DE69127194T2

DE69127194T2 - Zweistufiges interpolationssystem

Info

Publication number: DE69127194T2
Application number: DE69127194T
Authority: DE
Inventors: Todd J. Indianapolis In 46203 Christopher; 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: 1991-05-29
Publication date: 1997-12-18
Anticipated expiration: 2011-05-30
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, und insbesondere auf solche Fernsehgeräte, die einen Schirm mit Breitformat-Bildseitenverhältnis haben. 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-Fernsehgeräten als auch bei Projektions-Fernsehgeräten anwendbar.
Fernsehgeräte mit einem Bildseitenverhältnis von 4:3, oft auch als 4 X 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 X 3 Bildseitenverhältnis ausgestrahlt. Viele Betrachter finden das 4 X 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 verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen ist in der Lage, Einzel- und Mehrfach-Bildanzeigen mit hoher Auflösung aus einzelnen und mehrfachen asynchronen Quellen mit gleichen oder unterschiedlichen Bildseitenverhältnissen und mit auswählbaren Bildseitenverhältnissen zu liefern.
Ferngehgeräte mit einem Breitformat-Bildseitenverhältnis können in Fernsehsystemen ausgeführt werden, die Videosignale sowohl mit Basis- oder Norm-Horizontal-Abtastraten und Vielfachen davon wiedergeben als auch sowohl durch Zeilensprung- oder Nicht-Zeilensprung-Abtastung. Norm-NTSC-Videosignale werden beispielsweise durch Verschachtelung 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 entsprechend den unterschiedlichen Video-Normen. Bei Bemühungen zur Verbesserung der Bildqualität von Fernsehgeräten sind Systeme zur progressiven Anzeige der Videosignale in einer nicht-verschachtelten Art entwickelt worden. Eine progressive Abtastung erfordert, daß jedes angezeigte Vollbild in derselben Zeitperiode abgetastet werden muß, die zur Abtastung eines oder der beiden Halbbilder des Zeilensprung-Formats verfügbar ist.
Flackerfreie AA-BB-Anzeigen erfordern, daß jedes Halbbild nacheinander zweimal abgetastet wird. In jedem Fall muß die Horizontal-Abtastfrequenz zweimal so groß sein wie die Norm-Horizontalfrequenz. Die Abtastrate für solche progressiv abgetastete oder flackerfreie Anzeigen wird unterschiedlich mit 2fH und 2H bezeichnet. Eine 2fH-Abtastfrequenz gemäß den Normen in den Vereinigten Staaten ist beispielsweise 31468 Hz.
Das Breitschirm-Fernsehgerät gemäß verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen kann Videosignale in horizontaler Richtung expandieren und komprimieren, indem adaptive Interpolatorfilter verwendet werden. Im Falle einer Anzeige von Seite-an-Seite-Bildem mit vergleichbarer Größe muß beispielsweise eines der Videosignale komprimiert und das andere vergrößert werden. Für den Fall eines Zoom-Merkmals wird eines der Signale zunächst gestutzt und dann expandiert. Die Interpolatoren für die Luminanzkomponenten des Haupt- und Hilfs-Signals können Schräg-Verzerrungs-Korrekturfilter der in US-A-4,694,414 von Christopher beschriebenen Art sein. Ein darin beschriebener Vierpunkt-Interpolator umfaßt beispielsweise einen linearen Zweipunkt-Interpolator und ein zugeordnetes Filter und einen in Kaskade geschalteten Vervielfacher, um eine Amplituden- und Phasenkompensation vorzusehen. Insgesamt werden vier benachbarte Datenabtastungen verwendet, um jeden interpolierten Punkt zu berechnen. Das Eingangssignal wird dem linearen Zweipunkt-Interpolator zugeführt. Die dem Eingang erteilte Verzögerung ist proportional zu dem Wert eines Verzögerungs-Steuersignals (K). Die Amplituden- und Phasenfehler des verzögerten Signals werden durch die Anwendung eines Korrektursignals minimiert, das durch ein zusätzliches Filter und einen mit diesem in Kaskade geschalteten Vervielfacher gewonnen wird. Dieses Korrektursignal sorgt für eine Spitzenbildung, die den Frequenzverlauf des linearen Zweipunkt-Interpolationsfilters für alle Werte von (K) entzerrt. Der ursprüngliche Vierpunkt-Interpolator wird für die Verwendung mit Signalen optimiert, die einen Durchlaßbereich von 0,25 fs haben, worin fs die Daten-Abtastrate ist.
Alternativ und gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen können beide Kanäle verwenden, was als zweistufiger Interpolationsprozeß bezeichnet wird. Der Frequenzverlauf des ursprünglichen veränderbaren Interpolationsfilters kann durch Verwendung eines solchen zweistufigen Prozesses verbessert werden. Dieser Prozeß wird nachfolgend als Zwei-Stufen-Interpolator bezeichnet. Ein Zwei-Stufen-Interpolator gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung umfaßt einen 2n+4-Anzapfungs-(FIR)-Filter mit festen Koeffizienten und einem veränderbaren Vierpunkt-Interpolator. Der FIR- Filterausgang befindet sich in der Mitte zwischen den Eingangs- Pixelabtastungen. Der Ausgang des FIR-Filters wird dann durch Verschachtelung mit den ursprünglichen Datenabtastungen kombiniert, die verzögert werden, um eine wirksame 2fs-Abtastrate hervorzubringen. Dies ist eine gültige Annahme für Frequenzen in dem Durchlaßbereich des FIR-Filters. Im Ergebnis wird der wirksame Durchlaßbereich des ursprünglichen Vierpunkt-Interpolators beträchtlich erhöht.
Das bekannte kompensierte veränderbare Interpolationsfilter erzeugt genau interpolierte Abtastungen, solange die Frequenzkomponenten des Signals nicht größer als etwa ein Viertel der Abtastrate, 0,25 fs sind. Die Zwei-Stufen-Lösung kann für Signale verwendet werden, die Frequenzkomponenten haben, die nennenswert größer als 0,25 fs sind. Gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen erzeugt ein FIR-Filter mit aus einem ersten Signal von digitalen Abtastungen ein zweites Signal von digitalen Abtastungen, die Signalpunkte zwischen den Abtastungen des ersten Signals darstellen. Das erste Signal kann beispielsweise ein Videosignal sein, das durch einen Datenstrom von Pixelwerten definiert wird. Das erste Signal wird verzögert, aber bleibt sonst im wesentlichen unverändert. Das zweite Signal und das verzögerte erste Signal werden verschachtelt, beispielsweise durch einen Multiplexer, um ein drittes Signal von digitalen Werten zu erzeugen, die eine Abtastdichte haben, die doppelt so groß ist wie die des ersten Signals. Ein kompensierter veränderbarer Interpolator leitet von dem dritten Signal ein viertes Signal von digitalen Abtastungen ab, in denen der Frequenzinhalt der von dem ersten Signal dargestellten Information geändert worden ist. Der Frequenzinhalt kann komprimiert oder expandiert werden. Das erste Signal kann Frequenzkomponenten haben, die etwa 40% der Abtastrate für das erste Signal ohne nennenswerte Verminderung der Bandbreite in dem vierten Signal selbst bei Expansion betragen. Im Falle einer Vergrößerung des von einem Videosignal dargestellten Bildes kann das Videosignal vor der Verzögerung und Verarbeitung durch das FIR-Filter, beispielsweise in einem FIFO-Zeilenspeicher, gestutzt werden. Der kompensierte veränderbare Interpolator kann beispielsweise durch einen Mikroprozessor oder äquivalente Hardware gesteuert werden, um ausgewählte Kompressions- oder Expansionsverhältnisse zu erzeugen.
Ein nicht-kompensierender Interpolator in einer "Down-Rate- Abtast-Umwandlungsvorrichtung" ist aus US-A-4,468,890 bekannt. Die Erfindung ist in den Ansprüchen dargelegt.
Fig. 1(a) - 1(i) sind nützlich zur Erläuterung verschiedener Anzeige-Formate eines Breit-Bilsschirm- 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 Anzeige-Formats 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 Blockschaltbild, das den Hilfs-Signalweg von Fig. 6 in größeren Einzelheiten zeigt.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Zeitsteuer- und Steuerabschnittes des Bild-in-Bild-Prozessors von Fig. 5.
Fig. 12 ist ein Blockschaltbild für die Erzeugung des internen 2fH-Signals bei der Umwandlung von 1fH in 2fH.
Fig. 13 ist eine mit Blöcken kombinierte Schaltung für die in Fig. 2 dargestellte Ablenkschaltung.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 2 dargestellten RGB-Schnittstelle.
Fig. 15 und 16 sind Pixel-Diagramme, die nützlich zur Erluterung der Arbeitsweise der zweistufigen veränderbaren Interpolationsfilter sind, die für die Ausführung der Interpolatoren von Fig. 6, 9 und 10 verwendet werden können.
Fig. 17 ist ein Blockschaltbild eines zweistufigen kompensierten, veränderbaren Interpolationsfilters.
Fig. 18 ist ein Blockschaltbild eines zweistufigen kompensierten, veränderbaren Interpolationsfilters für die Verwendung bei einem Zoom-Betrieb.
Fig. 19 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Ausführung eines mit acht Anzapfungen versehenen zweistufigen Interpolationsfilters.
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. Die erfindungsgemäßen Anordnungen sind in einigen Fällen auf die Anzeige- Formate selbst gerichtet, abgesehen von der spezifischen grundlegenden Schaltung. Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung und der Erläuterung wird allgemein davon ausgegangen, daß eine Videoquelle oder ein Signal ein Bildseitenverhältnis von Breite zu Höhe von 4 X 3 hat, während ein Breit-Bildschirm-Bildseitenverhältnis für eine Videoquelle oder ein Signal ein Bildseitenverhältnis mit Breite zu Höhe von 16 x 9 hat. Die erfindungsgemäßen Anordnungen sind nicht auf diese Definitionen beschränkt.
Fig. 1(a) zeigt ein Fernsehgerät für direkte Betrachtung oder ein Projektionsgerät mit einem üblichen Bildseitenverhältnis von 4 X 3. Wenn ein Bild mit einem Seitenverhältnis von 16 x 9 als Signal mit einem Seitenverhältnis von 4 X 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 x 9 vor der Aussendung umgewandelt, so daß sie die vertikale Ausdehnung einer Betrachtungsfläche mit einem Seitenverhältnis von 4 X 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 x 9 Schirm. Eine Videoquelle mit 16 x 9 Bildseitenverhältnis würde voll ohne Abschneiden und ohne Verzerrung angezeigt. Ein Letterbox-Bild mit einem 16 x 9 Bildseitenverhältnis, das selbst in einem Signal mit einem 4 X 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 x 9 Bildseitenverhältnis anzeigen, ob es die Haupt-Quelle, die Hilfs-Quelle oder eine externe RGB-Quelle ist.
Fig. 1(c) veranschaulicht ein Haupt-Signal mit 16 x 9 Bildseitenverhältnis, bei dem ein Einfügungsbild mit einem 4 X 3 Bildseitenverhältnis angezeigt wird. Wenn sowohl die Haupt- als auch die Hilfs-Videosignale Quellen mit 16 x 9 Bildseitenverhältnis sind, kann das Einfügungsbild auch ein 16 x 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 X 9, was natürlich unterschiedlich sowohl von 16 x 9 als auch von 4 X 3 ist. Um in einem solchen Anzeigebereich eine Quelle mit einem 4 X 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 X 3 in der Mitte eines Anzeigeschirms mit einem 16 x 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 X 3 Bildseitenverhältnis und drei kleinere Bilder mit 4 X 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, anstatt ein PIP, ein Bild-in-Bild. Die Begriffe PIP oder Bild-in-Bild werden hier für beide Anzeige-Formate verwendet. In den Fällen, in denen das Breit-Bildschirm-Fernsehgerät mit zwei Tunern versehen ist, entweder beide intern oder einer extern, beispielsweise in einem Video-Kassettenrecorder, können beide angezeigten Bilder Bewegung in Echtzeit gemäß der Quelle anzeigen. Die verbleibenden Bilder können im 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 x 3 Bildseitenverhältnis zentriert ist und sechs kleinere Bilder mit 4 x 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 Anzeige-Format mit einem Gitter von zwölf Bildern mit 4 x 3 Bildseitenverhältnis. Ein solches Anzeige-Format ist insbesondere als Kanal-Auswählanleitung geeignet, bei der 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 Signal-Verarbeitungswege ab.
Die verschiedenen in Fig. 1 dargestellten Formate 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 Kabelempf ang 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 einen Ein-Chip 202, der eine Anzahl von Funktionen ausführt, wie Abstimmung, Horizontal- und Vertikal-Ablenkung und Video- Steuerungen. 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 Video-Schalter 200 als auch zu dem TV1-Eingang des Breit-Bildschirm-Prozessors 30. Andere Basisband-Video-Eingänge zum Video-Schalter 200 sind mit AUX1 und AUX2 bezeichnet. Diese können für Video-Kameras, Laser- Plattenspieler, Video-Bandspieler, Video-Spiele und dergleichen verwendet werden. Der Ausgang des Video-Schalters 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 Zeilen-Kammfilter 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 Zeilen-Kammfiltern, 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 Haupt-Signal betrachtet und entlang eines Haupt-Signalweges verarbeitet. Signalbezeichnungen _M und _MN beziehen sich auf den Haupt-Signalweg. 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 Breitschirm-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 Zeilen-Kammfilter ausgeführt werden. Die Schalter SW3 und SW4 wählen zwischen dem Luminanz- und Chrominanz-Ausgang 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 einigen adaptiven Zeilen-Kammfiltern kombiniert werden. Der Ausgang der Schalter SW3 und SW4 wird anschließend als das Hilfs-Signal betrachtet und in einem Hilfs- Signalweg verarbeitet. Der ausgewählte Luminanz-Ausgang ist mit Y_A bezeichnet. Signalbezeichnungen _A, _AX und _AUX beziehen sich auf den Hilfs-Signalweg. 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-Synchronkomponente der externen RGB-Quelle. Der Ausgang dieses Schalters ist eine ausgewählte Vertikal-Synchron-Komponente 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 bei dem eine zusätzliche Gruppe von horizontalen Zeilen durch Interpolation von benachbarten horizontalen Zeilen desselben Halbbildes erzeugt wird. 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 Wandlerschaltung 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_efH- 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 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 Haupt-Signals wird der RGB-Schnittstelle durch den Breitschirm-Prozessor als INT VERT RST OUT zugeführt, wodurch es möglich ist, daß ein ausgewählter 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. Die 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 komprimiert die Haupt- und Hilfs-Videosignal-Saten in einer breiten Vielfalt von Anzeige-Formaten, die als Beispiels in den Fig. 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 Serien-Bus an. Der Serien-Bus 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 Rückstellsignale als getrennte Signale erzeugt werden. Ein zusammengesetztes Austastsignal wird der RGB-Schnittstelle durch den Videosignal-Eingangsabschnitt zugeführt.
Die in grlßeren 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 Steuersi gnale 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- Wechselspannungsquelle 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-Ausgangs-Kodierer 227. Weitere Einzelheiten des Breitschirm-Prozessors, die gemeinsam mit den 1fH- und 2fH-Platten sind, z.B. die PIP-Schaltung, 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, die Teile der Haupt- und Hilfs-Signalwege bilden, 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 340. Der WSP µP 340 umfaßt einen Eingangs-Ausgangs-I/O-Abschnitt 340A und einen analogen Ausgangs- Abschnitt 340B. Der I/O-Abschnitt 340A liefert Farbton- und Farb-Steuersignale, das INT/EXT-Signal zur Wahl der externen RGB-Videoquelle und Steuersignale für die Schalter SW1 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 Signale zugeführt, die mit Y_M, U_M und V_M bezeichnet sind. Diese Haupt-Signale 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 1024fH ist, was etwa 16 MHz entspricht. Es kann ein einzelner Analog/Digital-Wandler und ein Analog-Schalter verwendet werden, um die Farbkomponenten-Daten abzutasten, weil die U- und V-Signale auf 500 kHz, oder 1,5 MHz für breites I, beschränkt sind. Das Zeilen-Auswahl-Signal UV_MUX für den analogen Schalter oder den Multiplexer 344 ist ein 8 MHz-Signal, das durch Teilen des Systemtektes durch 2 abgeleitet wird. Ein einen Takt breiter Start des SOL-Zeilenimpulses stellt synchron dieses Signal am Beginn jeder horizontalen Video-Zeile auf 0 zurück. Die UV_MUX-Zeile kippt dann in ihrem 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-Steuerung 349 von dem Haupt-Signalverarbeitungsweg 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 (U-, V)-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 unterschiedlichen Kompressionen gepaarter Pixel mit unterschiedlichen Bit-Zahlen in Betracht gezogen. Aus einer Anzahl 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 FIFOs 356 und 358 ausgebildet sein können. Der Interpolator und die FIFOs dienen gegebenenfalls zur erneuten Abtastung des Haupt-Signals. Ein zusätzlicher Interpolator kann das Hilfs-Signal erneut abtasten. Taktund 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 Synchronsignal für den Kodierer 227, entweder C_SYNC_MN von der Gate-Anordnung oder C_SYNC_AUX von der PIP-Schaltung aus. Schalter SW6 wählt zwischen Y_M und C_SYNC_AUX als Synchronsignal für den Breitschirm- Buchsen-Ausgang aus.
Teile der Horizontal-Synchronschaltung sind in größeren Einzelheiten in Fig. 12 dargestellt. Die Phasenvergleichsschaltung 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 Phasenvergleichsschaltung 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-Eingangs-Abschnitts arbeitet. Die Impulsbreiten-Schaltung 402 stellt sicher, daß ein 2fH REF-Signal eine angemessene Impulsbreite hat, um den richtigen Betrieb der Phasenvergleichsschaltung 404 zu gewährleisten, die beispielsweise vom Typ CA1391 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 Phasenvergleichsschaltung 404 sind die 2fH-Rücklaufimpulse oder ein darauf bezogenes Zeitsteuersignal. Die Verwendung der zweiten Phasenregelschleife mit der Phasenvergleichsschaltung 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 eine Hälfte der Video- Zeilen nach rechts und die andere Hälfte der Video-Zeilen nach links verschoben ist.
Die Ablenkschaltung so ist in größeren 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 Anzeige-Formate 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-Kondensator 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 X 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 einen geringeren Spitzenwert. Die veränderbare Stromquelle 508 spricht auf ein Einstellsignal für die vertikale Größe an, das beispielsweise in analoger Form von einer Steuerschaltung für die vertikale Größe erzeugt wird. Die vertikale Größeneinstellung 500 ist unabhängig von einer manuellen vertikalen Größeneinstellung 510, die durch ein Potentiometer oder einen Einstellnkopf an der Rückwand durchgeführt werden kann. In jedem Fall empfangen die Vertikal-Ablenkspulen 512 einen Ansteuer-Strom mit der richtigen Größe. Die Horizontal-Ablenkung wird durch eine Phaseneinstell-Schaltung 518, eine Ost-West-Kissenverzerrungs-Korrekturschaltung 514, 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 Breitformat-Bildseitenverhältnis ist. Die externen RGB- Signale und ein zusammengesetztes Austast-Signal von dem Videosignal-Eingangs-Abschnitt 20 werden als Eingänge einem RGB- in-YUV-Wandler 610 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 eingeschaltet 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 Synchrondetektor 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 verhindem, wenn das Signal von dort nicht vorhanden ist. Der RGB-in- YUV-Wandler 610 empfängt ebenfalls Farbton- und Farbsteuersignale von dem WSP µP 340.
Ein Breitschirm-Fernsehgerät gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen kann mit einer 1fH-Horizontal-Abtastung anstatt einer 2fH-Horizontal-Abtastung ausgeführt werden, obwohl eine solche Schaltung nicht dargestellt ist. Eine 1fH-Schaltung würde keinen 1fH-in-2fH-Wandler und nicht die RGB-Schnittstelle benötigen. Demzufolge würde keine Vorsorge dafür getroffen, um ein externes RGB-Signal mit einem Breitformat-Bildseitenverhältnis mit einer 2fH-Abtastrate anzuzeigen. Der Breitschirm-Prozessor und der Bild-in-Bild-Prozessor für eine 1fH-Schaltung würden sehr ähnlich sein. Die Gate-Anordnung könnte im wesentlichen identisch sein, obwohl nicht alle Eingänge und Ausgänge benutzt würden. Die hier beschriebenen unterschiedlichen Schemata zur Auflösungsverbesserung können allgemein ohne Rücksicht darauf angewendet werden, ob das Fernsehgerät mit einer 1fH- oder einer 2fH-Abtastung arbeitet.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das weitere Einzelheiten des in Fig. 3 dargestellten Breitschirm-Prozessors 30 zeigt, die für die 1fH- und 2fH-Platten gemeinsam sind. Die Y_A-, U_A- und V_A- Signale dienen als Eingang zu dem Bild-in-Bild-Prozessor 320, der eine Auflösungs-Verarbeitungsschaltung 370 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 322, ein Eingangs-Abschnitt 324, ein schneller Schalter (FSW) und 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. 9 dargestellt.
Der 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) und 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 auf dem Schirm über verschiedene Bereiche des Bildes zu bewegen. In jedem Fall kann sowohl das kleine Bild als auch das große Bild oder das Zoom-Bild als Standbild (noch Bildformat) angezeigt weden. 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 auf null Vollbilder pro Sekunde verändert 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 X 9 Schirm ohne eine Video-Beschleunigungsschaltung verwendet würde, würden die eingefügten Bilder eine Verzerrung des Seitenverhältnisses aufgrund der wirksamen 4 X 3-fachen Horizontal-Ausdehnung aufweisen, die von der Abtastung des breiteren 16 X 9 Schirms herrührt. Gegenstände des Bildes würden horizontal verlängert. Wenn eine externe Beschleunigungsschaltung verwendet würde, gäbe es keine Verzerrung des Bildseitenverhältnisses, jedoch würde das Bild nicht den ganzen Schirm ausfüllen.
Vorhandene Bild-in-Bild-Prozessoren, die auf dem Basis-CPIP- Chip beruhen und in üblichen Femsehempfängern verwendet werden, werden in einer bestimmten Weise betrieben, die gewisse unerwünschte Konsequenzen hat. Das ankommende Videosignal wird mit einem 640fH-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 Schiebungsfehlern 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 willkürliches 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 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 von einem Schirm mit einem 16 X 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 Anzeige-Formate auf einem 16 X 9 Schirm ohne externe Beschleunigungs schaltung zu erzeugen.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild des Takt- und Steuer-Abschnitts 328 des Bild-in-Bild-Prozessors, beispielsweise eine modifizierte Version des oben beschriebenen CPIP-Chips, die eine Dezimierungsschaltung 328C zur Ausführung der asymmetrischen Kompression als eine aus einer Vielzahl von auswählbaren Anzeige-Betriebsarten enthält. Die verbleibenden Anzeige-Betriebsarten können Hilfs-Bilder mit unterschiedlicher Größe vorsehen. Jede der Horizontal- und Vertikal-Dezimierungsschaltungen umfaßt einen Zähler, der für einen Kompressionsfaktor aus einer Tabelle von Werten unter Steuerung des WSP µP 340 programmiert ist. 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 aufgebaut ist. Die Steuerung der Kompressionsverhältnisse kann auch durch voll programmierbare Allzweck- Dezimierungsschaltungen unter der Steuerung des WSP µP 340 erfolgen.
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-Symchronimpulse. Diese Signale werden in dem Bild-in-Bild-Prozessor für die verschiedenen Betriebsarten mit vollem Schirm zum Beispiel Zoom, Standbild und Kanal-Abtastung verarbeitet. Während des Kanal-Abtastungsbetriebs haben beispielsweise die von dem Videosignal-Eingangs-Abschnitt 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 Kodierschaltung 366 kodiert werden, die in Verbindung mit einem 3,85 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 Eingangs-Abschnitt 324, einen schnellen Schalter FSW mit Bus-Steuerabschnitt 326, einen Takt- und Steuer-Abschnitt 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 Ein-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 Pixelkompression und Dithering und Dedithering. Eine Dedithering- Schaltung würde betrieblich stromabwärts vom Video-RAM 350 angeordnet, beispielsweise im Hilfs-Signalweg der Gate-Anordnung, die nachfolgend in größeren Einzelheiten erläutert wird. Ferner werden unterschiedliche Dithering- und Dedithering-Sequenzen mit unterschiedlichen Bit-Zahlen und Kompressionen von Pixel-Paaren mit einer unterschiedlichen Bit-Zahl ins Auge gefaßt. Aus einer Anzahl von besonderen Datenverminderungs 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 Farbdifferenzsignale des Hilfs-Signals werden in eine 8:1:1 6-Bit Y-, U-, V-Art gespeichert. In anderen Worten wird jede Komponente in 6-Bit-Abtastungen quantisiert. Es gibt 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 640fH-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 Bild-in-Bild-Prozessor-Video-RAM 350 ausgelesen werden, müssen sie auch unter Verwendung desselben 640fH-Taktes ausgelesen werden, der mit dem ankommenden Hilfs-Videosignal verriegelt ist, um die orthogonale Beziehung aufrechtzuerhalten. 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 Signale von derselben Videoquelle anzeigen.
Eine weitere Verarbeitung ist erforderlich, um den Hilfs-Kanal, das sind die Ausgangsdaten von dem Video-RAM 350, mit dem Haupt-Kanal zu synchronisieren. Gemäß Fig. 4 werden zwei 4-Bit- Latch-Vorrichtungen 352A und 352B verwendet, um die 8-Bit-Datenblöcke von dem Video-RAM-4-Bit-Ausgangsanschluß zu rekombinieren. Die 4-Bit-Latch-Vorrichtungen vermindern ferner die Daten- Taktrate von 1280fH auf 640fH.
Allgemein wird das Video-Anzeige- und Ablenksystem mit dem Haupt-Videosignal synchronisiert. Das Haupt-Videosignal muß, wie oben erläutert, beschleunigt werden, um die Breitschirm-Anzeige auszufüllen. Das Hilfs-Videosignal muß vertikal mit dem ersten Videosignal und der Videoanzeige 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-Video- Daten mit den Haupt-Video-Daten wird durch Verwendung des RAM 350 als Halbbild-Speicher und einer Erst-Ein-Erst-Aus-(FIFO)- Zeilenspeichervorrichtung 354 zum Expendieren des Signals bewirkt. Die Größe des FIFO 354 beträgt 2048 X 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 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 vom Video-RAM 350 werden in den 2048 X 8-FIFO 354 mit demselben 640fH-Takt des Bild-in-Bild- Prozessors eingeschrieben, der zur Abtastung der Videodaten benutzt wurde, d.h. dem 640fH-Takt, der mit dem Hilfs-Signal anstatt mit dem Haupt-Signal verriegelt ist. Der FIFO 354 wird unter Verwendung des Anzeigetaktes von 1024fH gelesen, der mit der Horizontal-Synchronkomponente des Haupt-Videokanals verriegelt ist. Die Verwendung eines Mehrzeilen-Speichers (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 der Lese- und Schreibtakte erfordert jedoch, daß Schritte unternommen werden, um Lese/Schreib-Zeigerkollisionen zu vermeiden.
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/Synchron-Schaltung 320 und einen WSP µP-Dekoder 310. Daten und Adressen-Ausgangsleitungen des WSP MP-Dekoders 310, die als WSP DATA bezeichnet sind, werden jeder oben genannten Haupt- Schaltung 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 Erleichterung der 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 First-In-First-Out-(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 Auflösungs-Verarbeitung in der Schaltung 337 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 Anzeigebereichs 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 Auflösungs-Verarbeitung kann der Auflösungs-Verarbeitung 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 640fH-Rate abgetastet und im Video-RAM 350 gespeichert. Die aus dem Video- RAM 350 ausgelesenen Hilfs-Daten sind mit VRAM_OUT bezeichnet. Die PIP-Schaltung 301 hat auch die Fähigkeit, das Hilfs-Bild durch gleiche ganzzahlige Faktoren horizontal und vertikal wie auch asymmetrisch zu reduzieren. Gemäß Fig. 10 werden die Hilfs- Kanaldaten gepuffert und mit dem digitalen Haupt-Kanal-Videosignal durch die 4-Bit-Latch-Vorrichtungen 352A und 352B, den Hilfs-FIFO 354, die Zeitsteuerschaltung 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. Die FSW_DAT-Daten geben 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 Betriebsarten mit kleinem Bild angezeigt werden soll.
Der Hilfs-Kanal wird mit einer 640fH-Rate abgetastet, während der Haupt-Kanal mit einer 1024fH-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 X 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 Expansionsfaktor 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 die Ausgänge Signale U_AUX und V_AUX erzeugt werden. Die entsprechenden Y-, U- und V-Komponenten der Haupt- und Hilfs-Signale werden in 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- Rückstellsignal 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 Rückstell signale 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 X 3 NTSC-Videosignal durch einen Faktor von 4/3 zu komprimieren, um eine Verzerrung des Bildseitenverhältnisses 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 S-VHS-Format einen großen Prozentsatz der Nyquist-Faltung über der Frequenz einnimmt, die 8 MHz für einen 1024fH-Takt ist.
Wie in Fig. 6 dargestgellt ist, werden die Luminanz-Daten Y_MN durch einen Interpolator 337 in dem 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 Bildkompression 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 bei Betriebsarten mit kleinem Bild das Hilfs-Videosignal zur Speicherung in dem Video-RAM 350 komprimiert wird, und eine Expansion nur aus praktischen Gründen notwendig 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 ist durch zwei Multiplexer 325 und 327 ausgeführt. Der Schalter 331 ist durch Multiplexer 333 ausgeführt. Die drei Multiplexer sprechen auf die Weg-Steuerschaltung 335 an, die selbst auf den WSP µP 340 anspricht. Eine Honzontal-Takt/Synchronisationsschaltung 339 erzeugt Taktsignale, die das Schreiben und Lesen der FIFOs wie auch die Latch-Vorrichtungen 347 und 351 und den Multiplexer 353 steuern. Das Taktsignal CLK und der Start des Zeilensignals SOL werden durch die Takt/Synchronisationsschaltung 320 erzeugt. Eine Analog/Digital-Wandlungs-Steuerschaltung 369 spricht auf Y_MN, den WSP µP 340 und das bedeutsamste Bit von UV_MN an.
Eine Interpolator-Steuerschaltung 349 erzeugt Zwischen-Pixel-Positionswerte (K), die Interpolator-Kompensationsfilter- Wichtung (C) sowie die Takt-Tast-Information CGY für die Luminanz- und CGUV für die Farbkomponenten. Es ist die Takt-Tast- Information, die die FIFO-Daten pausieren läßt (dezimiert) oder wiederholt, damit Abtastungen bei einigen Takten nicht geschneben werden, um eine Kompression zu bewirken oder einige Abtastungen für die Expansion mehrfach gelesen werden.
Es ist möglich, die Video-Kompressionen und -Expansionen durch die Verwendung eines FIFO durchzuführen. Beispielsweise löst ein WR_EN_MN_Y-Signal das Einschreiben von Daten in den FIFO 356 aus. Jede vierte Abtastung kann für das Einschreiben in den FIFO gesperrt werden. Hierdurch wird eine 4/3 Kompression gebildet. Es ist die Funktion des Interpolators 337, die in den FIFO geschriebenen Luminanzabtastungen neu zu berechnen, so daß die aus dem FIFO gelesenen Daten glatt und nicht gezackt sind. Espansionen können in genau entgegengesetzter Weise wie Kompressionen durchgeführt werden. Im Fall von Kompressionen ist dem Schreib-Auslösesignal eine Takt-Steuerinformation in Form von Sperrimpulsen zugeordnet. Zum Expandieren von Daten wird die Takt-Tastinformation dem Lese-Auslösesignal zugeführt. Dies läßt die Daten pausieren, wenn sie aus dem FIFO 356 ausgelesen werden. In diesem Fall ist es die Funktion des Interpolators, der dem FIFO 350 bei diesem Prozeß folgt, die abgetasteten Daten von gezackt zu glatt neu zu berechnen. Im Expansionsfall müssen die Daten pausieren, während sie aus dem FIFO 356 ausgelesen werden, und während sie in den Interpolator 337 getaktet werden. Dies ist anders als beim Kompressionsfall, wo die Daten kontinuierlich durch den Interpolator 337 getaktet werden. In beiden Fällen, der Kompression und der Expansion, können die Takt-Steueroperationen leicht synchron durchgeführt werden, d.h. es können Ereignisse auftreten, die auf den ansteigenden Flanken des Systemtakts 1024fH beruhen.
Es gibt eine Anzahl von Vorteilen in dieser Topologie für Luminanz-Interpolation. Die Takt-Tastoperationen, namlich die Daten-Dezimierung und die Daten-Wiederholung können in einer synchronen Weise durchgeführt werden. Wenn eine schaltbare Video-Daten-Topologie nicht benutzt wird, um die Positionen des Interpolators und des FIFO auszutauschen, müssen die Lese- oder Schreibtakte doppelt getaktet werden, um die Daten pausieren zu lassen oder zu wiederholen. Der Begriff doppelt getaktet bedeutet, daß zwei Datenpunkte in einem einzigen Taktzyklus in den FIFO geschrieben oder während eines einzigen Taktzyklus aus dem FIFO gelesen werden müssen. Die sich daraus ergebende Schaltung kann nicht so ausgebildet 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 schaltbarte Topologie nur einen Interpolator und einen FIFO, um sowohl Kompressionen als auch Expansionen durchzuführen. Wenn die hier beschriebene Video-Schaltanordnung nicht benutzt wird, kann die Doppel-Takt-Situation nur durch Verwendung von zwei FIFOs vermieden werden, um die Funktionalität von sowohl Kompression als auch Expansion zu erzielen. Ein FIFO für Expansionen müßte vor dem Interpolator und ein FIFO für Kompressionen hinter dem Interpolator angeordnet werden.
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 von Video-Daten in einer Vielzahl von Speicherplätzen&sub5; Jeder Speicherplatz hält acht Daten-Bits. In jedem 8-Bit- Speicherplatz ist eine 6-Bit Y (Luminanz) Abtastung (abgetastet mit 640fH) und zwei weitere Bits. Diese zwei weiteren Bits halten entweder Daten des schnellen Schalters (FSW_DAT) oder einen Teil einer U- oder V-Abtastung (abgetastet mit 80fH). Die FSW_DAT-Datenwerte zeigen an, welcher Halbbild-Typ in den Video- RAM geschrieben wurde. Da in dem Video-RAM 350 die Daten von zwei Halbbildern gespeichert sind und der gesamte Video-RAM 350 während der Anzeige-Periode gelesen wird, werden beide Halbbilder während der Anzeige-Abtastung gelesen. Die PIP-Schaltung 301 bestimmt durch die Verwendung der Daten des schnellen Schalters, welches Halbbild aus dem Speicher für die Anzeige gelesen wird. Die PIP-Schaltung liest immer den entgegengesetzten Halbbild-Typ von dem, der geschrieben wird, um das Problem von Bewegungssprüngen zu vermeiden. Wenn das gelesene Halbbild vom entgegengesetzten Typ wie der angezeigte ist, dann wird das in dem Video-RAM gespeicherte geradzahlige Halbbild durch Streichen der oberen Zeile des Halbbildes invertiert, wenn das Halbbild aus dem Speicher gelesen 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 ausgelöst, um Daten in die Speicherung für diejenigen Teile jeder Videozeile einzuschreiben, die für die anschließende Anzeige erforderlich ist. Daten werden von dem Haupt- oder Hilfs-Kanal, aber nicht von beiden eingeschrieben, wie es notwendig ist, um Daten von jeder Quelle in derselben Video-Zeile oder denselben Video-Zeilen der Anzeige zu kombinieren. Der FIFO 354 des Hilfs-Kanals wird synchron mit dem Hilfs-Videosignal geschrieben, aber synchron mit dem Haupt-Videosignal ausgelesen. Die Haupt-Videosignal-Komponenten werden in die FIFOs 356 und 358 synchron mit dem Haupt-Videosignal eingeschrieben, 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 unterschiedlichen speziellen Effekten, z.B. abgeschnittenen Seite-an-Seite-Bildern, 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 veranschaulicht. Im Fall von abgeschnittenen, Seite-an-Seite angezeigten Bildern wird das Schreib-Auslöse-Steuersignal (WR_EN_AX) für 2048 X 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 X 8 FIFOs 356 und 358 während (1/2) * (4/3) = 0,67 oder 67% der aktiven Anzeige-Zeilenperiode aktiv.
Dies entspricht etwa 33% Abschneiden und einem im Haupt-Video- Kanal durch die 910 X 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 900 X 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 X 9. Viele NTSC-Signale werden in einem 4 X 3 Format dargestellt, das natürlich 12 X 9 entspricht. NTSC-Bilder mit einem Bild-Seitenverhältnis von 4 X 3 können auf derselben Anzeige mit dem Bild-Seitenverhältnis von 16 X 9 dargestellt werden, entweder durch Abschneiden der Bilder um 33% oder Quetschen der Bilder um 33% und Einführung einer Verzerrung des Bild-Seitenverhältnisses. Je nach dem, was der Benutzer vorzieht, kann das Verhältnis von Abschneiden des Bildes zu Verzerrung des Bild-Seitenverhältnisses 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 Bild- Seitenverhältnis von 16 X 9 ist dieselbe wie die Anzeige mit einem Bild-Seitenverhältnis von 4 X 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 Bild-Seitenverhältnis 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 Bild-Seitenverhältnis von 4:3 auf einer einzigen Anzeige mit einem Bild-Seitenverhältnis 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
Das Breitschirm-Fernsehgerät gemäß verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen kann Videosignale in der horizontalen Richtung durch Verwendung von adaptiven Interpolator-Filtern expandieren und komprimieren. Die Interpolatoren für die Luminanzkomponenten des Haupt- und Hilfs-Signals können Verschiebungs-Korrekturfilter der in US-A-4,694,414 von Christopher beschriebenen Art sein. Ein Vierpunkt-Interpolator - wie darin beschrieben - umfaßt beispielsweise einen linearen Zweipunkt-Interpolator und ein zugeordnetes Filter mit einem in Kaskade geschalteten Vervielfacher, um eine Amplituden und Phasenkompensation vorzusehen. Insgesamt werden vier benachbarte Daten-Abtastungen verwendet, um jeden interpolierten Punkt zu berechnen. Das Eingangssignal wird dem linearen Zweipunkt-Interpolator zugeführt. Die dem Eingang mitgeteilte verzögerung ist proportional zu dem Wert eines Verzögerungs-Steuersignals (K). Die Amplituden und Phasenfehler des verzögerten Signals werden durch die Anwendung eines Korrektursignals minimiert, das durch ein zusätzliches, mit einem Vervielfacher in Kaskade geschalteten Filter gewonnen wird. Dieses Korrektursignal sorgt für eine Spitzenbildung, die den Frequenzverlauf des linearen Zweipunkt-Interpolationsfilters für alle Werte von (K) entzerrt. Der ursprüngliche Vierpunkt-Interpolator wird für die Verwendung mit Signalen optimiert, die einen Durchlaßbereich von 1fs/4 haben, worin fs die Daten-Abtastrate ist.
Alternativ und gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen können beide Kanäle verwenden, was als zweistufiger interpolativer Prozeß bezeichnet wird. Der Frequenzverlauf des ursprünglichen variablen Interpolationsfilters kann durch Verwendung eines solchen zweistufigen Prozesses verbessert werden. Dieser Prozeß wird nachfolgend als Zweistufen-Interpolator bezeichnet. Ein Zweistufen-Interpolator gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung umfaßt ein 2n+4 Anzapfungs-FIR-Filter mit festen Koeffizienten und einem veränderbaren Vierpunkt-Interpolator, wie in Fig. 15 - 16 veranschaulicht ist. Der FIR-Filterausgang befindet sich räumlich zwischen den Eingangs-Pixel-Abtastungen, wie in Fig. 15 dargestellt. Der Ausgang des FIR-Filters wird dann durch Verschachtelung mit den ursprünglichen Daten-Abtastungen, die verzögert werden, kombiniert, um eine wirksame 2fs-Abtastrate hervorzubringen. Dies ist eine gültige Annahme für Frequenzen in dem Durchlaßbereich des FIR-Filters. Das Ergebnis besteht darin, daß der wirksame Durchlaßbereich des ursprünglichen Vierpunkt- Interpolators beträchtlich erhöht wird.
Das bekannte kompensierte veränderbare Interpolationsfilter erzeugt genau interpolierte Abtastungen, solange die Frequenzkomponenten des Signals nicht größer als etwa ein Viertel der Abtastrate, 1/4 fs sind. Die zweistufige Lösung kann für Signale verwendet werden, die Frequenzkomponenten haben, die beträchtlich größer als 1/4 fs sind, was durch das Blockschaltbild für einen Zweistufen-Interpolator 390 in Fig. 17 dargestellt ist. Ein Signal DS_A von digitalen Abtastungen mit einer Abtastrate fs dient als Eingang für ein FIR-Filter, zum Beispiel ein festes FIR-Filter 391. Das FIR-Filter 391 erzeugt aus dem Signal DS_A ein zweites Signal DS_B von digitalen Abtastungen, die auch die Abtastrate fs haben, aber die sich zeitlich zwischen den Werten des ersten Signals DS_A befinden, z.B. in der Mitte zwischen jedem Wert. Das Signal DS_A dient auch als Eingang zu einer Verzögerungsschaltung 392, die ein Signal DS_C von digitalen Abtastungen erzeugt, die identisch mit dem Signal DS_A, aber zeitlich um (N+1)/fs verzögert sind. Die Datenströme DS_B und DS_C werden durch Verschachteln im Multiplexer 393 kombiniert, was zu einem Datenstrom von Werten DS_D mit der doppelten Abtastrate 2fs führt. Der Datenstrom DS_D dient als Eingang zu einem kompensierten variablen Interpolator 394.
Allgemein gesprochen ist das feste FIR-Filter so bemessen, daß es genau Abtastwerte erzeugt, die zeitlichen Orten entsprechen, die genau in der Hälfte zwischen den ankommenden Abtastpositionen liegen. Diese werden dann mit verzögerten, aber sonst unveränderten Abtastungen verschachtelt, wodurch ein Datenstrom mit einer 2fs-Abtastrate erzeugt wird. Das FIR-Filter wird am bequemsten ausgeführt, indem eine gerade Zahl von symmetrisch gewichteten Anzapfungen verwendet wird. Ein Filter mit acht Anzapfungen, das beispielsweise Anzapfungs-Wichtungen von:
-1/32, 5/64, -11/64, 5/8, 5/8, -11/64, 5/64, -1/32
hat, interpoliert genau Signale mit Frequenzkomponenten bis hinauf zu etwa 0,4 fs. Da die Datenrate durch die Verschachtelung auf 2 fs verdoppelt wird, enthält das durch den variablen Interpolator verarbeitete Signal niemals Frequenzkomponenten, die höher als 1/4 der Abtastrate sind.
Ein Vorteil des zweistufigen Interpolators besteht darin, daß genaue Interpolationen für Signale mit Bandbreiten erlaubt werden, die sich 1/2 der Abtastrate nähern. Somit ist das System sehr für Anzeigebetriebsarten geeignet, die eine Zeitexpansion erfordern, z. B. Zoom, wo das Ziel darin besteht, soviel wie möglich von der ursprünglichen Bandbreite beizubehalten. Dies kann bei einem Breitschirm-Fernsehgerät insbesondere in dem Hilfs-Kanal zweckmäßig sein, wo das Hilfs-Signal zunächst mit einer ziemlich niedrigen Rate von beispielsweise 10 MHz abgetastet wird. Die Erhaltung von soviel Bandbreite wie möglich, kann wichtig sein.
Ein zweistufiger Interpolator 390', der für eine Zoom-Anwendung geeignet ist, ist in Form eines Blockschaltbildes in Fig. 18 dargestellt. Mit dem Interpolator von Fig. 17 gemeinsame Komponenten haben dieselbe Bezugsziffer wie auch die Bezeichnungen der Datenströme. Das Ziel des zweistufigen Interpolators 390' besteht darin, das ankommende Bild horizontal einem Zoom durch einen Faktor von m auszusetzen, worin m größer als 2,0 ist. Wenn somit die Daten-Ein-Signale und die Daten-Aus-Signale mit der gleichen Abtastrate von fIN auftreten, müssen für jede Eingangs- Abtastung m Ausgangs-Abtastungen erzeugt werden. Das Signal wird in einem FIFO-Zeilenspeicher 395 mit der fIN-Rate gespeichert, und ein Teil wird dann als Datenstrom DS_A mit einer verminderten Rate von fs ausgelesen. Der fs-Takt ist aus einer Untergruppe von fIN-Taktimpulsen zusammengesetzt und hat keine gleichmäßige Periode.
Der Datenstrom DS_B, der den Abtastwerten in der Mitte zwischen den vorhandenen Abtastungen des Datenstroms DS_A entspricht, wird unter Verwendung des festen FIR-Filters 391 ermitelt und dann mit den verzögerten Abtastungen des Datenstroms DA_C verschachtelt, um den Datenstrom DS_D mit der doppelten Rate zu bilden. Der Datenstrom DS_D, der die doppelte Abtastdichte hat wie die Original-Abtastung, wird dann durch den variablen Interpolator 391 verarbeitet, um einen Abtastwert für jede fIN-Periode zu erzeugen. Die Akkumulatorschaltung einschließlich der Latch-Vorrichtung 398 und der Summierungsschaltung 399 erzeugt einen Ausgang, der in jeder fIN-Taktperiode um r = 2/m fortschreitet. Der Bruchteil steuert den variablen Interpolator durch Zuführung des K-Wertes von der Latch-Vorrichtung 398. Der ganzzahlige Übertrags-Ausgang (CO) erzeugt über die Latch-Vorrichtung 397 den 2fs-Takt, um den FIFO 395 zu lesen und Daten durch das FIR-Filter 391, die Verzögerungsschaltung 392, den Multiplexer 393 und den Interpolator 394 zu schieben. Die Teilerschaltung 396 erzeugt das fs-Signal aus dem 2fs-Signal.
Es gibt mehrere alternative Interpolator-Ausführungen. Er- stens kann der obige zweistufige Interpolator unter Verwendung des 2n+4-FIR-Filters und eines einfachen linearen Interpolators ohne Kompensation aufgebaut werden. Dies ist das Äquivalent zum Setzen des Kompensations-Vervielfachers C des Vierpunkt-Interpolators gleich null. Eine zweite Alternative ist die Verwendung des ursprünglichen Vierpunkt-Interpolators zusammen mit einem fest gewichteten, Linearphasen 2n+s Anzapfungs-FIR. Um dies erfolgreich auszuführen, ist es zunächst erforderlich, die ursprüngliche Vierpunkt-Interpolator-Technik zu optimieren.
Der Vierpunkt-Interpolator kann als variables FIR-Filter ohne nicht-lineare Phase angesehen werden. Es sollte erkannt werden, daß der Frequenzverlauf des Vierpunkt-Interpolators in höchstem Maße von dem Wert K abhängt, der gewählt wird. Jede besondere horizontale Kompression oder Expansion kann betrachtet werden, als sei sie aus dem Ausgang von mehreren verschiedenen FIR-Filtern zusammengesetzt, von denen jedes seinen eigenen eindeutigen Frequenz- und Phasenverlauf hat. Artefakte in der Interpolation werden ersichtlich, wenn die gemeinsamen Frequenzverläufe des Interpolators divergieren. Somit kann der gesamte Durchlaßbereich einer bestimmten horizontalen Kompression oder Expansion durch Wahl der Werte von K optimiert werden, die den am meisten entzerrten Frequenzverlauf erzeugen.
Diese Optimierung kann durch Prüfung des Frequenzverlaufs einer Daten-Verminderung von vier Abtastungen auf drei Abtastungen, das ist eine 4:3 Kompression, gezeigt werden. Die Kriterien, die zur Bestimmung verwendet werden, wann Artefakte unakzeptabel werden, ist die Frequenz, bei der die Amplitudenkurven der einzelnen Interpolationen um mehr als 1 dB divergieren. Eine Wahl der Anfangswerte von K gleich 1, 5/16 und 11/16 führt zu einem brauchbaren Durchlaßbereich von 0,3 x fs. Wenn als Werte von K 8/16, 13/16 und 3/16 gewählt werden, wird der nutzbare Durchlaßbereich 0,35 x fs. Dies stellt eine Verbesserung von 16,6% dar. Bei Verwendung dieser Technik kann der Frequenzverlauf des Horizontal-Interpolators entzerrt werden.
Die Werte von K und C können in einen Speicherblock gebracht werden, und in Abhängigkeit von der erforderlichen Beschleunigung kann ein Zähler den Lesezeiger fortschalten, um den gewünschten Speicherplatz aufzurufen und K und C in die Interpolator-Vervielfacher zu laden. Es ist aus diesem Grunde sehr vorteilhaft, den Wert von C in den Wert von K zu kodieren, so daß ein einzelnes 4-Bit- oder 5.Bit-Wort sowohl K- als auch C-Werte übertragen kann. In anderen Worten ist C eine Funktion von K, ausgedrückt als C=f(K). Das Steuersignal sendet einen Wert von K zu dem linearen Interpolator. Der Wert von K wird dekodiert, um einen Wert von C für den Kompensations-Netzwerk-Vervielfacher zu erhalten. Die FIR-Koeffizienten sind die Vervielfacher für C in den Gesamt-Interpolator-Gleichungen.
Dieser Aspekt der Erfindung kann allgemein ausgedehnt werden auf 2n-Anzapfungs-FIR-Filter, die als Kompensations-Netzwerke verwendet werden, obwohl es zunehmend schwieriger werden kann, nur zwei lineare Vervielfacher zur Berechnung der linearen Interpolation und des zugehörigen Kompensations-Netzwerks zu verwenden. Eine Alternative zu einem Zehn-Anzapfungs-FIR-Filter besteht beispielsweise darin, ein festes Acht-Anzapfungs-FIR- Filter für Anzapfungen Z&supmin;¹ bis Z&supmin;&sup6; zu verwenden, wobei Anzapfungen Z&sup0; und Z&supmin;&sup7; von entweder dem Wert von K oder C abhängen. Dies ist vernünftig, weil bei Annäherung von K an den Wert von 1/2 von beiden Richtungen (d.h. K = 0 oder K = 1), der Frequenzverlauf eine zusätzliche Kompensation benötigt, um seinen Durchlaßbereich auszudehnen.
Ein Blockschaltbild für eine spezifische Schaltung 1150 zur Ausführung eines zweistufigen Filters mit acht Anzapfungen, das einen Vierpunkt-Interpolator verwendet, ist in Fig. 19 dargestellt. Das zu expandierende oder zu komprimierende Video-Luminanzsignal bildet einen Eingang zu einer Horizontal-Verzögerungsleitungs-Schaltung 1152. Die Ausgänge der Verzögerungsleitung Z&sup0;, Z&supmin;¹, Z&supmin;², Z&supmin;³, Z&supmin;&sup4;, Z&supmin;&sup5;, Z&supmin;&sup6; und Z&supmin;&sup7; bilden Eingänge für ein FIR-Filter 1154 mit acht Anzapfungen. Das FIR-Filter erzeugt wenigstens eine Gruppe von zwischen-Abtastungen, die mit I bezeichnet sind, beispielsweise zwischen jeder realen mit Z bezeichneten Abtastung. Die Ergebnisse können manchmal durch Verwendung einer Vielzahl von FIR-Filtern verbessert werden, um eine Vielzahl von Gruppen von Zwischenpunkten zu erzeugen, obwohl dies die Kompliziertheit des Systems beträchtlich erhöht. Solche zusätzlichen FIR-Filter, von denen jedes eine Z&supmin;¹-Verzögerungsschaltung benötigt, sind durch die Mehrfach-Darstellungen des FIR-Filters 1154 und der Z&supmin;¹-Verzögerungsschaltung 1158 gezeigt. Die Ausgänge Z&supmin;³, Z&supmin;&sup4; und Z&supmin;&sup5; bilden auch Eingänge für die Verzögerungs-Anpassungsschaltung 1156. Der 1&sup0;-Ausgang ist ein direkter Eingang zu einer Daten-Auswahlschaltung 1160, wie es eine Version 1&supmin;¹ davon, verzögert durch die Schaltung 1158, ist. Die Ausgänge Z-(3+n), Z-(4+n) und Z-(5+n) bilden auch Eingänge zur Daten-Auswahlschaltung 1160. Die Eingänge zur Daten- Auswahlschaltung 1160 werden so gewählt, daß sie am meisten symmetrisch in bezug auf die Verzögerung sind. Die Zahl solcher Eingänge ist um eine höher als die Zahl der Punkte des Interpolators der zweiten Stufe, in diesem Fall ein Vierpunkt-Interpolator 1162. Die relative zeitliche Position der Eingänge zum Datenwähler 1160 ist wie folgt:
Z-(3+n), 1&sup0;, Z-(4+n), i-n, Z-(5+n).
Die Daten-Wahlschaltung 1160 kann eine Gruppe von Multiplexern sein, z.B. gesteuert durch das MOX_SEL-Steuersignal. Die auswählbaren Gruppen sind schematisch angegeben und so angeordnet, daß jede Interpolation des Interpolators 1162 auf zwei realen Punkten und auf zwei Zwischenpunkten beruht. Die Ausgänge Y0, Y1, Y2 und Y3 der Daten-Wahlschaltung 1160 entsprechen einer der beiden auswählbaren Gruppen und sind die Eingänge zu dem Vierpunkt-Interpolator 1162. Der Betrieb des Multiplexer-Steuersignals MUX_SEL ist eine Funktion der K-Werte, d.h. MUX_SEL = f(K). Die MUX_SEL-Auswahl hängt davon ab, zwischen welchen der ursprünglichen Punkte der Zwischenpunkt fällt. Der Ausgang Yout des Interpolators 1162, der in Abhängigkeit von den K- und C- Steuerwerten arbeitet, ist ein expandiertes oder komprimiertes Video-Luminanzsignal.

Claims

1.) Interpolationssystem für ein Videosignal, umfassend:

ein FIR-(Finite-Impuls-Response)-Filter (391), das eine bestimmte Bandbreite (z.B. 0,25 fs) hat und aus einem ersten Signal (DS_A) von digitalen, für eine Video-Information repräsentativen digitalen Abtastungen ein zweites Signal (DS_B) von digitalen Abtastungen erzeugt, die Signalpunkte zwischen den Abtastungen des ersten Signals (DS_A) darstellen;

Mittel (392) zur Verzögerung des ersten Signals (DS_A);

Mittel (393) zur Verschachtelung des zweiten Signals (DS_B) und des verzögerten ersten Signals (DS_C), um ein drittes Signal (DS_D) von digitalen Werten zu erzeugen, das eine Abtastdichte hat, die größer als die des ersten Signals (DS_A) ist;

gekennzeichnet durch:

einen kompensierten variablen Interpolator (394) zur Ableitung eines vierten Signals (DATA AUT) von digitalen Abtastungen aus dem dritten Signal (DS_D), wobei der kompensierte variable Interpolator (394) die bestimmte Bandbreite des Filters (391) erhöht und dadurch den Frequenzinhalt der Video-Information in dem vierten Signal (DATA OUT) in bezug auf die Video-Information, die ursprünglich in dem ersten Signal (DS_A) dargestellt wurde, verbessert.

2.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Signal (DS_A, DS_B) eine erste Abtastrate haben, und daß das zweite und dritte Signal (DS_D, DATA OUT) eine zweite Abtastrate haben, die zweimal so groß ist wie die erste Abtastrate.

3.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalpunkte des zweiten Signals (DS_B) zeitlich zwischen den Abtastungen des ersten Signals (DS_A) liegen.

4.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalpunkte des zweiten Signals (DS_B) zeitlich in der Mitte zwischen den Abtastungen des ersten Signals (DS_A) liegen.

5.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (DATA OUT) eine Vergrößerung eines Teils eines durch das erste Signal (DS_A) dargestellten Bildes ist.

6.) System nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (DATA OUT) eine Verkleinerung eines Bildes darstellt, das durch das erste Signal (DS_A) dargestellt wird.

7.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kompensierte variable Interpolator (394) das Verhältnis der Zahl der Abtastungen pro Zeiteinheit in dem vierten Signal (DATA OUT) zu der Zahl der Abtastungen pro Zeiteinheit in dem dritten Signal (DS_D) steuert.

8.) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (397, 398, 399; K, C) zur Steuerung des kompensierten variablen Interpolators (394), um ausgewählte Verhältnisse von Kompression und Expansion der Video-Information in dem ersten Signal (DS_A) zu erzeugen.

9.) System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse in einem Bereich liegen, in dem eine Grenze größer als 1 und die andere Grenze kleiner als 1 ist.

10.) System nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse Verhältnisse von ganzen Zahlen sind.

11.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (DATA OUT) Frequenzkomponenten haben kann, die höher als etwa 25% einer Abtastrate der Video-Information in dem ersten Signal (DS_A) ohne nennenswerte Verminderung an Bandbreite in einem durch das vierte Signal (DATA OUT) dargestellten Bild sind.

12.) System nach Anspruch 1 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (DATA OUT) Frequenzkomponenten haben kann, die eine Höhe von etwa 40% einer Abtastrate der Video-Information in dem ersten Signal (DS_A) ohne nennenswerte Verminderung an Bandbreite in einem durch das vierte Signal (DATA OUT) dargestellten Bild haben.

13.) System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschachtelungsmittel (393) Gruppen von Abtastungen aus dem zweiten Signal (DS_B) und dem verzögerten ersten Signal (DS_C) für die Verarbeitung durch den Interpolator (394) auswählen, wobei jede Gruppe des dritten Signals (DS_D) wenigstens eine Abtastung sowohl aus dem verzögerten ersten Signal (DS_C) als auch aus dem zweiten Signal (DS_B) enthält.

14.) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von FIR-Filtern (1154) zur Erzeugung einer Vielzahl von Gruppen (1158) des zweiten Signals.

15.) System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (395) zum Abschneiden wenigstens eines Teils des ersten Signals (DS_A) vor der Erzeugung des zweiten Signals (DS_B ) und Verzögerung des ersten Signals.

16.) System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (DATA OUT) eine Vergrößerung des Bildes darstellt, das durch das abgeschnittene erste Signal dargestellt wird.

17.) System nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Signal (DATA OUT) Frequenzkomponenten in einem Bereich von etwa 25% bis 40% der Abtastrate (z.B. fs) des ersten Signals (DE_A) ohne nennenswerte Verringerung der Bandbreite in einem durch das vierte Signal (DATA OUT) dargestellten Bild haben kann.