专利名称：用于数字电视接收机的图形局部显示的制作方法
技术领域：
本发明涉及电视接收机，更具体地说，本发明涉及在电视显示屏上提供图形显示。
现在的电视接收机越来越能够提供特定的图形的性能，例如闭路加字幕和屏幕上的显示。用于闭路加字幕的信息是标准电视广播信号的一部分，例如NTSC(美国全国电视制式委员会)信号的行21。用于屏上显示的信息是手携式遥控器提供的，通过该遥控器用户改变各种工作参数，例如频道和音量。遥控器发射红外线信号，电视接收机检测这些信号，以便在显示屏上显示频道和其他有关控制的信息。
在现有的接收机中，用于检测闭路加字慕和屏上显示信息的装置提供模拟输出。这些装置适于模拟显示，例如阴极射线管。然而，其模拟输出不能用于数字显示，例如具有用数字显示数据编址的象素阵列的空间光调制器。对于SLM(用户环路复用器)，模拟的闭路加字幕和屏上显示信号必须变换成数字形式。
SLM的另一个特性是采用“交错”的象素阵列，其中象素不是布置成矩形栅模式。上述交错的模式在整体图象质量方面是有优点的。然而当图象中包含竖线时，该线可能显得不平直，这种效果在用于闭路加字幕和屏上显示的字符上特别明显。
本发明的一个方案是一种图形数据装置，用于具有交错象素布置的空间光调制器的数字电视接收机。闭路字幕检测器检测电视信号的闭路字幕分量，并将其变换成闭路字幕数据。图形处理器接收闭路字幕数据，并且确定要产生哪些字符。与图形处理器进行数据通信的字符发生器产生表示这些字符的象素数据。与字符发生器进行数据通信的字符存储器以下述方式存储表示所述字符的象素模式，即对于交错象素布置的效果能够校正竖线的方式。
本发明的其他方案的特征都在于校正图形数据的竖线和输入视频信号中的竖线。对于图形数据，图元存储器存储对于交错象素布置的效果校正竖线的线制元。对于视频信号，图形处理器检测边缘，并且确定是否应对其校正。
本发明的优点在于由于使用了用于闭路加字幕和屏上显示的图形处理器，就不再需要附加的模数变换器。其结果是使接收机较为便宜，并且更为通用。
除了闭路加字幕和屏上显示之外，其他类型的图形显示也能够方便地重叠在电视广播显示上，或者甚至取代电视广播显示。例如，用户能够得到由任何类型惯用的输入装置而产生的画中画型图形局部显示。
SLM可以具有交错的象素阵列，而不会损害图形显示的精确重视。字母数字字符，以及任何其他类型的具有竖线的图形图象都能够更形象地显示出来。
图1是具有根据本发明的图形装置的数字电视接收机方框图。
图2是图1中图形装置的方框图。
图3和4分别示出了栅形和交错形象素布置。
图5至7示出了对于交错的象素布置如何校正图形字符。
图8示出了对于交错的象素布置如何校正图形图象中的线。
图9至11示出了如何检测由输入视频数据表示的垂直边缘，并且如何计算，以便确定对于交错的象素布置所需的校正。
图1示出了数字电视接收机10的某些部分。应当能够理解，图中仅示出了用于得到输出象素数据的部分，而未示出用于例如同步和声频信号处理等任务的部分。
本发明涉及具有根据本发明的图形数据装置17的接收机10。在专利号为5079544、名称为“标准独立数字化视频系统”的美国专利和专利序号为(Atty Dkt No(代理人文件序号)TI-17855)、名称为“数字电视系统”的美国专利中陈述了基于SLM的数字电视系统的其他部分以及全部操作的更完整的说明，上述两项专利都转让给得克萨期仪器公司。在本说明书中引入上述专利申请作为参考。
在专利序号为07/678761、名称为“用于脉宽调制的显示系统的DMD(数字镜象装置)结构和定时”的美国专利中，说明了用于基于DMD的显示系统的对视频数据格式化的方法以及调制位面以便提供变化的象素亮度的方法。在专利序号为07/809816、名称为“白光增强的彩色场顺序投影”的美国专利中，说明了具有色盘以提供顺序的彩色图象的基于DMD显示系统的使用。上述专利申请都转让给得克萨期仪器公司，并且在本说明书中引入作为参考。
视频输入可以是任何电视信号。为了进行说明，假设输入信号具有闭路字幕部分。
作为接收机10的示意图，信号接口11具有惯用信号接口的各种功能，例如调频和滤波，并且也可以执行与本发明与本发明主题不相关的例如同步信号分离等任务。
A/D(模拟/数字)变换器和Y/C(亮度/色度信号)分离器12在图中示作信号装置。A/D变换可以在后面接数字Y/C分离，或者相反模拟Y/C分离可以在后面接A/D变换。在任何情况下，分离器12的输出都是亮度和色度数据的抽样信号。
在处理期间，处理存储器13存储象素数据。处理存储器13一般具有用于存储数据信息组的信息组缓冲器，以便可以执行例如运动检测和去隔行扫描等任务。
主处理器14执行各种视频处理算法，例如将数字信号从色差信号变换成RGB(红-绿-蓝)、去隔行扫描和去伽马校正。主处理器14还可以被编程，以便执行垂直边缘的校正，下面将结合图9至11进行说明。用于实现垂直边缘校正的逻辑可以采用用于存储这些任务的指令的只读存储器14a实现，或者采用逻辑电路实现。
显示存储器15接收准备好显示的数据，并将其格式化，以便送至SLM16。SLM16的特征在于单独可编址的各象素，这些象素能够被同时地开或关。通过导址在象帧期间要被开的那些象素，并且通过控制每帧的时间长度，即每个象素开的时间长度，形成图象。SLM的一个实例是由得克萨斯萨器公司制造的数字镜象装置(DMD)。在专利号为4956619、名称为“空间光调制器”的美国专利中，说明了适用的DMD的细节，该专利转让给得克萨斯仪器公司，并在本说明书中引入作为参考。
SLM16的特征在于其以“位面”方式接收数据。在每个位面上，帧的所有象素都由数据的一位表示。例如在每个象素都由每帧24位表示的情况下，对于每帧，就要有24个数据位面送至SLM16。对于位面的每个象素，其数据位确定在分配给该位面的时间内，该象素将是开还是关。
图形数据装置17还将数据提供给显示存储器15，但是上述数据表示“图形”，而不是视频图象。更具体地说，图形数据装置17提供三种图形数据闭路加字幕、屏上显示和用户产生的图形。一般地说，闭路加字幕和屏上显示占用显示帧的预定子空间。用户绘制的图形可以占用子空间或者全帧。用于产生图形数据的图形数据装置17的特殊特征将在下面结合图2至8进行说明。
数据输入接口19与图形数据装置17进行数据通信，具有用于接收上述图形数据的I/O(输入/输出)通道。可以采用任何类型的将图象数据送至处理器的装置，其中包括用于通过电话或电视电缆接收图形数据的调制解调器。图象数据可以是用户产生的，例如通过绘图垫或磁盘驱动器。图象“数据”可以包括象素数据，或者程序设计，通过该程序设计可以产生图象。数据输入接口19分离这些类型的数据。象素数据被送至处理器存储器13，并且随着进入主数据通道。图形编码被送至图形数据装置17。
由图形数据装置17产生的图形数据被送至显示存储器15，并在视频数据已经被处理之后，插入准备好显示的数据流中。特别是对于视频数据，已经执行了所有逐步扫描的处理。根据来自帧存储器15的输出，每个数据位面在适当的象素位置上包含视频数据，以及如果有的话还包含图形数据。在专利序号为 (AttyDkt No为TI-17404)、名称为“用于采用空间光调制器的显示系统的数字存储器”的美国专利中，说明了用于控制在主显示中安排画中画局部显示的帧存储器15，在本说明书中引入上述专利作为参考。类似的各种技术都能够用于定位图形局部显示。
图2更详细地示出了图形数据装置17。如图所示，图形数据装置17是处理器控制的装置。该装置具有特殊的图形处理器22，执行惯用的遥控任务，并将译码的指令数据送至主处理器14，以便执行。图形处理器22还便于象素数据的产生，但是仅处理图形，而不是视频数据。虽然图中示出的主处理器14和图形处理器2是作为两个不同的处理器，但是如果具有本说明书中所述的性能，也能用单一的处理器代替上述两个处理器。
图形处理器22可以是许多市场上可以获得的图形处理器中的任何一种。这些处理器都是可编程的，并且其特性在于便于图形显示。例如图形处理器22包括存储“图元”的只读存储器22a。这些图元是指令组，使得用于例如线和圆等图形属性的象素数据能被迅速地产生。适用的图形处理器22的实例是由得克萨斯仪器公司制造的TMS340系列处理器。
对于闭路字幕显示，闭路幕检测器21检测视频信号中包含闭路字幕信息的部分。在NTSC信号中，该信息在行21上。检测器21将该信号变换成数字形式，并且将其送至图形处理器22，由图形处理器确定哪些字母数字字符要被显示，并且确定它们将位于象帧上的哪个位置。通过从字符存储器24中检索字符的字符发生器23，产生字符。图形处理器22将字符模式与象素数据联系起来，并将该象素数据送至帧存储器15。图形处理器22是与主处理器14同步的，以便采用惯用方式使闭路加字幕显示在显示屏上。
图形处理器22还产生屏上显示，这种显示不一定局限于字母数字字符。例如屏上显示可以包括指示音量级的活动“条”。由来自遥控装置18的红外线信号提供屏上显示的输入信号，并通过I/R(红外线)检测器25检测该输入信号，然后将其变换成数字编码。与用于闭路加字幕的字符一样，也通过字符发生器23利用来自字符存储器24的存储模式，产生用于屏上显示的字符。
图形处理器22的优点在于可以接收来自外部数据源的图形数据，其中包括图形产生指令。可以经遥控装置18通过光学方法接收上述数据，或者可以经输入装置19通过电子学方法接收上述数据。
对于通过光学方法的数据输入，将遥控装置18改进为能够提供标准计算机键盘输入信号，以及接收和控制输入信号。另外还可以提供“指向”输入信号，使得用户通过在显示屏上直接描绘图形来绘制图形。
对于通过电子学方法的数据输入，图形处理器22具有输入/输出通道29，用于接收由上级装入的指令和数据。这些指令可能要求调用字符发生器23和字符存储器24产生字符。这些指令也可能调用存储在只读存储器22a中的图元。
图3和4中每个图都是SLM16的部分平面图，分别示出两种象素布置。在图3中，以栅形模式布置象素31。在图4中，以交错模式布置象素41，其中交替的各象素行每行偏移象素宽度的一半。
虽然，交错型象素布置在整体图象质量方面具有优点，但是当用于显示工业标准的字母数字字符字型时，可能会产生视觉上的变形。例如，如果要采用标准字符字型显示字母“T”，“T”的竖直部分将会变得不平直。
在具有交错象素布置的显示中，通过存储以校正格式改变了的字符，避免产生不平直的竖线。也就是说，构成了所有具有竖线的字符，以便减小视觉上的变形。当显示这些字母数字字符时，其结果是能够更精确地重现该字符。
图5示出了如何存储字母“T”，以避免不平直的边缘效果。为了举例说明，该字母是用具有7乘9象素大小的子阵列中的象素构成的。某些工业标准字型是用于“无比例”的布置，就在对于每个字母具有不变大小的子阵列中构成每个字母。而其他工业标准字型是用于“成比例”的布置，就在可变大小的子阵列中构成这些字母。对于无比例的布置，字符的模式和大小都存储在字符存储器24中。对于成比例的布置，存储其模式，而大小由存储在存储器22a中的运行时间程序设计来确定。本发明用于上述两种布置的校正字型组。
如图5中所示，以工业标准“T”的形式构成“T”的水平部分，其中心对着其象素行的中央象素。但是采用每隔一行附加一个象素构成“T”的竖直部分。在水平部分在奇数行上的情况下，每个奇数行具有中央象素，而每个偶数行具有中央界线。为了构成竖线，使用了奇数行的中央象素，以及偶数行与中央界线相邻的两个象素。如果水平部分是在偶数行上，每个偶数行就具有中央象素，而每个奇数行就具有中央界线。将使用偶数行的中央象素和奇数行与中央界线相邻的两个象素。
图6示出了用于构成字母“H”的类似处理。同样与惯用字型一样构成水平部分。使用交错各行的象素和象素对构成竖直部分。
对于每个具有竖线的字母数字字符，选择最好看的象素模式。对于任何给定的字符，可能有多于一个的模式。例如图7示出了用于字母“H”的另一种模式。然而被校正的字符的共同特征是由交替各行的单象素和象素对构成竖线。交替各行中的一组具有表示该线的单个象素。交替各行中的另外一组具有一对象素，其中心对将单个象素，并在单个象素之上或之下。
如果需要，可以使象素对与单个象素相比，其亮度稍微低一些。这就使象素更平滑，从而使竖线更能够显得比较直。
如图5至7中所示，一般使用具有一个象素宽度的单行象素构成字符。然而本书中说明的构思用于加宽竖线，在这种情况下，每隔一行上就增加一个附加的象素。
再参见图2，图形处理器22被编程，以便对其他图形显示执行类似的竖线校正。当图形处理器22接收到调用的绘制竖线的编码时，就调用已被编程的图元，以便用与上述字符的竖线类似的方式，在每隔一行上附加一个象素绘制该竖线。可以通过各种逻辑电路执行上述的竖线图元，例如通过存储在存储器22a中用于由处理器22执行，或者由编程的逻辑装置执行。当绘制这些线时，就执行校正。
图8是由图形处理器22绘制的校正的竖线实例。如每行的每一个象素所示，各象素朝右方交错。要是用行j至j＋n的第K个象素就会绘制出来校正的线。如图所示，交替各行第K个象素都与其上和其下的第K个象素偏移。为了校正该条会显示出的不平直的线，在行j＋1、j＋3、……j＋n，象素K－1也用于绘制该线。而在行j、j＋2、……j＋n－1上，能够用象素K绘制该线。如同在处理字符的情况一样，在具有附加象素的行上，可以使象素的亮度低一些。
再参见图1，主处理器14能够被编程，以便对视频数据执行竖直边缘校正。对于每个被检测出有竖直边缘的帧，就“在进行中”执行上述校正。
对于竖线校正，主处理器14首先检测何时输入象素数据表示竖直边缘。公知的边缘检测技术能够用于检测这些边缘。
图9示出了图象的一部分，其象素表示来校正的右方竖直边缘。例如图象的该部分可能是城市轮廓线图象中高层建筑的边缘。交错的象素布置导致不平直的边缘。行j至j＋n的第K个象素显示出由象素数据表示的“真实”边缘。利用处理器14检测出该真实边缘，以便确定在某一列(列K)中存在一段相同赋值的象素，其值与相邻列(列K＋i)的象素具有很高的对比度。
如果检测出竖直边缘，主处理器14就确定该边缘是否应该被校正。图10至11示出根据来校正的竖线的宽度，不平直边缘的效果是如何增大的。在图10中线为一个象素宽。该线具有宽度为d的“平直”的部分，宽度为象素宽度的1/2。不平直的部分宽度为e，在平直部分的两侧上，宽度为象素宽度的1/2。因此不平直宽度e与平直宽度d之比为1/2比1/2(1∶1)。通过对该线校正，并在每隔一行上增加下一相邻的象素，该比值变成1/2比1(1∶2)，减少了50％。在图11中线为两个象素宽。不平直(距离e)与平直(距离d)之比为1/2比3/2(1∶3)。通过对该线校正，该比值变为1/2比4/2(1∶4)，减少了8.33％。因此，线越细，不平直边缘的效果越大，从而对校正的需要性就越大。因此主处理器14具有只读存储器14a，其中存储着检测边缘，并确定它们是应该被校正的指令。作为采用数字滤波技术执行边缘检测的实例，根据需要校正的线宽，可以改变带通。用另一种方法，采用编程的逻辑电路也能实现上述功能。
同样在图形数据的情况下，对于校正的线，主处理器14可以被编程，以便变化具有附加象素的行的亮度。对于较宽的线的边缘，作与增加附加的象素相比的另一种方法，通过变化“凸出”的象素的亮度，也能够执行校正。
虽然没有在图1中示出，但是图形数据装置17也能与具有CRT(阴极射线管)显示而不是SLM16的接收机10一起使用。对于这种接收机，数据被变回到模拟形式，并被扫描列CRT，而不是被格式化和送至SLM16。
虽然参照特定的实施例，已经对本发明进行了说明，但是上述说明并不意味被认为是限制意义的。对已经公开的的实施例的各种改进，以及可供选择的其他实施例，对本领域的技术人员来说都是显而易见的。因此可以设想，随本说明书提高的权利要求将覆盖所有落入本发明真正保护范围之内的改进方案。
权利要求
1.图形数据装置，用于具有交错象素布置的空间光调制器的数字电视接收机，其中包括闭路字幕检测器，用于检测电视信号的闭路字幕部分，以及用于将所述信号变换成闭路字幕数据；图形处理器，用于接收所述闭路字幕数据，以及用于确定要产生哪些字符。与所述图形处理器进行数据通信的字符发生器，用于产生表示所述字符的象素数据；以及与所述字符发生器进行数据通信的字符存储器，用于存储表示所述字符的象素模式，其中所述存储器以对于所述交错象素布置的效果能够校正竖线的方式，存储所述字符。
2.如权利要求1中所述的图形数据装置，其特征在于所述图象处理器与存储器进行数据通信，该存储器用于存储对于所述交错象素阵列的效果进行校正的竖线绘制指令。
3.如权利要求2中所述的图形数据装置，其特征在于进一步包括红外线检测器，用于接收来自遥控装置的红外线信号，以及用于将所述信号译码成用于产生图形图象的程序，其中所述图形处理器使用所述竖线绘制指令，执行所述程序。
4.如权利要求2中所述的图形数据装置，其特征在于所述图形处理器具有输入/输出通道，用于通过电子学方法接收来自外部数据源的数据，并且所述只读存储器存储程序设计，以便对所述图象数据译码，并将所述图象数据与所述竖线绘制指令联系起来。
5.使用数字电视接收机的方法，以便在具有交错象素的电视显示上显示竖线，其中包括以下步骤存储字型组，其竖线已经对于所述交错象素布置的竖直效果进行了校正；接收闭路字幕信号；对所述闭路字幕信号译码，以便确定要显示哪些字符；从所述字型组中取出要显示的所述字符；以及以经过校正的格式显示所述字符。
6.如权利要求5中所述的方法，其特征在于通过对所述竖线的隔行增加附加的象素，执行存储所述字型组的所述步骤。
7.如权利要求6中所述的方法，其特征在于通过变化在所述隔行上竖线象素的亮度，进一步执行存储所述字型组的所述步骤。
8.如权利要求5中所述的方法，其特征在于进一步包括以下步骤存储竖线绘制指令，其中包括对于所述交错的象素阵列的效果校正的指令；接收调用所述竖线绘制指令的图形指令；以及以经过校正的格式显示至少一条竖线。
9.如权利要求8中所述的方法，其特征在于通过存储用于对所述竖线的隔行增加附加象素的指令，执行所述存储竖线绘制指令的步骤。
10.如权利要求5中所述的方法，其特征在于进一步包括以下步骤存储用于检测输入视频数据边缘的指令组；存储用于对所述交错的象素阵列的效果校正所述边缘的指令；以及以经过校正的格式，显示至少一条由所述输入视频数据表示的图象的竖线。
11.如权利要求10中所述的方法，其特征在于通过存储用于对所述边缘的隔行增加附加象素的指令，执行所述存储用于校正边缘的指令的步骤。
12.图形数据装置，用于具有交错象素布置的空间光调制器的数字电视接收机，其中包括红外线检测器，用于接收来自遥控装置的红外线信号，以及用于将所述信号译码成用于产生图形图象的程序；输入/输出装置，用于接收用产生图形图象的程序；以及图形处理器，用于执行所述程序，该图形处理器具有用于存储对所述交错象素阵列的效果校正的竖线绘制指令的存储器。
13.如权利要求12中所述的图形数据装置，其特征在于所述竖线绘制指令包括用于增加与所述竖线的隔行象素相邻的附加象素的指令。
14.数字电视接收机，用于显示视频和图形数据，其中包括主处理器，用于处理视频数据；处理器存储器，用于在处理期间存储所述视频数据；具有输入输出装置的图形数据装置，用于接收来自外部数据源的图形程序设计，图形处理器，用于执行所述指令，和存储器，用于存储图元；显示存储器，用于接收来自所述主处理器的已经处理的视频数据和来自所述图形处理器的已经处理的图形数据，以及用于将所述已经处理的视频数据和所述已经处理的图形数据格式化成位面数据；以及空间光调制器，用于接收的所述位面数据，以及用于根据所述视频数据和所述图形数据产生图象。
15.如权利要求14中所述的数字电视接收机，其特征在于所述图形数据装置具有红外线检测器，用于接收来自遥控装置的红外线信号。
16.如权利要求14中所述的数字电视接收机，其特征在于所述空间光调制器具有交错的象素布置。
17.如权利要求16中所述的数字电视接收机，其特征在于进一步包括与所述图形处理器进行数据通信的字符存储器，用于以对于所述交错象素布置的效果校正竖线的格式存储字符字型。
18.如权利要求16中所述的数字电视接收机，其特征在于所述逻辑电路，用于执行对于所述交错象素阵列的效果校正的竖线绘制指令。
19.如权利要求16中所述的数字电视接收机，其特征在于所述主处理器具有逻辑电路，用于执行边缘检测指令和用于对所述交错象素阵列的效果校正边缘的指令。
全文摘要
用于使用空间光调制器(16)的数字电视接收机(10)的图形数据装置(17)。图形数据装置(17)具有从主处理器(14)卸荷图形处理任务的图形处理器(22)，例如闭路加字幕和屏上显示等任务。图形数据装置(17)还具有字符存储器(24)，存储用于闭路字幕和屏上显示字符的字型。只读存储器(22a)存储图元。字符字型和图元可以适于对空间光调制器(16)的交错象素布置进行校正。
文档编号H04N5/445GK1116799SQ9412008
公开日1996年2月14日 申请日期1994年11月2日 优先权日1993年11月2日
发明者罗伯特J·戈夫, 理查德C·迈耶, 约翰R·雷德, 斯科特D·海姆布赫 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司