专利名称：保持隔行扫描完整性的场同步系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有用于非同步视频信号的多图象显示的电视技术领域，特别是涉及宽屏幕显示格式比的电视。现在的大部分电视其显示格式比(即水平宽度与垂直高度比)为4∶3。例如16∶9的宽显示格式比更接近电影的显示格式比。本发明既适用于直观式电视，也适用于投影电视。
显示格式比为4∶3(常称为4×3)的电视在显示单个和多个视频信号源的方面受到限制。商业电视广播台传输的电视信号(实验性资料例外)是用4×3显示格式比播出的。许多电视观众都感到4×3显示格式看起来没有与电影相关的较宽的显示格式比悦目。宽显示格式的电视不仅显示效果更为悦目，而且能以相应的宽显示格式对宽显示格式的信号源信号进行显示。电影“看起来”就应该象电影，不应该是其画幅受到限制或畸变的版本。视频源无论是当例如用电视电影机将影片变换成电视，或者用电视中的处理器进行变换时，其画幅都不应受到限制。
宽显示格式比电视还适用于各式各样的显示，既适用于普通的和宽显示格式的信号，也适用于这两种显示格式在多图象显示形式下的组合显示。但使用宽显示比屏幕带来许多问题。改变多信号源的显示格式比、从非同步但同时显示的信号源产生出一致的定时信号、在多个信号源之间进行切换以产生多图象显示以及从压缩的数据信号提供高清晰度的图象，这些都属于上述问题的范围。本发明的宽屏幕电视能解决所有这些问题。本发明按照各种情况设计的宽屏幕电视能从相同或不同显示格式比的单个和多个信号源提供高清晰度的单个和多个图象显示，而且显示格式比可加以选择。
当辅助图象是一幅小插象时，来自与主信号不精确同步的各种人为结果(artifacts)是可以容许的。可是，对于专门适用于宽屏幕电视的某些显示格式，例如对两个同样大小并排的图象来说，这类同步不精确以及人为结果是不能容许的。大尺寸的辅助图象可以使这些令人计厌的人为结果变得显著起来。通常，用于合成图象显示的视频显示及偏转系统是与主视频信号同步的。辅助视频信号必须与主视频信号及视频显示竖直同步。在较廉价的系统中，辅助视频信号可以在场存储器内受到几分之一场周期的延时，然后在行存储器内得以加速。在较昂贵又复杂的系统中，例如通常用于广播等级播音室的系统中，四个场同步系统采用了四个双端口非同步场存储器。非同步存储器，亦即是具有独立的写和读时钟端口的存储器，通常比同步存储器更昂贵。
根据本文中所述的本发明的各种装置，可以获得与四场系统的性能相似的某种程度的场同步，但这种场同步只采用一个作为场存储器的同步视频RAM以及一个先进先出(FIFO)非同步多行存储器。如果FIFO存储器是一个五行存储器，就可能遇到下列人为结果(1)每当两种信号领前(precess)通过视频帧时，会出现两个分帧行偏移和一个场行偏移。(2)每当主信号和辅助信号之间的领前率超过每帧两行时，辅助频道视频信号在图象底部会受到扰频。已经发现这种领先率在消费者使用的电子场合中是大概不会出现的。本发明的成本与一个四场系统的成本之比大约为4∶1，而不会招致性能方面重大损失。FIFO存储器的容量是与被认为是避免读/写指示字冲突而相当需要的最低行存储量相关的。当新的数据有机会被写入FIFO存储器之前而旧的数据从FIFO存储器中被读出的时候，会发生读/写指示字冲突。当旧的数据有机会从FIFO存储中被读出之前而新的数据重写存储器时，也会发生读/写指示字冲突。本文中所用的FIFO存储器的容量例如2048×8，是与大约五行相对应的。
用于非同步视频信号的场同步系统包括与第一视频信号同步的视频信号显示器。第一视频信号具有与其水平和竖直同步分量相对应的第一行频分量和第一场频分量。具有同步读和写端口的场存储器是为第二视频信号而设置的。第二视频信号具有与其水平同步分量相对应的第二行频分量。用于第二视频信号的多行存储器(FIFO)具有非同步的写和读端口以及可独立复位的写和读指示字。必要时经过二次采样的第二视频信号被贮存在场存储器内，而且是与第二行频分量同步地写入场存储器的。必要时经过二次取样的第二视频信号与第二行频分量同步地被写入多行存储器。因此，经过二次取样及与其自己的同步分量同步地贮存之后，对应于第二视频信号的数据是完全正交的。必要时经过二次取样的第二视频信号是与第一行频分量同步地从多行存储器中读出的。取样及延时电路控制写和读指示字的复位。通过以第二行频分量对第一场频分量进行取样而产生写指示字复位信号。在第一视频信号每场开始后写指示字被复位在第二视频信号的一个行扫描周期之内。通过以第一行频分量对第一场频分量进行取样而产生读指示字复位信号。在第一视频信号的每场开始后读指示字被复位了第一视频信号的至少两个行周期，详细地说，是在第一视频信号的每场开始后第一视频信号的至少两个行周期，但不超过三个行周期。
来自视频RAM的数据组以原先用来对视频信号进行取样的同一时钟脉冲而被写入2048×8 FIFO存储器，这种时钟脉冲例如是锁定于辅助信号，而不锁定于主信号的640fH时钟脉冲。用锁定于主视频频道的水平同步分量的例如1024fH的显示时钟脉冲频率去读FIFO存储器。采用具有独立的读和写端口时钟的多行存储器(FIFO)能使原先以第一频率正交地取样的数据以第二频率得以正交地显示。把非同步FIFO存储器用于辅助频道并不能解决与视频信号同步相关的所有问题。由于从辅助信道FIFO存储器读和写数据是不同步的，就有兼顾信号之间的隔行扫描完整性的可能。隔行扫描定整性需要同时显示各信号的同一场型式。在FIFO存储器内也有可能遇到读/写指示字的冲突。当原先已经读过的旧数据为新写入的数据所代替之前接收到读允许信号时，就会发生读/写指示字冲突。
保持辅助频道视频信号隔行扫描完整性是一个由相对于主信号不同步地读和写辅助信号路径上的FIFO存储器所引起的问题。由于显示是锁定于主频道视频信号的，现正显示的场型，亦即是上或下场，将是由主信号所决定的。为了与主信号同步贮存在辅助信号路径或频道的视频RAM内、准备在主频道开始时读出的场型可能是或可能不是与所显示的场型相同的。可能必须改变存于视频RAM内的辅助信号场型，以匹配主频道显示场型。
通常，对NTSC信号的数字化处理会把其262.5行场量化成263行上场(U，有时称为奇数场)和262行下场(L，有时叫做偶数场)。这是由于竖直同步信号是由表示水平同步信号的脉冲所取样的。上场包含奇数行1至263。下场包括偶数行2至262。
上和下场型是根据本发明的一种装置而加以认别的。三个场型标记对应于用A，B和C表示的三种工作模式。第一场型标记U/L(A)表示各辅助频道行被“正常”写入时，贮存在辅助频道视频RAM内的场型。术语正常这里是用来指当上场正被接收及译码时，奇数行1-263被写入视频RAM。第二场型标记U/L(B)表示在接收上场的过程中上场第一行不写入视频RAM内时贮存在视频RAM内的场型。而第一行实际上是跟踪下场的最后一行(第262行)的。由于第2行将是该帧的第一显示行，第3行将是第二显示行，这就有效地把场型倒过来了。接收到的上场现在成为下场，反之亦然。第三场型标记U/L(C)表示接收下场期间上场的最后一行加到视频RAM时存于视频RAM的场型。由于第263行将是第一显示行，第1行将是第二显示行，这就有效地把场型倒过来了。模式B和C中行的加和减不会使辅助频道的图象劣化，因为这些行是在竖直回扫或过扫描期间出现的。
随着主频道信号和辅助频道信号领前，U/L场型就会相对于辅助频道U/L(A，B，C)场型标记而改变。根据本发明的一种装置，由于在信号领前期间场型是持续不断地受到检测的，所以按需要改变场型，以保持隔行扫描完整性。根据本发明的这种装置，用于非同步信号的同步系统包括分别用于第一和第二视频信号的第一和第二场型检测器，各有一个表示相应的视频信号是否有第一或第二场型的输出。视频存储器，例如同步视频RAM和非同步多行FIFO存储器，为了组合显示而使第二视频信号与第一视频信号同步。为了保持组合显示的隔行扫描完整性，倒场电路必要时改变第二视频信号的场型，以匹配第一视频信号的场型。
这种根据本发明的进一步装置，倒场电路控制写入存储器，具有第一，第二和第三工作模式。第一工作模式把写第一场型的目前场延时一个水平行扫描周期;第二工作模式把写第二场型的目前提前一个水平行扫描周期;第三工作模式则保持目前场型。一个比较器把第二信号的场型与第一信号的场型作比较，并产生表示多个比较结果中之一的输出信号，其中第一和第二视频信号具有相同场型的目前场，第一视频信号具有第一场型式的目前场，而第二视频信号具有第二场型的目前场;或者第一视频信号具有第二场型的目前场，而第二视频信号具有第一场型的目前场。一个信号发生器发出多种可选择的隔行扫描校正信号，各自适合于多种比较结果中之一。
图1(a)-1(i)用以说明宽屏幕电视的不同显示格式。
图2是根据本发明各个方面并且适宜按2fH进行水平扫描工作的宽屏幕电视的方框图。
图3是图2所示宽屏幕处理器的方框图。
图4的方框图示出了图3所示的宽屏幕处理器更详细的细节。
图5是图4所示的画中画处理器的方框图。
图6是图4所示的门阵列的方框图，示出了主信号通路、辅助信号通路和输出信号通路。
图7和8是有助于说明如图1(d)所示的用画幅十分受限制的信号产生的显示格式的过程的定时图。
图9是用以产生1fH至2fH转换中的内2fH信号的电路。
图10是图2所示的偏转电路的电路和方框的组合图。
图11是图2所示的RGB接口的方框图。
图12是辅助信号路径和一部分主信号路径的方框图。
图13是有助于说明避免读/写指示字冲突的五行FIFO行存储器的示意图。
图14是实现门阵列的辅助路径同步电路的简化电路的方框图。
图15是说明上/下场标记与视频帧的水平行对应的定时图。
图16-18有助于说明保持隔行扫描完整性的方法，以同时显示呈现相对领前的视频信号。
图19(a)至19(b)是用来说明图20中所示电路工作的波形图。
图20是结合图16-18中所说的保持隔行扫描完整性用的电路的方框图。
图1的各部分示出了可按本发明的各种不同设计实施的单个和多个图象显示格式的一些而不是全部的各种组合式。这里所选择的都是为便于说明按本发明的设计构成宽屏幕电视的特定电路而举出的例子。为便于说明和讨论起见，视频源或信号的传统显示格式宽高比通常假设为4×3，视频源或信号的宽屏幕显示格式宽高比则通常假设为16×9。本发明的各设计方案并不受这些规定的限制。
图1(a)示出了一般显示格式比为4×3的直观或投影电视。当16×9显示格式比图象作为4×3显示格式比信号传输时，屏幕顶部和底部出现黑色条纹，这通常被称为字母盒格式(letterbox format)。这时所看到的图象要比整个可利用的显示区小一些。不然，也可以在传输之前将16×9显示格式比的信号源加以变换，从而使其充斥4×3显示格式画面的垂直方向。但这样就会有许多信息可能从左边和或右边画幅中被限制掉。作为另一种选择，可以将信箱式的图象在垂直方向扩展，但在水平方向不扩展，这样得出的图象就会因垂直延伸而失真。这三种办法都没有特别可取之处。
图1(b)示出了16×9的屏幕。16×9显示格式比的视频能能全面显示出来，画幅既不受限制又不失真。16×9显示格式比的信箱式图象本身是在4×3显示格式比的信号中，这种图象可通过将行加大一倍或加行的方法逐行扫描，从而提供有足够垂直清晰度的较大幅面显示。无论信号源是主信号源、辅助信号源或是外部的RGB信号源，本发明的宽屏幕电视都能显示这种16×9显示格式比的信号。
图1(c)示出了16×9显示格式比的主信号，4×3显示格式比的插图即在该信号中显示。若主视频信号和辅助视频信号都是16×9显示格式比信号源，则插图的显示格式比也可以为16×9。插图可显示在许多的不同位置。
图1(d)示出的显示格式中主视频信号和辅助视频信号都用同大小的图象显示出来。各显示区的显示格式比都是8×9，这当然和16×9及4×3的显示格式比不同。为在这样的显示区显示4×3显示格式比的信号源而不致产生水平或垂直失真，信号必然在左侧和/或右侧受到画幅的限制。如果容许宽高比由于图象在水平方向上受挤压而有些失真，则可以显示出更多的、其画幅受限程度较小的图象。水平挤压使图象中的实物垂直伸长。本发明的宽屏幕电视能提供“画幅受限制”和“宽高比失真”这二者在下列组合范围内的任何一种组合情况，即，这个范围的一个极端是最大程度的“画幅受限制”与无“宽高比失真”相组合情况;另一个极端是无“画幅受限制”与最大程度的“宽高比失真”相组合情况。
辅助视频信号处理通路中对数据取样的种种限制，使得产生的显示图象具有高清晰度并且图象幅面与主视频信号产生的显示图象一样大的整个信号处理过程复杂化。要解决这些复杂的问题可以有各种不同的方法。
图1(e)的显示格式是在16×9显示格式比的屏幕居中部位显示出14×3显示格式比的图象。右侧和左侧的黑条很明显。
图1(f)示出的显示格式同时显示出一个4×3显示格式比的大图象和三个4×3显示格式比的较小图象。在大图象周边外有较小图象的显示格式有时叫做POP，即画外画，而不是PIP(画中画)。在这里，两种显示格式都采用PIP或画中画一词。在宽屏幕电视设有两个调谐器的场合，无论两个调谐器都设在内部或一内一外地配置(例如盒式录象机中)，就可以使各显示图象中的两个图象显示出与信号源一致的实时动作。其余的图象可以以停帧格式显示出来。不难理解，增设另外的调谐器和另外的辅助信号处理通路可以提供两个以上的活动图象。应该也不难理解，大图象和三个小图象的位置是可以对调的，如图1(g)所示。
图1(h)示出的另一种显示格式是一个4×3显示格式比的图象在中间，排成纵列的6个4×3显示格式比的较小图象各在两边。和上述格式一样，有两个调谐器的宽屏幕电视能提供两个活动的图象。其余的11个图象就以停帧的格式显示。
图1(i)示出了由12个4×3显示格式比图象组成的格子的显示格式。这种显示格式特别适合作为频道选择指南，其中各图象至少是一个不同频道的停帧。和前面一样，活动图象的数目取决于可使用的调谐器和信号处理通路的数目。
图1所示的各种不同格式只是举例说明而已，并不局限于这些，这些格式可按下面各附图所示和下面即将详细介绍的宽屏幕电视加以实施。
图2示出了本发明适宜以2fH水平扫描方式工作的宽屏幕电视的方框图，其总编号为10。宽屏幕电视10通常包括视频信号输入部分20、底盘或电视微处理器216、宽屏处理器30、1fH-2fH转换器40、偏转电路50、RGB接口60、YUV-RGB转换器240、显象管驱动器242、直观或投影显象管244和电源70。将各种电路分组成不同的功能方框是为了便于进行说明而这样做的，并不希望因此而限制了这些电路彼此的实际配置位置。
视频信号输入部分20用以接收来自不同视频源的多个复合视频信号。各视频信号可有选择地加以切换，以便将它们作为主视频信号和辅助视频信号显示。射频开关204有两个天线输入端ANT1和ANT2。这些分别是接收广播天线的信号和电缆的信号的输入端。射频开关204控制其中哪一个输入被提供到第一调谐器206及第二调谐器208。第一调谐器206的输出端即为单芯片202的输入端，单芯片202履行与调谐、水平和垂直偏转以及视频控制有关的一系列功能。图中所示的特定芯片在电子工业行业内叫做TA7730型芯片。单芯片中起因于来自第一调谐器206的信号而产生的基带视频信号VIDEO OUT输出后供给图象开关200和宽屏处理器30 TVI的输入端。其它至视频开关200的基带视频输入命名为AUX1和AUX2。它们可供电视摄影机、激光盘播放机、录象播放机、电子游戏机等使用。视频开关200的输出由底盘或电视微处理器216控制，命名为SWITCHED VIDEO(切换的视频)。SWITCHED VIDEO是宽屏处理器30的另一个输入。
再参看图3。开关SW1宽屏处理器将TV1和SWITCHED VIDEO这两个信号之一选择作为SEL COMP OUT视频信号，这是Y/C解码器210的一个输入信号。Y/C解码器210可以是自适应行梳状滤波器。另外的两个视频源S1和S2也是Y/C解码器210的输入。S1和S2各表示不同的S-VHS源，它们各由分开的亮度信号和色度信号组成。有一个可作为Y/C解码器的一部分或作为分立开关的开关，它响应于电视微处理器216以便选取一对亮度和色度信号作为分别命名为Y_M和C_IN的输出。所选出的一对亮度和色度信号以后就作为主信号，并沿主信号通路进行处理。信号名中包含有_M或_MN的信号名指的是主信号通路。宽屏处理器把色度信号C_IN重新引回单芯片，以便产生色差信号U_M和V_M。这里，U相当于(R-Y)，V相当于(B-Y)。Y_M，U_M和V_M信号在宽屏处理器中被转换成数字形式以便进一步进行信号处理。
第二调谐器208在功能上属于宽屏处理器30的一部分，它产生基带视频信号TV2。开关SW2从TV2和SWITCHED VIDEO两个信号之间选择一个信号作为Y/C解码器220的一个输入。Y/C解码器220可以是自适应行梳状滤波器。开关SW3和SW4分别从Y/C解码器220的亮度和色度输出与来自外图象源并分别命名为Y_EXT和C_EXT的亮度和色度信号之间选择信号。Y_EXT和C_EXT信号对应于S_VHS输入S1。Y/C解码器220和开关SW3和SW4可以象在某些自适应梳状滤波器一样结合在一起。以后就将开关SW3和SW4的输出作为辅助信号并沿辅助信号通路进行处理。所选取的亮度输出命名为Y_A。标有_A，_AX和_AUX信号名的指的是辅助信号通路。所选取的色度输出被转换成色差信号U_A和V_A。Y_A、U_A和V_A信号被转换成数字形式以便进一步进行信号处理。在主信号和辅助信号通路上对视频信号源的切换设计使得对不同图象显示格式的各个不同部分的信号源选择的管理过程达到最大的灵活性。
宽屏处理器给同步分离器212提供对应于Y_M的复合同步信号COMP SYNC。水平和垂直同步分量H和V分别作为垂直递减计数电路214的输入。垂直递减计数电路产生VERTICAL RESET(垂直复位)信号加到宽屏处理器30中。宽屏处理器产生内垂直复位输出信号INT VERTRST OUT加到RGB接口60。RGB接口中的一个开关从内垂直复位输出信号与外RGB源的垂直同步分量之间选取信号。该开关的输出是引到偏转电路50的经选择的垂直同步分量SEL_VERT_SYNC。辅助视频信号的水平和垂直同步信号由宽屏处理器中的同步分离器250产生。
1fH和2fH转换器40用以将隔行扫描视频信号转换成逐行扫描的非隔行扫描信号，例如那种各水平行显示两次或通过内插同场的毗邻水平行产生另一组水平行的信号。在某些情况下，使用上一行或使用内插行取决于在毗邻各场或各帧之间检测出的移动电平(the level of movement)。转换电路40与视频RAM 420联合工作。视频RAM可用以存储一帧的一个或多个场，以便能够逐次显示。经转换的视频数据作为Y_2fH、U_2fH和V_2fH加到RGB接口60上。
在图11中更详细地示出的RGB接口60使得可以将经转换的视频数据或外RGB视频数据供视频信号输入部分选取以便供显示用。外RGB信号可视为适宜供2f扫描的宽显示格式比信号。宽屏处理器将主信号的垂直同步分量作为INT VERT RST OUT供到RGB接口，使偏转电路50可获得经选取的垂直同步信号(fvm或fvext)。宽屏幕电视工作时，电视使用者就可以通过产生内/外控制信号INT/EXT选取外RGB信号。但在没有外RGB信号的情况下选取外RGB信号输入时会使光栅在垂直方向上消失而且损坏阴极射线管或投影显象管。因此为了不致在没有该信号情况下选取外RGB输入，RGB接口电路对外同步信号进行检测。WSP微处理器340还控制外RGB信号的彩色和色调。
宽屏处理器30包括画中画处理器320用以对辅助视频信号进行特殊的信号处理。画中画一词有时缩写成PIP或pix-in-pix。门阵列300将主和辅助视频信号数据组合成各式各样的显示格式，如图1(b)至1(i)的实例所示。画中画电路320和门阵列300受宽屏微处理器(WSPμP))340的控制。微处理器340经由串行总线而响应电视微处理器216。串行总线包括四条信号线，供数据、时钟信号、启动信号和复位信号用。宽屏处理器30还产生作为三级砂堡信号(three level sandcastle signal)的复合垂直消隐/复位信号。不然，垂直消隐和复位信号也可以作为单独的信号分开产生。复合消隐信号由视频信号输入部分供到RGB接口。
偏转电路50(这在图10中显示得更详细)接收来自RGB接口60的垂直复位信号、来自RGB接口60的经选择的2fH水平同步信号和来自宽屏处理器的另一些控制信号。在某些应用中，垂直复位信号可被定路线为从RGB接口60经由宽屏处理器30而到达偏转电路50。这些附加的控制信号与水平定相，垂直尺寸调整和东-西枕形畸变调整(east-west pin adjustment)有关。偏转电路50将2fH回扫脉冲供到宽屏处理器30、1fH-2fH转换器40和YUV-RGB转换器240上。
电源70由交流市电供电，产生整个宽屏幕电视的工作电压。
图3更详细地示出了宽屏处理器30。宽屏处理器的主要部件有门阵列300、画中画电路301、模-数和数-模转换器、第二调谐器208、宽屏处理器微处理器340和宽屏输出编码器227。图4示出了宽屏处理器更详细的细节。图5更详细地示出了构成PIP电路301主要部分的画中画处理器320。图6更详细地示出了门阵列300。图3所示构成主信号通路和辅助信号通过各部分的一系列部件已详细介绍过。
第二调谐器208与中频级224以及声频级226连接。第二调谐器208还与WSP μP340联合工作。WSP μP340包括输入输出I/O部分340A和模拟输出部分340B。I/O部分340A提供色调和彩色控制信号、选择外RGB视频源用的INT/EXT信号、和开关SW1至SW6的控制信号。I/O部分还监控来自RGB接口的EXT SYNC DET信号，从而保护偏转电路和阴极射线管。模拟输出部分340B通过各接口电路254、256和258提供垂直尺寸、东西调整和水平相位的控制信号。
门阵列300负责把来自主信号和辅助信号通路的视频信息组合起来以实现复合宽屏幕显示，例如图1各不同部分所示的显示中的一种。锁相环374与低通滤波器376联合工作，提供门阵列的时钟脉冲信息。主视频信号作为以Y_M、U_M和V_M命名的信号以模拟的形式和YUV格式供到宽屏处理器上。这些主信号由图4中更详细示出的模-数转换器342和346从模拟形式转换成数字形式。
彩色分量信号以一般名称U和V表示，这些信号或者可分配给R-Y或B-Y信号或者可分配给I和Q信号。所取样的亮度带宽限制在8兆赫，这是因为系统的时钟脉冲频率为1024fH，这大约为16兆赫。由于宽度为I时U和V信号系限制在500千赫或1.5兆赫，所以对彩色分量数据进行取样时可采用单个模-数转换器和一个模拟开关。模拟开关或多路调制器344的选择线UV_MUX是将系统时钟脉冲除以2得到的8兆赫信号。具有一个时钟信号宽度的行启动脉冲SOL同步地使该信号在各水平视频行开始时复位到0。UV_MUX线于是在整个水平行内的每个时钟周期翻转其状态。由于行长等于偶数个时钟脉冲周期，因而UV_MUX的状态一经启动会不中断地始终进行翻转0，1，0，1，……。由于各模-数转换器都有1个时钟脉冲周期的时延，因而从模-数转换器342和346出来的Y和UV数据流都进行移位。为适应这个数据移位，来自主信号处理通路304的时钟脉冲选通信息也必须同样地延迟。如果不使时钟脉冲选通信息延迟，在被删除时UV数据就不会正确成对。这一点很重要，因为各UV对代表一个向量。将一个向量的U分量与另一向量的V分量配对而不引起彩色偏移是不可能的。相反，上一对的V样品会连同现行的U样品一齐被删除。由于每对彩色分量(U，V)样品有两个亮度样品，所以这种UV多路调制的方法叫做2∶1∶1调制法。这时就有效地使U和V两者的奈奎斯特频率降低为亮度奈奎斯特频率的一半。因此对于亮度分量的模-数转换器输出的奈奎斯特频率为8兆赫，而对于彩色分量的模-数转换器输出的奈奎斯特频率为4兆赫。
PIP电路和/或门阵列还可包括尽管数据受压缩也能提高辅助数据清晰度的装置。迄今已研究出一系列数据缩减和数据恢复方案，包括例如成对象素压缩和抖颤(dithering)及去抖颤(dedithering)。此外还考虑涉及不同二进制位数的不同抖颤序列和涉及不同二进制位数的不同成对象素压缩。WSP μP340可以选取一系列特定数据缩减和恢复方案中的一个方案以便使各特定种类的图象显示格式所显示的图象达到最高的清晰度。
门阵列包括与各个行存储器联合工作的一些内插器，各个行存储器则可以是FIFO 356和358。内插器和FIFO用以在必要时对主信号进行再取样。一个附加的内插器可对辅助信号再取样。门阵列中的时钟脉冲和同步电路控制主信号和辅助信号两者的数据管理过程，包括将它们组成具有Y_MX、U_MX和V_MX分量的单个输出视频信号。这些输出分量由数-模转换器360、362和364转换成模拟形式。命名为Y、U和V的模拟形式的信号加到1fH-2fH转换器40上以便转换成非隔行扫描方式。Y、U和V信号还由编码器227编码成Y/C格式以形成在面板插孔处可获取的宽格式比输出信号Y_OUT_EXT/C_OUT-EXT。开关SW5给编码器227从门阵列选择同步信号C_SYNC-MN，或从PIP电路选择同步信号C_SYNC-AUX。开关SW6从Y_M和C_SYNC_AUX二者之间选择信号作为宽屏面板输出端的同步信号。
图9中更详细地示出了水平同步电路的各个部分。相位补偿器228是含有低通滤波器230，压控振荡器232，分频器234以及电容器236的锁相环的一部分。压控振荡器232响应于陶瓷谐振器等238而以32fH工作。压控振荡器的输出的频率被除以32，以将适当频率的第二输入信号提供给相位补偿器228。除法器234的输出是一种1fH基准定时信号。32fH基准定时信号和1fH基准定时信号被输送到一个除以16的计数器400。2fH的输出被输送到脉宽电路402。用1fH基准信号预置除法器400保证了该分频器与视频信号输入部分的锁相环同步地工作。脉宽电路402确保2fH基准信号有足够的脉宽，以保证例如型号为CA1391的相位补偿器404正常地工作，补偿器404形成了包含低通滤波器406和2fH压控振荡器408的第二锁相环的一部分。压控振荡器408产生用来驱动逐行扫描显示的内2fH定时信号。相位补偿器404的另一种输入信号是2fH回扫脉冲或与之相关的定时信号。采用含有相位补偿器404的第二锁相环有助于保证各2fH扫描周期在输入信号的各1fH周期内对称。否则，显象可能会出现光栅分离，例如其中一半视频行向右偏移，一半视频行向左偏移。
图10更详细地示出了偏转电路50。电路500用以根据实现不同的显示格式所需要的合乎要求的垂直过扫描量调节光栅的竖向尺寸。如示意图所示，恒流源502提供恒量的电流IRAMP给垂直斜波电容器504充电。晶体管506与垂直斜波电容器并联连接，根据垂直复位信号周期性地给该电容器放电。在不进行任何调节的情况下，电流IRAMP使光栅的垂直尺寸达到能达到的最大值。这可能相当于当一个扩展的4×3显示格式比信号源充满宽屏幕显示器(如图1a中所示)时所需要的垂直过扫描量。在光栅竖向尺寸要求较小的情况下，可调电流源508从IRAMP转移其电流量可变化的电流IADJ，从而使垂直斜波电容器504以更慢的速度充电而且充电至较小峰值。可变电流源508响应竖向尺寸控制电路所产生的例如为模拟形式的竖向尺寸调节信号。竖向尺寸调节电路500与手动竖向尺寸调节电路510无关，后者可以是一个电位器或背面板调节钮。在上述两者中的任一种情况之下，垂直偏转线圈512都接收适量的驱动电流以便将图象变换到显示器上。水平偏转信号通过调相电路518、东-西枕形畸变校正电路514、2fH锁相环520和水平输出电路516提供。
图11更详细地示出了RGB接口电路60。最后要显示的信号在1fH-2fH转换器40的输出与外RGB的输入两者之间选择。这里所述的宽屏幕电视其外RGB的输入假设为宽格式显示比的逐行扫描源。来自视频信号输入部分20的外RGB信号和复合消隐信号输入到RGB-YUV转换器610中。外RGB信号的外2fH复合同步信号被用来作为外同步信号分离器600的输入。选择垂直同步信号是由开关608来执行。选择水平同步信号是由开关604来执行。选择视频信号是由开关606来执行。各开关604、606和608响应WSP μP340所产生的内/外控制信号。内或外视频源的选择由使用者进行。但若使用者无意中选择外RGB源，当未接有或未接通这种信号源时或如果外信号源失落时，则垂直光栅会消失，于是会给阴极射线管造成严重的损坏。因此外同步检测器602检测有否外同步信号存在。没有这种信号时，就有一个开关拒绝控制信号传送到各开关604、606和608上，以防在没有信号时通过这些开关选择外RGB源。RGB-YUV转换器610还接收来自WSP μP340的色调和彩色控制信号。
图4的方框图更详细地示出了的图3中所示的宽屏处理器30的细节。Y_A、U_A和V_A信号为画中画处理器320的一个输入，处理器320可以包括清晰度处理电路370。根据本发明这些方面的宽屏幕电视能将视频加以扩展和压缩。图1中部分示出的复合式显示格式所体现的特殊效果是由画中画处理器320产生的，该处理器能接收来自清晰度处理电路370的经清晰度处理的数据信号Y_RP、U_RP和V_RP。并不是任何时候都要使用清晰度处理，但在显示格式已选好时就要使用。图5更详细地示出了画中画处理器320。画中画处理器的主要部件有模-数转换部分322、输入部分324、快速开关(FSW)和总线部分326、定时和控制部分328以及数-模转换部分330。
画中画处理器320可采用汤姆逊消费者电子设备公司研制的经改进的基本CPIP芯片的变型。从印地安纳州的印地安纳波里斯的汤姆逊消费者电子设备公司可获得的名为CTC 140画中画(CPIP)技术训练手册的出版物中更充分地描述了基本CPIP芯片。这种处理器可使其具有一系列特殊的特征或特殊的效果，下面举几个例子说明。基本的特殊效果是如图1(c)中所示的那种在大图象的一部分重叠有小图象。大小图象可从同一个视频信号产生，从不同的视频信号产生，而且还可以互换或更换的。一般说来，伴音信号总是切换成使其对应于大图象。小图象可移到屏幕上的任何位置或逐步转入一系列预定位置的。焦距可变的特点使得可以将小图象放大和缩小到例如任一预定的尺码。有时，例如在图1(d)所示的显示格式中，大小图象实际上是同一尺码。
在单图象显示状态下，例如在图1(b)、1(e)或1(f)所示的显示状态下，使用者可以例如逐步从1.0∶1至5.0∶1的比值将单图象的画面按变焦方式放大。同时在变焦方式时，使用者可以搜索或扫调整个画面，使屏面上的影象得以跨不同的图象区移动。在两者的情况下，无论是小图象、大图象或变焦图象都可以以停帧的方式(静止图象格式)显示。这种功能可以实现选通显示格式，这时视频信号中的最后九个帧可以在屏幕上反复显示。帧的重复频率可以从30帧/秒改变到0帧/秒。
本发明另一种设计的宽屏幕电视中所使用的画中画处理器与上述基本CPIP芯片的现行结构不同。若基本CPIP芯片与16×9屏幕的电视配用且不用视频增速电路，则由于横贯较宽的16×9屏幕扫描而致使实际水平向扩展达4/3倍，因而使插图呈现出宽高比失真的现象。于是图象中的实物可能会水平伸长。若采用外增速电路，则不会有宽高比失真，但图象会占不满整个屏幕。
以如用于传统电视的基本CPIP芯片为基础的现有的画中画处理器是以具有某些不希望有的结果的特定方式工作的。输入的视频信号用锁定于主视频信号源的水平同步信号的640fH时钟脉冲进行取样。换言之，贮存在与CPIP芯片相关的视频RAM内的数据不是相对于输入辅助视频信号源正交地受到取样的。这对于场同步的基本CPIP方法是一个主要的限制。输入取样率的非正交性质导致被取样数据的偏斜误差。这种限制是与CPIP芯片配用、写和读数据必须同一时钟脉冲的视频RAM的结果。当显示来自视频RAM(例如视频RAM 350)的数据时，偏斜误差看起来象是沿图象竖直边沿的无规则晃动，通常被认为是相当有害的。
本发明与基本CPIP芯片不同的另一种设计的画中画处理器320适宜将视频数据不对称压缩成多个可加以选择的显示状态中的一种状态。在此工作状态中，各图象系在水平方向上按4∶1压缩，在垂直方向上按3∶1压缩。不对称压缩方式会产生宽高比失真的图象，以贮存在视频RAM内。图象中各实物沿水平方向受挤压。但若这些图象据按正常方式，例如以频道扫描模式，用于16×9显示格式比屏幕显示，则图象中的物体是正常的。图象充满屏幕，且没有图象宽高比失真现象。按照本发明这方面的不对称压缩方式使得可以不用外增速电路而可以在16×9的屏幕上产生特殊的显示格式。
在全屏幕PIP状态下，画中画处理器与自激振荡器(free running oscillator)348相结合，将从一个解码器(例如自适应梳状滤波器)取Y/C输入，把信号解码成Y、U、V彩色分量，并产生水平和垂直同步脉冲。这些信号在用于诸如变焦、停帧和频道扫描等各种全屏幕显示方式的画中画处理器中处理。例如，在频道扫描显示方式期间，由于被取样的信号(不同频道)会有不相关的同步脉冲且似乎在任何时刻迟早会加以切换，因此从视频信号输入部分产生的水平和垂直同步脉冲会有许多不连续之处。因此取样时钟脉冲和读/写视频RAM时钟脉冲由自激振荡器348确定。显示方式为停帧和变焦方式时，取样时钟脉冲会锁定到输入视频的水平同步脉冲上，在这些特殊情况下，这与显示时钟脉冲频率相同。
再参看图4，来自画中画处理器以模拟形式出现的Y、U、V和C_SYNC(复合同步)输出可由编码电路366再编码成Y/C分量，编码电路366系与3.58兆赫振荡器380联合工作的。该Y/C_PIP_ENC信号可接到Y/C开关(图中未示出)，该开关使再编码后的Y/C分量可以代替主信号的Y/C分量。从这时起，经PIP编码的Y、U、V和同步信号成了底盘中其余部分的水平和垂直定时的基础。这种工作方式适宜根据主信号通路中内插器和FIFO的工作情况实施PIP的变焦显示方式。
再参看图5。画中画处理器320包括模-数转换部分322、输入部分324、快速开关FSW和总线控制部分326、定时和控制部分328和数-模转换部分330。通常，画中画处理器320将视频信号数字化成亮度(Y)和色差信号(U，V)，将所得结果进行二次取样并存储在1兆位的视频RAM 350中，如上面所述的那样。与画中画处理器320相关的视频RAM350其存储容量为1兆位，其容量不足以存储带8个二进制位样品的视频数据的整个一场。增加存储的容量必然花费大，而且需要更复杂的管理电路。减小辅助频道中每单位样品的位数意味着减少相对于主信号的量化清晰度或带宽，该主信号始终是按8位样品进行处理的。实际上的这种带宽减小当辅助显示图象较小时通常是不成问题的，但若辅助显示图象较大时，例如与主显示图象一般大小时，就存在问题。清晰度处理电路370可有选择地实施提高辅助视频数据量化清晰度或有效带宽的一种或多种方案。迄今已研究出一系列缩减数据和数据恢复的方案，包括例如成对象素压缩和抖颤及去抖颤的方案。令去抖颤电路在工作时配置在视频RAM350下游处，例如在门阵列的辅助信号通路中，下面即将更详细地介绍。此外还可以考虑涉及不同位数的不同抖颤及去抖颤序列和涉及不同位数的不同成对象素压缩方案。为使各特种图象显示出来的图象达到最高的清晰度，可通过WSPμP从一系列减少和恢复数据的方案中选取一种方案。
辅助信号的亮度和色差信号按8∶1∶1的六位Y、U、V方式存储。在形成画中画处理器一部分的视频RAM内。就是说，把各分量量化成六位取样。每对色差取样有八个亮度取样。简言之，画中画处理器320是在某种模式下工作的，从而以640fH进钟频率对输入视频数据进行取样，而该时钟频率被涣定到输入的辅助视频同步信号。在这种模式下，贮存在视频RAM 350内的数据被正交地取样。当数据从画中画处理器视频RAM 350中读出时，是用锁定到输入的辅助视频信号的同一640fH时钟脉冲读出的。然而，即使这种数据被正交地取样和贮存，以及能正交地读出，但是由于主视频信号源和辅助视频信号源的不同步性质，这种数据不能直接从视频RAM 350正交地加以显示。主视频信号源和辅助信号源只有在它们是来自同一视频信号源的显示信号的情况下才能望是同步的。
图6中以方框图的形式示出了主信号通路304、辅助信号通路306和输出信号通路312。门阵列还包括时钟脉冲/同步电路320和WSPμP解码器310。WSPμP解码器310的数据和地址输出线路(以WSP DATA表示)系加到上述各主电路和通路上，并加到画中画处理器320和清晰度处理电路370上的。应该理解的是，某些电路是否被定成是门阵列的一部分，在很大程度上仅仅是为便于说明本发明的设计。
门阵列是用以在必要时扩展、压缩主视频频道的视频数据并限制其画幅，以便实现不同的图象显示格式。亮度分量Y_MN存储在先进先出(FIFO)行存储器356中，存储时间的长短取决于亮度分量内插的性质。经组合的色度分量U/V-MN存储在FIFO 358中。辅助信号亮度和色度分量Y_PIP、U_PIP和V_PIP由多路信号分离器355产生。亮度分量必要时在电路357中经过清晰度处理，然后必要时由内插器359加以扩展，产生作为输出的信号Y_AUX。
在某些情况下，辅助显示会与主信号显示一般大，如图1(d)中的实例所示。与画中画处理器和视频RAM350相关的存储器局限性会使充满这种大型显示区所需要的数据点或象素数量不足。在这种情况下，可以用清晰度处理电路357将象素还原到辅助视频信号中以代替那些在数据压缩或缩减过程中失去的象素。该晰度处理可以对应于图4所示的电路370所进行的清晰度处理。例如，电路370可以是抖颤电路，电路357可以是去抖颤电路。
进一步参阅图12，辅助视频输入数据以640fH的频率被取样，且被贮存在在视频RAM内。辅助数据从视频RAM 350中读出，并用VRAM_OUT表示。PIP电路301还有水平、竖直以及非对称地把辅助图象缩小相同的整数倍的能力。辅助频道数据由4位锁存器352A和352B，辅助FIFO存储器354，定时电路369以及同步电路368，加以缓冲以及与主频道数字视频信号同步。VRAM_OUT数据由信号分离器355分成Y(亮度)，U，V(彩色分量)，以及FSW_DAT(快速切换数据)。FSW_DAT表示哪种场型原先被写入视频RAM。PIP_FSW信号直接从PIP电路接收到，且加到输出控制电路321，以确定从视频RAM中读出的哪个场要在小图象模式期间加以显示。
辅助频道以640fH的速率取样，主频道则以1024fH的速率取样。辅助频道FIFO 354将数据从辅助频道取样率转换成主频道时钟频率。在此过程中，视频信号经过8/5(即1024/640)的压缩。这比正确显示辅助频道信号所需的4/3压缩还多。因此辅助频道必须借助于内插器359加以扩展以便正确显示4×3的小图象。内插器359由内插器控制电路371控制，该电路本身响应WSPμP340。内插器所需的扩展量为5/6。扩展系数X按下式确定X＝(640/1024)＊(4/3)＝5/6色度分量U_PIP和V_PIP由电路367加以延迟，延迟时间的长短取决于亮度分量内插的性质，产生作为输出的信号U_AUX和V_AUX。主信号和辅助信号的各个Y、U和V分量通过控制允许FIFO 354、356和358读出的启动信号在输出信号通路312的各多路调制器315、317和319中加以混合。多路调制器315、317和319响应输出多路调制器控制电路321。输出多路调制器控制电路321响应时钟脉冲信号、行启动信号、水平行计数信号、垂直消隐复位信号和快速开关的来自画中画处理器和WSPμP340的输出。经多路调制的亮度和色度分量Y_MX、U_MX和V_MX分别加到相应的数-模转换器360、362和364上。各数-模转换器后面分别有低通滤波器361、363和365，如图4中所示。画中画处理器、门阵列和数据减少电路的各种功能受WSPμP340的控制。WSPμP340借助于串行总线连接到TVμP216上，并响应TVμP216。串行总线可以是如图所示的四线总线，即具有数据、时钟脉冲信号、启动信号和复位信号的线路。WSPμP340通过WSP μP解码器310与门阵列的不同电路联系。
有时为避免所显示的图象产生宽高比失真需要将4×3NTSC按4/3的压缩系数进行压缩。在其它情况下，为进行通常伴有垂直变焦的水平变焦，可以将视频加以扩展。高达33%的水平变焦操作可通过将压缩减少到4/3以下实现。取样内插器用以对输入的视频重新计算至一个新象素的位置，因为亮度视频带宽(对S-VHS格式来说达到5.5兆赫)占奈奎斯特折叠频率(Nyquist fold over frequency)(它对于1024fH时钟脉冲来说为8兆赫)的相当大的百分比。
如图6所示，亮度数据Y_MN是通过主信号通路304中的内插器337取道的，内插器337则根据视频的压缩或扩展情况重新计算样品值。开关或路由选择器323和331的作用是变换主信号通路304相对于FIFO356和内插器337的相对位置的布局。特别是，这些开关选择是否按图象压缩的要求而处在FIFO 356之前，或者FIFO 356是否按图象扩展的要求在内插器337之前。开关323和331响应路由控制电路335，该电路本身则响应WSP μP340。应该记住，辅助视频信号是为了被存储在视频RAM 350中而加以压缩的，只有在实用上才需要加以扩展。因此在辅助的信号通路中不需要予以类似的转接。
举例说，为了通过使用FIFO实行视频压缩，可阻止每第四个取样被写入FIFO 356中。这就构成4/3的压缩。内插器337的作用是重新计算被写入FIFO中的亮度取样，使得从FIFO读出的数据平稳，而不是参差不齐。扩展可按完全与压缩相反的过程进行。在压缩的情况下，写启动信号附有以禁止脉冲形式出现的时钟脉冲选通信息。扩展数据时，该时钟脉冲选通信息就加到读启动信号上。这会使正在从FIFO 356中读取的数据中止。在此情况下，内插器337(它在此过程中跟随FIFO 356)的作用就是重新计算所取样的数据，使其从参差不齐变平稳。在扩展的情况下，数据在从FIFO336中读取和受时钟同步而输入内插器337中时必须中止。这和压缩的情况时不一样，在压缩情况下，数据是连续地与时钟同步输入内插器337中的。在压缩和扩展两种情况下，时钟选通操作不难以同步的方式进行，即诸事件可根据系统时钟1024f的上升前沿发生。
辅助信号的内插过程是在辅助信号通路306中进行的。PIP电路301控制6位Y、U、V 8∶1∶1的存储器、视频RAM 350，以便存储输入的视频数据。视频RAM 350将视频数据的两场存储在多个存储单元中。各存储单元存储8位数据。各8位存储单元中有一个6位Y(亮度)取样(以640fH取样)和2个其它的二进制位。这两个其它的二进制位用以存储快速转换数据(FSW_DAT)或一个U或V取样(以80fH下取样)中的某个部分。FSW_DAT值表明写入视频RAM中的是哪种类型的场。由于数据的两场存储在视频RAM 350中，且在显示时间期间读取整个视频RAM350，因而两场是在显示扫描过程中读取的。PIP电路301将确定要从存储器中读出哪一场以通过使用快速转换数据加以显示。PIP电路总是读取为解决动作受破坏问题而写入的类型相反的场。若正在读取的场的类型与正在显示的场类型相反，则通过从存储器中读出场时删除场的顶行从而将存储在视频RAM中的偶数场倒过来。结果是小图象保持正确的隔行扫描情况同时没有动作受破坏的现象存在。
时钟脉冲/同步电路320′产生为操纵FIFO 354、356和358所需要的读、写和启动信号。启动主频道和辅助频道的FIFO，以便将数据写入存储器，为的是存储供以后的显示所需要的各视频行的那些部分。被写的数据是按需要而来自主频道或辅助频道中(而不是从两个频道中)，以便将来自同一视频行或各显示行上各信号源的数据组合起来。辅助频道的FIFO 354是用辅助视频信号同步写入的，但是用主视频信号从存储器中同步读出的。各主视频信号分量是用主视频信号同步写入FIFO 356和358中，而用主视频信号从存储器中同步读出的。读取功能在主频道与辅助频道之间来回转换的次数是选取的某特定效果的函数。
产生诸如画幅受限制的并排图象之类的各种特殊效果是通过操纵行存储器FIFO的读/写启动控制信号进行的。图7和8示出了这种显示格式的过程。在画幅受限制的并排显示图象的情况下，辅助频道的2048×8 FIFO 354的写启动控制信号(WR_EN_AX)在显示有效行周期(后增速)的(1/2)＊(5/12)＝5/12或大约41%、或辅助频道有效行周期(预增速)的67%内起作用，如图7所示。这相当于大约33%的象幅限制(约为67%有效图象)和信号内插扩展5/6。在主视频频道中(示于图8的上部分)910×8 FIFO 356和358的写启动控制信号(WR_EN_MN_Y)在显示有效行周期的67%〔(1/2)＊(4/3)＝0.67〕内起作用。这相当于大约33%的画幅限制且由910×8 FIFO在主频道视频上实现了4/3的压缩比。
在各FIFO中，视频数据是经过缓冲以便在特定的时间及时读出。数据可从各FIFO读出的有效时域取决于所选取的显示格式。在所示的并排画幅限制方式的实例中，主频道视频显示处在显示器的左半部，辅助频道视频显示处在显示器右半部。如图所示，主频道和辅助频道波形的任意视频部分不相同。主频道910×8 FIFO的读启动控制信号(RD_EN_MN)在显示的显示有效行周期的50%内起作用，以有效视频的开始起头，紧接着是视频后肩(video back porch)。辅助频道读启动控制信号(RD_EM_AX)在显示有效行周期的另外50%内起作用，以RD_EN_MN信号的下降边缘开始，以主频道视频前肩(video front porch)的开始结束。应该指出，写启动控制信号与它们各自的FIFO输入数据(主或辅助)同步，读启动控制信号则与主频道视频同步。
图1(d)所示的显示格式是我们所特别希望的，因为它可以使两个几乎是全场的图象以并排方式显示。这种显示对宽显示格式比的显示例如16×9特别有效、特别合适。大多数NTSC制信号都以4×3的格式表示。这当然相当于12×9。两个4×3显示格式比的NTSC制图象可通过或将图象的画幅限制33%、或将图象挤压33%(同时引入宽高比失真)而显示在同一16×9显示格式比显示器上。视乎使用者的爱好而定，图象画幅限制相对宽高比失真的比例可以设定在0%与33%这两个极限值之间。例如，两个并排的图象可以以16.7%受挤压和16.7%的画幅限制的形式显示。
16×9显示格式比显示的水平显示时间与4×3显示格式比显示的一样，因为两者的标称行长都是62.5微秒。因此要使NTSC制视频信号保持正确的宽高比并且没有失真，就必须采用一个等于4/3的增速系数。这个4/3的系数是作为两种显示格式的比值计算出来的4/3＝(16/9)/(4/3)按照本发明的各个方面，采用了可调节的内插器来增速视频信号。过去，曾使用过输入端和输出端的时钟脉频率不同的FIFO来履行同样的功能。相比之下，如果在单个4×3显示格式比的显示器上显示两个NTSC制4×3显示格式比的信号，各图象必然失真或画幅受到限制或两者兼备，其量达50%。与宽屏幕所需用的类似的增速并不是必须的。
通常，视频显示和偏转系统是与主视频信号同步的。如上所述，必须将主视频信号增速使其充满宽屏幕显示器。辅助视频信号必须与第一视频信号和视频显示器垂直同步。辅助视频信号可在场存储器中延迟几分之一场周期，然后在行存储器中增速。辅助视频数据与主视频数据的同步是通过采用作为场存储器的视频RAM350和用以扩展信号的先进先出(FIFO)行存储器354而实现的。
然而，读和写时钟脉冲的不同步性质需要采取某些步骤以避免读/写指示字的冲突。当新数据有机会被写入FIFO存储器之前而旧数据从FIFO存储器中读出时就可能发生读/写指示字的冲突。FIFO存储器的容量是与被认为是为避免读/写指示字的冲突而相当需要的最低行存储量相关的。结合图12-20以更充分的说明一种为避免读/写指示字的冲突及保持隔行扫描完整性的场同步系统。
画中画处理器以这样的方式工作，使得辅助视频数据由锁定于输入的辅助视频信号的水平同步分量的640fH时钟脉冲加以取样。这项操作能使正交取样数据贮存在视频RAM 350内。数据必须以相同的640fH频率读出。由于主视频信号源和辅助视频信号源总体上的不同步性质，数据是不能从视频RAM不作修正地正交显示的。为了便于辅助信号与主信号步同，在视频RAM 350输出后的辅助信号路径上配置了含有独立的写和读端口时钟的行存储器。
详细地说，如图12中所示，视频RAM350的输出是两个4位锁存器325A和352B中第一个的输入。VRAM_OUT输出信号呈4位数据组的形式。4位锁存器被用来把辅助信号组重新组合成8位数据组。这些锁存器还把数据时钟频率从1280fH减少至640fH。由用以对要存入视频RAM 350的辅助视频数据进行取样的同一640fH时钟脉冲把8位数据组写入FIFO存储器354。FIFO存储器354的容量为2048×8。用锁定于主视频信号水平同步分量的1024fH显示时钟脉冲从FIFO存储器354中读出8位数据组。这种采用含有独立的读和写端口时钟的多行存储器的基本结构能使原先正交取样的数据正交地显示。8位数据由信号分离器355分成6位亮度及色差取样。这些数据取样于是可以按需要为所需的显示格式比插值以及作为视频数据输出而写入。
为了在辅助频道FIFO存储器内避免读/写指示字冲突，首先必须选择容量足够大的存储器。为了显示被象幅限制33%的正常显示格式比的视频信号，容量为2048×8的辅助FIFO存储器能贮存5.9行视频数据，计算如下，式中N是相乘时的数目，L是每行的长度根据82%的有效行长度N＝(2/3)×(0.82)×(640)＝350L＝2048/350＝5.9本发明的一种情况认识到大于2行/场的领前率是不大可能遇到的。因此，辅助频道的5行FIFO存储器的设计标准能够足以防止读/写指示字的冲突。
辅助频道FIFO存储器的用法可以如图13所示地画出。图14中示出了由D型触发器所组成的电路的简化方框图，该电路用以产生控制辅助信号路径中的FIFO存储器354写和读的复位脉冲以及行延时(Z-1)。在新的主信号场开始时，使写指示字复位至FIFO存储器启动。这个复位脉冲用WR_RST_AX表示，它是由H_SYNC_AX取样的V_SYNC的组合。换言之，WR_RST_AX是在发生于主信号的竖直同步脉冲之后的辅助视频信号的第一水平同步脉冲处发生的。两个主信号水平行以后，使读指示字复位至FIFO存储器354启动。这个复位脉冲用RS_RST_AX表示。换言之，RD_RST_AX是在发生于主信号的竖直同步脉冲之后的主视频信号的第三个水平同步脉冲处发生的，或者再用另一种方式说，是在发生于WR_RST_AX脉冲之后的主信号的第二水平同步脉冲处发生的。
由于主信号和辅助信号是不同步的，有关读指示字复位时写指示字的精确就会有些模糊。写指示字超前读指示字至少两行是公知的。然而，如果辅助频道的水平同步频率比主频道的水平同步频率高，那么写指针会提前超过所示的2行标记。这样对于所有小于2行/场领前率的信号都能避免指示字的冲突。通过适当定时的读和写复位信号把辅助频道FIFO存储器354分成5个行部分。在这种方案中，读和写指示字是在各显示场开始时彼此相隔至少两行而起始的。
如果FIFO存在器不是完整的5行长，系统就会牺牲从写指示字至读指示字的存储间距。这就是不同的压缩模式的情况，例如16%压缩16%压缩N＝(5/6)×(0.82)×640＝437L＝2048(5×437)＝4.7在这些情况下，FIFO存储器证明不到5行长。在16%的压缩模式中，实际的FIFO存储器长度是4.7行。33%压缩的N表达式中的(0.8)因数反映了CPIP芯片的工作极限。
由于FIFO存储器的读和写复位相隔最少两行有效视频，所以总是以允许读指示字赶上写指示字为代价作出牺牲。此外，因为画中画处理器是不能在视频RAM 350内贮存超过512个视频取样，只有80%的视频行被认为是有效的。实际上，这仍然提供了良好的有效视频行。在这些情况下，为了更多可观看的图象分量而牺牲了领前率。而且在辅助视频信号中有更多的失真。在最坏情况下，在主视频信号源和辅助视频信号源之间可以允许多达每场一行的领前。这仍然超过大多数视频源所需要的，而且是在那些预料最少用的特征模式中牺牲了领前率容限。
由FIFO存储器的不同步读和写所引起的另一个问题是保持辅助频道视频隔行扫描的完整性的问题。由于显示是锁定于主频道视频信号的，正在显示的目前场型，亦即是上或下场，将由主信号决定。存于视频RAM 350内且准备在主频道场开始时读出的场型可能是或可能不是与被显示场型相同的。可能必须改变视频RAM 350内所存的辅助场型，以匹配主频道显示场型。
画中画处理器320和门阵列300把NTSC信号的262.5行场量化成263行上场(有做称为奇数场)和262行下场(有时叫做偶数场)。这是由于竖直同步用表示水平同步的脉冲加以取样。图15中的示意图说明了这种情况。上/下场型标记用值1表示上场，值0表示下场。上场包括奇数行1至263。下场包括偶数行2至262。在图16中，第一场型标记U/L MAIN SIGNAL表示主视频频道的场型。信号HSYNC_AX表示辅助频道各行的水平同步信号。
如各辅助频道行被“正常”写入时，场型标记U/L(A)表示贮存在辅助频道视频RAM 350内的场型。术语正常在这里是用来指当上场正被接收及译码时，奇数行1-263被写入视频RAM 350。在接收上场的过程中，如上场第一行不写入视频RAM350内，则场型标记U/L(B)表示贮存在视频RAM 350内的场型。而第一行实际上是跟踪下场的最后一行(第262行)的。由于第2行将是该帧的第一显示行，第3行将是第二显示行，这就有效地把场型倒过来了。接收到的上场现在成为下场，反之亦然。在接收下场期间，如上场的最后一行加到视频RAM 350，则场型标记U/L(C)表示贮存于视频RAM 350的场型。由于第263行将是第一显示行，第1行将是第二显示行，这就有效地把场型倒过来了。
模式B和C中行的加和减不会使辅助频道的图象劣化，国为这些显示行是在竖直回扫或过扫描期间出现的。图18中示出了被显示行的次序，其中实线表示上场行，虚线表示下场行。
随着主频道信号和辅助频道信号领前，U/L MAIN SIGNAL会相对于辅助频道U/L(A，B，C)场型标记向左移或向右移。在图中所示的位置上，因为判定边沿处于A区内，应该用模式A把数据写入视频RAM 350内。由于当画中画处理器收到竖直同步信号时模式A是适当的，它就会把显示所需要的同一场型写入视频RAM 350内，以便与V_SYNC_MN(主频道竖直同步信号)一起开始就从视频RAM 350中读出。随着信号的领前，模式将根据它们的相对位置而改变。有效的模式用图象示于图16的顶部以及示于图17的图表内。模式B和C之间有重叠，因为大部分时间模式B是有效的，模式C也是有效的，反之亦然。这时于262行中除了2行外的所有行都是真实的。当模式B和C两者都有效时，可以采用模式B或C中的任何一个模式。这种选择可以是任意的，或者是根据其它电路的考虑而作出的。
图20中示出了根据本发明这种装置的用以保持隔行扫描完整性的电路700的方框图。电路700的输出信号是如图12所示的视频RAM 350、辅助信号路径中的FIFO存储器354以及主信号路径中的FIFO存储器356的写和读复位控制信号。主视频信号的场型是根据一对信号VSYNC-MN和HSYNC-MN而决定的。辅助视频信号的场型则是根据相应的一对信号VSYNC-AX和HSYNC-AX而决定的。各对信号具有在门阵列中所设定的预定的相位关系。这种相位关系示于图19(a)-19(c)，这些图适用于两对信号。在每一种情况下，HSYNC信号是一种方波，其上升沿对应于相应信号的水平行的开始。在每一种情况下，VSYNC信号每场只有一个上升沿，后者对应于有关信号的竖直场的开始。相应各对信号的上升沿之间的关系由电路700进行检验，来决定那些步骤(如果有的话)是必要的，以使辅助信号的场型与主信号的场型匹配。为了防止模糊，主信号对的前沿决不能近过水平扫描周期的1/8。辅助信号对的前沿决不能近过水平行扫描周期的1/10。这样的规定防止了这些前沿彼此相对晃动。这种关系是由门阵列的定时电路来保证的。
主信号对VSYNC-MN和SYNC-MN是接到第一场型电路702的输入信号，这种电路包括两个D型触发器。在一种情况下，HSYNC-MN信号为VSYNC-MN信号所取样，亦即是VSYNC-MN是时钟脉冲输入信号。这个触发器的输出是主信号的上/下场标记UL-MN，这种标记可以是上场型的逻辑H1以及下场型的逻辑L0，尽管这种表示方式是任意的。在另一种情况下，VSYNC-MN信号为HSYNC-MN取样，就如结合图14所说明的触发器852中那样。这提供了一种输出信号VH。后者是与水平同步的竖直同步信号。
辅助信号对VSYNC-AX和HSYNC-AX是加到第一场型电路710的输入，电路710也是由两个D型触发器所组成的。在一种情况下，HSYNC-AX信号由VSYNC-AX信号取样，亦即是，VSYNC-AX信号是时钟脉冲输入信号。这个触发器的输出是辅助信号的上/下场标记UL/AX，这种标记可以是上场型的逻辑H1和下场型的逻辑L0，虽然这种表示方式是任意的。在另一种情况下，VSYNC-AX信号由HSYNC-AX信号取样，就如结合图14所说明的触发器852中那样。这样做提供了一种输出信号VH，后者是与水平同步的竖直同步信号。
两种信号场型的确定示于图19(a)-19(c)。如果场边沿的上升开始如图19b所示发生于水平行周期的前半部分，该场是下场型。如果场边沿的上升开始如图19(c)所示发生于水平行周期的后半部分，则该场是上场型。
主信号的VH和HSYNC-MN是加到延时电路704，706和708，电路的输入信号，这些延时电路提供水平行扫描周期的延时，以确保输出信号WR-RST-FIFO-MN，RD-RST-FIFO-MN和RD-RST-FIFO-AX的适当相位关系。可由D型触发器实现的延时操作是与图14中所示的电路相似的。在写和读指示字之间提供了两至三个水平行扫描周期的延时。
上/下场型式标记UL-MN对应于在图16顶部示出的U/L MAIN SIGNAL，而且是一种UL-AEL比较器714的输入信号。比较器714的其它输入信号是由UL-AX测试发生器712供给的。测试发生器712具有作为输入的UL-AX标记以及作为时钟脉冲输入的HSYNC-AX信号。测试发生器712提供三个在图16底部示出的信号U/L(A)，U/L(B)和U/L(C)，它们对应三个可能的模式A、B和C。信号U/L(A)，U/L(B)，U/L(C)的每一个在也示于图16中的U/L-MN的判定边沿的时刻与UL-MN进行比较。如果UL-MN匹配U/L(A)，那么这些场型匹配，任何保证隔行扫描完整性的作用都是不必要的。如果UL-MN匹配U/L(B)，这些场型不匹配，为了保持隔行扫描的完整性就必须将上场延时一行写入。如果UL/MN匹配U/L(C)，这些场型不匹配，为了保持隔行扫描的完整性就必须将下场提前一行写入。
这种补偿的结果是RST-AX-SEL选择器电路718的输入。其余的输入是由RST-AX-GEN发生器716所产生的三种竖直同步信号RST-A，RST-B和RST-C。为了根据比较器714的输出保持隔行扫描的完整性，三种竖直同步信号RST-A，RST-B和RST-C彼此具有不同的相位，以执行校正操作或不执行校正操作。延时电路722使选定的竖直同步信号与辅助视频输入信号再同步，以产生WR-RST-VRAM-AX信号。延时电路720执行相似的功能，用以产生RD-RST-VRAM-AX和WR-RST-FIFO-AX信号。如在图16中所见到的，模B和C多半时间是重叠的。事实上，每525个比较中只有两个仅需要模式B或C中之一，而不是两者。当两种模式都有效时，比较器714可以布置成使模式C较模式B有利。这种选择可以是任意的，或者是根据其它电路的考虑而作出的。
权利要求
1.一种同步系统，其特征在于包括第一和第二场型式检测装置，各自具有表示所述相应的视频信号是否有第一或第二场型的输出分别用来检测第一和第二视频信号；同步装置，为了组合显示而使所述第二视频信号与第一视频信号同步；改变装置，为了保持所述组合显示的隔行扫描完整性，必要时改变所述第二视频信号的所述场型以匹配所述第一视频信号的所述场型。
2.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述改变装置控制所述同步装置。
3.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述同步装置包括用以贮存所述第二视频信号的装置，所述第二视频信号被写入所述存储装置，以及以使所述第二视频信号与所述第一视频信号同步的方式从所述存储装置中读出。
4.根据权利要求3的系统，其特征在于，所述第二视频信号与所述第二视频信号同步地写入所述存储装置，以及与所述第一视频信号同步地从所述存储装置中读出。
5.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述同步装置包括一个具有可与所述第二视频信号同频工作的写和读端口的同步场存储器，一个为从所述场存储器读出的数据而设的，具有可与所述第二视频信号同步工作的写端口以及可与所述第一视频信号同步工作的读端口的非同步多行存储器。
6.根据权利要求3的系统，其特征在于，所述改变装置控制所述写入存储装置。
7.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述改变装置具有一个把写所述第一场型的各场延时一个水平行扫描周期的工作模式。
8.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述改变装置具有把写所述第二场型的各场提前一个水平行扫描周期的工作模式。
9.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述改变装置具有把写所述第一场型的目前场延时一个水平行扫描周期的第一工作模式，把写所述第二场型的目前场提前一个水平行扫描周期的第二工作模式，以及保持目前场型的第三工作模式。
10.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述改变装置包括用以将所述第二信号的所述场型与所述第一信号的所述场型作比较，以及产生表示多个比较结果的其中之一的输出信号的装置。
11.根据权利要求10的系统，其特征在于，所述多个比较结果包括所述第一和第二视频信号具有相同场型的目前场;所述第一视频信号具有所述第一场型的目前场，而所述第二视频信号具有所述第二场型的目前场;所述第一视频信号具有所述第二场型的目前场，而所述第二视频信号具有所述第一场型的目前场。
12.根据权利要求10的系统，其特征在于，所述比较装置包括用以产生多个各自适合于所述多个比较结果中之一的可选择隔行扫描校正信号的装置。
13.根据权利要求10的系统，其特征在于，所述改变装置包括用以固定相对于表示所述第一视频信号输出的所述场型边沿的比较时间的装置。
14.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述改变装置包括用以产生多个各自适合于所述多个比较结果中之一的可选择隔行扫描校正信号的装置。
15.根据权利要求1的系统，其特征在于，所述场型检测装置包括用以由所述相应视频信号的竖直同步分量对所述相应视频信号的水平同步分量进行取样以产生场型输出信号的装置。
16.一种用以保持隔行扫描完整性的系统，其特征在于包括用于第一视频信号、具有表示所述第一视频信号有第一场型还是有第二场型的输出的第一场型检测装置;用于第二视频信号、具有表示所述第二视频信号有第一场型还是有第二场型的输出的第二场型检测装置;用以贮存所述第二视频信号的装置，为了使所述第二视频信号与所述第一视频信号同步，所述第二视频信号与所述第二视频信号同步地写入所述存储装置，以及与所述第一视频信号同步地从所述存储装置读出，用以将所述第二信号的所述场型与所述第一信号的所述场型进行比较的装置;以及用以必要时改变所述第二视频信号的所述场型，以响应所述比较装置而匹配所述第一视频信号的所述场型的装置。
17.根据权利要求16的系统，其特征在于，用以改变所述第二视频信号的所述场型的所述装置控制把所述第二视频信号写入所述存储装置。
18.根据权利要求17的系统，其特征在于，用以改变所述第二视频信号的所述场型的所述装置把写所述第一场型延时一个水平行扫描周期。
19.根据权利要求17的系统，其特征在于，用以改变所述第二视频信号所述场型的所述装置把写所述第二场型提前一个水平行扫描周期。
20.根据权利要求16的系统，其特征在于，用以改变装置包括用以把所述第二信号的所述场型与所述第一信号的所述场型作比较、以及产生表示多个比较结果中之一的输出信号的装置。
21.根据权利要求20的系统，其特征在于，所述多个比较结果包括所述第一和第二视频信号具有相同场型的目前场;所述第一视频信号具有所述第一场型的目前场，而所述第二视频信号具有所述第二场型的目前场;所述第一视频信号具有所述第二场型的目前场，而所述第二视频信号具有所述第一场型的目前场。
22.根据权利要求20的系统，其特征在于，所述比较装置包括用以产生多个各自适合于所述多个比较结果中之一的可选择隔行扫描校正信号的装置。
23.根据权利要求20的系统，其特征在于，所述改变装置包括用以固定相对于表示所述第一视频信号输出的所述场型的边沿的比较时间的装置。
24.根据权利要求16的系统，其特征在于，所述改变装置包括用以产生多个各自适合于不同的隔行扫描校正模式的可选择隔行扫描校正信号的装置。
25.根据权利要求16的系统，其特征在于，各所述场型检测装置包括用以由所述相应视频信号的竖直同步分量对所述相应视频信号的水平同步分量进行取样、以产生场型输出信号的装置。
全文摘要
一种用以保持隔行扫描完整性的场同步系统包括第一和第二场型式检测装置，各自具有表示所述相应的视频信号是否有第一或第二场型的输出，分别用来检测第一和第二视频信号；同步装置，为了组合显示而使所述第二视频信号与第一视频信号同步；改变装置，为了保持所述组合显示的隔行扫描完整性，必要时改变所述第二视频信号的所述场型以匹配所述第一视频信号的所述场型。
文档编号H04N5/44GK1057372SQ91103730
公开日1991年12月25日 申请日期1991年5月31日 优先权日1990年6月1日
发明者纳撒尼尔·H·埃尔索兹, 巴思·A·坎菲尔德 申请人:汤姆森消费电子有限公司