DE69132376T2

DE69132376T2 - Automatische Letterboxdetektion

Info

Publication number: DE69132376T2
Application number: DE69132376T
Authority: DE
Inventors: David Jay Duffield; Nathaniel Haluk Ersoz; Paul Dean Filliman; Karl Francis Horlander; Timothy William Saeger
Original assignee: Thomson Consumer Electronics Inc
Current assignee: Technicolor USA Inc
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1991-05-29
Publication date: 2001-02-01
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 betrifft das Gebiet der Fernsehgeräte mit vielfachen Bildwiedergabemöglichkeiten für asynchrone Videosignale und insbesondere solche Fernsehgeräte mit einem Schirm mit einem breiten Wiedergabeformat. Die meisten heutigen Fernsehgeräte haben ein Wiedergabeformat, nämlich horizontale Breite zu vertikaler Höhe, von 4 : 3. Ein breites Wiedergabeformat entspricht mehr dem Wiedergabeformat von Kinobildern, zum Beispiel 16 : 9. Die Erfindung ist sowohl für Fernsehgeräte mit direkter Bildbetrachtung als auch für Projektionsfernsehgeräte anwendbar.
Fernsehgeräte mit einem Wiedergabeformat von 4 : 3, oft auch mit 4 · 3 bezeichnet, sind in den Möglichkeiten begrenzt, in denen eine einzige Videosignalquelle und mehrere Videosignalquellen wiedergegeben werden können. Fernsehsignalsendungen von kommerziellen Sendeanstalten werden, ausgenommen für Versuchszwecke, mit einem Wiedergabeformat von 4 · 3 gesendet. Viele Zuschauer empfinden das 4 · 3 Wiedergabeformat weniger ansprechend als das breitere Wiedergabeformat bei Kinofilmen. Fernsehgeräte mit einem breiten Wiedergabeformat bieten nicht nur eine angenehmere Wiedergabe, sondern sind auch geeignet, Signalquellen mit einem breiten Wiedergabeformat in einem entsprechenden breiten Bildformat darzustellen. Kinofilme sehen dann aus wie Kinofilme und nicht wie beschnittene oder verzerrte Versionen davon. Die Videoquelle muß nicht beschnitten werden, weder bei der Umsetzung von Film in Video, zum Beispiel mit einem Lichtpunktabtaster, noch durch Fernsehsignal- Prozessoren.
Die GB-A-2 186 165 beschreibt eine Bildwiedergabeeinheit mit einer Kathodenstrahlröhre zur Wiedergabe für Signale mit einem großen Bildseitenverhältnis durch Verringerung der Vertikalablenkamplitude des Ablenkrasters. Die Ablenkung wird in der Vertikalrichtung ohne Verringerung der Anzahl der für die Wiedergabe des aktiven Bildes benutzten Zeilen verringert, wobei nicht-abgetastete Streifen am oberen und unteren Rand der Wiedergabeeinheit verbleiben. Die Einheit kann zwischen einem normalen Rasterablenkmodus und einem derartigen Breitschirmmodus mit verringerter Vertikalablenkamplitude aufgrund einer Markierung in dem empfangenen Videosignal automatisch wechseln.
Fernsehgeräte mit einem breiten Wiedergabeformat sind auch für eine weite Vielfalt von Wiedergabemöglichkeiten geeignet, sowohl für konventionelle Signale als auch für Signale mit einem breiten Wiedergabeformat, ebenso bei Kombinationen davon mit mehreren Wiedergabeformaten. Jedoch beinhaltet die Anwendung eines Schirmes mit breitem Wiedergabeformat zahlreiche Probleme. Änderungen der Wiedergabeformate einer Vielzahl von Signalquellen, die Gewinnung von konsistenten Taktsignalen von asynchronen, jedoch gleichzeitig wiedergegebenen Quellen, die Umschaltung zwischen mehreren Quellen für die Wiedergabe von mehreren Bildern und die Erzeugung von Bildern mit hoher Auflösung aus komprimierten Datensignalen stellen allgemeine Kategorien derartiger Probleme dar. Derartige Probleme werden in einem Fernsehgerät mit einem breiten Schirm gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst. Ein Fernsehgerät mit einem breiten Schirm gemäß verschiedenen erfindungsgemäßen Aspekten ist in der Lage, eine hohe Auflösung, Wiedergabe von einzelnen und mehreren Bildern, von einer einzigen Quelle oder von mehreren asynchronen Quellen mit ähnlichen oder verschiedenen Wiedergabeformaten und mit wählbaren Wiedergabeformaten zu ermöglichen.
Nahezu alle derzeit für Verbraucher verfügbaren Videoprodukte haben ein Wiedergabeformat von 4 · 3, wogegen das Wiedergabeformat in der Videoproduktion sich in weiten Grenzen ändert. Wenn für die Videoproduktion ein Format größer als 4 · 3 verwendet wird, muß vor der Wiedergabe auf einem Konsumerfernsehgerät eine Umsetzung des Wiedergabeverhältnisses vorgenommen werden, da anderenfalls eine Bildverzerrung auftritt. Ein Verfahren für die Umsetzung des Wiedergabeformats ist als Letterbox bekannt. Letterbox hält den größten Teil (oder die Gesamtheit) der Horizontalinformation aufrecht, auf Kosten der Anzahl der in jedem Halbbild wiedergegebenen Zeilen. Eine in dem Format 16 · 9 hergestellte Videoquelle würde bei einer Umsetzung in ein 4 · 3 Letterboxformat 181 Videozeilen in jedem Halbbild enthalten. Die Sonderzeilen, die in jedem Halbbild nicht benutzt werden, können auf einen Schwarz- (oder Grau)-Pegel gesetzt werden. Quellen mit einem größeren Wiedergabeformat würden proportional noch weniger Zeilen je Halbbild enthalten.
Ein Breitschirm-Fernsehgerät, wie es hier beispielhaft beschrieben wird, kann ein Wiedergabeformat von 16 · 9 aufweisen. Das bietet eine Gelegenheit, Signale im Letterboxformat mit einer größeren Flexibilität wiederzugeben. Letterboxsignale, die ursprünglich in einem Bildformat 16 · 9 erzeugt wurden, können vertikal gezoomt, das heißt gedehnt werden, um den Schirm ohne Verlust an Horizontalinformationen oder ohne Verzerrung auszufüllen. Eine automatische Letterbox-Detektierschaltung gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung kann die schmalen Bildbereiche in dem Videohalbbild erkennen, die repräsentativ sind für das Letterboxformat der Wiedergabe der Videosignale. Dies kann erfolgen durch verschiedene Verfahren und entsprechende Vorrichtungen gemäß den hier beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen.
In der erfindungsgemäßen Anordnung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist, beruht ein automatischer Letterboxdetektor auf der Annahme, daß ein Letterbox-Videosignal drei Bereiche hat, bezeichnet mit A, B und C. Die Bereiche A und C haben keinen aktiven Videoanteil oder allenfalls Videoleuchtdichtepegel, die unterhalb eines vorbestimmten Leuchtdichteschwellwerts liegen, und entsprechen den dunklen Balken. Der Bereich B hat einen aktiven Videoanteil oder zumindest Videoleuchtdichtepegel, die oberhalb des vorbestimmten Leuchtdichteschwellwerts liegen, und entspricht dem Bild zwischen den dunklen Balken. Die jeweiligen Zeiträume der Bereiche A, B und C sind eine Funktion des Letterboxformats, das sich zum Beispiel von 16 · 9 bis 21 · 9 erstrecken kann. Die Zeitdauer der Bereiche A und C beträgt je etwa 20 Zeilen für das 16 · 9 Letterboxformat. Der Letterboxdetektor prüft die Leuchtdichtepegel für die Bereiche A und/oder C. Wenn ein aktiver Videoanteil oder wenigstens ein minimaler Videoleuchtdichtepegel in den Bereichen A und/oder C angefunden wird, liefert der Letterboxdetektor ein Ausgangssignal, zum Beispiel eine logische 0, das eine NTSC-Signalquelle mit einem normalen 4 · 3 Wiedergabeformat anzeigt. Wenn jedoch ein Videoanteil in dem Bereich B detektiert wird, aber nicht in den Bereichen A und C, wird von dem Videosignal angenommen, daß es eine Letterboxsignalquelle ist. In diesem Falle wäre das Ausgangssignal eine logische 1.
Die Funktion des Detektors kann durch eine Hysterese verbessert werden. Wenn ein Letterboxsignal einmal detektiert wurde, muß eine Mindestanzahl an Halbbildern des Nicht-Letterboxsignals detektiert werden, bevor die Wiedergabeeinheit in den Zustand geändert wird, der für normale 4 · 3 Signale erforderlich ist. Auf ähnliche Weise muß, wenn einmal ein normales 4 · 3 Signal detektiert wurde, das Letterboxformat für eine Mindestanzahl von Halbbildern detektiert werden, bevor eine Umschaltung der Wiedergabeeinheit auf den Breitschirm-Modus erfolgt.
Bei einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Letterboxdetektion durch Berechnung von zwei Gradienten für jede Zeile in dem Videohalbbild. Es werden vier Werte für die Berechnung der beiden Gradienten benötigt: Maximal- und Minimalwerte der laufenden Zeile und Maximal- und Minimalwerte der vorangehenden Zeile. Der erste Gradient, bezeichnet mit positiver Gradient, wird durch Subtraktion des Minimalwertes der vorangehenden Zeile von dem Maximalwert der laufenden Zeile gebildet. Der zweite Gradient, bezeichnet mit negativer Gradient, wird durch Subtraktion des Minimalwertes der laufenden Zeile von dem Maximalwert der vorangehenden Zeile gebildet. Jeder der Gradienten kann positive oder negative Werte haben, abhängig von dem Szeneninhalt, jedoch können die negativen Werte beider Gradienten ignoriert werden. Das ist der Fall, weil zu einem Zeitpunkt nur ein Gradient negativ sein kann und der Gradient mit dem positiven Wert immer größer oder gleich sein wird wie der Gradient mit dem negativen Wert. Dadurch wird die Schaltung vereinfacht, weil es nicht notwendig ist, einen Absolutwert der Gradienten zu berechnen. Wenn einer der Gradienten einen positiven Wert hat, der einen programmierbaren Schwellwert übersteigt, wird angenommen, daß eine Videoinformation entweder in der laufenden Zeile oder in der vorangehenden Zeile vorhanden ist. Diese Werte können von einem Mikroprozessor dazu verwendet werden, eine Entscheidung zu treffen, ob sich die Videoquelle im Letterboxformat befindet oder nicht.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Schaltung für die automatische Letterboxdetektierung automatisch ein vertikales Zoomen oder eine Dehnung des Signals mit dem 4 · 3 Wiedergabeformat durchführen, das die 16 · 9 Wiedergabeformat-Letterboxwiedergabe beinhaltet. Wenn das Letterboxformat detektiert wird, kann die vertikale Ablenkhöhe automatisch um 4/3 erhöht werden.
Dadurch wird es möglich, daß der aktive Videoteil des Letterboxsignals den Breitschirm ohne Verzerrung des Bildseitenverhältnisses wiedergibt.
Die Fig. 1 (a)-1(i) dienen zur Erläuterung der verschiedenen Formate eines Breitschirmfernsehgerätes.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Breitschirm-Fernsehgerätes gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung für einen Betrieb mit einer 2fH Horizontalabtastung.
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des in Fig. 2 dargestellten Breitschirmprozessors.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild und zeigt weitere Details des in Fig. 3 dargestellten Breitschirmprozessors.
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild des in Fig. 4 dargestellten Bild-in-Bild-Prozessors.
Fig. 6 ist ein Blockschaltbild des in Fig. 4 dargestellten Gate-Array (Toranordnung) und zeigt die Wege für das Hauptsignal, das zusätzliche Signal und das Ausgangssignal.
Die Fig. 7 und 8 sind Diagramme zur Erläuterung der Erzeugung des in Fig. 1(d) dargestellten Wiedergabeformats unter Verwendung von vollständig beschnittenen Signalen.
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung zum Erzeugen des internen 2fH Signals in der Umsetzung von 1fH auf 2fH.
Fig. 10 ist eine Kombination eines Blockschaltbildes mit einem detaillierten Schaltbild für die in Fig. 2 dargestellte Ablenkschaltung.
Fig. 11 ist ein Blockschaltbild der in Fig. 2 dargestellten RGB-Schnittstelle.
Die Fig. 12 und 13 sind Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise eines automatischen Letterboxdetektors.
Fig. 14 ist ein Blockschaltbild eines Letterboxdetektors, wie er zusammen mit den Fig. 12-13 erläutert wurde.
Fig. 15 ist ein Blockschaltbild einer anderen Schaltung für die Ausführung eines automatischen Letterboxdetektors.
Fig. 16 ist ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für die Vertikalgröße mit einem automatischen Letterboxdetektor.
Die verschiedenen Teile von Fig. 1 zeigen einige, aber nicht alle der verschiedenen Kombinationen von Wiedergabeformaten mit einem Bild oder mit mehreren Bildern, die gemäß verschiedenen erfindungsgemäßen Anordnungen ausgeführt werden können. Die für die Darstellung ausgewählten Teile sollen die Beschreibung besonderer Schaltungen erleichtern, die Breitschirm-Fernsehgeräte gemäß den erfindungsgemäßen Anordnungen enthalten. Zum Zwecke der Erleichterung der Darstellung und der Diskussion wird ein konventionelles Wiedergabeformat mit einem Verhältnis von Breite zu Höhe für eine Videoquelle oder ein Signal allgemein mit 4 · 3 angenommen, während ein Breitschirm-Wiedergabeformat mit einem Verhältnis von Breite zu Höhe für eine Videoquelle oder ein Signal allgemein mit 16 · 9 angenommen wird. Die erfindungsgemäßen Anordnungen sind durch diese Bezeichnungen nicht beschränkt.
Fig. 1(a) zeigt ein Fernsehgerät, mit direkter Betrachtung oder mit Projektion, das ein konventionelles Wiedergabeformat von 4 · 3 aufweist. Wenn ein Bild mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat in Form eines Signales mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat gesendet wird, erscheinen schwarze Balken am oberen und unteren Rand. Das wird allgemein als sogenanntes "Letterboxformat" bezeichnet. In diesem Fall ist das betrachtete Bild ziemlich klein relativ zu der gesamten verfügbaren Wiedergabefläche. Alternativ wird die Quelle für das 16 · 9 Wiedergabeformat vor der Übertragung so umgesetzt, daß sie die vertikale Ausdehnung einer Betrachtungsfläche des 4 · 3 Wiedergabeformats ausfüllt. Jedoch wird dann nennenswerte Information an der linken und/ oder rechten Seite abgeschnitten. Als eine weitere Alternative kann das Letterbox-Bild vertikal, aber nicht horizontal gedehnt werden, wodurch das resultierende Bild eine Verzerrung durch Längung in vertikaler Richtung aufweist. Keine der drei Alternativen ist besonders ansprechend.
Fig. 1(b) zeigt einen 16 · 9 Schirm. Eine Videoquelle mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat würde vollständig wiedergegeben, und zwar ohne Beschneidung und ohne Verzerrung. Ein Letterbox-Bild mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat, das selbst innerhalb eines Signals mit einem 4/3 Wiedergabeformat angeordnet ist, kann durch Zeilenverdoppelung oder Hinzufügung von Zeilen progressiv abgetastet werden, um auf diese Weise eine größere Wiedergabefläche mit ausreichender vertikaler Auflösung zu erzielen. Ein Fernsehgerät mit einem breiten Schirm gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein derartiges Signal mit einem 16 : 9 Wiedergabeformat wiedergeben, und zwar für die Hauptquelle, die zusätzliche Quelle oder eine externe RGB-Quelle.
Fig. 1(c) zeigt ein Hauptsignal mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat, in dem ein eingefügtes Bild mit einem 4 : 3 Wiedergabeformat dargestellt wird. Wenn sowohl das Hauptvideosignal als auch das zusätzliche Videosignal von Quellen mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat stammen, kann das eingefügte Bild auch ein 16 · 9 Wiedergabeformat aufweisen. Das eingefügte Bild kann in vielen verschiedenen Lagen dargestellt werden.
Fig. 1(d) zeigt ein Wiedergabeformat, bei dem das Haupt- und das zusätzliche Videosignal mit derselben Bildgröße dargestellt werden. Jede Wiedergabefläche hat ein Wiedergabeformat 8 · 9, das natürlich unterschiedlich ist sowohl von 16 · 9 als auch von 4 · 3. Um eine Quelle mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat ohne horizontale oder vertikale Verzerrung auf einer derartigen Wiedergabefläche darzustellen, muß das Signal an der linken und/oder rechten Seite beschnitten werden. Es kann ein größerer Teil des Bildes mit geringerer Beschneidung wiedergegeben werden, wenn eine geringe Verzerrung des Wiedergabeformats durch horizontales Stauchen des Bildes toleriert wird. Eine horizontale Stauchung resultiert in einer vertikalen Verlängerung der Objekte in dem Bild. Das Fernsehgerät mit einem breiten Schirm gemäß der vorliegenden Erfindung kann jede Mischung von Beschneidung und Verzerrung des Wiedergabeformats von maximaler Beschneidung ohne Verzerrung des Wiedergabeformats bis zu keiner Beschneidung mit maximaler Verzerrung des Wiedergabeformats ermöglichen.
Beschränkungen in der Datenabtastung in dem Verarbeitungsweg für das zusätzliche Videosignal verkomplizieren die Erzeugung eines Bildes mit hoher Auflösung, das in der Abmessung so groß ist wie die Wiedergabe mit dem Haupt- Videosignal. Es können verschiedene Verfahren zur Überwindung dieser Komplikationen entwickelt werden.
Fig. 1(e) ist ein Wiedergabeformat, bei dem ein Bild mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat in der Mitte eines Schirmes mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat dargestellt wird. Dunkle Balken sind an der rechten und an der linken Seite ersichtlich.
Fig. 1(f) zeigt ein Wiedergabeformat, bei dem ein großes Bild mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat und drei kleinere Bilder je mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat gleichzeitig dargestellt werden. Ein kleineres Bild außerhalb des Umfangs des großen Bildes wird manchmal als POP, das heißt als picture-outside-picture, bezeichnet, im Gegensatz zu einem PIP, einem sogenannten picture-in-picture (Bild- in-Bild). Die Ausdrücke PIP oder Bild-in-Bild (picture-in-picture) werden hier für beide Wiedergabeformate verwendet. In den Fällen, in denen das Fernsehgerät mit dem breiten Schirm mit zwei Tunern ausgerüstet ist, entweder beide intern oder einer intern und einer extern, zum Beispiel in einem Videokassettenrekorder, können zwei der dargestellten Bilder die Bewegung in Echtzeit in Übereinstimmung mit der Quelle darstellen. Die übrigen Bilder können in einem Standbild-Format dargestellt werden. Es sei noch bemerkt, daß die Hinzufügung von weiteren Tunern und zusätzlichen Verarbeitungswegen für ein zusätzliches Signal mehr als zwei bewegte Bilder ermöglicht. Es sei auch bemerkt, daß das große Bild einerseits und die drei kleinen Bilder andererseits in ihrer Lage umgeschaltet werden können, wie in Fig. 1(g) dargestellt ist.
Fig. 1(h) zeigt eine Alternative, bei der das Bild mit dem 4 : 3 Wiedergabeformat in der Mitte liegt und sechs kleinere Bilder mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat in senkrechten Spalten auf jeder Seite dargestellt werden. Wie bei dem zuvor beschriebenen Format kann ein mit zwei Tunern versehenes Fernsehgerät mit breitem Schirm zwei bewegte Bilder liefern. Die übrigen elf Bilder verbleiben dabei im Standbild-Format.
Fig. 1(i) zeigt ein Wiedergabeformat mit einem Raster von zwölf Bildern mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat. Ein derartiges Wiedergabeformat ist besonders geeignet für eine Kanalwahlführung, bei der jedes Bild wenigstens ein Standbild von einem unterschiedlichen Kanal ist. Wie zuvor, hängt die Zahl der bewegten Bilder von der Zahl von verfügbaren Tunern und Signalverarbeitungswegen ab.
Die verschiedenen in Fig. 1 dargestellten Formate dienen zur Erläuterung und nicht zur Einschränkung und können bei Fernsehgeräten mit breitem Schirm eingesetzt werden, wie sie in den übrigen Zeichnungen gezeigt sind und im Detail im folgenden beschrieben werden.
Ein Gesamt-Blockschaltbild für ein Fernsehgerät mit breitem Schirm gemäß erfindungsgemäßen Anordnungen, vorgesehen für einen Betrieb mit 2fH Horizontalabtastung, ist in Fig. 2 dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fernsehgerät 10 enthält im wesentlichen einen Videosignal-Eingangsbereich 20, einen Chassis-oder Fernseh-Mikroprozessor 216, einen Prozessor 30 für einen breiten Schirm, einen Umsetzer 40 von 1fH auf 2fH, eine Ablenkschaltung 50, eine RGB-Schnittstelle 60, einen Umsetzer 240 von YUV auf RGB, Bildrohrtreiber 242, Bildröhren 244 für direkte Betrachtung oder Projektion und eine Stromversorgungsschaltung 70. Die Gruppierung verschiedener Schaltungen in unterschiedliche funktionale Blöcke erfolgt zur Erleichterung der Beschreibung und soll die räumliche Lage dieser Schaltungen zueinander nicht einschränken.
Der Eingangsbereich 20 für Videosignale empfängt eine Vielzahl von zusammengesetzten Videosignalen von unterschiedlichen Videoquellen. Die Videosignale können wahlweise für eine Wiedergabe als Hauptsignal oder als zusätzliche Videosignale umgeschaltet werden. Ein HF-Schalter 204 enthält zwei Antenneneingänge ANT1 und ANT2. Diese stellen Eingänge dar für einen Antennenempfang aus der Luft und für Kabelempfang. Der HF-Schalter 204 steuert, welcher Antenneneingang einem ersten Tuner 206 und welcher einem zweiten Tuner 208 zugeführt wird. Der Ausgang des ersten Tuners 206 ist ein Eingang zu einer one-chip-Schaltung 202, die eine Anzahl von Funktionen bezüglich Abstimmung, horizontale und vertikale Ablenkung und Videosteuerungen ausführt. Die dargestellte besondere Ein-Chip-Einheit ist ein Handelstyp TA 7730. Das Basisband-Videosignal VIDEO AUS, das in der one-chip-Einheit erzeugt wird und von dem Signal von dem ersten Tuner 206 resultiert, bildet einen Eingang für den Videoschalter 200 und den Eingang TV1 des Breitschirmprozessors 30. Weitere Basisband-Videoeingänge zu dem Videoschalter 200 sind mit AUX1 und AUX2 bezeichnet. Diese können für Videokameras, Laserplattenspieler, Videobandspieler, Videospiele und dergleichen verwendet werden. Der Ausgang des Videoschalters 200, der durch den Chassis- oder Fernseh-Mikroprozessor 216 gesteuert wird, ist mit GESCHALTETES VIDEO bezeichnet. Das GESCHALTETE VIDEO bildet einen weiteren Eingang zu dem Breitschirmprozessor 30.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 3, wählt ein Schalter SW1 des Breitschirmprozessors zwischen den Signalen TV1 und GESCHALTETES VIDEO aus. Dadurch ergibt sich ein Videosignal SEL COMP AUS, das ein Eingangssignal zu einem Y/C Dekoder 210 bildet. Der Y/C Dekoder 210 Kann als adaptives Zeilenkammfilter ausgebildet sein. Zwei weitere Videoquellen S1 und S2 bilden außerdem Eingänge zu dem Y/C Dekoder 210. Jede der Quellen S1 und S2 stellt verschiedene S-VHS Quellen dar, und jede besteht aus getrennten Luminanz- und Chrominanzsignalen. Ein Schalter, der als Teil des Y/C Dekoders ausgeführt sein kann, wie in einigen adaptiven Zeilenkammfiltern, oder der als ein getrennter Schalter ausgeführt sein kann, reagiert auf den Fernseh-Mikroprozessor 216 zur Auswahl eines Paares von Luminanzsignal und Chrominanzsignal als Ausgangssignale, die mit Y_M bzw. C_IN bezeichnet sind. Das ausgewählte Paar von Luminanzsignal und Chrominanzsignal wird im folgenden als das Hauptsignal angesehen und in einem Hauptsignalweg verarbeitet. Signalbezeichnungen mit _M oder _MN beziehen sich auf den Hauptsignalweg. Das Chrominanzsignal C_IN wird durch den Breitschirmprozessor zu der one-chip-Einheit zurückgeführt, um die Farbdifferenzsignale U_M und V_M zu bilden. In dieser Beziehung ist U eine äquivalente Bezeichnung für (R-Y), und V ist eine äquivalente Bezeichnung für (B-Y). Die Signale Y_M, U_M und V_M werden in dem Breitschirmprozessor für die weitere Signalverarbeitung in digitale Form umgesetzt.
Der zweite Tuner 208, der funktionell als Teil des Breitschirmprozessors 30 definiert ist, erzeugt ein Basisband-Videosignal TV2. Ein Schalter SW2 wählt zwischen den Signalen TV2 und GESCHALTETES VIDEO und bildet dadurch ein Eingangssignal für einen Y/C Dekoder 220. Der Y/C Dekoder 220 kann als adaptives Zeilenkammfilter ausgebildet sein. Schalter SW3 und SW4 wählen zwischen den Luminanz- und Chrominanzausgängen des Y/C Dekoders 220 und den Luminanz- und Chrominanzsignalen einer externen Videoquelle, bezeichnet mit Y_EXT bzw. C_EXT. Die Signale Y_EXT und C_EXT entsprechen dem S-VHS Eingangssignal S1. Der Y/C Dekoder 220 sowie die Schalter SW3 und SW4 können, wie in einigen adaptiven Kammfiltern, kombiniert sein. Die Ausgangsspannung der Schalter SW3 und SW4 wird im folgenden als zusätzliches Signal angesehen und in einem zusätzlichen Signalweg verarbeitet. Das ausgewählte Luminanz-Ausgangssignal wird mit Y_A bezeichnet. Signalbezeichnungen, die _A, _AX und _AUX enthalten, beziehen sich auf den zusätzlichen Signalweg. Die ausgewählte Chrominanz wird in Farbdifferenzsignale U_A und V_A umgesetzt. Die Signale Y_A, U_A und V_A werden für die weitere Signalbearbeitung in digitale Form umgesetzt. Die Anordnung der Umschaltung der Videosignalquelle in dem Haupt- und zusätzlichen Signalweg maximiert die Flexibilität in der Durchführung der Quellenauswahl für die verschiedenen Teile der unterschiedlichen Bildwiedergabeformate.
Ein kombiniertes Synchronsignal COMP SYNC, das Y_M entspricht, wird durch den Breitschirmprozessor einer Synchronsignal-Abtrennstufe 212 zugeführt. Die horizontalen und vertikalen Synchronisierkomponenten H bzw. V bilden Eingangssignale zu einer vertikalen Rückwärtszählschaltung 214. Die vertikale Rückwärtszählschaltung liefert ein Signal VERTIKAL RÜCKSETZ, das in den Breitschirmprozessor 30 geführt wird. Der Breitschirmprozessor erzeugt ein internes vertikales Rücksetz-Ausgangssignal INT VERT RST OUT, das der RGB- Schnittstelle 60 zugeführt wird. Ein Schalter in der RGB-Schnittstelle 60 wählt zwischen dem internen vertikalen Rücksetz-Ausgangssignal und der vertikalen Synchronisierkomponente der externen RGB-Quelle. Die Ausgangsspannung dieses Schalters ist eine ausgewählte vertikale Synchronisierkomponente SEL_VERT_SYNC, die der Ablenkschaltung 50 zugeführt wird. Horizontale und vertikale Synchronsignale des zusätzlichen Videosignals werden durch die Synchronsignal-Abtrennstufe 250 in den Breitschirmprozessor geliefert.
Der Umsetzer 40 von 1fH auf 2fH dient dazu, die nach dem Zeilensprung verschachtelten Videosignale in progressiv abgetastete, nicht verschachtelte Signale umzusetzen, zum Beispiel in ein solches Signal, bei dem jede horizontale Zeile zweimal wiedergegeben wird, oder ein zusätzlicher Satz von horizontalen Zeilen durch Interpolation angrenzender horizontaler Zeilen desselben Halbbildes erzeugt wird. In manchen Fällen ist die Verwendung einer vorangehenden Zeile oder die Verwendung einer interpolierten Zeile abhängig von dem Betrag an Bewegung, der zwischen benachbarten Halbbildern oder Vollbildern ermittelt wird. Die Umsetzschaltung 40 arbeitet in Verbindung mit einem Video-RAM 420. Das Video- RAM kann dazu benutzt werden, ein Halbbild oder mehrere Halbbilder eines Vollbildes zu speichern, um die progressive Wiedergabe zu ermöglichen. Die umgesetzten Videodaten Y_2fH, U_2fH und V_2fH werden der RGB-Schnittstelle 60 zugeführt.
Die RGB-Schnittstelle 60, die mehr im Detail in Fig. 11 dargestellt ist, ermöglicht die Auswahl der umgesetzten Videodaten oder der externen RGB Videodaten für die Wiedergabe durch den Videosignal-Eingangsbereich. Es wird angenommen, daß das externe RGB-Signal ein Signal mit einem breiten Wiedergabeformat für eine 2fH- Abtastung ist. Die vertikale Synchronisierkomponente des Hauptsignals wird durch den Breitschirmprozessor als INT VERT RST OUT der RGB-Schnittstelle zugeführt und ermöglicht, daß ein ausgewähltes vertikales 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 Steuersignals INT/EXT für intern/extern. Jedoch kann in der Abwesenheit eines solchen Signals die Auswahl eines externen RGB-Eingangssignals in einem Zusammenbruch des vertikalen Rasters und einer Beschädigung der Kathodenstrahlröhre oder der Projektionsröhren resultieren. Daher detektiert die RGB-Schnittstelle ein externes Synchronsignal, um die Auswahl eines nicht existierenden externen RGB-Eingangssignals zu umgehen. Der WSP- Mikroprozessor 340 liefert außerdem Farbsättigungs- und Farbton- Steuerspannungen für das externe RGB-Signal.
Der Breitschirmprozessor 30 enthält einen Prozessor 320 für Bild-in-Bild für eine besondere Signalbearbeitung des zusätzlichen Videosignals. Der Ausdruck Bild-in- Bild wird manchmal abgekürzt als PIP oder pix-in-pix. Ein Gate Array (Toranordnung) 300 kombiniert das Haupt- und das zusätzliche Videosignal in einer weiten Vielfalt von Wiedergabeformaten, wie durch die Beispiele von Fig. 1(b) bis 1(i) dargestellt. Der Prozessor 320 für Bild-in-Bild und das Gate Array 300 werden durch einen Breitschirm-Mikroprozessor (WSP uP) 340 gesteuert. Der Mikroprozessor 340 reagiert über einen Serienbus auf den Fernseh-Mikroprozessor 216. Der Serienbus enthält vier Signalleitungen, für Daten, Taktsignale, Auslösesignale und Rücksetzsignale. Der Breitschirmprozessor 30 erzeugt auch ein kombiniertes vertikales Austast/Rücksetz-Signal in der Form eines sogenannten Sandcastle- Signals mit drei Pegeln. Alternativ können die vertikalen Austast- und Rücksetzsignale als getrennte Signale erzeugt werden. Ein kombiniertes Austastsignal wird durch den Videosignal-Eingangsbereich der RGB-Schnittstelle zugeführt.
Die Ablenkschaltung 50, die in Fig. 10 im Detail dargestellt ist, empfängt ein vertikales Rücksetzsignal von dem Breitschirmprozessor, ein ausgewähltes 2fH horizontales Synchronsignal von der RGB-Schnittstelle 60 und zusätzliche Steuersignale von dem Breitschirmprozessor. Diese zusätzlichen Steuersignale beziehen sich auf die horizontale Phase, die Einstellung der Vertikalgröße und die Einstellung der Ost-West-Kissenkorrektur. Die Ablenkschaltung 50 liefert 2fH Rücklaufimpulse an den Breitschirmprozessor 30, den Umsetzer 40 von 1fH auf 2fH und den Umsetzer 240 von YUV auf RGB.
Betriebsspannungen für das gesamte Breitschirm-Fernsehgerät werden durch die Stromversorgungsschaltung 70 erzeugt, die durch ein Wechselspannungsnetz mit Energie versorgt sein kann.
Der Breitschirmprozessor 30 ist mehr im Detail in Fig. 3 dargestellt. Die wichtigsten Bauteile des Breitschirm-Prozessors sind ein Gate Array 300, eine Schaltung 301 für Bild-in-Bild, Analog/Digital- und Digital/Analog-Wandler, der zweite Tuner 208, ein Breitschirm-Prozessor-Mikroprozessor 340 und ein Breitschirm-Ausgangskoder 227. Weitere Details des Breitschirmprozessors sind in Fig. 4 dargestellt. Ein Prozessor 320 für Bild-in-Bild, der einen wichtigen Teil der PIP-Schaltung 301 bildet, ist mehr im Detail in Fig. 5 dargestellt. Das Gate Array 300 ist mehr im Detail in Fig. 6 dargestellt. Eine Anzahl von in Fig. 3 dargestellten Bauteilen wurde bereits im Detail beschrieben.
Dem zweiten Tuner 208 sind eine ZF-Stufe 224 und eine Audio-Stufe 226 zugeordnet. Der zweite Tuner 208 arbeitet auch in Verbindung mit dem WSP uP 340. Der WSP uP 340 enthält einen Eingangs/Ausgangs- I/O-Bereich 340A und einen analogen Ausgangsbereich 340B. Der I/O- Bereich 340A liefert Steuersignale für Farbton und Farbsättigung, das Signal INT/EXT zur Auswahl der externen RGB- Videoquelle und Steuersignale für die Schalter SW1 bis SW6. Der Bereich I/O liefert auch das Signal EXT SYNC DET von der RGB-Schnittstelle zum Schutz der Ablenkschaltung und der Kathodenstrahlröhre(n). Der analoge Ausgangsbereich 340B liefert über jeweilige Schnittstellenschaltungen 254, 256 bzw. 258 Steuersignale für die vertikale Größe, die Ost/West-Einstellung und die horizontale Phase.
Das Gate Array 300 dient dazu, die Videoinformation von dem Haupt- und dem zusätzlichen Signalweg zu kombinieren, um eine kombinierte Wiedergabe mit breitem Schirm zu bewerkstelligen, zum Beispiel eine derjenigen, die in den verschiedenen Teilen von Fig. 1 dargestellt sind. Die Taktinformation für das Gate Array wird von der phasenverkoppelten Schleife 374 geliefert, die in Verbindung mit einem Tiefpaßfilter 376 arbeitet. Das Hauptvideosignal wird dem Breitschirmprozessor in analoger Form und im Y U V Format als Signale geliefert, die mit Y_M, U_M und V_M bezeichnet sind. Diese Hauptsignale werden durch Analog/Digital-Wandler 342 und 346, die im Detail in Fig. 4 dargestellt sind, von analoger Form in digitale Form umgesetzt.
Die Farbkomponenten-Signale sind mit den allgemeinen Bezeichnungen U und V versehen, die entweder Signale R-Y oder B-Y oder Signale I und Q darstellen können. Die abgetastete Luminanz-Bandbreite ist auf 8 MHz begrenzt, da die System-Taktrate 1024fH beträgt, was etwa gleich 16 MHz ist. Es können ein einziger Analog/Digital-Wandler und ein analoger Schalter verwendet werden, um die Farbkomponenten-Daten abzutasten, da die Signale U und V auf 500 kHz oder auf 1,5 MHz für breiten Schirm begrenzt sind. Die Auswählleitung UV_MUX für den analogen Schalter oder Multiplexer 344 führt ein 8 MHz-Signal, das durch Teilung des Systemtaktes durch 2 gewonnen wird. Ein Impuls mit einem Takt für den Beginn des Breitbandes der Leitung SOL setzt dieses Signal synchron zu Beginn jeder horizontalen Videozeile auf null. Die Zeile UV_MUX kippt dann die horizontale Zeile hindurch bei jedem Taktzyklus in ihrem Zustand um. Da die Zeilenlänge eine ganzzahlige Vielzahl von Taktperioden ist, wird der Zustand des UV_MUX, wenn er einmal ausgelöst ist, ohne Unterbrechung ständig zwischen 0, 1, 0, 1, ... umkippen. Die Datenströme für Y und UV aus den Analog/Digital-Wandlern 342 und 346 werden verschoben, da die Analog/Digital-Wandler jeder eine Verzögerung von 1 Taktperiode aufweisen. Zur Anpassung an diese Datenverschiebung muß die Takt- Tast-Information von dem Verarbeitungsweg 304 für das Hauptsignal ähnlich verzögert werden. Würde die Takt-Tast-Information nicht verzögert, wären die UV- Daten bei ihrer Unterdrückung nicht richtig zueinander gepaart. Dies ist wichtig, weil jedes UV-Paar einen Vektor darstellt. Ein Element U von einem Vektor kann nicht mit einem Element V eines anderen Vektors gepaart werden, ohne eine Farbverschiebung zu verursachen. Stattdessen würde ein Abtastwert V von einem vorangehenden Paar zusammen mit der laufenden Abtastung U unterdrückt. Dieses Verfahren des UV-Multiplexing wird mit 2 : 1 : 1 bezeichnet, da es für jedes Paar von Abtastwerten für die Farbkomponenten (U, V) zwei Luminanz-Abtastwerte gibt. Die Nyquist-Frequenz sowohl für U als auch für V wird effektiv auf die Hälfte der Luminanz-Nyquist-Frequenz verringert. Daher beträgt die Nyquist-Frequenz der Ausgangsspannung des Analog/Digital-Wandlers für die Luminanz-Komponente 8 MHz, während die Nyquist-Frequenz der Ausgangsspannung des Analog/Digital- Wandlers für die Farbkomponenten 4 MHz beträgt.
Die PIP-Schaltung und/oder das Gate Array können auch Mittel zur Erhöhung der Auflösung der zusätzlichen Daten enthalten, und zwar ungeachtet der Datenkompression. Es wurde eine Vielzahl von Schemata für eine Datenreduktion und Datenrestauration entwickelt, enthaltend zum Beispiel gepaarte Pixel- Kompression und Dithering und Dedithering. Außerdem werden verschiedene Dithering-Folgen mit unterschiedlichen Anzahlen von Bits und unterschiedlichen Komprimierfaktoren für gepaarte Pixel mit unterschiedlichen Anzahlen von Pixeln in Betracht gezogen. Eine aus einer Vielzahl von Möglichkeiten für eine besondere Datenreduktion und Datenrestauration kann durch den WSP uP 340 ausgewählt werden, um für jede besondere Art des Bildwiedergabeformats eine maximale Auflösung für das wiedergegebene Bild zu erzielen.
Das Gate Attay enthält Interpolatoren, die in Verbindung mit den Zeilenspeichern arbeiten, die als FIFO's 356 und 358 ausgebildet sein können. Der Interpolator und die FIFO's werden dazu benutzt, das Hauptsignal wie gewünscht erneut abzutasten. Ein zusätzlicher Interpolator kann das zusätzliche Signal erneut abtasten. Takt- und Synchronisierschaltungen in dem Gate Array steuern die Datenmanipulation sowohl des Hauptsignals als auch der zusätzlichen Signale einschließlich deren Kombination zu einem einzigen Ausgangsvideosignal mit den Komponenten Y_MX, U_MX UND V_MX. Diese Ausgangskomponenten werden durch Digital/Analog-Wandler 360, 362 und 364 in analoge Form umgesetzt. Die Signale in analoger Form, bezeichnet mit Y, U und V, werden dem Umsetzer 40 von 1fH auf 2fH für eine Umsetzung auf die nicht nach dem Zeilensprung verschachtelte Abtastung zugeführt. Die Signale Y, U und V werden außerdem durch den Koder 227 in ein Y/G-Format kodiert, um ein Ausgangssignal Y_OUT_EXT/C_OUT_EXT für ein breites Wiedergabeformat zu bilden. Der Schalter SW5 wählt ein Synchronsignal für den Koder 227 entweder von dem Gate Array, C_SYNC_MN, oder von der PIP-Schaltung, C_SYNC_AUX. Der Schalter SW6 wählt als Synchronsignal für den Breitschirm-Ausgang zwischen Y_M und C_SYNC_AUX.
Teile der horizontalen Synchronisierschaltung sind mehr im Detail in Fig. 9 dargestellt. Die Phasenvergleichsstufe 228 ist Teil einer phasenverkoppelten Schleife mit einem Tiefpaßfilter 230, einem spannungsgesteuerten Oszillator 232, einem Teiler 243 und einem Kondensator 236. Der spannungsgesteuerte Oszillator 232 arbeitet mit einem keramischen Resonator 238 oder dergleichen bei 32fH. Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten Oszillators wird durch 32 geteilt, um ein zweites Eingangssignal geeigneter Frequenz für die Phasenvergleichsstufe 228 zu bilden. Die Ausgangsspannung des Teilers 234 ist ein 1fH REF Taktsignal. Die Taktsignale 32fH REF und 1fH REF werden einem durch 16 teilenden Zähler 400 zugeführt. Eine 2fH Ausgangsspannung wird einer Impulsbreiten-Schaltung 402 zugeführt. Die Voreinstellung des Teilers 400 durch das Signal 1fH REF stellt sicher, daß der Teiler synchron mit der phasenverkoppelten Schleife des Eingangsbereiches für die Videosignale arbeitet. Die Impulsbreiten-Schaltung 402 stellt sicher, daß ein Signal 2fH-REF eine richtige Impulsbreite hat, um ein geeignetes Arbeiten der Phasenvergleichsstufe 404, zum Beispiel vom Typ CA1391, zu gewährleisten, die Teil einer zweiten phasenverkoppelten Schleife mit einem Tiefpaßfilter 406 und einem mit 2fH schwingenden spannungsgesteuerten Oszillator 408 bildet. Der spannungsgesteuerte Oszillator 408 erzeugt ein internes 2fH-Taktsignal, das zur Steuerung der progressiv abgetasteten Wiedergabeeinheit dient. Das andere Eingangssignal zu der Phasenvergleichsstufe 404 sind die 2fH-Rücklaufimpulse oder ein damit in Beziehung stehendes Taktsignal. Die Anwendung der zweiten phasenverkoppelten Schleife mit der Phasenvergleichsstufe 404 ist dafür nützlich, sicherzustellen, daß jede 2fH-Abtastperiode symmetrisch innerhalb jeder Periode 1fH des Eingangssignals liegt. Anderenfalls könnte die Wiedergabeeinheit eine Aufspaltung des Rasters auslösen, zum Beispiel bei der die Hälfte der Videozeilen nach rechts und die andere Hälfte der Videozeilen nach links verschoben ist.
Die Ablenkschaltung 50 ist im Detail in Fig. 10 dargestellt. Es ist eine Schaltung 500 vorgesehen für die Einstellung der vertikalen Größe des Rasters in Übereinstimmung mit einem gewünschten Maß an vertikaler Überabtastung, die notwendig ist, um verschiedene Wiedergabeformate durchzuführen. Wie schematisch dargestellt, liefert eine Konstantstromquelle 502 einen konstanten Betrag eines Stromes IRAMP, der einen Kondensator 504 für einen vertikalen Sägezahn auflädt. Ein Transistor 506 ist parallel zu dem Kondensator für den vertikalen Sägezahn geschaltet und entlädt den Kondensator periodisch aufgrund des vertikalen Rücksetzsignals. Ohne jede Einstellung bewirkt der Strom IRAMP die maximal verfügbare vertikale Größe für das Raster. Diese könnte dem Maß an vertikaler Überabtastung entsprechen, die notwendig ist, um den breiten Wiedergabeschirm durch eine Signalquelle mit einem ausgedehnten 4 · 3 Wiedergabeformat auszufüllen, wie in Fig. 1 (a) dargestellt. In dem Maße, wie eine geringere Größe des vertikalen Rasters gefordert wird, leitet eine einstellbare Stromquelle 508 einen veränderbaren Betrag des Stromes IADJ von dem Strom IRAMP ab, so daß sich der Kondensator 504 für den vertikalen Sägezahn langsamer und auf einen kleineren Spitzenwert auflädt. Eine variable Stromquelle 508 reagiert auf ein Einstellsignal für die vertikale Größe, zum Beispiel in analoger Form, das durch eine in Fig. 16 dargestellte Steuerschaltung 1030 für die vertikale Größe erzeugt wird. Die Einstellmittel 500 für die vertikale Größe sind abhängig von einem manuellen Einstellmittel 510 für die vertikale Größe, das durch ein Potentiometer oder einen Einstellknopf an der Rückseite des Gehäuses gebildet sein kann. In jedem Falle erhält die Ablenkspule 512 oder erhalten die Ablenkspulen 512 Steuerströme geeigneter Größe. Für die Horizontalablenkung sind eine Phaseneinstellschaltung 518, eine Ost/West-Kissenkorrekturschaltung 514, eine 2fH phasenverkoppelte Schleife 520 und eine Horizontalausgangsschaltung 516 vorgesehen.
Die RGB-Schnittstellenschaltung 60 ist mehr im Detail in Fig. 11 dargestellt. Das letzlich wiederzugebende Signal wird zwischen dem Ausgang des Umsetzers 40 von 1fH auf 2fH und einem externen RGB-Eingang gewählt. Für die Zwecke des hier beschriebenen Breitschirm-Fernsehgerätes wird angenommen, daß der externe RGB-Eingang eine progressiv abgetastete Quelle mit einem breiten Wiedergabeformat ist. Die externen RGB-Signale und ein zusammengesetztes Austastsignal von dem Eingangsbereich 20 für die Videosignale bilden Eingangsspannungen für einen Umsetzer 610 von RGB auf Y U V. Das externe zusammengesetzte Synchronsignal 2fH für das externe RGB-Signal bildet eine Eingangsspannung für eine externe Synchronsignal-Abtrennstufe 600. Die Abtrennung des vertikalen Synchronsignals erfolgt durch einen Schalter 608. Die Abtrennung des horizontalen Synchronsignals erfolgt durch einen Schalter 604. Die Abtrennung des Videosignals erfolgt durch einen Schalter 606. Jeder der Schalter 604, 606 und 608 reagiert auf ein Steuersignal intern/extern, das durch den WSP uP 340 erzeugt wird. Die Auswahl zwischen der internen oder der externen Videoquelle unterliegt dem Benutzer. Wenn jedoch ein Benutzer unbeabsichtigt eine externe RGB-Quelle auswählt, wenn eine derartige Quelle nicht angeschlossen oder nicht eingeschaltet ist oder wenn die externe Quelle ausfällt, wird das Vertikalraster zusammenbrechen, und es kann daraus eine ernsthafte Beschädigung der Kathodenstrahlröhre(n) resultieren. Daher überprüft ein externer Synchrondetektor 602 die Anwesenheit eines externen Synchronsignals. In der Abwesenheit eines derartigen Signals wird ein Schalter-Sperrsignal an jeden der Schalter 604, 606 und 608 übertragen, um eine Auswahl der externen RGB-Quelle zu verhindern, wenn von dieser kein Signal vorhanden ist. Der Umsetzer 610 von RGB auf YUV empfängt außerdem Steuersignale für Farbton und Farbsättigung von dem WSP uP 340.
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild und zeigt weitere Details der in Fig. 3 dargestellten Breitschirmprozessoren 30. Die Signale Y_A, U_A und V_A bilden einen Eingang zu dem Prozessor 320 für Bild-in-Bild, der eine Schaltung 370 zur Bearbeitung der Auflösung enthalten kann. Das Breitschirm-Fernsehgerät gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung kann das Videosignal expandieren und komprimieren. Die speziellen Effekte innerhalb der verschiedenen, teilweise in Fig. 1 dargestellten kombinierten Wiedergabeformate werden durch den Prozessor 320 für Bild-in-Bild erzeugt, der in der Auflösung bearbeitete Datensignale Y_RP, U_RP und V_RP von der Schaltung 370 für die Bearbeitung der Auflösung empfangen kann. Eine Bearbeitung der Auflösung wird nicht immer benötigt, jedoch während ausgewählter Wiedergabeformate. Der Prozessor 320 für Bild-in-Bild ist mehr im Detail in Fig. 5 dargestellt. Die wichtigsten Bauteile des Prozessors für Bild-in-Bild sind ein Bereich 322 mit einem Analog/Digital-Wandler, ein Eingangsbereich 324, ein schneller Schalter (FSW) und ein Busbereich 326, ein Bereich 328 für Taktung und Steuerung und ein Bereich 330 mit einem Digital/Analog-Wandler.
Der Prozessor 320 für Bild-in-Bild kann als verbesserte Abwandlung des von Thomson Consumer Electronics, Inc. entwickelten grundlegenden CPIP-Chip ausgebildet sein. Der grundlegende CPIP-Chip ist näher beschrieben in einer Veröffentlichung mit dem Titel "The CTC 140 Picture in Picture (CPIP) Technical Training Manual", verfügbar von Thomson Consumer Electronics, Inc. Indianapolis, Indiana. Es ist eine Vielzahl von speziellen Merkmalen oder speziellen Effekten möglich, wobei die folgenden nur zur Erläuterung dienen. Der grundlegende spezielle Effekt ist ein großes Bild mit einem kleinen Bild, das, wie in Fig. 1 (c) gezeigt, einen Teil davon überdeckt. Das große und das kleine Bild können von demselben Videosignal resultieren, ebenso von verschiedenen Videosignalen und können ausgetauscht oder vertauscht sein. Allgemein gesagt, wird das Audiosignal derart geschaltet, daß es immer zu dem großen Bild gehört. Das kleine Bild kann in jede Lage auf dem Schirm bewegt werden oder sich schrittweise über eine Vielzahl von vorbestimmten Lagen bewegen. Ein Zoom-Merkmal vergrößert oder verringert die Abmessung des kleinen Bildes, zum Beispiel auf eine einer Vielzahl von vorher festgelegten Größen. In einem Fall, zum Beispiel bei dem in Fig. 1(d) dargestellten Wiedergabeformat, haben das große und das kleine Bild in Wirklichkeit dieselbe Größe.
In einem Modus mit einem einzigen Bild, zum Beispiel dem in den Fig. 1(b), 1(e) oder 1(f) gezeigten, kann der Benutzer auf den Inhalt des einzigen Bildes zoomen, zum Beispiel in Schritten mit einem Verhältnis von 1,0 : 1 bis 5,0 : 1. Im Zoom-Modus kann der Benutzer einen Suchvorgang durch den Bildinhalt oder eine Schwenkbewegung durch den Bildinhalt durchführen und so ermöglichen, daß das Bild des Bildschirms sich über verschiedene Bereiche des Gesamtbildes bewegt. In jedem Fall können das kleine Bild oder das große Bild oder das gezoomte Bild als Standbild dargestellt werden. Diese Funktion ermöglicht ein Strobe-Format, bei dem die letzten neun Vollbilder des Videosignals auf dem Schirm wiederholt werden können. Die Bildwiederholungsrate kann geändert werden von 30 Vollbildern je Sekunde bis null Vollbilder je Sekunde.
Der Prozessor für Bild-in-Bild, der in einem Breitschirm-Fernsehgerät gemäß einem anderen Beispiel benutzt wird, unterscheidet sich von der vorliegenden Form des grundlegenden CPIP-Chip, wie oben beschrieben. Wenn der grundlegende CPIP- Chip bei einem Fernsehgerät mit einem 16 · 9 Schirm benutzt würde, und ohne eine Video-Beschleunigungsschaltung, würden die eingefügten Bilder eine Verzerrung des Wiedergabeformates aufweisen, und zwar aufgrund der wirksamen horizontalen zeitlichen Dehnung um 4/3, die sich aus der Abtastung über den breiteren 16 · 9 Schirm ergibt. Gegenstände in dem Bild wären horizontal verlängert. Wenn eine externe Beschleunigungsschaltung angewendet würde, gäbe es keine Verzerrung des Wiedergabeformats, jedoch würde das Bild nicht den gesamten Schirm ausfüllen.
Bestehende Prozessoren für Bild-in-Bild, basierend auf dem grundlegenden CPIP- Chip, wie er in konventionellen Fernsehgeräten verwendet wird, werden in einer besonderen Art betrieben, die bestimmte unerwünschte Konsequenzen zeigt. Das ankommende Videosignal wird mit einem Takt von 640fH getastet, der mit dem horizontalen Synchronsignal der Quelle für das Hauptvideosignal verkoppelt ist. In anderen Worten, die Daten, die in dem dem CPIP-Chip zugeordneten Video-RAM gespeichert sind, werden nicht orthogonal relativ zu der Quelle des ankommenden zusätzlichen Videosignals abgetastet. Dies ist eine grundlegende Einschränkung des grundlegenden CPIP-Verfahrens für die Bildsynchronisierung. Die nicht orthogonale Art der Tastung des Eingangssignals resultiert in Verzerrungsfehlern der abgetasteten Daten. Die Einschränkung ist ein Ergebnis des Video-RAM, der bei dem CPIP-Chip angewendet wird, der denselben Takt für das Lesen und Schreiben der Daten benutzen muß. Wenn Daten von dem Video-RAM, wie dem Video-RAM 350, wiedergegeben werden, erscheinen die Verzerrungsfehler als zufallsgesteuerte Zeitfehler entlang senkrechten Kanten des Bildes und werden im allgemeinen als ziemlich störend angesehen.
Der Prozessor 320 für Bild-in-Bild ist, gemäß einer erfindungsgemäßen Anordnung und anders als bei dem grundlegenden CPIP-Chip, für eine asymmetrische Komprimierung der Videodaten in einem einer Vielzahl von wählbaren Wiedergabemodi vorgesehen. In diesem Operationsmodus werden die Bilder in horizontaler Richtung um 4 : 1 und in vertikaler Richtung um 3 : 1 komprimiert. Der asymmetrische Komprimiermodus erzeugt Bilder mit einem verzerrten Wiedergabeverhältnis für die Speicherung in dem Video-RAM. Gegenstände in dem Bild werden horizontal gestaucht. Wenn jedoch diese Bilder normal gelesen werden, wie zum Beispiel in dem Kanal-Tastmodus für eine Wiedergabe auf einem Schirm mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat, erscheinen die Bilder richtig. Das Bild füllt den Schirm aus, und es besteht keine Verzerrung des Bildformats. Der asymmetrische Komprimiermodus gemäß diesem Aspekt der Erfindung macht es möglich, die besonderen Wiedergabeformate auf einem 16 · 9 Bildschirm ohne eine externe Beschleunigungsschaltung zu erzeugen.
In PIP-Modi mit vollem Schirm erhält der Prozessor für Bild-in-Bild in Verbindung mit einem freilaufenden Oszillator 348 das Y/C- Eingangssignal von einem Dekoder, zum Beispiel einem adaptiven Kammfilter, dekodiert das Signal in Farbkomponenten Y, U, V und erzeugt horizontale und vertikale Synchronimpulse. Diese Signale werden in dem Prozessor für Bild-in-Bild für die verschiedenen Modi mit vollem Bildschirm wie Zoom, Standbild und Kanaltastung bearbeitet. Während des Kanaltast-Modus haben zum Beispiel die horizontalen und vertikalen Synchronsignale, die aus dem Eingangsbereich der Videosignale vorhanden sind, viele Ungleichmäßgkeiten, da die abgetasteten Signale (verschiedene Kanäle) nicht in fester Beziehung stehende Synchronimpulse aufweisen und im wesentlichen in vom Zufall abhängigen Zeitpunkten geschaltet werden. Daher wird der Abtasttakt (und der Lese/Schreib-Video-RAM-Takt) durch den freilaufenden Oszillator bestimmt. Für Standbild- und Zoom-Modi ist der Abtasttakt mit dem Horizontal- Synchronsignal des ankommenden Videosignals verkoppelt, der in diesen speziellen Fällen derselbe ist wie die Taktfrequenz für die Wiedergabe.
Bezugnehmend wieder auf die Fig. 4, können die Ausgangsspannungen Y, U, V und C_SYNC (zusammengesetztes Synchronsignal) von dem Prozessor für Bild-in-Bild in analoger Form durch die Kodierschaltung 366 wieder in Y/C- Komponenten neu kodiert werden, wobei die Schaltung 366 in Verbindung mit einem 3,58 MHz Oszillator 380 arbeitet. Dieses Y/C_PIP_ENC Signal kann einem nicht dargestellten Y/C Schalter zugeführt werden, der es ermöglicht, daß die neukodierten Y/C Komponenten an die Stelle der Y/IC Komponenten des Hauptsignals treten. Von diesem Punkt an wären die PIP kodierten Signale Y, U, V und die Synchronsignale die Grundlage für die horizontale und vertikale Taktung in dem restlichen Teil des Chassis. Dieser Operationsmodus ist geeignet für die Durchführung eines Zoom- Modus für das PIP, basierend auf der Funktion des Interpolators und der FIFO's in dem Weg des Hauptsignals.
Weiter bezugnehmend auf Fig. 5, enthält der Prozessor 320 für Bild-in-Bild einen Analog/Digital-Wandlerbereich 322, einen Eingangsbereich 324, einen schnellen Schalter FSW und einen Bus-Steuerbereich 326, einen Takt- und Steuerbereich 328 und einen Digital/Analog-Umsetzbereich 330. Im wesentlichen digitalisiert der Prozessor 320 für Bild-in-Bild das Videosignal in Luminanz (Y) und Farbdifferenzsignale (U, V), indem die Ergebnisse wie oben beschrieben in einem 1 Megabit Video-RAM 350 unterabgetastet und gespeichert werden. Das dem Prozessor 320 für Bild-in-Bild zugeordnete Video-RAM 350 hat eine Speicherkapazität von 1 Megabit, die nicht groß genug ist, ein vollständiges Halbbild aus Videodaten mit 8 Bit-Abtastungen zu speichern. Eine erhöhte Speicherkapazität wird im allgemeinen teuer, und kann eine komplexere Schaltungsauslegung erfordern. Die geringere Zahl von Bits pro Abtastung in dem zusätzlichen Kanal zeigt eine Verringerung in der Quantisierauflösung oder der Bandbreite, verglichen mit dem Hauptsignal, das durchgehend mit 8 Bit-Abtastung verarbeitet wird. Diese wirksame Verringerung der Bandbreite ist im allgemeinen kein Problem, wenn das zusätzliche dargestellte Bild relativ klein ist, kann aber störend sein, wenn das zusätzlich dargestellte Bild größer ist, zum Beispiel dieselbe Größe hat wie das dargestellte Hauptbild. Die Bearbeitungsschaltung 370 für die Auflösung kann wahlweise eine oder mehrere Möglichkeiten zur Erhöhung der Quantisierungsauflösung oder der effektiven Bandbreite der zusätzlichen Videosignaldaten enthalten. Es wurde eine Anzahl von Möglichkeiten für eine Datenreduktion und eine Datenrestauration entwickelt, enthaltend zum Beispiel Komprimierung gepaarter Pixel und Dithering und Dedithering. Eine Dedithering- Schaltung wäre wirkungsmäßig hinter dem Video-RAM 350 angeordnet, zum Beispiel in dem zusätzlichen Signalweg des Gate Array, wie im folgenden noch näher beschrieben wird. Darüberhinaus werden verschiedene Dithering und Dedithering-Folgen mit verschiedenen Anzahlen von Bits und verschiedenen Komprimierwerten gepaarter Pixel mit verschiedenen Anzahlen von Bits in Betracht gezogen. Eine aus einer Anzahl von besonderen Möglichkeiten für Datenreduktion und Datenrestauration kann durch den WSP uP gewählt werden, um die Auflösung des wiedergegeben Videosignals für jede besondere Art von Bildwiedergabeformat zu maximieren.
Die Luminanz und die Farbdifferenzsignale des zusätzlichen Signals werden in einer 8 : 1 : 1 sechs-Bit Y, U, V- Form in einem Video-RAM 350 gespeichert, das einen Teil des Prozessors für Bild-in-Bild bildet. In anderen Worten, jede Komponente wird in sechs-Bit-Abtastungen quantisiert. Es gibt acht Luminanz-Abtastwerte für jedes Paar von Farbdifferenzabtastungen. Kurz gesagt, der Prozessor 320 für Bild-in-Bild wird in einem Modus betrieben, in dem die ankommenden Videodaten mit einer 640fH- Taktrate getastet werden, die stattdessen mit dem ankommenden zusätzlichen Videosynchronsignal verkoppelt ist. In diesem Modus werden die in dem Video-RAM 350 gespeicherten Daten orthogonal abgetastet. Wenn die Daten aus dem Video- Prozessor RAM 350 für Bild-in-Bild gelesen werden, werden sie gelesen, indem derselbe mit dem ankommenden zusätzlichen Videosignal verkoppelte 640fH-Takt verwendet wird. Jedoch, selbst wenn die Daten orthogonal abgetastet und gespeichert wurden und orthogonal ausgelesen werden können, können sie nicht direkt von dem Video-RAM 350 orthogonal wiedergegeben werden, und zwar aufgrund der asynchronen Art der Quellen für das Haupt- und das zusätzliche Videosignal. Von der Haupt und der zusätzlichen Videoquelle kann erwartet werden, daß sie nur in dem Falle synchron sind, wenn sie Wiedergabesignale von derselben Videoquelle sind.
Der Haupt-Signalweg 304, der zusätzliche Signalweg 306 und der Ausgangs- Signalweg 312 des Gate Array 300 sind in Form eines Blockschaltbildes in Fig. 6 dargestellt. Das Gate Array enthält außerdem eine Takt-Synchron-Schaltung 320 und einen WSP uP Dekoder 310. Daten- und Adress-Ausgangsleitungen des WSP uP Dekoders 310, bezeichnet mit WSP DATA, werden jedem der oben bezeichneten Haupt-Schaltungen und -Wegen zugeführt, ebenso dem Prozessor 320 für Bild-in- Bild und der Schaltung 370 für die Bearbeitung der Auflösung. Es sei bemerkt, daß, ob bestimmte Schaltungen als Teil des Gate Array bezeichnet werden oder nicht, eine Frage der Zweckmäßigkeit zur Erleichterung der Erklärung der erfindungsgemäßen Anordnungen ist.
Das Gate Array ist dafür zuständig, die Videodaten des Haupt-Videokanals zu expandieren, zu komprimieren und zu beschneiden und, wenn notwendig, verschiedene Wiedergabeformate auszuführen. Die Luminanzkomponente Y_MN wird in einem first-in-first out (FIFO)-Zeilenspeicher 356 für eine Zeitdauer gespeichert, die von der Art der Interpolation der Luminanzkomponente abhängig ist. Die kombinierten Chrominanzkomponenten U/V_MN werden in dem FIFO 358 gespeichert. Luminanz- und Chrominanzkomponenten Y_PIP, U_PIP und V_PIP des zusätzlichen Signals werden durch den Demultiplexer 355 gebildet. Die Luminanzkomponente unterliegt, wenn gewünscht, einer Bearbeitung der Auflösung in der Schaltung 357 und wird, wenn notwendig, durch den Interpolator 359 expandiert, der als ein Ausgangssignal das Signal Y_AUX erzeugt.
In manchen Fällen ist die zusätzliche Bildwiedergabe so groß wie die Wiedergabe des Hauptsignals, wie in Fig. 1(d) dargestellt. Die Speicherbeschränkungen bei dem Prozessor für Bild-in-Bild und dem Video-RAM 350 können eine unzureichende Zahl von Datenpunkten oder Pixeln zum Ausfüllen einer derart großen Wiedergabefläche bewirken. In diesen Fällen kann die Bearbeitungsschaltung 357 für die Auflösung dazu benutzt werden, bei dem zusätzlichen Videosignal Pixel zu restaurieren, um die während der Datenkomprimierung oder der Datenreduktion verlorengegangenen Pixel zu ersetzen. Die Bearbeitung der Auflösung kann derjenigen Bearbeitung der Auflösung entsprechen, die durch die in Fig. 4 dargestellte Schaltung 370 vorgenommen wird. Beispielsweise kann die Schaltung 370 eine Dithering-Schaltung und die Schaltung 357 eine Dedithering-Schaltung sein.
Der zusätzliche Kanal wird mit einer Rate mit 640fH abgetastet, während der Hauptkanal mit einer Rate mit 1024fH abgetastet wird. Der FIFO 354 für den zusätzlichen Kanal setzt die Daten von der Abtastrate des zusätzlichen Kanals in die Abtastrate des Hauptkanals um. In diesem Vorgang unterliegt das Videosignal einer Komprimierung um den Faktor 8/5 (1024/640). Das ist mehr als die Komprimierung um 4/3, die notwendig ist, das Signal des zusätzlichen Kanals richtig wiederzugeben. Daher muß der zusätzliche Kanal durch den Interpolator 359 expandiert werden, um ein kleines 4 · 3 Bild richtig wiederzugeben. Der Interpolator 359 wird durch die Interpolator-Steuerschaltung 371 gesteuert, die selbst auf den WSP uP 340 anspricht. Der Betrag an benötigter Interpolatorexpansion ist 5/6. Der Expansionsfaktor X ist folgendermaßen bestimmt:
X = (640/1024) · (4/3) = 5/6
Die Chrominanzkomponenten U_PIP und V_PIP werden durch die Schaltung 367 für eine Zeitdauer verzögert, die von der Art der Interpolation der Luminanzkomponente abhängig ist, wobei als Ausgangssignale Signale U_AUX und V_AUX erzeugt werden. Die jeweiligen Y, U und V-Komponenten des Haupt- und des zusätzlichen Signals werden in Multiplexern 315, 317 bzw. 319 in dem Ausgangssignalweg 312 kombiniert, indem die Lese-Freigabesignale der FIFO's 354, 356 und 358 gesteuert werden. Die Multiplexer 315, 317 und 319 reagieren auf die Steuerschaltung 321 des Ausgangs-Multiplexers. Die Steuerschaltung 321 des Ausgangs-Mulitplexers reagiert auf ein Taktsignal, einen Start eines Zeilensignals, ein horizontales Zeilenzähler- Signal, das vertikale Austast-Rücksetzsignal und das Ausgangssignal des schnellen Schalters von dem Prozessor für Bild-in-Bild und die WSP uP 340. Die gemultiplexten Luminanz- und Chrominanzkomponenten Y_MX, U_MX und V_MX werden jeweiligen Digital/Analog-Wandlern 360, 362 bzw. 364 zugeführt. Auf die Digital/Analog-Wandler folgen Tiefpaßfilter 361, 363 bzw. 365, die in Fig. 4 dargestellt sind. Die verschiedenen Funktionen des Prozessors für Bild-in-Bild, das Gate Array und die Schaltung für die Datenreduktion werden durch den WSP uP 340 gesteuert. Der WSP uP 340 reagiert auf den N uP 216, der damit über einen Serienbus verbunden ist. Der Serienbus kann, wie dargestellt, ein Bus mit vier Leitungen sein, enthaltend Leitungen für die Daten, die Taktsignale, die Freigabesignale und die Rücksetzsignale. Der WSP uP 340 kommuniziert mit den verschiedenen Schaltungen des Gate Array über einen WSP uP Dekoder 310.
In einem Fall ist es notwendig, das 4 · 3 NTSC-Videosignal um einen Faktor von 4/3 zu komprimieren, um eine Verzerrung des Bildformats des wiedergegebenen Bildes zu vermeiden. In dem anderen Fall kann das Videosignal expandiert werden, um horizontale Zoom-Vorgänge durchzuführen, die im allgemeinen durch ein vertikales Zoomen begleitet sind. Horizontale Zoom-Vorgänge bis zu 33% können dadurch realisiert werden, indem die Komprimierfaktoren auf weniger als 4/3 verringert werden. Es wird ein Abtast-Interpolator verwendet, um das ankommende Videosignal auf neue Pixellagen umzurechnen, da die Luminanz-Videobandbreite, bis zu 5,5 MHz für das S-VHS Format, einen großen Prozentsatz der Nyquist-Spiegelfrequenz einnimmt, die 8 MHz für einen Takt von 1024fH beträgt.
Wie in Fig. 6 gezeigt, laufen die Luminanzdaten Y_MN über einen Interpolator 337 in dem Hauptsignalweg 304, der Abtastwerte basierend auf der Komprimierung oder der Expansion des Videosignals neu berechnet. Die Aufgabe der Schalter oder der Wegwähler 323 und 331 besteht darin, die Topologie des Hauptsignalweges 304 bezüglich der relativen Lagen des FIFO 356 und des Interpolators 337 umzukehren. Insbesondere wählen diese Schalter, ob der Interpolator 337 dem FIFO 356 vorangeht, wie es für eine Komprimierung notwendig ist, oder ob der FIFO 356 dem Interpolator 337 vorangeht, wie es für eine Bildexpansion notwendig ist. Die Schalter 323 und 331 sprechen auf eine Weg-Steuerschaltung 335 an, die selbst auf den WSP uP 340 anspricht. Es sei daran erinnert, daß das zusätzliche Videosignal für eine Speicherung in dem Video-RAM 350 komprimiert wird und daß eine Expansion nur für praktische Zwecke notwendig ist. Daher wird in dem zusätzlichen Signalweg keine vergleichbare Umschaltung benötigt.
Zur Durchführung der Videokomprimierungen unter Verwendung eines FIFO kann zum Beispiel jeder vierte Abtastwert daran gehindert werden, in den FIFO 356 geschrieben zu werden. Das stellt eine 4/3-Komprimierung dar. Es ist die Aufgabe des Interpolators 337, die in den FIFO eingeschriebenen Leuchtdichteabtastwerte neu zu berechnen, so daß die aus dem FIFO gelesenen Daten glatt ("smooth") und nicht zerhackt sind. Die Expansionen können genau in der entgegengesetzten Weise wie die Komprimierungen durchgeführt werden. Im Falle von Komprimierungen hat das Schreib-Freigabesignal Takt-Tastinformationen, die ihm in der Form von Sperrimpulsen zugeordnet sind. Für die Datenexpandierung wird die Takt- Tastinformation dem Lese-Freigabesignal zugefügt. Dieses wird die Daten unterbrechen, wenn sie aus dem FIFO 356 gelesen werden. In diesem Falle ist es die Aufgabe des Interpolators 337, der in diesem Vorgang auf den FIFO 356 folgt, die abgetasteten Daten von einer zerhackten Form in eine glatte Form neu zu berechnen. Im Falle der Expandierung müssen die Daten unterbrochen werden, während sie von dem FIFO 356 gelesen und in den Interpolator 337 eingetastet werden. Das ist unterschiedlich von dem Fall der Komprimierung, wo die Daten ständig durch den Interpolator 337 getaktet werden. Für beide Fälle, Komprimierung und Expandierung, können die Takt-Abtast-Vorgänge auf einfache Weise in einer synchronisierten Weise durchgeführt werden, das heißt die jeweiligen Ereignisse können bei den ansteigenden Kanten des Systemtakts 1024fH erfolgen.
Die Interpolation des zusätzlichen Signals erfolgt in dem zusätzlichen Signalweg 306. Die PIP (picture in picture = Bild im Bild)-Schaltung 301 manipuliert einen 6 Bit Y, U, V, 8 : 1 : 1 Halbbildspeicher, Video RAM 350, um die ankommenden Videodaten zu speichern. Das Video RAM 350 hält zwei Halbbilder an Videodaten in einer Vielzahl von Speicherplätzen. Jeder Speicherplatz hält acht Datenbits. In jeder 8-Bit- Speicherstelle befinden sich ein 6-Bit Y (Leuchtdichte)-Abtastwert (abgetastet bei 640fH) sowie zwei weitere Bits. Diese zwei weiteren Bits enthalten entweder Daten für einen schnellen Schalter oder einen Teil einer U oder V-Abtastung (abgetastet bei 80fH). Die Datenwerte für den schnellen Schalter zeigen an, welcher Halbbildtyp in das Video-RAM geschrieben wurde. Da zwei Halbbilder an Daten in dem Video-RAM 350 gespeichert sind und das gesamte Video-RAM 350 während der Wiedergabezeit ausgelesen wird, werden beide Halbbilder während der Wiedergabeabtastung gelesen. Die PIP-Schaltung 301 bestimmt, welches Halbbild aus dem Speicher gelesen wird, um durch die Anwendung der Daten für den schnellen Schalter wiedergegeben zu werden. Die PIP-Schaltung liest immer den entgegengesetzten Halbbildtyp aus von dem, der geschrieben wird, um ein Problem mit einer sprunghaften Bewegung zu umgehen. Wenn der gelesene Halbbildtyp der entgegengesetzte Typ ist von dem, der wiedergegeben wird, wird das geradzahlige in dem Video-RAM gespeicherte Halbbild dadurch invertiert, daß die obere Zeile des Halbbildes beim Lesen des Halbbildes aus dem Speicher weggelassen wird. Das Ergebnis ist, daß das kleine Bild einen richtigen Zeilensprung ohne einen Bewegungssprung beibehält.
Die Takt Synchronisier-Schaltung 320 erzeugt Lese-, Schreib- und Freigabesignale, die für den Betrieb der FIFOs 354, 356 und 358 benötigt werden. Die FIFOs für den Hauptkanal und den zusätzlichen Kanal werden für das Schreiben von Daten in den Speicher für diejenigen Teile jeder Videozeile freigegeben, die für die folgende Wiedergabe benötigt wird. Die Daten werden von dem Hauptkanal oder dem zusätzlichen Kanal gelesen, aber nicht von beiden, wie es notwendig ist, um die Daten von jeder Quelle auf derselben Videozeile oder Videozeilen der Wiedergabeeinheit zu kombinieren. Der FIFO 354 des zusätzlichen Kanals wird synchron mit dem zusätzlichen Videosignal geschrieben, jedoch synchron mit dem Hauptvideosignal aus dem Speicher gelesen. Die Hauptvideosignal-Komponenten werden synchron mit dem Hauptvideosignal in die FIFOs 356 und 358 gelesen und synchron mit dem Hauptvideosignal aus dem Speicher gelesen. Wie oft der Lesevorgang zwischen dem Hauptkanal und dem zusätzlichen Kanal hin und hergeschaltet wird, ist abhängig von dem jeweils gewählten besonderen speziellen Effekt.
Die Erzeugung verschiedener spezieller Effekte wie beschnittener Bilder nebeneinander erfolgt durch eine Manipolation der Lese- und Schreib- Freigabesteuersignale für die Zeilenspeicher FIFOs. Der Ablauf für dieses Wiedergabeformat ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt. In dem Fall von beschnittenen, nebeneinander wiedergegebenen Bildern ist das Schreibfreigeabe- Steuersignal (WR_EN_AX) für 2048 · 8 FIFO 354 des zusätzlichen Kanals für (1/2) · (5/12) = 5/12 oder ungefähr 41% der aktiven Zeilendauer für die Wiedergabe (nach Beschleunigung) oder 67% der aktiven Zeilendauer für den zusätzlichen Kanal (vor der Beschleunigung) aktiv, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Das entspricht etwa einer Beschneidung um 33% (ungefähr 67% aktives Bild) und der Interpolator- Expandierung des Signales um 5/6. In dem Hauptvideokanal, der im oberen Teil der Fig. 8 dargestellt ist, ist das Schreibfreigabe-Steuersignal (WR_EN_MN_Y) für die 910 · 8 FIFOs 356 und 358 für (1/2) · (4/3) = 0,67 oder 67% der für die Wiedergabe aktiven Zeilenperiode aktiv. Das entspricht einer Beschneidung von etwa 33% und einem Komprimierungsverhältnis von 4/3, das bei dem Videosignal des Hauptkanals durch die 910 · 8 FIFOs durchgeführt wird.
In jedem der FIFOs werden die Videodaten zwischengespeichert, um zu einem besonderen Zeitpunkt ausgelesen zu werden. Der aktive Zeitbereich, in dem die Daten aus jedem FIFO gelesen werden können, ist durch das gewählte Wiedergabeformat bestimmt. In dem Beispiel des dargestellten Modus mit beschnittenen Bildern nebeneinander wird das Videosignal des Hauptkanals auf der linken Hälfte der Wiedergabefläche und das Videosignal des zusätzlichen Kanals auf der rechten Hälfte der Wiedergabefläche dargestellt. Die willkürlichen Videoteile der Kurvenformen sind, wie dargestellt, unterschiedlich für den Hauptkanal und den zusätzlichen Kanal. Das Lesefreigabe-Steuersignal (RD_EN_MN) des Hauptkanals 910 · 8 FIFOs ist für 50% der für die Wiedergabe aktiven Zeilenzeit der Wiedergabeeinheit aktiv, beginnend mit dem Start des aktiven Videosignals, unmittelbar folgend auf die hintere Schwarzschulter des Videosignals. Das Lesefreigabe-Steuersignal (RD_EN_AX) für den zusätzlichen Kanal ist für die anderen 50% der für die Wiedergabe aktiven Zeilendauer aktiv, beginnend mit der abfallenden Kante des Signals RD_EN_MN und endend mit dem Beginn der vorderen Schwarzschulter des Videosignals des Hauptkanals. Es sei bemerkt, daß die Schreibfreigabe-Steuersignale synchron sind mit ihren jeweiligen Eingangsdaten des FIFO (Hauptkanal oder zusätzlicher Kanal), während die Lesefreigabe- Steuersignale synchron mit dem Videosignal des Hauptkanals sind.
Das in Fig. 1(d) gezeigte Wiedergabeformat ist besonders wünschenswert, da es die Wiedergabe von zwei Bildern mit nahezu vollständigem Bildinhalt in einem Format nebeneinander ermöglicht. Diese Art der Wiedergabe ist besonders effektiv und geeignet für eine Wiedergabeeinheit mit einem breiten Wiedergabeformat, zum Beispiel 16 · 9. Die meisten NTSC-Signale werden in einem 4 · 3 Format dargestellt, das natürlich einem Format 12 · 9 entspricht. Zwei NTSC-Bilder mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat können auf derselben Wiedergabeeinheit mit einem 16 · 9 Wiedergabeformat dargestellt werden, entweder durch Beschneidung der Bilder um 33% oder durch Stauchung der Bilder um 33% und durch Einführung einer Verzerrung des Bildformats. Abhängig von den Wünschen des Benutzers kann das Verhältnis zwischen der Bildbeschneidung zu der Verzerrung des Bildformats irgendwo zwischen den Grenzen von 0% und 33% liegen. Zum Beispiel können zwei Bilder nebeneinander um 16,7% gestaucht und um 16,7% beschnitten dargestellt werden.
Die horizontale Wiedergabezeit für eine Wiedergabe in einem 16 · 9 Wiedergabeformat ist dieselbe wie bei einer Wiedergabe mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat, da beide eine nominelle Zeilendauer von 62,5 Mikrosekunden aufweisen. Daher muß ein NTSC-Videosignal um einen Faktor von 4/3 beschleunigt werden, um ein richtiges Bildformat ohne Verzerrung zu gewährleisten. Der Faktor 4/3 errechnet sich als Verhältnis der beiden Wiedergabeformate:
4/3 = (16/9)/(4/3)
Es werden gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung variable Interpolatoren verwendet, um die Videosignale zu beschleunigen. In der Vergangenheit wurden FIFOs mit verschiedenen Taktraten an den Eingängen und den Ausgängen benutzt, um eine ähnliche Wirkung zu erzielen. Vergleichsweise, wenn zwei NTSC-Signale mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat auf einer einzigen Wiedergabeeinheit mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat dargestellt werden, muß jedes Bild verzerrt oder beschnitten werden, oder eine Kombination davon, zum Beispiel um 50%. Eine Beschleunigung vergleichbar mit derjenigen, die für eine Breitschirmanwendung benötigt wird, ist dabei nicht erforderlich.
Im allgemeinen ist das Videowiedergabe- und Ablenksystem mit dem Hauptvideosignal synchronisiert. Das Hauptvideosignal muß, wie oben erläutert, beschleunigt werden, um den Breitwiedergabeschirm auszufüllen. Das zusätzliche Videosignal muß vertikal mit dem ersten Videosignal und der Videowiedergabeeinheit synchronisiert werden. Das zusätzliche Videosignal kann in einem Halbbildspeicher um einen Bruchteil einer Halbbilddauer verzögert und dann in einem Zeilenspeicher expandiert werden. Die Synchronisierung der zusätzlichen Videodaten mit den Hauptvideodaten erfolgt durch Anwendung des Video RAM 350 als ein Halbbildspeicher und einer first in first out (FIFO) Zeilenspeichereinheit 354 zur Expandierung des Signals.
Die asynchrone Art der Lese- und Schreibtakte jedoch erfordert keine Schritte, um störende Beeinflussungen zwischen den Lese/Schreib-Adressen zu vermeiden. Störungen zwischen den Lese/Schreib-Adressen treten dann auf, wenn alte Daten aus dem FIFO gelesen werden, bevor neue Daten die Möglichkeit haben, in den FIFO eingeschrieben zu werden. Störende Beeinflussungen zwischen den Lese/Schreib-Adressen treten auch dann auf, wenn neue Daten den Speicher überschreiben, bevor die alten Daten die Möglichkeit hatten, aus dem FIFO ausgelesen zu werden. Die Größe des FIFO steht in Beziehung zu der minimalen Zeilenspeicherkapazität, die sinnvoll als notwendig angesehen wird, um störende Beeinflussungen zwischen den Lese/Schreib-Adressen zu vermeiden.
Der Bild-in-Bild-Prozessor arbeitet in einer solchen Weise, daß die zusätzlichen Videodaten mit einem Takt von 640fH getastet werden, der mit der Horizontalsynchronisierkomponente des ankommenden zusätzlichen Videosignals verkoppelt ist. Dieser Betrieb macht es möglich, daß orthogonal abgetastete Daten in dem Video-RAM 350 gespeichert werden. Die Daten müssen aus dem Video-RAM mit derselben Rate von 640fH ausgelesen werden. Die Daten können wegen der im allgemeinen asynchronen Art der Hauptvideoquelle und der zusätzlichen Videoquelle nicht ohne Modifikation aus dem Video-RAM wiedergegeben werden. Um die Synchronisierung des zusätzlichen Signals mit dem Hauptsignal zu vereinfachen, ist ein Zeilenspeicher mit voneinander unabhängigen Takten für den Schreib- Leseanschluß in dem Weg des zusätzlichen Signals hinter dem Ausgang des Video- RAM 350 vorgesehen.
Da die Lese- und Schreibdaten von dem zusätzlichen Kanal FIFO asynchron sind und die Lesetaktrate nennenswert schneller als die Schreibtaktrate ist, besteht die Möglichkeit von Kollisionen zwischen den Lese- und der Schreibadressen. Eine Kollision zwischen den Lese- und Schreibadressen entsteht, wenn ein Lesefreigabesignal empfangen wird, bevor die alten Daten, die bereits vorher gelesen wurden, durch neugeschriebene Daten ersetzt wurden. Der richtige Zeilensprung muß auch erhalten bleiben. Im ersten Fall muß ein ausreichend großer Speicher gewählt werden, um Kollisionen zwischen den Lese- und Schreibadressen in dem zusätzlichen Kanal FIFO zu vermeiden.
Es ist ein besonderer Vorteil der Fernsehgeräte mit einem breiten Wiedergabeformat, daß Letterboxsignale gedehnt werden können, um den Schirm für das breite Wiedergabeverhältnis auszufüllen, wenngleich es notwendig sein kann, für eine zusätzliche Vertikalauflösung das Signal zu interpolieren. Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine automatische Letterbox-Detektierschaltung vorgesehen, die automatisch eine Expandierung des Signals mit dem 4 · 3 Wiedergabeformat durchführt, das die Letterboxwiedergabe des 16 · 9 Wiedergabeformats einschließt. Der automatische Letterboxdetektor wird anhand der Fig. 12-16 näher beschrieben.
Um die Vertikalhöhe des Letterboxsignals zu erhöhen, wird die vertikale Abtastrate der Videowiedergabe so erhöht, daß die schwarzen Bereiche am oberen und unteren Bildrand vermieden oder wenigstens nennenswert verringert werden. Der automatische Letterboxdetektor beruht auf der Annahme, daß das Videosignal im allgemeinen einem Signal entspricht, das in Diagrammform in Fig. 12 dargestellt ist. Die Bereiche A und C enthalten kein aktives Videosignal oder nur Videoleuchtdichtepegel unterhalb eines vorbestimmten Leuchtdichteschwellwertes. Der Bereich B enthält ein aktives Videosignal oder wenigstens Videoleuchtdichtepegel oberhalb des vorbestimmten Leuchtdichteschwellwertes. Die jeweiligen Zeiträume der Bereiche A, B und C sind abhängig von dem Letterboxformat, das in einem Bereich von 16 · 9 bis 21 · 9 liegen kann. Die Zeitdauer der Bereiche A und C beträgt etwa 20 Zeilen je Bereich für ein 16 · 9 Letterboxformat. Der Letterboxdetektor prüft die Leuchtdichtepegel für die Bereiche A und/oder C. Wenn ein aktives Videosignal oder wenigstens ein minimaler Videoleuchtdichtepegel in den Bereichen A und/oder C angefunden wird, liefert der Letterboxdekoder ein Ausgangssignal, zum Beispiel eine logische 0, das eine normale NTSC-Signalquelle mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat anzeigt. Wenn jedoch ein Videosignal im Bereich B detektiert wird, aber nicht in den Bereichen A und C, wird angenommen, daß das Videosignal eine Letterboxsignalquelle ist. In diesem Fall wäre das Ausgangssignal eine logische 1.
Der Betrieb des Detektors kann durch eine Hysterese verbessert werden, wie es in einem Schaubild in Fig. 13 dargestellt ist. Wenn einmal ein Letterboxsignal detektiert wurde, muß eine Mindestanzahl an Halbbildern eines Nicht- Letterboxsignals detektiert werden, bevor die Wiedergabe in den Zustand geändert wird, der für normale 4 · 3 Signale notwendig ist. Auf ähnliche Weise muß, wenn einmal ein normales 4 · 3 Signal detektiert wurde, das Letterboxformat für eine Mindestzahl von Halbbildern detektiert werden, bevor die Umschaltung der Wiedergabe auf einen Breitschirmmodus erfolgt. Eine Schaltung 1000 zur Durchführung dieses Verfahrens ist in Fig. 14 dargestellt. Die Schaltung 1000 enthält einen Zeilenzähler 1004, einen Halbbildzähler 1006 und eine Detektorschaltung 1002, in der der oben beschriebene Algorithmus für die Analyse des Videosignals durchgeführt wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel erfolgt die Letterboxdetektion durch Berechnung von zwei Gradienten für jede Zeile in dem Videohalbbild. Es werden vier Werte für die Berechnung der zwei Gradienten benötigt: Maximalwert und Minimalwert der laufenden Zeile sowie Maximalwert und Minimalwert für die vorangehende Zeile. Der erste Gradient, als positiver Gradient bezeichnet, ergibt sich durch Subtraktion des Minimalwertes der vorangehenden Zeile von dem Maximalwert der laufenden Zeile. Der zweite Gradient, als negativer Gradient bezeichnet, ergibt sich durch Subtraktion des Minimalwertes der laufenden Zeile von dem Maximalwert der vorangehenden Zeile. Jeder der Gradienten kann einen positiven oder einen negativen Wert haben, abhängig von dem Szeneninhalt, jedoch können die negativen Werte beider Gradienten ignoriert werden. Das ist der Fall, weil in einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Gradient negativ sein kann und der Wert des Gradienten mit dem positiven Wert immer größer als oder gleich sein wird dem Wert des Gradienten mit dem negativen Wert. Das vereinfacht die Schaltung, weil es nicht notwendig ist, einen Absolutwert der Gradienten zu berechnen. Wenn einer der Gradienten einen positiven Wert hat, der einen programmierbaren Schwellwert übersteigt, wird angenommen, daß ein Videosignal entweder in der laufenden Zeile oder in der vorangehenden Zeile vorliegt. Diese Werte können von einem Mikroprozessor dazu benutzt werden, eine Entscheidung zu treffen, ob sich die Videoquelle in dem Letterboxformat befindet oder nicht.
Eine Schaltung 1010 zur Durchführung dieses Verfahrens der Letterboxdetektion ist in Form eines Blockschaltbildes in Fig. 15 dargestellt. Die Schaltung 1010 enthält ein Leuchtdichte-Eingangsfilter, einen Zeilenmaximum (max)-Detektor 1020, einen Zeilenminimum (min)-Detektor 1022 und einen Ausgangsbereich 1024. Das Leuchtdichte-Eingangsfilter enthält finite Impuls-Ansprech (FIR)-Stufen 1012 und 1014 sowie Addierstufen 1016 und 1018. Die Letterboxdetektierschaltung 1010 arbeitet mit digitalen Leuchtdichtedaten Y_IN von dem Breitschirmprozessor. Ein Eingangsfilter dient dazu, die Störeigenschaft zu verbessern und die Detektion zuverlässiger zu machen. Das Filter besteht im wesentlichen aus zwei in Kaskade geschalteten FIR-Stufen, die die folgende Übergangsfunktion aufweisen:
H(z) = (1/4) · (1 + Z-1) · (1 + Z - 3).
Das Ausgangssignal jeder Stufe wird auf acht Bits gekürzt (geteilt durch zwei), um eine Gleichspannungsverstärkung von eins zu erhalten.
Der Zeilen-Max-Detektor 1020 enthält zwei Register. Das erste Register enthält den maximalen Pixelwert (max pix) an dem laufenden Punkt in der Zeilenperiode. Es wird gestartet zu Beginn jeder Zeilenperiode durch einen Impuls, bezeichnet mit SOL (Start der Zeile = Start of Line) mit einer Taktbreite, bis auf einen Wert von 80h. Der Wert von 80h stellt den minimal möglichen Wert für eine acht-Bit-Zahl im Zweier- Komplimentformat dar. Die Schaltung wird ausgelöst durch ein Signal, bezeichnet mit LTRBX EN, das für ungefähr 70% der aktiven Videozeile auf "1" geht. Das zweite Register enthält den maximalen Pixelwert (Max Zeile) für die gesamte vorangehende Zeile und wird einmal innerhalb der Zeilenperiode aktualisiert. Die ankommenden Leuchtdichtedaten Y_IN werden mit dem in dem Max-Pix Register gespeicherten laufenden maximalen Pixelwert verglichen. Wenn dieser den Registerwert übersteigt, wird das Max-Pix-Register in der nächsten Taktperiode aktualisiert. Am Ende jeder Videozeile wird Max Pix den Maximalwert über den gesamten Teil der Zeile annehmen, für die sie freigegeben wurde. Zu Beginn der nächsten Videozeile wird der Wert des Max-Pix-Registers in das Max-Zeilen-Register geladen.
Der Zeilenminimumdetektor 1022 arbeitet in gleicher Weise, mit der Ausnahme, daß das Min-Zeilenregister die minimalen Pixelwerte für die vorangehende Zeile enthält. Der minimale Pixelwert wird bei einem Wert von 7Fh ausgelöst, der der maximal mögliche Pixelwert für eine Acht-Bit-Zahl in dem Zweierkomplementformat ist.
Der Ausgangsbereich 1024 übernimmt den maximalen Zeilenregisterwert und den minimalen Zeilenregisterwert und speichert diese in Acht-Bit-Schaltern, die einmal in jeder Zeile aktualisiert werden. Es werden dann zwei Gradienten berechnet, nämlich der positive Gradient und der negative Gradient. In der ersten Zeile eines Halbbildes, wo einer dieser Gradienten positiv und größer als der programmierbare Schwellwert ist, wird ein Freigabesignal erzeugt, das es einem ersten Zeilenregister ermöglicht, mit dem Zählwert der laufenden Zeile geladen zu werden. In jeder Zeile, in der einer der Gradienten positiv ist und den programmierbaren Schwellwert übersteigt, wird ein anderes Freigabesignal erzeugt, das es einem letzten Zeilenregister ermöglicht, mit dem Zählwert der laufenden Zeile geladen zu werden. Auf diese Weise enthält das letzte Zeilenregister die letzte Zeile in dem Halbbild, bei der der Schwellwert überschritten wurde. Jedes dieser Freigabesignale kann nur zwischen den Zeilen 24 und 250 in jedem Halbbild auftreten. Dadurch werden falsche Detektionen vermieden, die auf einer Information mit geschlossener Kennzeichnung und auf Schaltübergängen von Videorekorderköpfen basieren. Zu Beginn jedes Halbbildes wird die Schaltung neu gestartet, und die Werte in dem ersten Zeilenregister und in dem letzten Zeilenregister werden in jeweilige Letterbox-Endregister geladen. Die Signale LTRBX_BEG und LTRBX_END markieren den Beginn bzw. das Ende eines Letterboxsignals.
Fig. 16 zeigt einen automatischen Letterboxdetektor als Teil einer Steuerschaltung 1030 für die Vertikalgröße. Die Steuerschaltung für die Vertikalgröße enthält einen Letterboxdetektor 1032, eine Steuerschaltung 1034 für die Vertikalwiedergabe und eine 3-Zustands-Ausgangseinheit 1036. In einer erfindungsgemäßen Anordnung kann die Schaltung für die automatische Letterboxdetektion automatisch das vertikale Zoomen oder die Dehnung des Signals mit einem 4 · 3 Wiedergabeformat durchführen, das die Wiedergabeeinheit für ein 16 · 9 Letterboxwiedergabeformat enthält. Wenn das Ausgangssignal VERTIKAL GRÖßE EINST. aktiv wird, wird die vertikale Ablenkhöhe um 4/3 (siehe Fig. 10) erhöht, so daß der aktive Videoteil des Letterboxsignals den Breitschirm ohne Verzerrung des Bildformats ausfüllen kann.
In einer weiteren, in den Zeichnungen nicht dargestellten Alternative kann der automatische Letterboxdetektor eine Schaltung zum Dekodieren eines durch die Letterboxsignalquelle übermittelten Kodeworts oder Signals enthalten, das das Signal als Letterboxformat erkennt.

Claims

1. Videowiedergabe-Steuersystem, enthaltend:

ein Videowiedergabe-Mittel (10) mit einem breiten Wiedergabeformat, einen Letterbox-Detektor (1000) zum Ermitteln, wann ein durch ein Eingangsvideosignal (Y_EIN) dargestelltes Bild sich im Letterboxformat befindet, wobei das Eingangsvideosignal einen aktiven Videobereich (B) und einen ersten (A) und einen zweiten (C) Bereich aufweist, die im wesentlichen keine aktiven Videoinformationen enthalten, wenn sich das Eingangsvideosignal im Letterboxformat befindet,

Mittel (LTRBX_BEG, LTRBX_END) zur Steuerung der Vergrößerung des Bildes in eine Größe, daß die Videowiedergabe-Mittel mit dem aktiven Videoteil im wesentlichen ausgefüllt sind, wenn ermittelt wird, daß das Eingangsvideosignal das Letterboxformat aufweist, und

Mittel (1010) zur Freigabe des Betriebs des Letterbox-Detektors nur während Teilen von Zeilen in dem aktiven Videobereich (B) und während Teilen von Zeilen in dem ersten und/oder dem zweiten Bereich (A, C).

2. System nach Anspruch 1, wobei der Letterbox-Detektor (1000) auf Luminanzwerte des Videosignals anspricht.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Freigabemittel (1010) außerdem den Letterbox-Detektor (1000) nur während eines Teiles jedes Halbbildes des Eingangsvideosignals freigeben.

4. System nach Anspruch 3, wobei der Teil jedes Halbbildes, während dessen der Letterbox-Detektor freigegeben wird, Zeilen ausschließt, die VCR-Kopf- Schaltübergänge enthalten können.

5. System nach Anspruch 3, wobei der Teil jedes Halbbildes, während dessen der Letterbox-Detektor freigegeben wird, Zeilen ausschließt, die Untertitel-Informationen enthalten können.