechen dem S-VHS-Eingang S1. Der Y/C-Dekoder 220 und die Schalter SW3 und SW4 können wie in einem adaptiven Zeilenkammfilter kombiniert werden. Der Ausgang der Schalter SW3 und SW4 wird anschließend als das Hilfssignal betrachtet und in einem Hilfssignal-Weg verarbeitet. Der ausgewählte Luminanz-Ausgang ist mit Y_A bezeichnet. Signalbezeichnungen _A, _AX und _AUX beziehen sich auf den Hilfssignal-Weg. Das ausgewählte Chrominanzsignal wird in Farbdifferenz-Signale U_A und V_A umgewandelt. Die Y-A-, U-A- und V _-A-Signale werden für weitere Signalverarbeitung in digitale Form umgewandelt. Die Anordnung der Umschaltung der Video-Signalquelle in dem Haupt- und Hilfs-Signalweg maximiert die Flexibilität bei der Handhabung der Quellenauswahl für die verschiedenen Teile der verschiedenen Bildanzeige-Formate.
Ein zusammengesetztes Synchronsignal COMP SYNC, das Y_M entspricht, wird von dem Breitschirm-Prozessor einer Synchronsignal-Abtrennschaltung 212 zugeführt. Die Horizontal- und Vertikal-Synchronkomponenten H bzw. V sind Eingänge für eine Vertikal-Abwärts-Zählschaltung 214. Die Vertikal-Abwärts-Zählschaltung erzeugt ein VERTIKAL-RESET-Signal, das dem Breitschirm-Prozessor 30 zugeführt wird. Der Breitschirm-Prozessor erzeugt ein internes Vertikal-Rückstell-Ausgangssignal INT VERT RST OUT, das der RGB-Schnittstelle 60 zugeführt wird. Ein Schalter in der RGB-Schnittstelle 60 wählt zwischen dem internen Vertikal-Rückstell-Ausgangssignal und der Vertikal-Sync hronkomponente der externen RGB-Quelle. Der Ausgang dieses Schalters ist eine ausgewählte Vertikal-Synchronkomponente SEL_VERT_SYNC, die der Ablenkschaltung 50 zugeführt wird. Horizontal- und Vertikal-Synchronsignale des Hilfs-Videosignals werden durch die Synchronsignal-Abtrennschaltung 250 in dem Breitschirm-Prozessor erzeugt.
Der 1fH-In-2fH-Wandler 40 ist verantwortlich für die Umwandlung von Zeilensprung-Videosignalen in progressiv abgetastete Nicht-Zeilensprung-Signale, beispielsweise eines, bei dem jede horizontale Zeile zweimal angezeigt wird, oder es wird eine zusätzliche Gruppe von horizontalen Zeilen durch Interpolation von benachbarten horizontalen Zeilen desselben Halbbildes erzeugt. In einigen Fällen hängt die Verwendung einer vorhergehenden Zeile oder die Verwendung einer interpolierten Zeile von dem Bewegungspegel ab, der zwischen benachbarten Halbbildern oder Vollbildern festgestellt wird. Die Wändlerschaltung 40 arbeitet in Verbindung mit einem Video-RAM 420. Der Video-RAM kann dazu verwendet werden, ein oder mehrere Halbbilder eines Vollbildes zu speichern, um die progressive Anzeige zu ermöglichen. Die umgewandelten Video-Daten wie die Y_2fH-, U_2fH- und V_2fH-Signale werden der RGB-Schnittstelle 60 zugeführt.
Die in größeren Einzelheiten in Fig. 14 dargestellte RGB- Schnittstelle 60 ermöglicht die Auswahl der umgewandelten Video- Daten oder der externen RGB-Video-Daten zur Anzeige durch den Videosignal-Eingangsabschnitt. Von dem externen RGB-Signal wird angenommen, daß es ein Signal für Breitformat-Bildseitenverhältnis ist, das für eine 2fH-Abtastung angepaßt ist. Die Vertikal- Synchronkomponente des Hauptsignals wird der RGB-Schnittstelle durch den Breitschirm-Prozessor als INT VERT RST OUT zugeführt, wodurch es möglich ist, daß ein ausgewähltes Vertikal-Synchronsignal (fVm oder FVext) für die Ablenkschaltung 50 verfügbar ist. Der Betrieb des Breitschirm-Fernsehgerätes ermöglicht dem Benutzer die Auswahl eines externen RGB-Signals durch Erzeugung eines internen/externen Steuersignals INT/EXT. Des Auswahl eines externen RGB-Signaleingangs kann bei Fehlen eines solchen Signals jedoch zu einem vertikalen Zusammenbruch des Rasters führen und die Kathodenstrahlröhre oder die Projektionsröhren beschädigen. Daher stellt die RGB-Schnittstelle ein externes Synchronsignal fest, um sich über die Auswahl eines nicht vorhandenen RGB-Eingangs hinwegzusetzen. Der WSP-Mikroprozessor 340 sorgt auch für die Farb- und Farbtonsteuerung für das externe RGB-Signal.
Der Breitschirm-Prozessor 30 umfaßt einen Bild-in-Bild-Prozessor 320 für spezielle Signalverarbeitung des Hilfs-Videosignals. Der Begriff Bild-in-Bild wird auch abgekürzt als PIP oder Pix-in-Pix bezeichnet. Eine Gate-Anordnung 300 kombiniert die Haupt- und Hilfs-Videosignal-Daten in einer breiten Vielfalt von Anzeigeformaten, die als Beispiele in den Figuren 1(b) bis 1(i) dargestellt sind. Der Bild-in-Bild-Prozessor 320 und die Gate- Anordnung 300 werden von dem Breitschirm-Mikroprozessor (WSP µP) 340 gesteuert. Der Mikroprozessor 340 spricht auf den TV-Mikroprozessor 216 über einen Serienbus an. Der Serienbus enthält vier Signalleitungen für Daten, Taktsignale, Auslösesignale und Rückstellsignale. Der Breitschirm-Prozessor 30 erzeugt auch ein zusammengesetztes Vertikal-Austast/Rückstellsignal als ein Drei- Pegel-Sandburg-Signal. Alternativ können das Vertikal-Austastsignal und die Rückstellsignele als getrennte Signale erzeugt werden. Ein zusammengesetztes Austastsignal wird der RGB-Schnittstelle durch den Videosignal-Eingangsabschnitt zugeführt. Die in größeren Einzelheiten in Fig. 13 dargestellte Ablenkschaltung 50 empfängt ein vertikales Rückstellsignal von dem Breitschirm-Prozessor, ein ausgewähltes 2fH-Horizontal-Synchronsignal von der RGB-Schnittstelle 60 und zusätzliche Steuersignale von dem Breitschirm-Prozessor. Diese zusätzlichen Steuersignale beziehen sich auf horizontalen Phasenabgleich, Einstellung der vertikalen Größe und Einstellung der Ost-West-Kissenverzerrung. Die Ablenkschaltung 50 führt 2fH-Rücklaufimpulse dem Breitschirm-Prozessor 30, dem 1fH-in-2fH-Wandler 40 und dem YUV-in-RGB-Wandler 240 zu.
Die Betriebsspannungen für das gesamte Breitschirm-Fernsehgerät werden von einem Netzteil 70 erzeugt, das von einer Netz- Wechselstromquelle gespeist werden kann.
Der Breitschirm-Prozessor 30 ist in größeren Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt. Die prinzipiellen Komponenten des Breitschirm-Prozessors sind eine Gate-Anordnung 300, eine Bild-in- Bild-Schaltung 301, Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler, der zweite Tuner 208, ein Breitschirm-Prozessor-Mikroprozessor 340 und ein Breitschirm-Ausgangskodierer 227. Weitere Einzelheiten des Breitschirm-Prozessors sind in Fig. 4 dargestellt. Ein Bild-in-Bild-Prozessor 320, der einen bedeutsamen Teil der PIP- Schaltung 301 bildet, ist in größeren Einzelheiten in Fig. 5 dargestellt. Die Gate-Anordnung 300 ist in größeren Einzelheiten in Fig. 6 dargestellt. Eine Anzahl der in Fig. 3 dargestellten Komponenten ist bereits in Einzelheiten beschrieben worden.
Dem zweiten Tuner 208 ist eine ZF-Stufe 224 und eine Audio- Stufe 226 zugeordnet. der zweite Tuner 208 arbeitet auch in Verbindung mit dem WSP µP 350. Der WSP µP 340 umfaßt einen Eingangs-Ausgangs-I/O-Abschnitt 340A und einen analogen Ausgangsabschnitt 340B. Der I/O-Abschnitt 340 liefert Farbton- und Farb- Steuersignale, das INT/EXT-Signal zur Wahl der externen RGB-Videoquelle und Steuersignale für die Schalter SWI bis SW6. Der I/O-Abschnitt überwacht auch das EXT SYNC DET Signal von der RGB-Schnittstelle, um die Ablenkschaltung und die Kathodenstrahlröhre(n) zu schützen. Der analoge Ausgangs-Abschnitt 340B liefert Steuersignale für die vertikale Größe, die Ost-West-Einstellung und die horizontale Phase über entsprechende Schnittstellen-Schaltungen 254, 256 und 258.
Die Gate-Anordnung 300 ist verantwortlich für die Kombination der Video-Information von den Haupt- und Hilfs-Signalwegen, um eine zusammengesetzte Breitschirm-Anzeige auszuführen, beispielsweise eine von denen, die in den verschiedenen Teilen von Fig. 1 dargestellt sind. Die Taktinformation für die Gate-Anordnung wird von einer Phasenregelschleife 374 geliefert, die in Verbindung mit einem Tiefpaßfilter 376 arbeitet. Das Haupt-Videosignal wird dem Breitschirm-Prozessor in analoger Form und im Y U V-Format als Signal zugeführt, die mit Y_M, U_M und V_M bezeichnet sind. Diese Hauptsignale werden durch die Analog/Digital-Wandler 342 und 346 von analoger in digitale Form umgewandelt, was in Einzelheiten in Fig. 4 dargestellt ist.
Die Farbkomponenten-Signale sind allgemein mit U und V bezeichnet, wobei diese Bezeichnungen entweder R-Y- oder B-Y-Signalen oder I- und Q-Signalen zugeordnet werden können. Die abgetastete Luminanz-Bandbreite ist auf 8 MHz beschränkt, weil die System-Taktrate 1420 fH ist, was etwa 16 MHz entspricht. Es kann ein einzelner Analog/Digital-Wandler und ein Analogschalter verwendet werden, umd die Farbkomponenten-Daten abzutasten, weil die U- und V-Signale auf 500 kHz oder 1,5 MHz für breites 1, beschränkt sind. Das Zeilenauswahl-Signal UV_MUX für den analogen Schalter oder den Multiplexer 344 ist ein 8 MHz-Signal, das durch Teilen des Systemtaktes durch zwei abgeleitet wird. Ein einen Takt breiter Start des SOL-Zeilenimpulses stellt synchron dieses Signal am Beginn jeder horizontalen Videozeile auf 0 zurück. Das UV_MUX-Signal kippt dann in seinen Zustand bei jeder Taktperiode während der gesamten horizontalen Zeile hin und her. Da die Zeilenlänge eine gerade Zahl von Taktperioden ist, schaltet der Zustand von UV_MUX nach Auslösung ständig ohne Unterbrechung 0, 1, 0, 1, ... um. Die Y- und UV-Datenströme aus den Analog/Digital-Wandlern 342 und 346 werden geschoben, weil die Analog/Digital-Wandler jeweils eine Verzögerung von einer Taktperiode haben. Um diese Datenverschiebung zu berücksichtigen, muß die Takt-Tastinformation von der Interpolator-Steuerschaltung 349 des Haupt-Signalverarbeitungswegs 304 in gleicher Weise verzögert werden. Würde die Takt-Tastinformation nicht verzögert, würden die UV-Daten nicht richtig gepaart sein, wenn sie gelöscht werden. Dies ist wichtig, weil jedes UV-Paar einen Vektor darstellt. Ein U-Element von einem Vektor kann nicht mit einem V-Element von einem anderen Vektor ohne Verursachung einer Farbverschiebung gepaart werden. Statt dessen wird eine V-Abtastung von einem vorherigen Paar zusammen mit der gegenwärtigen U-Abtastung gelöscht. Dieses Verfahren des UV-Multiplexens wird mit 2:1:1 bezeichnet, da es zwei Luminanz-Abtastungen für jedes Paar von Farbkomponenten-(UV)-Abtastungen gibt. Die Nyquist-Frequenz für U als auch V wird tatsächlich auf die Hälfte der Luminanz- Nyquist-Frequenz vermindert. Demzufolge ist die Nyquist-Frequenz des Ausgangs des Analog/Digital-Wandlers für die Luminanzkomponente 8 MHz, während die Nyquist-Frequenz des Ausgangs des Analog/Digital-Wandlers für die Farbkomponenten 4 MHz ist.
Die PIP-Schaltung und/oder die Gate-Anordnung kann auch Mittel zur Verbesserung der Auflösung der Hilfs-Daten ungeachtet der Datenkompression enthalten. Es sind eine Reihe von Schemata zur Daten-Verminderung und Daten-Wiederherstellung einschließlich beispielsweise der Kompression gepaarter Pixel und Dithering und Dedithering entwickelt worden. Ferner werden unterschiedliche Dithering-Sequenzen mit unterschiedlichen Bit- Zahlen und unterschiedliche Kompressionen gepaarter Pixel mit unterschiedlichen Bit-Zahlen in Betracht gezogen. Aus einer Zahl von bestimmten Daten-Verminderungs- und Daten-Wiederherstellungs-Schemata kann eines durch den WSP µP 340 ausgewählt werden, um die Auflösung des angezeigten Videosignals für jede Art von Bildanzeige-Format zu maximieren.
Die Gate-Anordnung enthält Interpolatoren, die in Verbindung mit Zeilenspeichern arbeiten, die als FIFO's 356 und 358 ausgebildet sein können. Der Interpolator und die FIFO's dienen gegebenenfalls zur erneuten Abtastung des Hauptsignals. Ein zusätzlicher Interpolator kann das Hilfssignal erneut abtasten. Takt- und Synchronisations-Schaltungen in der Gate-Anordnung steuern die Daten-Manipulation sowohl der Haupt- als auch der Hilfs-Signale einschließlich deren Kombination in ein einzelnes Video- Ausgangssignal, das Y_MX-, U_MX- und V_Mx-Komponenten hat. Diese Ausgangs-Komponenten werden durch Digital/Analog-Wandler 360, 362 und 364 in analoge Form umgewandelt. Die mit Y, U und V bezeichneten analogen Signale werden dem 1fH-in-2fH-Wandler 40 zur Umwandlung in Nicht-Zeilensprung-Abtastung zugeführt. Die Signale Y, U und V werden auch durch den Kodierer 227 in Y/C-Format kodiert, um ein Breitformat-Ausgangssignal Y_OUT_EXT/C_OUT _-EXT zu definieren, das an Einbaubuchsen verfügbar ist. Ein Schalter SW5 wählt ein Synchronisationssignal für den Kodierer 227, entweder C_SYNC_MN von der Gate-Anordnung oder C_SYNC_AUX von der PIP-Schaltung aus. Der Schalter SW6 wählt zwischen Y_M und C_SVNC_AUX als Synchronsignal für den Breitschirm-Buchsenausgang aus.
Teile der Horizontal-Synchronschaltung sind in größeren Einzelheiten in Fig. 12 dargestellt. Die Phasenvergleichs-Schaltung 228 ist Teil einer Phasenregelschleife einschließlich Tiefpaßfilter 230, spannungsgesteuertem Oszillator 232, Teiler 234 und Kondensator 236. Der spannungsgesteuerte Oszillator 232 arbeitet mit 32fH in Abhängigkeit von einem keramischen Resonator 238 oder dergl. Der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators wird durch 32 geteilt, um an die Phasenvergleichs-Schaltung 228 ein zweites Eingangssignal mit geeigneter Frequenz zu liefern. Der Ausgang des Teilers 234 ist ein 1fH REF-Zeitsteuersignal. Die 32fH REF- und 1fH REF-Zeitsteuersignale werden einer durch 16 teilenden Zählschaltung 400 zugeführt. Ein 2fH-Ausgang wird einer Impulsbreiten-Schaltung 402 zugeführt. Die Voreinstellung des Teilers 400 durch das 1fH REF-Signal stellt sicher, daß der Teiler synchron mit der Phasenregelschleife des Videosignal-Eingangsabschnitts arbeitet. Die Impulsbreiten-Schaltung 402 stellt sicher, daß ein 2fH REF-Signal eine angemessene Impulsbreite hat, um den richtigen Betrieb der Phasenvergleichs-Schaltung 404 zu gewährleisten, die beispielsweise vom Typ CA1393 ist, und die Teil einer zweiten Phasenregelschleife bildet, die ein Tiefpaßfilter 406 und einen 2fH-spannungsgesteuerten Oszillator 408 enthält. Der spannungsgesteuerte Oszillator 408 erzeugt ein internes 2fH-Zeitsteuersignal, das zur Ansteuerung der progressiv abgetasteten Anzeige verwendet wird. Das andere Eingangssignal zur Phasenvergleichs-Schaltung 404 sind die 2fH-Rücklaufimpulse oder ein darauf bezogenes Zeitsteuersignal. Die Verwendung der zweiten Phasenregelschleife mit der Phasenvergleichs-Schaltung 404 ist nützlich, um sicherzustellen, daß jede 2fH-Abtastperiode symmetrisch innerhalb jeder 1fH-Periode des Eingangssignals ist. Andernfalls kann die Anzeige einen Rastersprung aufweisen, bei dem beispielsweise die Hälfte der Videozeilen nach rechts und die Hälfte der Videozeilen nach links verschoben ist.
Die Ablenkschaltung so ist in gröüeren Einzelheiten in Fig. 13 dargestellt. Eine Schaltung 500 dient zur Einstellung der vertikalen Größe des Rasters gemäß einer gewünschten Menge an vertikaler Überabtastung, die zur Ausführung verschiedener Anzeigeformate erforderlich ist. Wie schematisch dargestellt ist, liefert eine Konstant-Stromquelle 502 eine konstante Menge an Strom IRAMP, die den Vertikal-Rampen-Kondensator 504 auflädt Ein Transistor 506 liegt parallel zum Vertikal-Rampen-Konden sator und entlädt den Kondensator periodisch in Abhängigkeit von dem Vertikal-Rückstellsignal. Bei Fehlen einer Einstellung liefert der Strom IRAMP die maximal verfügbare vertikale Größe für das Raster. Dies kann dem Maß der vertikalen Überabtastung entsprechen, die benötigt wird, um die Breitschirm-Anzeige durch eine Signalquelle mit expandiertem 4 × 3 Bildseiten-Format auszufüllen, wie in Fig. 1(a) dargestellt. Sollte weniger vertikale Rastergröße erforderlich sein, leitet eine einstellbare Stromquelle 508 eine veränderbare Strommenge IADJ von IRAMP ab, so daß der Vertikal-Rampen-Kondensator 504 sich langsamer auflädt und auf einem geringeren Spitzenwert. Die veränderbare Stromquelle 508 spricht auf ein Einstellsignal für die vertikale Größe an, das beispielsweise in analoger Form von der Vertikal- Größen-Steuerschaltung 1030 erzeugt wird. Die vertikale Größeneinstellung 500 ist unabhängig von einer manuellen vertikalen Größeneinstellung 510, die durch ein Potentiometer oder einen Einstellknopf an der Rückwand durchgeführt werden kann. In jedem Fall empfangen die Vertikal-Ablenkspulen 512 einen Ansteuerstrom mit der richtigen Größe. Die Horizontal-Ablenkung wird durch eine Phasen-Einstellschaltung 518, eine Ost-West-Kissenverzerrungs-Korrekturschaltung 524, eine 2fH-Phasenregelschleife 520 und eine Horizontal-Ausgangsschaltung 516 vorgesehen.
Die RGB-Schnittstellen-Schaltung 60 ist in größeren Einzelheiten in Fig. 14 dargestellt. Das schließlich anzuzeigende Signal wird zwischen dem Ausgang des 1fH-in-2fH-Wandlers 40 und einem externen RGB-Eingang ausgewählt. Für Zwecke des hier beschriebenen Breitschirm-Fernsehempfängers wird von dem externen RGB-Eingang angenommen, daß er eine progressiv abgetastete Quelle mit Breit-Format-Bildseitenverhältnis ist. Die externen RGB-Signale und ein zusammengesetztes Austastsignal von dem Videosignal-Eingangsabschnitt 20 werden als Eingänge einem RGB-in- YUV-Wandler 510 zugeführt. Das externe zusammengesetzte 2fH-Synchronsignal für das externe RGB-Signal dient als Eingang zu einer externen Synchronsignal-Abtrennschaltung 600. Die Auswahl des Vertikal-Synchronsignals wird durch einen Schalter 608 durchgeführt. Die Auswahl des Horizontal-Synchronsignals wird durch einen Schalter 604 ausgeführt. Die Auswahl des Videosignals wird durch einen Schalter 606 ausgeführt. Alle Schalter 604, 606 und 608 sprechen auf ein internes/externes Steuersignal an, das von dem WSP µP 340 erzeugt wird. Die Auswahl von internen oder externen Videoquellen erfolgt durch den Benutzer. Wenn jedoch ein Benutzer unabsichtlich eine externe RGB-Quelle auswählt, wenn eine solche Quelle weder angeschlossen noch abgestimmt ist, oder wenn die externe Quelle ausfällt, bricht das vertikale Raster zusammen, und es kann eine ernsthafte Beschädigung der Kathodenstrahlröhre(n) eintreten. Demzufolge prüft ein externer Synchron-Detektor 602 das Vorhandensein eines externen Synchronsignals. Bei Fehlen eines solchen Signals wird den Schaltern 604, 606 und 608 ein Schalter-Übersteuerungs-Steuersignal zugeführt, um die Wahl der externen RGB-Quelle zu verhindern, wenn das Signal von dort nicht vorhanden ist. Der RGB-in- YUV-Wandler 610 empfängt ebenfalls Farbton- und Farbsteuersignale von WSP µP 340.
Ein Breitschirm-Fernsehempfänger gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit einer 1fH-Horizontal-Abtastung anstelle einer 2fH-Horizontal-Abtastung ausgeführt werden, obwohl eine solche Schaltung nicht dargestellt ist. Eine 1fH-Schaltung würde nicht den 1fH-in-2fH-Wandler und die RGB-Schnittstelle erfordern. Demzufolge müßte nicht dafür gesorgt werden, daß ein externes RGB- Signal mit Breitformat-Bildseitenverhältnis mit einer 2fH-Abtastrate angezeigt wird. Der Breitschirm-Prozessor und der Bild- in-Bild-Prozessor für eine 1fH-Schaltung würden sehr ähnlich sein. Die Gate-Anordnung könnte etwa identisch sein, obwohl nicht alle Eingänge und Ausgänge benutzt würden. Die verschiedenen hier beschriebenen Schemata zur Verbesserung der Auflösung können allgemein unabhängig davon angewendet werden, ob das Fernsehgerät mit einer 1fH- oder 2fH-Abtastung arbeitet.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das weitere Einzelheiten des in Fig. 3 dargestellten Breitschirm-Prozessors 30 zeigt, die gleich für eine 1fH- und 2fH-Abtastung wären. Die Y_A-, U_A- und V_A-Signale dienen als Eingang zu dem Bild-in-Bild-Prozessor 320, der eine Auflösungs-Verarbeitungsschaltung 270 enthalten kann. Der Breitschirm-Fernsehempfänger gemäß Aspekten dieser Erfindung kann Videosignale expandieren und komprimieren. Die besonderen Effekte; die durch die verschiedenen teilweise in Fig. 1 veranschaulichten Anzeige-Formate verkörpert werden, werden durch den Bild-in-Bild-Prozessor 320 erzeugt, der in der Auflösung verarbeitete Datensignale Y_RP, U_RP und V_RP von der Auflösungs-Verarbeitungsschaltung 370 empfangen kann. Die Auflösungs-Verarbeitung braucht nicht ständig verwendet zu werden, aber bei ausgewählten Anzeige-Formaten. Der Bild-in-Bild-Prozessor 320 ist in größeren Einzelheiten in Fig. 5 dargestellt. Die prinzipiellen Bestandteile des Bild-in-Bild-Prozessors sind ein Analog/Digital-Wandler-Abschnitt 320, ein Eingangs-Abschnitt 324, ein schneller Schalter (FSW) und ein Bus-Abschnitt 326, ein Takt- und Steuerabschnitt 328 und ein Digital/Analog-Wandler-Abschnitt 330. Der Takt- und Steuerabschnitt 328 ist in größeren Einzelheiten in Fig. 11 dargestellt.
Ein Bild-in-Bild-Prozessor 320 kann als verbesserte Variation eines Basis-CPIP-Chips ausgeführt sein, der von Thomson Consumer Electronics, Inc., entwickelt wurde. Der Basis-CPIP- Chip ist in größeren Einzelheiten in einer Veröffentlichung mit dem Titel beschrieben "The CTC 140 Picture in Picture (CPIP) Technical Training Manual, erhältlich bei Thomson Consumer Electronics, Inc., Indianapolis, Indiana. Eine Anzahl von besonderen Merkmalen oder besonderen Effekten ist möglich, von denen der folgende veranschaulichend ist. Der besondere grundsätzliche Effekt ist ein großes Bild, auf einem Teil von dem ein kleines Bild liegt, wie in Fig. 1(c) dargestellt. Das große und das kleine Bild können von demselben Videosignal, von unterschiedlichen Videosignalen stammen, und sie können ausgetauscht werden. Generell wird das Audiosignal immer so geschaltet, daß es dem großen Bild entspricht. Das kleine Bild kann in jede Position auf dem Schirm bewegt werden oder kann schrittweise durch eine Anzahl von vorgegebenen Positionen bewegt werden. Ein Zoom-Merkmal vergrößert oder verkleinert die Größe des kleinen Bildes, beispielsweise auf eine aus einer Anzahl von voreingestellten Größen. An einem gewissen Punkt, beispielsweise bei dem in Fig. 1(d) gezeigten Anzeige-Format haben das große und das kleine Bild tatsächlich dieselbe Größe.
Bei einem Betrieb mit einem einzelnen Bild, wie beispielsweise in Fig. 1(b), 1(e) oder 1(f) dargestellt ist, kann ein Benutzer durch Zoom den Inhalt des einzelnen Bildes beispielsweise in Schritten von einem Verhältnis von 1,0:1 bis 5,0:1 verändern. Im Zoom-Betrieb dagegen kann der Benutzer durch den Bildinhalt suchen oder schwenken, wodurch es möglich ist, das Bild des Schirms über verschiedene Bereiche des Bildes zu bewegen. In jedem Fall kann sowohl das kleine Bild als auch das große Bild und das Zoom-Bild als Standbild (noch Bildformat) angezeigt werden. Diese Funktion ermöglicht ein Abtast-Format, bei dem die letzten neun Vollbilder des Videosignals auf dem Schirm wiederholt werden können. Die Wiederholungsrate kann von dreißig Vollbildern pro Sekunde bis null Bilder pro Sekunde verän dert werden.
Der bei dem Breitschirm-Fernsehempfänger verwendete Bild-in- Bild-Prozessor gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung unterscheidet sich von der vorhandenen Konfiguration des oben beschriebenen Basis-CPIP-Chips. Wenn der Basis-CPIP-Chip bei einem Fernsehempfänger mit 16 × 9 Schirm ohne eine Video-Beschleunigungsschaltung verwendet würde, wurden die eingefügten Bilder eine Verzerrung des Seitenverhältnisses aufgrund der wirksamen 4/3-fachen Horizontal-Ausdehnung aufweisen, die von der Abtastung des breiteren 16 × 9 Schirms herrührt. Gegenstände des Bildes würden horizontal verlängert. Wenn eine externe Beschleunigungsschaltung verwendet würde, gäbe es keine Verzerrung des Seitenverhältnisses, jedoch würde das Bild nicht den ganzen Schirm ausfüllen.
Vorhandene Bild-in-Bild-Prozessoren, die auf dem Basis-CPIP- Chip beruhen und in üblichen Fernsehempfängern verwendet werden, werden in einer bestimmten Weise betrieben, die gewisse unerwünschte Konsequenzen hat. Das ankommende Videosignal wird mit einem 640 fH-Takt abgetastet, der mit dem Horizontal-Synchronsignal der Haupt-Videoquelle verriegelt ist. In anderen Worten werden in dem dem CPIP-Chip zugeordneten Video-RAM gespeicherte Daten nicht orthogonal in bezug auf die ankommende Hilfs-Videoquelle abgetastet. Dies ist eine grundsätzliche Begrenzung für das Basis-CPIP-Verfahren der Halbbild-Synchronisation. Die nicht-orthogonale Eigenschaft der Eingangs-Abtastrate führt zu Verschiebungsfehlern der abgetasteten Daten. Die Begrenzung ist ein Ergebnis des beim CPIP-Chip verwendeten Video-RAM, der denselben Takt zum Schreiben und Lesen von Daten verwenden muß. Wenn Daten aus dem Video-RAM, z.B. dem Video-RAM 350 angezeigt werden, sind die Verschiebungsfehler als sichtbares Flackern entlang vertikaler Ränder des Bildes wahrnehmbar und werden allgemein als ziemlich störend empfunden.
Der Bild-in-Bild-Prozessor 320 gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung ist im Gegensatz zum Basis-CPIP-Chip für asymmetrische Komprimierung der Video-Daten in einer aus einer Vielzahl von auswählbaren Anzeige-Betriebsarten eingerichtet. Bei dieser Betriebsart werden die Bilder 4:1 in der horizontalen Richtung und 3:1 in der vertikalen Richtung komprimiert. Diese asymmetrische Art von Kompression erzeugt hinsichtlich des Bild-Seitenverhältnisses verzerrte Bilder für die Speicherung in dem Video-RAM.
Gegenstände in den Bildern sind horizontal gequetscht. Wenn diese Bilder jedoch normal ausgelesen werden, beispielsweise beim Kanal-Abtastbetrieb für eine Anzeige auf einem Schirm mit einem 16/9-Bild-Seitenverhältnis, erscheinen die Bilder richtig. Das Bild füllt den Schirm, und es ist keine Verzerrung des Bild- Seitenverhältnisses vorhanden. Die asymmetrische Kompressionsart gemäß diesem Aspekt der Erfindung macht es möglich, die speziellen Anzeigeformate auf einem 16 × 9 Schirm ohne externe Beschleunigungsschaltung zu erzeugen.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Takt- und Steuerabschnitts 328 des Bild-in-Bild-Prozessors, beispielsweise eine modifizierte Version des oben beschriebenen CPIP-Chips, die eine Dezimierungsschaltung 328C enthält, um die asymmetrische Kompression als eine aus einer Vielzahl von auswählbaren Anzeige- Betriebsarten auszuführen. Die verbleibenden Anzeige-Betriebsarten können Hilfsbilder mit unterschiedlicher Größe erzeugen. Jede horizontale und vertikale Dezimierungsschaltung umfaßt einen Zähler, der für einen Kompressionsfaktor aus einer Tabelle von Werten unter der Steuerung des WSP µP 340 programmiert wird. Der Bereich der Werte kann 1:1, 2:1, 3:1 usw. sein. Die Kompressionsfaktoren können symmetrisch oder asymmetrisch sein, je nach dem, wie die Tabelle beschaffen ist. Die Steuerung der Kompressionsverhältnisse kann auch durch voll programmierbare Allzweck- Dezimierungsschaltungen unter der Steuerung des WSP µP 340 ausgeführt werden.
In PIP-Betriebsarten mit vollem Schirm nimmt der Bild-in- Bild-Prozessor in Verbindung mit einem frei schwingenden Oszillator 348 den Y/C-Eingang von einem Dekoder, beispielsweise einem adaptiven Zeilen-Kammfilter, dekodiert das Signal in Y-, U-, V-Farbkomponenten und erzeugt Horizontal- und Vertikal-Synchronimpulse. Diese Signale werden in dem Bild-in-Bild-Prozessor für die verschiedenen Betriebsarten mit vollem Schirm z.B. Zoom, Standbild und Kanal-Abtastung verarbeitet. Während des Kanal-Abtastungsbetriebs haben beispielsweise die von dem Videosignal- Eingangsabschnitt kommenden Horizontal- und Vertikal-Synchronimpulse zahlreiche Diskontinuitäten, weil die abgetasteten Signale (unterschiedliche Kanäle) nicht bezogene Synchron-Impulse haben und in scheinbar willkürlichen zeitlichen Augenblicken geschaltet werden. Daher wird der Abtast-Takt (und der Lese/Schreib/Video-RAM-Takt) durch den frei schwingenden Oszillator bestimmt. Für Standbild- und Zoom-Betriebsarten wird der Abtast-Takt mit dem ankommenden Video-Horizontal-Synchronsignal verriegelt, das in diesen besonderen Fällen gleich der Anzeige- Taktfrequenz ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 4 können die Y-, U-, V- und C_SYNC-(zusammengesetzte Synchronsignale)-Ausgänge von dem Bild-in-Bild-Prozessor in analoger Form erneut in Y/C-Komponenten durch die Dekodierschaltung 336 kodiert werden, die in Verbindung mit einem 3,58 MHz-Oszillator 380 arbeitet. Dieses Y/C _-PIP_ENC-signal kann einem nicht dargestellten Y/C-Schalter zugeführt werden, der bewirkt, daß die wiederverschlüsselten Y/C- Komponenten die Y/C-Komponenten des Haupt-Signals ersetzen. Von diesem Punkt an würden die PIP-kodierten Y-, U-, V- und Synchronsignale die Basis für die horizontale und vertikale Zeitsteuerung in dem übrigen Gerät sein. Diese Betriebsart ist für die Ausführung einer Zoom-Betriebsart für PIP geeignet, die auf dem Betrieb des Interpolators und der FIFOs in dem Haupt-Signalweg beruhen.
Unter weiterer Bezugnahme auf Fig. 5 umfaßt der Bild-in- Bild-Prozessor 320 einen Analog/Digital-Wandler-Abschnitt 322, einen Eingangsabschnitt 324, einen schnellen Schalter FSW mit Bus-Steuerabschnitt 326, einen Takt- und Steuerabschnitt 328 und einen Digital/Analog-Wandler-Abschnitt 330. Im allgemeinen digitalisiert der Bild-in-Bild-Prozessor 320 das Videosignal in Luminanz-(Y)- und Farbdifferenz-Signale U, V, wobei die Ergebnisse unterabgetastet und in einem 1-Mega-Bit-Video-RAM 350 - wie zuvor erläutert - gespeichert werden. Der Video-RAM 350, der dem Bild-in-Bild-Prozessor 320 zugeordnet ist, hat eine Speicherkapazität von einem Mega-Bit, die nicht groß genug ist, um ein volles Halbbild aus Video-Daten mit 8-Bit-Abtastungen zu speichern. Eine erhöhte Speicherkapazität wird zu teuer und kann eine kompliziertere Handhabungsschaltung erfordern. Die kleinere Bit-Zahl pro Abtastung in dem Hilfs-Kanal stellt eine Verminderung in der Quantisierungs-Auflösung oder Bandbreite relativ zum Haupt-Signal dar, das völlig mit 8-Bit-Abtastungen verarbeitet wird. Diese wirksame Verminderung der Bandbreite ist üblicherweise kein Problem, wenn das angezeigte Hilfs-Bild verhältnismäßig klein ist, aber sie kann unangenehm werden, wenn das angezeigte Hilfs-Bild größer ist und beispielsweise dieselbe Größe hat wie das angezeigte Haupt-Bild. Die Auflösungs-Verarbeitungsschaltung 370 kann wahlweise ein oder mehrere Schemata zur Verbesserung der Quantisierungs-Auflösung oder der wirksamen Bandbreite der Hilfs-Video-Daten ausführen. Eine Anzahl von Daten- Verminderungs- und Daten-Wiederherstellungs-Schemata ist entwickelt worden, einschließlich beispielsweise für gepaarte Pixel- Kompression und Dithering und Dedithering. Eine Dedithering- Schaltung würde betrieblich stromabwärts vom Video-RAM 350 angeordnet, beispielsweise im Hilfs-Signalweg der Gate-Anordnung, wie nachfolgend in größeren Einzelheiten erläutert wird. Ferner werden unterschiedliche Dithering- und Dedithering-Sequenzen mit unterschiedlichen Bit-Zahlen und Kompressionen von Pixelpaaren mit einer unterschiedlichen Bit-Zahl ins Auge gefaßt. Aus einer Anzahl von besonderen Daten-Verminderungs- und Wiederherstellungs-Schemata kann eines durch den WSP µP ausgewählt werden, um die Auflösung des angezeigten Videosignals für jede Art von Bildanzeige-Format zu maximieren.
Die Luminanz- und Farb-Differenzsignale des Hilfs-Signals werden in einer 8:1:1 6-Bit Y-, U-, V-Art gespeichert. In anderen Worten wird jede Komponente in 6-Bit-Abtastungen quantisiert. Es gibt auch acht Luminanz-Abtastungen für jedes Paar von Farbdifferenz-Abtastungen. Kurz gesagt wird der Bild-in-Bild- Prozessor 320 in einer Art betrieben, bei der ankommende Video- Daten mit einer 640 fH-Taktrate abgetastet werden, die statt dessen mit dem ankommenden Hilfs-Video-Synchronsignal verriegelt wird. Bei dieser Betriebsart werden in dem Video-RAM 350 gespeicherte Daten orthogonal abgetastet. Wenn die Daten aus dem Bildin-Bild-Prozessor-Video-RAM 350 ausgelesen werden, werden sie unter Verwendung desselben 640 fH-Taktes ausgelesen, der mit dem ankommenden Hilfs-Videosignal verriegelt ist. Obwohl diese Daten jedoch sogar orthogonal abgetastet und gespeichert wurden und orthogonal ausgelesen werden können, können sie nicht orthogonal unmittelbar von dem Video-RAM 350 aufgrund der asynchronen Eigenschaft der Haupt- und Hilfs-Videoquellen angezeigt werden. Man könnte erwarten, daß die Haupt- und Hilfs-Videoquellen nur dann synchron sind, wenn sie die Signale von derselben Videoquelle anzeigen.
Eine weitere Verarbeitung ist erforderlich, um den Hilfs-Kanal, d.h. den Ausgang von Daten von dem Video-RAM 350, mit dem Haupt-Kanal zu synchronisieren. Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 4 werden zwei 4-Bit-Latch-Vorrichtungen 352A und 352B verwendet, um die 8-Bit-Datenblöcke aus dem Video-RAM-4-Bit-Ausgangsanschluß zu rekombinieren. Die 4-Bit-Latch-Vorrichtungen vermindern auch die Daten-Taktrate von 1280 fH auf 640 fH
Im allgemeinen ist das Video-Anzeige- und -Ablenksystem mit dem Haupt-Videosignal synchronisiert. Das Haupt-Videosignal muß - wie oben erwähnt - beschleunigt werden, um die Breitschirm-Anzeige auszufüllen. Das Hilfs-Videosignal muß vertikal mit dem ersten Videosignal und der Video-Anzeige synchronisiert werden. Das Hilfs-Videosignal kann um einen Bruchteil einer Halbbild-Periode in einem Halbbild-Speicher verzögert und dann in einem Zeilenspeicher expandiert werden. Die Synchronisation der Hilfs- Videodaten mit den Haupt-Videodaten wird durch Verwendung des Video-RAM 350 als Halbbild-Speicher und einer Erst-Ein-Erst-Aus(FIFO)-Zeilenspeichervorrichtung 354 zum Expandieren des Signals bewirkt. Die Größe des FIFO 354 beträgt 2048 × 8. die Größe des FIFO ist auf die minimale Zeilenspeicher-Kapazität bezogen, die als vernünftigerweise notwendig angesehen wird, um Lese/Schreib- Zeigerkollisionen zu vermeiden. Lese/Schreib-Zeigerkollisionen treten auf, wenn alte Daten aus dem FIFO ausgelesen werden, bevor neue Daten eine Gelegenheit hatten, in den FIFO eingeschrieben zu werden. Lese/Schreib-Zeigerkollisionen treten auch auf, wenn neue Daten den Speicher überschreiben, bevor die alten Daten eine Gelegenheit hatten, aus dem FIFO ausgelesen zu werden.
Die 8-Bit-DATA_PIP-Datenblöcke von dem Video-RAM 350 werden in den 2048 × 8 FIFO 354 mit demselben 640 fH-Takt des Bild-in- Bild-Prozessors geschrieben, der zur Abtastung der Video-Daten verwendet wurde. d.h. dem 640 fH-Takt, der mit dem Hilfs-Signal verriegelt ist und nicht mit dem Haupt-Signal. Der FIFO 354 wird unter Verwendung des Anzeigetaktes 1024 fH gelesen, der mit der Horizontal-Synchronkomponente des Haupt-Videokanals verriegelt ist. Die Verwendung eines Mehrfach-Zeilenspeichers (FIFO), der unabhängige Lese- und Schreib-Anschlußtakte hat, ermöglicht, daß Daten, die orthogonal mit einer ersten Rate abgetastet wurden, orthogonal mit einer zweiten Rate angezeigt werden. Die asynchrone Eigenschaft des Lese- und Schreibtaktes erfordert jedoch keine Schritte zur Vermeidung von Lese/Schreib-Zeigerkollisionen.
Der Haupt-Signalweg 304, der Hilfs-Signalweg 306 und der Ausgangs-Signalweg 312 der Gate-Anordnung 300 sind in Fig. 6 als Blockschaltbild dargestellt. Die Gate-Anordnung umfaßt auch eine Takt/Synchronisierungs-Schaltung 320 und einen WSP µP-Dekopder 310. Daten- und Adressen-Ausgangsleitungen des WSP µP-Dekoders 310, die als WSP DATA bezeichnet sind, werden jeder oben genannten Hauptschaltung und jedem Weg zugeführt, wie auch dem Bild- in-Bild-Prozessor 320 und der Auflösungs-Verarbeitungsschaltung 370. Es sei bemerkt, daß die Frage, ob bestimmte Schaltungen als Teil der Gate-Anordnung definiert werden oder nicht, im wesentlichen eine Frage der Bequemlichkeit zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Anordnungen ist.
Die Gate-Anordnung ist verantwortlich für das Expandieren, das Komprimieren und das Abschneiden von Video-Daten des Haupt- Videokanals und gegebenenfalls zur Ausführung verschiedener Bildanzeige-Formate. Die Luminanzkomponente Y_MN wird in einem Erst-Ein-Erst-Aus-(FIFO)-Zeilenspeicher 356 während einer Zeitdauer gespeichert, die von der Eigenschaft der Interpolation der Luminanzkomponente abhängt. Die kombinierten Chrominanzkomponenten U/V_MN werden im FIFO 358 gespeichert. Hilfs-Signal-Luminanz- und Chrominanzkomponenten Y_PIP, U_PIP und V_PIP werden durch den Demultiplexer 355 erzeugt. Die Luminanzkomponente wird wie gewünscht einer Auflösungsverarbeitung in der Schaltung 357 unterworfen und in der notwendigen Weise durch den Interpolator 359 expandiert, wobei das Signal Y_AUX als Ausgang erzeugt wird.
In einigen Fällen ist die Hilfs-Anzeige so groß wie die Haupt-Signalanzeige, wie beispielsweise in Fig. 1(d) dargestellt ist. Die mit dem Bild-in-Bild-Prozessor und dem Video-RAM 350 zusammenhängenden Speicherbegrenzungen können eine unzureichende Zahl von Datenpunkten oder Pixeln zum Ausfüllen eines so großen Anzeigebereiches erzeugen. In diesen Fällen kann die Auflösungs- Verarbeitungsschaltung 357 dazu verwendet werden, Pixel für das Hilfs-Videosignal wiederherzustellen, um die bei der Datenkompression oder -reduktion verlorenen Pixel zu ersetzen. Die Auflösungsverarbeitung kann der Auflösungsverarbeitung entsprechen, die die Schaltung 370 von Fig. 4 ausführt. Beispielsweise kann die Schaltung 370 eine Dithering-Schaltung und die Schaltung 357 eine Dedithering-Schaltung sein.
Die Hilfs-Video-Eingangsdaten werden mit einer 640 fH-Rate abgetastet und im Video-RAM 350 gespeichert. Die aus dem Video- RAM 350 ausgelesenen Hilfs-Daten werden als VRAM_OUT bezeichnet. Die PIP-Schaltung 301 hat auch die Fähigkeit, das Hilfs-Bild durch gleiche ganzzahlige Faktoren horizontal und vertikal zu vermindern wie auch asymmetrisch. Unter weiterer Bezugnahme auf fig. 10 werden die Hilfs-Kanaldaten gepuffert und mit dem digitalen Videosignal des Haupt-Kanals durch die 4-Bit-Latch-Vorrichtungen 352A und 352B, den Hilfs-FIFO 354, die Taktschaltung 369 und die Synchronisationsschaltung 368 synchronisiert. Die VRAM_OUT-Daten werden in Y-(Luminanz)-, U-, V-(Farbkomponenten) und FSW_DAT (Daten des schnellen Schalters) durch den Demultiplexer 355 sortiert. FSW_DAT gibt an, welcher Halbbild-Typ in den Video-RAM geschrieben wurde. Das PIP_FSW-Signal wird unmittelbar von der PIP-Schaltung empfangen und der Ausgangs-Steuerschaltung 321 zugeführt, um zu bestimmen, welches aus dem Video- RAM ausgelesene Halbbild während der Betriebsart für ein kleines Bild angezeigt werden soll.
Der Hilfs-Kanal wird mit einer 640 fH-Rate abgetastet, während der Haupt-Kanal mit einer 1024 fH-Rate abgetastet wird. Der Hilfs-Kanal-FIFO 354 wandelt die Daten von der Hilfs-Kanal-Abtastrate in die Haupt-Kanal-Taktrate um. Bei diesem Prozeß erfährt das Videosignal eine 8/5 (1024/640) Kompression. Dies ist mehr als die 4/3 Kompression, die erforderlich ist, um das Hilfs-Kanalsignal richtig anzuzeigen. Daher muß der Hilfs-Kanal durch den Interpolator 349 expandiert werden, um ein kleines 4 × 3 Bild richtig anzuzeigen. Der Interpolator 359 wird durch die Interpolator-Steuerschaltung 371 gesteuert, die selbst auf den WSP µP 340 anspricht. Die erforderliche Interpolator-Expansionsmenge ist 5/6. Der Expansions-Faktor X wird wie folgt bestimmt:
X = (640/1024) * (4/3) = 5/6.
Die Chrominanzkomponenten U_PIP und V_PIP werden durch die Schaltung 367 für eine Zeitlänge verzögert, die von der Eigenschaft der Interpolation der Luminanzkomponente abhängt, wobei als Ausgänge Signale U_AUX und V_AUX erzeugt werden. Die entsprechenden Y-, U- und V-Komponenten der Haupt- und Hilfs-Signale werden entsprechenden Multiplexern 315, 317 und 319 in dem Ausgangs-Signalweg 312 durch Steuerung der Lese-Auslösesignale der FIFOs 354, 356 und 358 kombiniert. Die Multiplexer 315, 317 und 319 sprechen auf die Ausgangs-Multiplexer-Steuerschaltung 321 an. Die Ausgangs-Multiplexer-Steuerschaltung 321 spricht auf ein Taktsignal CLK, ein Zeilenstart-Signal SOL, ein Horizontal- Zeilenzähl-Signal H_COUNT, das Vertikal-Austast-Rückstell-Signal und den Ausgang des schnellen Schalters von dem Bild-in-Bild- Prozessor und dem WSP µP 340 an. Die gemultiplexten Luminanz- und Chrominanzkomponenten Y_MX, U_MX und V_MX werden entsprechenden Digital/Analog-Wandlern 360, 362 bzw. 364 zugeführt. Den Digital/Analog-Wandlern sind Tiefpaßfilter 361, 363 bzw. 365 nachgeschaltet, die in Fig. 4 dargestellt sind. Die verschiedenen Funktionen des Bild-in-Bild-Prozessors, der Gate-Anordnung und der Daten-Reduktionsschaltung werden durch den WSP µP 340 gesteuert. Der WSP µP 340 spricht auf den TV µP 216 an, der mit ihm durch einen seriellen Bus verbunden ist. Der serielle Bus kann ein 4-Leitungs-Bus - wie dargestellt - sein, der Leitungen für Daten, Taktsignale, Auslösesignale und Rückstellsignale hat. Der WSP µP 340 kommuniziert mit den verschiedenen Schaltungen der Gate-Anordnung durch einen WSP µP-Dekoder 310.
In einem Fall ist es erforderlich, das 4 × 3 NTSC-Videosignal durch einen Faktor von 4/3 zu komprimieren, um eine Verzerrung des Bild-Seitenverhältnisses des angezeigten Bildes zu vermeiden. In dem anderen Fall kann das Videosignal expandiert werden um horizontale Zoom-Operationen auszuführen, die üblicherweise von vertikalen Zoom-Operationen begleitet sind. Horizontale Zoom-Operationen bis zu 33% können durch Verminderung von Kompressionen auf weniger als 4/3 bewirkt werden. Es wird ein Abtast-Interpolator verwendet, um das ankommende Videosignal neu für neue Pixelpositionen zu berechnen, weil die Luminanz-Video- Bandbreite bis hinauf zu 5,5 MHz für ein S-VHS-Format einen großen Prozentsatz der Nyquist-Faltung über der Frequenz einnimmt, die 8 MHz für einen 1024 fH- Takt ist.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist, werden die Luminanz-Daten Y _-MN durch einen Interpolator 337 in den Haupt-Signalweg 304 geleitet, der Abtastwerte, die auf der Kompression oder der Expansion der Videosignale beruhen, neu berechnet. Die Funktion der Schalter oder der Wegewähler 323 und 331 besteht darin, die Topologie des Haupt-Signalweges 304 in bezug auf die relativen Positionen des FIFO 356 und des Interpolators 337 umzukehren. Insbesondere wählen diese Schalter aus, ob der Interpolator 337 dem FIFO 356 - wie für eine Kompression erforderlich - vorangeht, oder ob der FIFO 356 dem Interpolator 337 - wie für eine Bildexpansion erforderlich - vorangeht. Die Schalter 323 und 331 sprechen auf eine Weg-Steuerschaltung 335 an, die selbst auf den WSP µP 340 anspricht. Es sei daran erinnert, daß das Hilfs-Videosignal zur Speicherung in dem Video-RAM 350 während der Betriebsarten für ein kleines Bild komprimiert wird, und eine Expansion nur aus praktischen Gründen erforderlich ist. Demzufolge ist in dem Hilfs-Signalweg keine vergleichbare Umschaltung erforderlich.
Der Haupt-Signalweg ist in größeren Einzelheiten in Fig. 9 dargestellt. Der Schalter 323 wird durch zwei Multiplexer 325 und 327 ausgeführt. Der Schalter 331 wird durch einen Multiplexer 333 ausgeführt. Die drei Multiplexer sprechen auf die Weg- Steuerschaltung 335 an, die selbst auf den WSP µP 340 anspricht. Eine Horizontal-Takt-Synchronisations-Schaltung 339 erzeugt Taktsignale, die das Schreiben und Lesen der FIFOs wie auch der Latch-Vorrichtungen 347 und 351 und des Multiplexers 353 steuern. Das Taktsignal CLK und der Start des Zeilensignals SOL werden durch die Takt/Synchronisationsschaltung 320 erzeugt. Eine Analog/Digital-Umwandlungs-Steuerschaltung 369 spricht auf Y_MN, den WSP µP 340 und das bedeutsamste Bit von UV_MN an.
Eine Interpolator-Steuerschaltung 349 erzeugt Werte (K) für Pixel-Zwischenpositionen, eine Interpolator-Kompensationsfilter- Wichtungs-(C) und Takt-Tastinformatidn CGY für die Luminanz- und CGUV für die Farbkomponenten. Es ist die Takt-Tastinformation, die die FIFO-Daten unterbricht (dezimiert) oder wiederholt, um zu erlauben, daß bei einigen Takten keine Abtastungen geschrieben werden, um eine Kompression zu bewirken, oder einige Abtastungen mehrmals für eine Expansion gelesen werden.
Eine solche Kompression ist in Fig. 15 veranschaulicht. Die LUMA_RAMO_IN-Linie stellt Luminanz-Rampen-Video-Daten dar, die in den FIFO geschrieben werden. Das WR_EN_MN_Y-Signal ist aktiv hoch, was bedeutet, daß die Daten in den FIFO geschrieben werden, wenn dieses Signal hoch ist. Jede vierte Abtastung wird daran gehindert, in den FIFO geschrieben zu werden. Die gezackte Linie LUMA_REMP_OUT stellt die Luminanz-Rampen-Daten dar, wie sie aus dem FIFO ausgelesen würden, wenn die Daten nicht zunächst interpoliert wurden. Es sei bemerkt, daß der Durchschnittsverlauf des aus dem Luminanz-FIFO gelesenen Rampensignals 33% steiler ist als das Eingangs-Rampensignal. Es sei ferner bemerkt, daß 33% weniger aktive Lesezeit erforderlich ist, um das Rampensignal auszulesen als zum Einschreiben der Daten erforderlich war. Dies stellt die 4/3 Kompression dar. Es ist die Funktion des Interpolators 337, die in den FIFO geschriebenen Luminanz-Abtastungen neu zu berechnen, so daß die aus dem FIFO ausgelesenen Daten glatt und nicht gezackt sind.
Expansionen können in genau der entgegengesetzten Weise wie Kompressionen durchgeführt werden. Im Falle von Kompressionen ist dem Schreib-Auslösesignal eine Takt-Tastinformation in Form von Sperrimpulsen zugeordnet. Zum Expandieren von Daten wird die Takt-Tastinformation dem Lese-Auslösesignal zugeführt. Dies unterbricht die Daten, wenn sie aus dem FIFO 356 ausgelesen werden, was in Fig. 16 dargestellt ist. Die LUMA_RAMP_IN-Linie stelle die Daten vor Einschreiben in den FIFO 356 dar, und die gezackte Linie LUMA_RAMP_OUT stellt die Daten dar, die aus dem FIFO 356 ausgelesen werden. In diesem Falle ist die Funktion des Interpolators, der dem FIFO 356 folgt, die abgetasteten Daten von gezackt zu glatt nach der Expansion neu zu berechnen. Im Expansionsfall müssen die Daten unterbrochen werden, während sie aus dem FIFO 356 ausgelesen werden und während sie durch den Interpolator 337 getaktet werden. Dies ist unterschiedlich gegenüber dem Kompressionsfall, bei dem die Daten kontinuierlich durch den Interpolator 337 getaktet werden. Für beide Fälle der Kompression und Expansion können die Takt-Tastoperationen leicht in einer synchronen Weise ausgeführt werden, d.h. es können Ereignisse auf der Basis von ansteigenden Flanken des 1024 fH-Systemtakts auftreten.
Es gibt eine Reihe von Vorteilen in dieser Topologie für die Luminanz-Interpolation. Die Takt-Tastoperationen, nämlich die Daten-Dezimierung und die Daten-Wiederholung kann in einer synchronen Weise durchgeführt werden. Wenn keine schaltbare Video- Daten-Topologie benutzt würde, um die Positionen von Interpolator und FIFO auszutauschen, müßten die Lese- und Schreib-Takte doppelt getaktet werden, um die Daten zu unterbrechen oder zu wiederholen. Der Begriff doppelt getaktet bedeutet, daß zwei Datenpunkte in den FIFO in einem einzelnen Taktzyklus geschrieben oder aus dem FIFO während eines einzelnen Taktzyklus gelesen werden müssen. Die resultierende Schaltung kann nicht so ausgeführt werden, daß sie synchron mit dem Systemtakt arbeitet, da die Schreib- oder Lese-Taktfrequenz doppelt so hoch wie die System-Taktfrequenz sein muß. Ferner erfordert die schaltbare Topologie nur einen Interpolator und einen FIFO, um sowohl die Kompression als auch die Expansion auszuführen. Wenn die hier beschriebene Video-Schaltanordnung nicht benutzt würde, kann die Doppel-Taktsituation nur durch Verwendung von zwei FIFOs vermieden werden, um die Funktionalität sowohl von Kompression als auch Expansion zu erreichen. Ein FIFO für Expansionen würde vor dem Interpolator, und ein FIFO für Kompressionen würde hinter dem Interpolator angeordnet werden müssen.
Die Interpolation des Hilfs-Signals findet in dem Hilfs-Signalweg 306 statt. Die PIP-Schaltung 301 manipuliert einen 6- Bit-Y-, U-, V-, 8:1:1 Halbbild-Speicher, den Video-RAM 350, um ankommende Video-Daten zu speichern. Der Video-RAM 350 hält zwei Halbbilder mit Video-Daten in einer Vielzahl von Speicherplätzen. Jeder Speicherplatz hält acht Daten-Bits. An jedem 8-Bit- Platz gibt es eine 6-Bit Y (Luminanz) Abtastung (abgetastet mit 640 fH) und zwei weitere Bits. Diese zwei weiteren Bits halten entweder Daten (FSW_DAT) für den schnellen Schalter oder einen Teil einer U- oder V-Abtastung (abgetastet mit 80 fH) Die FSW _-DAT Datenwerte für den schnellen Schalter zeigen an, von welcher Art das Halbbild war, das in den Video-RAM geschrieben wurde. Da die Daten von zwei Halbbildern in dem Video-RAM 350 gespeichert sind und der ganze Video-RAM 350 während der Anzeigeperiode gelesen wird, werden beide Halbbilder während der Anzeigeabtastung gelesen. Die PIP-Schaltung 301 bestimmt, welches Halbbild aus dem Speicher gelesen wird, damit es durch die Verwendung der Daten für den schnellen Schalter angezeigt wird. Die PIP-Schaltung liest immer den entgegengesetzten Halbbild-Typ, der geschrieben wird, um das Problem eines Bewegungssprungs zu überwinden. Wenn der gelesene Halbbild-Typ vom entgegengesetzten Typ wie der angezeigte ist, wird das in dem Video-RAM gespeicherte gerade Halbbild durch Löschung der oberen Zeile des Halbbildes invertiert, wenn das Halbbild aus dem Speicher ausgelesen wird. Im Ergebnis bleibt das kleine Bild im richtigen Zeilensprung ohne einen Bewegungssprung.
Die Takt-Synchronisationsschaltung 320 erzeugt Lese-, Schreib- und Auslösesignale, die zum Betrieb der FIFOs 354, 356 und 358 benötigt werden. Die FIFOs für den Haupt- und Hilfs-Kanal werden zum Einschreiben von Daten in die Speicherung für jene Teile jeder Videozeile freigegeben, die für die anschließende Anzeige erforderlich ist. Daten werden aus dem Haupt- oder Hilfs-Kanal geschrieben, aber nicht von beiden, was notwendig ist, um Daten von jeder Quelle in derselben Videozeile oder denselben Videozeilen der Anzeige zu kombinieren. Der FIFO 354 des Hilfs-Kanals wird synchron mit dem Hilfs-Videosignal eingeschrieben, aber aus dem Speicher synchron mit dem Haupt-Videosignal ausgelesen. Die Haupt-Videosignal-Komponenten werden in die FIFOs 356 und 358 synchron mit dem Haupt-Videosignal eingelesen, und sie werden aus dem Speicher synchron mit dem Haupt-Videosignal ausgelesen. Wie oft die Lesefunktion zwischen dem Haupt- und Hilfs-Kanal hin- und hergeschaltet wird, ist eine Funktion des jeweils gewählten besonderen Effekts.
Die Erzeugung von verschiedenen besonderen Effekten wie abgeschnittene Seite-an-Seite-Bilder, wird durch Manipulation der Lese- und Schreib-Auslöse-Steuersignale für die Zeilenspeicher- FIFOs bewirkt. Der Prozeß für dieses Anzeige-Format ist in Fig. 7 und 8 dargestellt. Im Fall von abgeschnittenen, Seite-an-Seite angezeigten Bildern wird das Schreib-Auslöse-Steuersignal (WR _-EN_AX) für 2048 × 8 FIFO 354 des Hilfs-Kanals aktiv für (1/2) * (5/12) = 5/12 oder annähernd 41% der aktiven Anzeige-Zeilenperiode (nach Beschleunigung), oder 67% der aktiven Hilfs-Kanal-Zeilenperiode (vor Beschleunigung) wie in Fig. 7 dargestellt. Dies entspricht etwa 33% Abschneiden (annähernd 67% aktives Bild) und der Interpolator-Expansion des Signals um 5/6. In dem im oberen Teil von Fig. 8 dargestellten Haupt-Video-Kanal ist das Schreib- Auslöse-Steuersignal (WR_EN_MN_Y) für die 910 × 8 FIFOs 356 und 358 während (1/2) * (4/3) = 0,67 oder 67% der aktiven Anzeige- Zeilenperiode aktiv. Dies entspricht etwa 33% Abschneiden um einem im Haupt-Video-Kanal durch die 910 × 8 FIFOs ausgeführten Kompressionsverhältnis von 4/3.
In jedem FIFO werden die Video-Daten gepuffert, um zu einem bestimmten Zeitpunkt ausgelesen zu werden. Dieser aktive Zeitbereich, in dem die Daten aus jedem FIFO ausgelesen werden können, wird durch das gewählte Anzeige-Format bestimmt. Bei dem dargestellten Beispiel der Betriebsart mit abgeschnittenen Seite-an- Seite-Bildern wird das Haupt-Kanal-Videosignal in der linken Hälfte der Anzeige und das Hilfs-Kanal-Videosignal in der rechten Hälfte der Anzeige wiedergegeben. Die willkürlichen Videoteile der Wellenformen sind - wie dargestellt - für den Haupt- und Hilfs-Kanal verschieden. Das Lese-Auslöse-Steuersignal (RD_ EN_MN) der Haupt-Kanal 910 × 8 FIFOs ist während 50% der aktiven Anzeige-Zeilenperiode der Anzeige aktiv und beginnt mit dem Start des aktiven Videosignals unmittelbar nach der Video- Schwarzschulter. Das Hilfs-Kanal-Lese-Auslöse-Steuersignal (RD _-EN_AX) wird während der anderen 50% der aktiven Anzeige-Zeilenperiode aktiv und beginnt mit der fallenden Flanke des RD_EN_MN- Signals und endet mit dem Beginn der vorderen Schwarzschulter des Haupt-Kanal-Videosignals. Es sei bemerkt, daß Schreib-Auslöse-Steuersignale synchron mit ihren entsprechenden FIFO-Eingangsdaten (Haupt- oder Hilfs-Kanal) sind, während die Lese-Auslöse-Steuersignale synchron mit dem Haupt-Kanal-Videosignal sind.
Das in Fig. 1(d) dargestellte Anzeige-Format ist insbesondere erwünscht, da es die Anzeige von zwei nahezu vollständigen Halbbildern in einem Format Seite-an-Seite ermöglicht. Die Anzeige ist insbesondere wirksam und geeignet für eine Anzeige mit Breitformat-Bildseitenverhältnis, beispielsweise 16 × 9. Viele NTSC-Signale werden in einem 4 × 3 Format dargestellt, das natürlich 12 × 9 entspricht. NTSC-Bilder mit einem Bildseitenverhältnis von 4 × 3 können auf derselben Anzeige mit dem Bildseitenverhältnis von 16 × 9 dargestellt werden, entweder durch Abschneiden der Bilder um 30% oder Quetschen der Bilder um 33% und Einführung einer Verzerrung des Bildseitenverhältnisses. je nach dem, was der Benutzer vorzieht, kann das Verhältnis von Abschneiden des Bildes zu Verzerrung des Bildseitenverhältnisses irgendwo zwischen den Grenzen von 0% und 33% festgelegt werden. Beispielsweise können zwei nebeneinander wiedergegebene Bilder 16,7% gequetscht und 16,7% abgeschnitten sein.
Die horizontale Anzeigezeit für eine Anzeige mit einem Bildseitenverhältnis von 16 × 9 ist dieselbe wie die Anzeige mit einem Bildseitenverhältnis von 4 × 3, weil beide eine nominelle Zeilenlänge von 62,5 Mikrosekunden haben. Daher muß ein NTSC-Videosignal um einen Faktor von 4/3 beschleunigt werden, um ein richtiges Bildseitenverhältnis ohne Verzerrung zu erhalten. Der 4/3-Faktor wird als Verhältnis der beiden Anzeige-Formate berechnet:
4/3 = (16/9) / (4/3)
Gemäß Aspekten dieser Erfindung Werden veränderbare Interpolatoren verwendet, um die Videosignale zu beschleunigen. In der Vergangenheit sind FIFOs mit unterschiedlichen Taktraten an den Eingängen und Ausgängen verwendet worden, um eine ähnliche Funktion auszuführen. Wenn vergleichsweise zwei NTSC-Signale mit einem Bildseitenverhältnis von 4:3 auf einer einzigen Anzeige mit einem Bildseitenverhältnis von 4:3 wiedergegeben werden, muß jedes Bild um 50% verzerrt oder abgeschnitten werden, oder eine Kombination davon. Eine Beschleunigung vergleichbar zu der, die für eine Breitschirm-Anwendung benötigt wird, ist nicht erforderlich.

Claims

1.) Videosignal-Verarbeitungsschaltung umfassend:

Mittel (320) zur Erzeugung eines Taktsignals (CLK);

einen Zeilenspeicher (356);

Mittel (349) zur Erzeugung von Steuersignalen (CGY), um Daten (Y_MN) in den Zeilenspeicher zu schreiben, und um Daten aus dem Zeilenspeicher zu lesen, um die Daten zu komprimieren und zu expandieren;

einen Interpolator (337) zum Glätten der komprimierten oder expandierten Daten in dem Zeilenspeicher; und

ein Schaltnetzwerk (323, 331), um wahlweise einen ersten Signalweg aufzubauen, in dem der Zeilenspeicher (356) dem Interpolator (337) vorausgeht, um die Datenexpansion auszuführen, und einen zweiten Signalweg, in dem der Interpolator (337) dem Zeilenspeicher (356) vorausgeht, um die Datenkompression auszuführen; gekennzeichnet durch:

Mittel (339), die auf die Steuersignale (CGY) ansprechen, um das Taktsignal (CLK) zu tasten, um die Kompression und Expansion der Daten durch Datendezimierung und Datenwiederholung zu ermöglichen; und

Ausführung der Datendezimierung und Datenwiederholung synchron mit dem Taktsignal (CLK), wobei in jeder Periode des Taktsignals nur ein Datenpunkt in den Zeilenspeicher (356) eingeschrieben oder aus dem Zeilenspeicher (356) ausgelesen wird.

2.) Schaltung nach Anspruch 1, die ferner Mittel (335) umfaßt, um das Schaltnetzwerk (323, 331) zu steuern.

3.) Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Zeilenspeicher (356) eine First-in-first-out-(FIFO)-Vorrichtung ist, die unabhängig freigegebene Schreib-(IN)- und Lese-(OUT)-Anschlüsse hat.

4.) Schaltung nach Anspruch 1, bei der der Zeilenspeicher (356) in der Lage ist, eine Videozeile zu speichern.