专利名称：视频显示器多窗口画面调整装置的制作方法
本申请要求享受1999年10月26日提交的题目为“多窗口画面调整”的Magdy Mgeid等人的美国临时申请的系列号No.60/161,381的优先权。
本发明涉及用来调整显示在多窗口装置中的画面的特性、例如、画面亮度或对比度的装置。
在多媒体系统中，分别包含正文、图形、动画和活动图像的不同来源的多媒体元素显示在一个显示屏上被称为窗口的不同尺寸的预定的不同矩形区域中。窗口的例子是画中画(PIP)、画外画(POP)和分屏显示(picture and picture)(PAP)。每一个窗口的尺寸可以逐个窗口地由用户调整。
在多窗口装置中，所显示的图像的总的光输出等于构成一个图像的每一个显示窗口光输出的总和。总的光输出可以不均等地与它们同时出现的图形的内容直接相关地在所显示的各窗口之间共享。当总的光输出过大时，显示相对较暗的画面的窗口可能不利地显得比总的光输出不过大时还要暗。
具有阴极射线管(CRT)的电视接收机或监视器通常包括电子束电流限制(BCL)装置。BCL装置控制耦合到CRT的视频信号的对比度和亮度电平，以限制电子束电流，从而防止电子束电流过大。BCL装置以此限制CRT的最大光输出。不利的是，BCL装置降低了CRT显示屏上任何位置上的对比度和亮度电平。结果，对总的光输出贡献不大的具有暗画面的窗口，称为暗窗口不利地变得更暗。长期以来就感到有必要在显示屏的总的光输出超过预定的水平时，自动地重新调整选择的窗口中产生的光输出。
例如，可以根据为窗口中的显示提供的画面信息的视频信号并根据窗口面积计算每一个窗口可以贡献的光输出。当各窗口贡献的总的光输出超过预定电平时，环路控制器根据一种规则，以环路控制方式自动减小例如选定窗口中的对比度和/或亮度。结果是总的光输出降低到预定的电平以下，而不必使暗的窗口更暗。
当前被用户选中的窗口称为活动窗口。所有未被选中的窗口称为非活动窗口。在给定的时刻可以显示一个以上的活动窗口。最好把活动窗口排除在自动环路控制调整之外。
在实现本发明另一个特征时，选择性地禁止关于活动窗口的自动环路控制调整。这样，活动窗口的对比度和/或亮度设置便保持不变而不受自动环路控制调整的影响。新的活动窗口的选择会自动禁止新的活动窗口中的环路控制，并重新建立以前的活动窗口中的环路控制。
当前的平板显示器，诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PD)和场发射显示器(FED)并不具有BCL装置。最好为这些平板显示器提供与CRT用的BCL装置类似的装置，用来选择性地和自动地重新调整在各相应窗口中产生的光输出。
在实现本发明另一个特征时，自动环路控制通过把所计算的关于每一个窗口的视频信号数值组合起来，产生有关总的光输出的幅度的信息。从而能够有利地在平板显示器中利用自动环路控制调整。
本发明的装置满足了人们对先有技术的期盼已久的要求。
体现本发明特征的视频显示装置包括用来显示图像的显示装置。提供包含用于在多个窗口中显示以形成图像的画面信息的多个输入视频信号源。设置一个装置，用来确定何时多个窗口的光输出的幅度超出了数值范围，以及何时该幅度在该数值范围以内。设置一个对所述多个输入视频信号敏感的信号处理器。所述信号处理器由此产生多个输出视频信号，后者分别把显示用的画面信息加在多个窗口上。当图像的光输出超出数值范围时，信号处理器响应光输出判断装置的输出，相对于与各窗中第二窗口相联的第二输出视频信号的相应特性自动改变与各窗口中第一窗口相联系的第一输出视频信号的亮度特性和对比度特性中的至少一种特性。
图1a举例说明由重叠的各窗口形成的图像的实例，可用来解释本发明的一个方面；图1b和1c提供可用来解释本发明一个方面的表格；图2举例说明电视接收机或监视器的体现本发明一个方面的视频控制器的一部分的方框示意图；图3提供可用来解释图2装置的操作的流程图。
图2举例说明具有CRT 120的电视接收机或监视器的体现本发明一个方面的视频控制器100的一部分的方框示意图。图1a是多窗口画面的说明性实例，其中包括显示在图2的CRT 120的屏幕上的主窗口W1和重叠窗口W2,W3和W4。图1a的窗口W1,W2,W3以及W4中的每一个分别具有水平尺寸X1,X2,X3和X4和垂直尺寸Y1,Y2,Y3和Y4。在图1a和2中类似的符号和数字表示类似的项目或功能。
用传统的方法在多媒体元件的相应的视频信号源(未示出)中产生图2的输入亮度信号Y1IN,Y2IN,Y3IN和Y4IN，用来分别提供例如正文、图形、动画或活动图像。每一个信号Y1IN,Y2IN,Y3IN和Y4IN都以例如8位分辨率的数字形式提供。例如，电视接收机的主调谐器(未示出)可以提供在图1a窗口W1中显示用的信息，而辅助调谐器可以提供在窗口W2中显示用的信息；而VCR(磁带录像机)和卫星接收机分别提供在窗口W3和W4中显示用的信息。但以并行方式提供的信号Y1IN,Y2IN,Y3IN和Y4IN也可以以串行方式提供(未示出)。
信号Y1IN,Y2IN,Y3IN和Y4IN耦合到体现本发明特征的数字信号处理器400。亮度信号Y1IN,Y2IN,Y3IN和Y4IN的数值分别在数字信号处理器400的算术运算处理器111,112,113和114中分别乘以可变的被乘数C1LOOP,C2LOOP,C3LOOP和C4LOOP。算术运算处理器111-114可以用执行各自的功能的单个算术运算装置实现。相乘的结果分别与可变的被加数B1LOOP,B2LOOP,B3LOOP,和B4LOOP相加，以便分别产生亮度输出信号Y1OUT,Y2OUT,Y3OUT和Y4OUT。
输出信号Y1OUT,Y2OUT,Y3OUT和Y4OUT加到数字信号处理器400的体现本发明特征的环路控制器117。环路控制器117产生可变被乘数C1LOOP,C2LOOP,C3LOOP和C4LOOP和可变被加数B1LOOP,B2LOOP,B3LOOP,和B4LOOP，它们存储在存储器115的参数表116中。
图1b的被乘数C1LOOP,C2LOOP,C3LOOP和C4LOOP分别控制图1a的窗口W1,W2,W3和W4中的对比度电平，而被加数B1LOOP,B2LOOP,B3LOOP,和B4LOOP控制它们的亮度电平。例如，图1a的窗口W3的亮度信号Y3IN的数值乘以图1b的可变被乘数C3LOOP；从而，当图1b的被乘数C3LOOP的数值改变时，可以改变图1a窗口W3的对比度电平而又不影响图1a其他窗口W1,W2和W4中每一个的对比度。类似地，可以通过改变图1b的被加数B3LOOP的数值来改变窗口W3的亮度电平，而又不影响图1a其他窗口W1,W2和W4中每一个的亮度。
图2的多路复用器201选择性地在相应的时隙(未示出)中施加亮度信号Y1OUT,Y2OUT,Y3OUT和Y4OUT，用来产生多路复用后的输出信号YTOTAL，耦合到数模转换器(D/A)202。D/A转换器202从选出的数字信号Y1OUT,Y2OUT,Y3OUT和Y4OUT产生模拟亮度信号Y。亮度信号Y在红-绿-兰(RGB)视频处理器203中以传统的方式与相应的颜色信号(未示出)组合，产生用于在CRT 120上显示的视频信号R,G和B。
图1b显示关于可变被乘数C1LOOP,C2LOOP,C3LOOP和C4LOOP以及被加数B1LOOP,B2LOOP,B3LOOP，和B4LOOP的图2的存储器115的表格116中的各项。在图1a,1b和2中类似的符号和数字指示类似的项目或功能。
图1b的用户通过图2的遥控器121提供并存储在表格116中的可变被乘数C1USER,C2USER,C3USER和C4USER，它们中的每一个都具有从图1b的最小值CMIN和最大值CMAX之间的数值范围内选择的数值，例如，这些最小值和最大值是在工厂设置的，分别用来标识可能的极端对比度电平。类似地，图1b的用户通过图2的遥控器121提供并存储在表格116中的可变被加数B1USER,B2USER,B3USER，和B4USER，它们中的每一个都具有从图1b的最小值BMIN和最大值BMAX之间的数值范围内选择的数值，例如，这些最小值和最大值也是在工厂设置的，分别用来标识可能的极端亮度电平。
每一个可变被乘数C1LOOP,C2LOOP,C3LOOP和C4LOOP的数值范围具有与窗口有关的最大值，提供分别等于被乘数C1USER,C2USER,C3USER，和C4USER的最大对比度和最小值CLOOP-MIN。数值CLOOP-MIN一般提供较低的对比度，并可设置为对比度的中等范围。数值CLOOP-MIN可以是每一个窗口通用的。类似地，每一个可变被加数B1LOOP,B2LOOP,B3LOOP，和B4LOOP的数值范围可以具有与窗口有关的最大值，提供分别等于被加数B1USER,B2USER,B3USER，和B4USER的最大亮度和最小值BLOOP-MIN。数值BLOOP-MIN一般提供较低的亮度，并可设置为亮度的中等范围。数值BLOOP-MIN可以是每一个窗口通用的。有利的是，最小值BLOOP-MIN和CLOOP-MIN可以防止每一个显示窗口的光输出太低，以防止出现太暗的窗口。
图2的电子束电流限制器(BCL)电路118与高压变压器119连接。BCL电路118像传统的一样地提供对电子束电流的限制，用来提供CRT 120的硬件保护。BCL电路118产生与CRT 120所提取的表示CRT 120的总的光输出的电子束电流ibeem平均值成正比的控制电压VBCL。具有阈值电压电平VREF的比较器200当电压VBCL超过阈值电压电平VREF时被触发，用来产生输出信号VCOM。信号VCOM表示光输出过大的状态，并可以例如在这样的电子束电流下产生所述电子束电流小于通过BCL电路118触发CRT 120的上述硬件保护的电流。信号VCOM耦合到环路控制器117。
在第一实例中，假定当被乘数C1LOOP,C2LOOP,C3LOOP和C4LOOP分别等于被乘数C1USER,C2USER,C3USER,和C4USER而且被加数B1LOOP,B2LOOP,B3LOOP，和B4LOOP又分别等于被加数B1USER,B2USER,B3USER，和B4USER时，不产生信号VCOM。在这第一实例中，环路控制器117将既不引起对比度变化，又不引起亮度变化。这是因为有一个前提，就是只要总的光输出不过大，就维持用户的设置。
在第二个说明性实例中，假定在给定的时刻，图1a窗口W3的面积A3最大，而且图2的亮度信号Y3OUT平均产生高的光输出。而窗口W1,W2和W4中的每一个都是暗窗口或具有相对较低的光输出。
现将参照图3中所示的流程图解释第二个说明性实例中环路控制器117的操作。在图1a,1b,2和3中类似的符号和数字表示类似的项目或功能。
在图3的步骤300中，检测到电压VBCL大于电压VREF的状态，它是当电子束电流ibeem变得过大时出现的，而其结果是产生图2的信号VCOM。当在步骤300中，检测到电压VBCL大于电压VREF的状态时，如在步骤301中所示，启动环路控制器117中调整对比度和/或亮度用的自动环路控制程序。
从给定的窗口输出的光既取决于窗口的面积，又取决于在其边界范围内显示的视频信号的平均电平。分别利用图1a窗口W1,W2,W3和W4的尺寸X1,Y1；X2,Y2；X3,Y3和X4,Y4,图2的环路控制器117分别计算和存储图1b的参数表116中图1a的面积值A1,A2,A3和A4。图2的环路控制器117把亮度输出信号Y1OUT,Y2OUT,Y3OUT和Y4OUT的平均值乘以图1b的窗口面积值A1,A2,A3和A4，用来产生图1b的分别表示图1a的窗口W1,W2,W3和W4的光输出的参数P1,P2,P3和P4。
在步骤301中，图2的环路控制器117利用图1b的参数表116搜索具有最高环路参数P1,P2,P3和P4的窗口。假定在图3的步骤301中发现参数P3具有最高的值。于是，在步骤302中，把图1b代表窗口W3对比度电平的被乘数C3LOOP与数值CLOOP-MIN加以比较。若被乘数C3LOOP大于数值CLOOP-MIN，则在步骤303中把被乘数C3LOOP的数值减一，并更新参数表116中的数值。
用类似的方法重复自动环路控制程序中的上述步骤直至或者电压VBCL变得小于电压VREF的条件得到满足，或者被乘数C3LOOP变得等于参数CLOOP-MIN的条件得到满足为止。在前一种情况下，总的光输出已经充分地减小，以致不必再进一步减小光输出。在后一种情况下，所产生的总的光输出仍旧太高，光输出要进一步减小。由于被乘数C3LOOP达到了的数值CLOOP-MIN，环路控制器117进到步骤304，减小根据窗口W3的被加数B3LOOP控制的亮度电平。防止被乘数C3LOOP降低到最小值CLOOP-MIN以下从而防止窗口W3变得太暗，这是有利的。
在步骤304中，环路控制器117把被加数B3LOOP的数值减一，并盖写表格116中被加数B3LOOP的老数值。自动环路控制程序再次重复，直至电压VBCL变得小于电压VREF的条件得到满足为止，这通常出现在被加数B3LOOP等于参数BLOOP-MIN的条件得到满足之前。防止被加数B3LOOP降低到最小值BLOOP-MIN以下从而防止窗口W3变得太暗，这是有利的。
于是，在诸如在第二实例中具有参数P3的窗口W3的具有当前最大参数的窗口中，在对亮度进行任何减小之前，总是先减小对比度。建立这种优先次序是为了防止窗口变得太暗。
若用户设置的任何一个被乘数C1USER,C2USER,C3USER，和C4USER具有低于数值CLOOP-MIN的值，则环路控制器117就不再减小窗口中与这个被乘数对应的对比度。类似地，若用户设置的任何一个被加数B1USER,B2USER,B3USER,和B4USER具有低于数值BLOOP-MIN的值，则环路控制器117就不再减小窗口中与这个被加数对应的亮度。之所以如此，是因为在这样的窗口中光输出已经低了。
在实现本发明的一个方面时，若比较器200被触发，则环路控制器117选择性地只降低一个窗口或者在第二实例中对总的光输出贡献明显的窗口W3的对比度电平。而同时窗口W1,W2和W4中的每一个都具有低的光输出，它们的光输出保持不变。
假定图1a的窗口W1,W2,W3和W4的总的光输出降低，因为图2的亮度信号Y1IN,Y2IN,Y3IN和Y4IN中至少一个的亮度/对比度特性降低。因而，总的光输出降低到一个较低的数值，以致使亮度输出信号Y1OUT,Y2OUT,Y3OUT和Y4OUT，的对比度/亮度特性能够增大。
于是，假定在图3的步骤300中，检测到电压VBCL小于或等于电压VREF的状态，这是在电子束电流不再过大时出现的。因此，在步骤305中启动沿着接近分别由用户设置的被乘数C3USER和被加数B4USER数值的方向恢复被乘数C3LOOP和被加数B3LOOP的过程。
在步骤305中，在第二实例中找到具有最低数值的亮度被加数B3LOOP。被加数B3LOOP的数值低于被加数B1LOOP,B2LOOP,B4LOOP中的每一个。之所以如此，是因为在第二实例中被加数B1LOOP,B2LOOP和B4LOOP保持在它们的分别等于被加数B1USER,B2USER和B4USER的最大值不变。在步骤307中将被加数B3LOOP的数值加一，并更新参数表116的值。将重复这个自动环路控制程序，直至或者电压VBCL小于或等于电压VREF的条件不再得到满足，或者被加数B3LOOP等于被加数B3USER条件得到满足为止。
若被加数B3LOOP等于被加数B3USER条件得到满足，则出现步骤306。步骤306在第二实例中找到作为最低数值的对比度被乘数C3LOOP。被乘数C3LOOP的数值低于被乘数C1LOOP,C2LOOP和C4LOOP中的每一个。之所以如此，是因为在第二实例中被乘数C1LOOP,C2LOOP和C4LOOP保持在它们的分别等于被乘数C1USER,C2USER和C4USER的最大值不变。在步骤308中将被乘数C3LOOP的数值加一，并更新参数表116的值。将重复这个自动环路控制程序，直至或者电压VBCL小于或等于电压VREF的条件不再得到满足，或者被乘数C3LOOP等于被乘数C3USER的条件得到满足为止。参数表116最好能够定期地，例如，每隔1个视频场或每隔40ms(毫秒)更新一次。
图2还举例说明代替CRT 120而形成的平板显示器120’的实例。在平板显示器120’的情况下，不使用D/A转换器202、RGB视频处理器203、变压器119和BCL电路118。代之以利用显示器驱动器203’。
图1b的表格116中的项目也可以应用于平板显示器的替代方案。另外，图1c提供图1b的表格116的附加项目，它们可以应用于平板显示器的替代方案。下面将指出平板显示器和CRT替代方案之间的差异和它们的操作方法。
在图1c中，左列提供参数PSUM，它等于自动环路控制参数，P1+P2+P3+P4的总和，它与图2的显示器120’的当前总的光输出成正比。图1c的参数PSUM与控制电压VBCL相似。图1c的右列提供与高光输出电平相当的基准环路参数PREF。参数PREF与控制电压VREF相似。这样，分别用PSUM和PREF代替VBCL和VREF，就有可能实现作为替代方案的自动环路控制装置，它不依赖于电子束电流信息，但仍旧执行类似的功能。此外，这样的装置也能用于包括CRT 120的装置。
作为参数PSUM大于参数PREF的结果，检测出高光输出状态。检测出高光输出状态时，环路控制器117利用参数表116搜索环路参数P1,P2,P3和P4具有最高值的窗口。环路控制器117执行像图3流程图中所示相同的程序，除了在替代步骤300的步骤300’中，分别用参数PSUM和PREF代替电压VBCL和VREF之外。可以令参数PREF具有恒定的数值，在工厂中根据预定的高光输出电平调整。作为替代方案，使这个值可由用户改变，这是有利的。改变参数PREF也改变画面总的主观印象，这也是有利的。
权利要求
1．一种视频显示装置，它包括显示图像用的显示装置；多个输入视频信号源，所述视频信号包含在多个窗口中显示以形成所述图像的画面信息；判定装置，用来确定何时所述多个窗口的光输出的幅度超出了数值范围，以及何时所述幅度在所述数值范围以内；以及对所述多个输入视频信号敏感的信号处理器，用来由此产生多个输出视频信号，后者分别把显示用的画面信息加在所述多个窗口上，当所述图像的所述光输出的所述幅度超出所述数值范围时，所述信号处理器响应所述光输出判断装置的输出，相对于与所述各窗口中的第二窗口相联系的所述第二输出视频信号的相应特性，自动地改变与各窗口中第一窗口相联系的所述第一输出视频信号的亮度特性和对比度特性中的至少一种特性。
2．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于所述光输出判定装置对通过排除所述显示装置的信号通路与之耦合的所述输入视频信号作出反应。
3．按照权利要求2的视频显示装置，其特征在于所述显示装置包括平板显示器。
4．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于所述显示装置包括阴极射线管，以及所述光输出判定装置包括比较器，后者对所述阴极射线管的电子束电流作出反应。
5．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于当所述光输出过大时，只要所述第一输出视频信号的所述至少一种特性超过最低电平，就降低所述至少一种特性，以此降低光输出。
6．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于当所述光输出过大时，所述第一输出视频信号在第二多个所述输出视频信号中间选择，以便在所述第一输出视频信号对光输出的贡献大于所述第二多个所述输出视频信号对光输出的贡献的基础上，降低所述第一输出视频信号的所述至少一种特性。
7．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于当所述光输出过大时，只要尚未到达所述对比度特性的最低电平，就在出现所述亮度特性的任何降低之前先降低所述对比度特性，以及在到达所述对比度特性的最低电平之后，降低所述亮度特性。
8．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于当所述光输出不过大时，只要所述第一输出视频信号的所述至少一种特性不超过最高电平，就提高所述至少一种特性，以增大光输出。
9．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于当所述光输出不过大时，所述第一输出视频信号在所述第二多个所述输出视频信号中间选择，以便在所述第一输出视频信号的所述亮度特性小于所述第二多个所述输出视频信号中的每一个的相应特性的基础上，降低所述第一输出视频信号的所述至少一种特性。
10．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于当所述光输出不过大时，只要尚未到达所述亮度特性的最高电平，就在出现所述对比度特性的任何提高之前提高所述亮度特性，以及在到达所述亮度特性的最高电平之后，提高所述对比度特性。
11．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于所述信号处理器通过把所述第一输入视频信号的值乘以第一被乘数来改变所述对比度特性，并通过加上第一被加数的值来改变亮度特性。
12．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于所述信号处理器以环路控制方式工作。
13．按照权利要求1的视频显示装置，其特征在于要避免与活动窗口相关的每一个输出视频信号的所述至少一种特性的变化。
全文摘要
在多窗口装置中,例如,根据提供用于在窗口显示的画面信息的视频信号并根据窗口面积,计算多窗口显示器中每一个窗口对光输出的贡献。当所有窗口贡献的总的光输出超过预定的电平时,环路控制器按照一种规则,以环路控制方式自动降低例如选定窗口的对比度和亮度。结果是总的光输出降低到预定的电平以下。
文档编号H04N5/66GK1313708SQ00133780
公开日2001年9月19日 申请日期2000年10月26日 优先权日1999年10月26日
发明者M·梅格德, M·穆亨贝尔格 申请人:汤姆森许可公司