专利名称：具有主图像和画中画信号处理器的电视机的信号交换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电视接收机领域，并且特别涉及对NTSC(常规)信号和HDTV(宽屏高清晰度数字)信号二者进行调谐的电视接收机。
拟议在美国使用的HDTV(数字高清晰度宽屏电视)系统与目前使用的常规NTSC广播标准完全不兼容。二者之间的主要区别是HDTV系统是数字式的，而NTSC系统是模拟式的；HDTV系统采用16∶9的宽高比，而NTSC系统采用4∶3的宽高比；HDTV系统将有1125条电视扫描线，而NTSC系统只有525条。因此，如果广播业立即采用数字式的HDTV系统而放弃NTSC系统，那么在近几年中购买的NTSC电视接收机尽管仍然能够很好地服务，却也只能成为过时品而被废弃。为了避免这种结果，目前人们预计从常规的模拟式NTSC标准广播向数字式HDTV电视广播的过渡会在一个时期内完成，这个时期可能会持续大约十五年，以便得旧的NTSC电视接收机能够正常损耗掉。在这一时期电视台将在FCC(联邦通信委员会)分配给其使用的两个电视频道上“同时广播”。其中的每个频道将包括6MHz的带宽，并且不必是邻接的。这两个频道中的一个是目前指定的模拟NTSC频道，而另一个则指定来传送HDTV节目。
不要指望所有电视台会在同一天开始发送HDTV信号。相反，在某些地区的电视台很有可能会在几个星期、几个月或甚至几年之后才开始HDTV传输，这要取决于他们各自的经济状态是否允许。可以预计在过渡时期生产的电视接收机将同时包括一个HDTV调谐器和信号处理部分以及一个NTSC调谐器和信号处理部分。这样，电视接收机就可以接收和播出两个制式的信号。
如上所述，在某一地区的每个电视台将被指派两个频道。很有可能这些频道是不相邻的，甚至不可能有遍及国内的配对频道模式，其原因是现实存在的频谱拥塞。也就是说，在NTSC频道号和HDTV频道号之间没有固定的关系。
然而，尽管信号是以两个相异的频率运载，并且它们实际上是不兼容的，但观众可能会将它们看作是一个电视频道，因为在这两个频道上播放的电视节目是完全一样的。也就是说，具有NTSC格式的某个电视节目可能在NTSC频道上播出，而在同一时间其相应的HDTV格式的版本则在同一电视台的与前者配对的HDTV频道上播出。对于非专业性的观众来说，由于不能完全理解系统的区别，会很自然地希望调到他所需要的电视节目，而其简单程序与过去并无两样。
为了免除观众需要记忆NTSC频道4(举例说明)与HDTV频道41(举例说明)是配对的这样一种麻烦，将提供一种调谐设置过程，这样观众就可以指定在他所在地区的配对频道。
PIP(即画中画)电路在现代电视接收机中是一种公知的技术。在画中画系统中，电视接收机显示一个主图像和一个小的副图像。PIP电视接收机的一个共同特征是“频道交换”。频道交换特征能使观众改变屏幕上两个画面的位置。该特征是由基带信号切换电路实现的，该电路将先前的副图像信号切换到主图像处理电路，而将先前的主图像切换到副图像处理电路。
索尼KW-3600HD电视接收机是包括PIP电路的双制式(即高清晰度TV/NTSC)电视接收机，是由索尼公司于1990年在日本生产并上市的。KW-3600HD包括接收并显示NTSC信号和高清晰度模拟信号(即MUSE制式)的电路。KW-3600HD电视接收机能够以多种方式显示一个主画面和一个小画面，包括一个16∶9HDTV主画面和一个NTSC小画面，以及一个NTSC主画面和一个16∶9 HDTV小画面。注意到在日本仅有两个MUSE频道，因此，它们没有与相应的NTSC频道“配对”。
根据上面所述，可以预计到在今后几年中为在美国使用而制造的电视接收机将同时包括NTSC调谐器和HDTV调谐器。合理的设想是具有PIP功能的双制式(即HDTV/NTSC)电视接收机。为了将其造价降低到实际的数额，会对PIP电路进行限制，使其只处理两个制式中的其中一个(即或者是NTSC信号，或者是HDTV信号)。在日本销售的KW-3600HD)电视接收机的价格是常规的电视机的20至30倍，显然定价过高，以致于没有销路。然而，如果指定PIP电路仅仅处理两种制式中的其中一种(即或者是NTSC信号，或者是HDTV信号)，那么为PIP处理电路选择HDTV制式或NTSC制式的行为会造成PIP装配与两个调谐器中的一个不兼容。在这种情况下，立即会出现这样的问题，即当PIP信号源和主图像源在两个不同并且不相兼容的系统上，并且当PIP处理电路被限于仅处理其中的一个制式时，如何执行频道交换。
本发明的目的是提供一种具有PIP功能的电视接收机系统，包括第一和第二调谐器以及以NTSC格式接收和处理电视信号的信号处理装置，第三调谐器和以HDTV格式接收和处理电视信号的信号处理装置。该电视接收机包括一个控制器，它根据用户的输入来控制PIP功能。根据输入的频道交换命令，控制器在一个表中检索指示NTSC频道和HDTV频道的配对数据。如果主频道图像来自HDTV源，那么其相关的NTSC频道就由PIP NTSC调谐器来调谐。如果副图像来自一个具有配对的HDTV频道的NTSC频道，那么就控制HDTV调谐器来选择该HDTV频道。如果副图像没有相关的HDTV频道，那么就控制第二(即主)NTSC调谐器来选择先前由第一(即PIP)NTSC调谐器调谐的NTSC频道。
在本发明的另一个实施例中，与配对的NTSC和HDTV频道相关的数据经由扩展数据服务(EDS)信号来传送(该EDS信号由广播电台在场消隐期间发射)，并且自动装入接收机中适当的RAM区域。
图1示出了适用于本发明的电视接收机的简化方框图；图2a和2b示出了根据本发明的电视接收机的显示屏；图3的流程图示出了用于图1的控制器的相关的控制程序部分；图4示出了图1控制器的存储器电路部分的简化方框图；图5a和5b示出了16∶9的显示屏，其上示出了输入频道配对信息的表列；图6示出了适用于本发明另一实施例的电视接收机的简化方框图。
图1以方框图的形式示出了接收和处理以HDTV格式和诸如NTSC的常规格式发射的电视信号的双制式电视的电路。这种接收机装有宽屏显像管，用于以16∶9的宽高比显示HDTV电视图像。图1的接收机也包括一个能够仅以常规的4∶3宽高比显示信号的PIP处理器。这种装置的优点在于，当HDTV信号被选作主图像时，它可以使用NTSC调谐器。使用NTSC调谐器来实现PIP功能还具有经济的优点，因为HDTV调谐器要比NTSC调谐器贵得多。在这种接收机中产生的图像被示于图2a和2b。在某种意义上，图2a和2b也示出了要解决的问题。例如，当发出频道交换命令时，如果图2a的屏幕图像正被显示出来，那么需要的结果就是图2b中所示的那样。注意到图2a的主图像200a与图2b的PIP图像205b是不同的，并且图2b的主图像200b也不同于图2a的PIP图像205a。在这两种情况下，主图像都是16∶9宽屏HDTV图像，而PIP图像是常规的4∶3(即NTSC、PAL或SECAM)图像。在这种系统中，简单的信号交换要想不造成图像信息损失或几何失真是不可能的。
在本发明的装置中，频道交换命令导致HDTV调谐器对发射显示在PIP副图像区域中的图像的频道的配对频道进行调谐，并导致NTSC PIP调谐器对发射显示在屏幕主图像区域的图像的频道的配对频道进行调谐。
在前面所作描述的基础上，下面将对图1中执行本发明的装置进行描述。将RF信号加到信号分离器110的输入端。来自信号分离器110的第一输出端的RF信号被加到RF信号开关SW1的滑动片。在控制器180的控制下，RF信号开关SW1有选择地将RF信号连接到HDTV主调谐器122或NTSC主调谐器124。分离器110还提供RF信号到NTSC副调谐器126。上面所述的所有三个调谐器也由控制器180控制。控制器180包括一个RAM(随机存取存储器)182、CPU(中央处理单元)184和一个ROM(只读存储器)186。控制器180可以是一台微机、一个微处理器、或者是一个专用的集成电路控制器。RAM182和ROM186既可以设在控制器180的内部，也可在其外部。控制器180也控制电视接收机中与本发明主题没有特别关系的其它部件，如电源单元190、偏转单元192和会聚组件194。
HDTV主调谐器122可以是1993年8月10日授权的美国专利US5,235,424(申请人是Wagner等人)中公开的类型。HDTV主调谐器122、4∶3(即NTSC)主调谐器124和4∶3(NTSC)副调谐器126将其各自收到的RF信号转换为一个中频(IF)信号，并且将该IF信号加到各自的IF放大器132、134或136。HDTV IF单元132对提供给它的信号予以放大，并将放大的IF信号加到A/D(模-数)转换器160。A/D单元160将IF信号从模拟范畴转换到数字范畴，并将得到的数字信号加到音频/视频解调器单元162。本领域的技术人员知道，音频/视频解调器单元162包括这样一些公知的子单元，如均衡器和传输单元，由于这些子单元与本发明主题并不密切相关，因此在图中没有示出，也没作详细的描述。音频/视频解调器单元162将视频和音频信号分开，将视频信号提供给视频开关SW4的第一输入端，将音频信号提供给音频放大器单元164的一个输入端，单元164解调立体声音频信号，将信号放大并加到一对扬声器166上。
4∶3主图像IF单元134和4∶3副图像IF单元被交叉连接到I/O开关装置138的相应极，该开关装置138包括视频开关SW2和SW3，它们在控制器180的控制下彼此独立地操作。开关SW2的滑动片(即可移动触点)被连接到副图像解调器143的输入端，后者将IF信号转换为基带4∶3视频信号，并将其加A/D转换器单元145进行数字变换。得到的数字信号被提供给PIP单元147，在控制器180的控制下进行取样和存储。PIP单元147的输出被加到宽屏处理器(WSP)单元144的一个输入端。
开关SW3的滑动片(即可移动触点)被连接到主图像解调器140的输入端，主图像解调器140将IF信号转换为基带NTSC视频信号，并将其加到A/D转换器单元142进行数字变换。得到的数字信号被提供给宽屏处理器(WSP)单元144的其它输入端。宽屏处理器(WSP)单元144将接收的4∶3 NTSC信号转换为16∶9格式，或产生一个包括一个4∶3主画面和一个POP(画外画)的组合图像，其中POP图像由PIP单元147提供。宽屏处理器(WSP)单元144的输出被加到扫描变换器单元146转换为HDTV扫描速率。
扫描变换器单元146的输出被加到视频开关SW4的一个输入端。开关SW4在控制器180的控制下操作，在其输入端选择两个信号中的其中一个加到视频控制单元150进行放大。视频控制单元150将放大的信号加到显示设备170的输入端。当然，显示设备170可以是显像管、一组投射管或者是一个LCD(液晶显示)装置。
音频单元164在控制器180的控制下操作，它包括音频选择电路，用于选择伴随主图像的适当的音频信号。音频单元164有一个第二输入端，用于接收与主NTSC信号相关的音频信号，以及一个第三输入端，用于接收与副NTSC信号相关的音频信号。
电源单元190既包括备用电源，也包括工作电源。偏转单元192提供水平(H)和垂直(V)偏转信号，会聚单元194控制显示器170上R、G和B彩色信号的适当配准。
下面参考图2a和2b、图3的流程图和图4的存储器结构来描述本发明的“频道交换”特征的操作。在图2a中，接收到一个游艇竞赛的16∶9HDTV图像，并且显示为主图像200a，而一个跑步的4∶3 NTSC图像被接收并显示为副图像205a。要解决的问题是，如果这两个图像具有完全不同的格式，那么如何将其进行交换来产生图2b的显示呢？“交换”是采用控制器180的部分控制程序来实现的，如图3所示。当收到来自一个遥控单元(没有示出)的命令时，即进入步骤300。在步骤310，对命令进行判断，来确定是否是交换命令。如果不是，那么在步骤380退出子例程。如果是交换命令，那么在步骤320检查画中画电路是否有效。如果不是，那么在步骤380退出子例程。如果是，那么控制器180在步骤330确定主图像是否来自HDTV源。如果是(如图2a所示)，那么对存储器进行搜索来找到其配对的频道。
参看图4，所示的存储器阵列400包括四部分410-441。区段410在存储单元411-416存储由用户直接或经由自动编程方式输入的NTSC频道号。区段420在存储单元421-426存储用户输入的HDTV频道号。频道号可以这样来存储，例如，存储单元421中的HDTV频道号与存储在存储单元411中的NTSC频道号相配对或相对应。注意到存储单元426包括代码00，即一个不存在的频道号，指示NTSC频道22这时没有配对的HDTV频道。存储器单元430保持当前调谐的主画面的频道号，而存储器单元440保持当前调谐的副图像的频道号。上面描述的存储器阵列仅是可以用于联系NTSC频道和HDTV频道的许多编程技术中的一种，其它可以是树结构的各种变形，或者就是指向可以找到数据的特定区域的指针。本发明不打算局限于所采用的数据结构类型。
在本实例中，从频道41接收主(即HDTV)图像，从频道13中接收副(即NTSC)图像。在图3的步骤340，控制器180检查存储单元430，发现HDTV频道41存储在单元421中，并且确定频道4(存储在存储单元411中)是它的配对NTSC频道。然后，频道4被暂时写入主图像频道存储单元430。在步骤350，判断副NTSC图像是否有配对的HDTV频道。也就是说，控制器180检查存储单元440并且发现NTSC频道13被存储在存储单元414，并且检查存储单元424，来确定频道47是配对的频道。在步骤360，频道47被暂时写入副图像频道存储器440。在步骤370，存储单元430和440中的值被切换，调谐器122和126被相应地调谐。这一过程所产生的结果被示于图2b，对观众来说，这看起来是简单的图像交换，而事实上是两个调谐器的各自重调。当没有配对的HDTV频道时，开关SW1将被切换来将信号加到NTSC主调谐器124，主NTSC调谐器124被启动，从而调到先前显示在副图像中的频道。
图5a和5b示出了输入相关于NTSC频道及其配对的HDTV频道的数据的表列。图5a的显示屏500a示出了一个NTSC频道表510a和一个HDTV频道表520a。NTSC频道表500a包括可能已经由自动编程功能自动输入的频道数据。HDTV频道表没有有用的频道信息，在每个存储单元中只包括代码00。光标530a和屏幕底部的文本信息相结合，指示用户要为他所在收视地区的HDTV频道输入相应于NTSC频道4的HDTV频道号。因此，图5a示出了当用户开始初始设置过程时表列的样子，而图5b示出了当用户完配对相应的HDTV频道输入数据时表列的样子。注意相应于NTSC频道22的HDTV表列位置仍然包括代码00，表明在这个例子中频道22没有相应的HDTV“配对”频道。图5b中标有与图5a相同标号的部件具有相同的作用，因此不再重复描述。
另一方面，“配对频道”数据可以经由扩展数据服务(EDS)信号(正在某些电视节目的垂直消隐期间发射)来发送，并且可以自动装入存储器。用于完成该任务的设备示于图6。图6中标有与图1相同标号的部件具有相同的作用，因此不作重复描述。参考图6，数据限幅单元685从解调器640收到包括闭路字幕(closecl caption)或EDS数据的复合视频信号。数据限幅器685将EDS数据从视频信号中分离出来，并经由一个布线阵列(总体上指定为687)提供给控制器680和一个闭路字幕OSD处理器单元681。闭路字幕OSD处理器单元681的输出信号经由A/D转换器单元646提供给宽屏处理器(WSP)单元644，以便在接收机的显示屏上显示。与配对的HDTV和NTSC频道相关的EDS数据由控制器680来识别，并且装入RAM440的适当表中。这样用户就省去了在设置过程中输入相应的HDTV频道号的任务。这里使用的“控制器”的概念包括了微处理器、微机、专用的控制集成电路等等。
虽然在本说明书的例子中明确提及了NTSC格式的信号，但本发明也同样适用于PAL或SECAM制式的电视信号，这里所用的“常规的电视信号”包括当前用来产生4∶3宽高比图像的所有电视信号制式。
虽然在公开的实施例中明确提及了16∶9的主图像和4∶3副图像，但本领域的技术人员知道，如果主图像是4∶3，而副图像是16∶9会出现同样的问题，本发明的权利要求书的保护范围将包括这样一种情况。
虽然在所述实施例中公开了PIP图像，本领域的技术人员知道POP或并排的限幅图像显示也同样是可能的，并且这种显示也在本发明的保护范畴之列。
权利要求
1.一种电视系统，包括一个常规的调谐器(126)和信号处理装置(136，143，145)，用于以常规制式接收和处理电视信号，并且有一个输出端，在该输出端产生所述常规制式的所述电视信号，所述常规的调谐器(126)响应第一控制信号；一个HDTV调谐器(122)和信号处理装置(132，160，162)，用于以HDTV制式接收和处理电视信号，并且有一个输出端，在该输出端产生所述HDTV制式的所述电视信号，所述HDTV调谐器(122)响应第二控制信号；用户可操作的数据输入电路，用于接收用户输入的数据或命令；一个控制器(180)，响应所述用户输入的数据或命令来产生所述第一和第二控制信号；连接到所述控制器(180)的存储器电路(182)，用于存储指示以所述HDTV制式播放的第一电视频道和以常规制式播放的第一电视频道配成的对，以及以所述HDTV制式播放的第二电视频道和以所述常规制式播放的第二电视频道配成的对；一个画中画处理器(147)，具有与所述常规调谐器(126)的所述输出端相连的一个输入端，以及产生画中画视频信号的一个输出端；另一个视频处理器(144)，用于以所述HDTV制式接收所述电视信号，以及用于接收所述画中画视频信号并产生一个组合信号，当该组合信号在屏幕(170)上显示时，会以HDTV制式显示一个主图像(200)，以所述常规制式显示一个副图像(205)；当所述第一HDTV频道由所述HDTV调谐器(122)调谐来提供所述主图像，和以所述常规制式频道播放的所述第二常规电视频道被所述常规调谐器(126)调谐来提供所述副图像(205)时，所述控制器(180)响应经由所述用户可操作的数据输入电路输入的频道交换命令，对所述第二HDTV频道调谐来提供所述主图像(200)，以及对所述第一常规频道调谐来提供所述副图像(205)。
2.根据权利要求1所述的电视系统，其中所述常规调谐器(126)是一个NTSC调谐器。
3.根据权利要求1所述的电视系统，其中所述常规调谐器(126)是一个PAL调谐器。
4.根据权利要求1所述的电视系统，其中所述常规调谐器(126)是一个SECAM调谐器。
5.根据权利要求1所述的电视系统，进一步包括与所述控制器相连的电路，用于接收和处理在所述常规电视信号的同步期间发射的辅助数据，所述辅助数据指示相关HDTV频道的可用性；所述控制器响应指示与所述第二常规频道相关的HDTV频道的可用性的所述辅助数据，搜索所述存储器电路，并检索所述第二HDTV电视频道的频道号，从而对所述第二HDTV电视频道调谐来提供所述主图像，对所述第一常规电视频道调谐来提供所述副图像；所述控制器响应经由所述用户可操作的数据输入电路输入的频道交换命令，以及响应指示与所述第二常规电视频道相关的HDTV频道的不可用性的所述辅助数据，导致对所述第二常规电视频道调谐来提供所述主图像，以及导致对所述第一常规电视频道调谐而提供所述副图像。
6.根据权利要求5所述的电视系统，其中所述常规调谐器(126)是NTSC调谐器。
7.根据权利要求5所述的电视系统，其中所述常规调谐器(126)是PAL调谐器。
8.根据权利要求5所述的电视系统，其中所述常规调谐器(126)是SECAM调谐器。
全文摘要
具有PIP功能的一个电视接收机系统，包括两个NTSC调谐器(124，126)及其信号处理机构(134，143，145，136，140，142)和一个HDTV调谐器(122)及其信号处理机构(132，160，162)。为了实现频道交换功能，控制器(180)搜索表列(400)中指示NTSC频道与HDTV频道配对的数据，与主频道HDTV源相关的NTSC频道由PIP NTSC调谐器(126)调谐，与PIP NTSC源相关的HDTV频道由HDTV调谐器(122)调谐。如果副图像(205)没有配对的HDTV频道(420)，那么对第二NTSC调谐器(124)进行控制，以选择先前由PIP NTSC调谐器(126)调谐的频道。
文档编号H04N5/50GK1150509SQ95193560
公开日1997年5月21日 申请日期1995年5月30日 优先权日1994年6月28日
发明者戴维·J·达菲尔德, 罗伯特·D·阿尔特曼肖弗 申请人:汤姆森消费电子有限公司