画中画(Picture in Picture)是指在电视主画面上,插进一个缩小了的副(子)画面,即在同一电视屏幕上同时显示一大一小两个画面的一种装置。
随着超大规模集成电路的发展,这种特殊的高难度视频处理方式变得简单而易制,特别是PIP模块的出现,使得用户不需要专门的调试设备和技术,即可以使自己的彩电或其它视频设备增加高清晰、高度逼真的画中画功能。传统的画中画系统需要大容量的存储器和快速的A一D、D一A变换器,元器件数量多而复杂,技术难点多。本文提供的IC配套件,将适合该系统使用的存储器及A—D、D—A变换器加以集成化,用一块大规模集成电路快速地对复杂的存储器进行控制。
工作原理
M6260画中画模块是一种先进的帧显示和防“超越”的画中画系统。视频信号是一种由亮度信号(Y信号、辉度、亮度)、色度信号(C信号、色调、色饱和度、色浓度)和同步信号(HD、VD)信号、图像输出的时基)组成的复合信号方式。在视频信号记录于存储器中时,可区分成两种不同方式。一种是复合方式,即将复合信号直接进行A-D变换后记录到存储器内;另一种是分量(色差)方式,即对复合信号进行Y/C分离,然后,将色度信号解调为色差信号(R—Y、B一Y信号),再把两种色差信号与亮度信号分别进行A一D变换,并记录到存储器中。图1为画中画模块的方框图,输入到于画面的视频基带信号,经过亮色分离和色度解调后,成为Y、(R一Y)、(B-Y)模拟的分量信号,先由模/数转换电路转换成数字的亮度Y和色差(R一Y)、(B一Y)信号,经过数字抽选、图像压缩等处理后,由数/模转换电路将其恢复成模拟信号进行编码,最后与主画面的视频信号进行插入混合,形成含主、子画面图像信息的视频基带信号输出,整个工作过程是由一中央控制器来控制完成的。主、子画面信号分别经同步分离后送入控制器,进行读/写计时、奇数/偶数场判定、钳位脉冲及子画面的控制。另外,PIP的各个控制功能也都是由控制器来完成的。

复合方式是将视频合成信号以带有同步信号和彩色同步信号进行处理的方式,在这种方式下,当画面尺寸随时间轴变换而扩大或缩小时,彩色副载波的相位很难保持其连续性,难于实现画面的扩大或缩小。
与前者相反,分量方式是把复合信号分离成Y信号和R-Y、B-Y信号,分别进行A—D变换。所以,与复合方式相比,需要较多的存储容量。色信号的色调虽取决于色同步信号(3.58MHz)的对应相位,但如果解调成色差信号,则可用两个信号的电平值来表示相位信息大小。因此,随着时间轴的变换,画面尺寸能很方便地进行扩大或缩小。
下面对体现本系统特点的使用四场存储的帧显示以及防“超越”功能加以说明。
(1)帧显示
过去的系统因受存储器价格的制约,几乎都采用一个场存储器来实现画中画,然而,近期随着电视机趋向大型化和高清晰度的变化,采用过去一场显示的方法,逐步暴露出其清晰度不高的缺陷。
本系统采用大容量的场存储器,按每个奇数场和偶数场来存储副画面。这样,与主画面的奇数场和偶数场同步,进行隔行扫描显示,因此,它是一种帧显示,与以前的场显示相比,垂直清晰度得到了显著提高。
帧显示时需要注意的问题是准确进行场的判定。场判定是把水平同步信号、垂直同步信号、复合同步信号输入到控制器内进行处理。但是,在噪声干扰或录像机进行特殊放像情况下,判定视场有时就很困难。本系统在不能进行主画面或副画面某一种视场判定的场合下,控制器就自动地从帧显示切换成场显示。在场显示时只读写奇数场1的存储,而其他的存储数据并不更新。然而,如果场的判定不彻底,则会造成显示混乱,特别是录像机进行特殊放像时,有时会因同步信号不稳定而造成自动切换电路工作不正常。所以,在这种情况下,有时需要从外部干预控制器,强制进行场的显示。当切换成场的显示时,会出现垂直清晰度的恶化,以及因“超越”而产生画面的接缝现象。
(2)防超越电路
本系统以3倍的写入速度从存储器中读取,将画面缩小1/3。当向存储器写入过程中读取数据时,则由于写入后的数据与前一场的数据都读出作为显示数据,因此在副画面的中途产生接缝现象,这种现象即称之为“超越”。
一场存储的画中画系统不可能防止这种超越现象,所以,本系统将存储划分为2帧。对于四场存储控制写入与读出,按写入顺序进行读出。此时,控制顺序控制电路,以利用超越使同一帧的写入与读出保持不一致。例如,当用超越与同一帧保持一致时,在写入顺序控制电路作用下,转换成无其他显示的视场,从而防止了超越造成的接缝现象。
画中画模块的功能
a.主/子画面切换。b.子画面的显示位置可任意选择在主画面的四个角上。c.选择子画面活动/静止。d.四个子画面同时显示(四个都静止或三个静止,一个活动)。e.子画面有/无。
主要特点
a.与主机心连接简单(两路视频输入,一路复合视频输出)。b.全电子开关设计,易于控制。C.体积小、稳定性好。d.抗干扰能力强。 e.单一+5V电源供电且功耗小(5V,300mA)。
主要电气指标
电源电压范围:4.5V~5.5V
额定电源电压:5V
额定消耗功率:1.5W
视频I/O电平:1Vp-p
视频I/O阻抗:75Ω
控制信号电平:高电平:Vcc×0.7min
低电平:Vcc×0.3max
子画面的尺寸:长宽各为主画面的1/3
实际应用
下面给出该模块实际应用的三个方案,分别见图2、3及4,方案一是机内型方式,具有成本低,功能全的两大优点,不过需打开电视机改装,用另一个专门的遥控器控制画中画的各个功能,稍麻烦些;方案二主要应用于具有两路或两路以上的视频信号需合成的场合,例如宾馆的闭路电视网,电视台专业使用,如配合多路视频切换器使用,则可以对多路视频信号进行巡回监视;方案三则是一个完整的独立的画中画处理系统,分单高频头和双高频头两种方式,且都具备一路(或多路)外接视频输入端口,以方便与录像机(VCR)及影碟机(LD)接口,当然要考虑制式的一致性。



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