数码双频大屏幕彩电中的画中画电路

画中画（PIP）电视机就是在同一屏幕上收看大画面（或主画画）的同时，在适当位置上插入显示一个或几个小画面（或子画面）的显示装置，即在电视机屏幕的主画面中，同时能显示出缩小的副画面图像，这就是画中画电视机。近年来随着数字技术及大规模集成电路技术的发展，画中画电视通道以数字电视的程式出现在高档的大屏幕彩色电视机中，并且在彩电市场上占有一定的份额，在价格上也逐步被广大消费者所接受。

具有画中画功能的数码双频彩电除了保留普通彩电的功能外，还增加了如下功能特点：（1）在画面内容的选择上，当不选择副画面时，它具有普通彩电的各项功能；当选择副画面时，荧光屏显示出主副节目内容，副画面信号资源可以任选，可以是另一套电视广播节目，也可以是其它视频图像，图像的主，副内容也可以切换。创维5D01机就是采用了两个频率合成的高频调谐器及中频处理电路，分别处理主画面和子画面的信号（称之为射频画中画）。同时，该机的子画面信号源也可以从AV接口电路输入摄像机、录像机、激光影碟机等视频信号，具有视频画中画的功能。为了实现PIP功能的切换，在实际操作上，用户可以按遥控器上的PIP “ON/OFF”键，一个子画面将插入主画面，再按PIP“CH”键，可以选择子画面的频道，再按PIP “ON/OFF”键则子画面消失。若反复按子画面信号源选择键，子画面的信号源输入方式循环变化：TV→AV1→AV2→TV。若按画中画交换键，主、子画面内容互换，主、子画面的切换是通过切换主、副通道高频调谐器的收看频道来完成。（2）在画面大小的选择上，副画面大小可以选择，画面位置可以移动，常见副画面规格是主画面的1/9、1/2等。副画面位置通常设定在屏幕的左、右侧的上、下角。创维5D01机的子画面可以在主画面上形成，最多9个子画面，因而该机为多画面PIP电视机。在实际操作中，反复按画中画位置键，子画面的位置按右下→左下→左上→右上→右下→……顺序变化。（3）在画面图像形态选择上，图像形态通常是动态电视图像，副画面的图像可以选择静止。在实际操作中，按画中画静像键，子画面的图像即速静止；再按此键，子画面恢复为活动图像。（4）副画面的各种功能和特点，可以通过电视机的操作键或遥控器的按键，操作简单而灵活。

目前画中画大屏幕彩色电视机都属于模拟电视机，因为它接收到的都是电视台发射的经调制的模拟电视信号，在电视接收机中的高放、中放等公共通道及伴音功放和视频放大都采用模拟电视信号的处理方式。而子画面的处理和控制大都采用数字信号处理技术、微处理器和I2C总线控制技术，以完成对子画面的压缩、变换、存储和控制。对于主画面的处理与普通彩电大致相同，这是大家比较熟悉的，而对子画面的信号处理中的主要技术：子画面压缩、存储和插入，很多人感到陌生，本文针对子画面的形成与插入作以简单说明，以便作为对该机画中画实用电路工作原理理解的必备知识。

画中画电视中主要的技术问题有两点：一是选出作为子画面显示的小画面一路的视频信号，在水平和垂直两个方向分别压缩为原来的1/K（称为压缩率）；二是按要求的位置将压缩后的小画面信号插入到大画面的图像中去，一般由画中画处理电路和控制部分共同完成。

1.子画面的压缩与存储

子画面的作用是供用户监视另一个节目，因此重现子画面没有必要显示原始子画面的全部画面，一般图像的主要内容都集中在画面的中间部位，所以通常选取原始子画面中间部位大约占整个原始子画面70％～80％的面积予以重现，并在重显时必须将其压缩，该机采用的压缩比为3，重显子画面的宽度与高度各为选取的原始子画面的宽度与高度的1/3；这样重显画面的面积为选取的原始子画面积的1/9，既不影响主画面的观看，又便于监视子画面。

原始子画面在水平方向接近一行的时间内传输的信息，在插入主画面重显时，必须压缩在电视机的行扫描正程接近1/3的时间内显示出来；原始子画面在垂直方向接近一场的时间内传输的信息，在插入主画面重显时，必须压缩在电视机场扫描正程接近1/3的时间内显示出来，即在时间轴上对子画面进行3∶1的压缩。所以子画面的信号不可能实时显示，重显的子画面不可能是当前瞬间信号源播放的节目，子画面的信息必须存入存储器，在重显子画面时再从存储器读出这些信息。

为了获得小画面信号并记忆在存储器中，首先需要进行取样处理。写入存储器的取样频率较低，为正常图像信号取样频率的1/K。取样后的小画面信号既可直接存储于模拟存储器中，也可以存储于数字存储器中。由于模拟存储器实质上是一个模拟样点的移位寄存器（CCD电荷耦合器件），作为存储器它有着很多难以克服的缺点，如存储量小，寄存量要不断刷新屏幕上不能显示静止小画面图像；读与写不能同时进行等。所以一般都采用数字存储器，它既可以克服上述缺点，又可以获得满意的图像质量，而且还能实现小画面的“冻结”、“动画”等具有特技效果的处理，灵活又方便。该机的子画面存储就是采用数字式存储器，因此对子画面的模拟信号必须经数字化处理，变为数字信号，这一过程称为模/数（A/D）变换（该机采用集成电路SDA9187-2X模/数变换器），经过模/数变换的子画面数字信号存入存储器，再进行压缩处理。

要实现对子画面的压缩，例如压缩比为3，只需要使从存储器中读出子画面信息的速度是写入存储器速度的3倍。如果在水平方向上每隔300ns取样一点，将信号量化变为数字信号存入存储器，然后以100ns一点的速度将数字信号从存储器读出，重显子画面图像在水平方向就压缩为原来的1/3，在垂直方向上则采用每三行取样一行的方法进行压缩，取样的信息量只有原来的1/3，取样量化为数字信号后存入存储器，而再从存储器读出时则逐行读出， 这样重显子画面在垂直方向上也被压缩为1/3。这样压缩后的子画面其水平和垂直分辨力都下降为原始子画面的1/3，但由于PIP处理中采用了垂直滤波器，且子画面尺寸也减小，所以子画面图像的清晰度仍能满足人们的要求。

经压缩处理后，再从存储器中读出子画面的数字信号，经数/模（D/A）变换，重新变成模拟信号，就可以达到压缩画面重显子画面的目的，该机的子画面压缩与存储是在PIP处理器SDA9189X内进行的。

2.小画面的插入

画中画电视机的信号处理通道需设置两套，但扫描和显示系统只能一套，用大画面的行、场扫描和显示系统。为了将压缩后的小画面插入到大画面中去，需确定大小画面的切换信号，并需设置一个视频电子开关适时地接入大小画面的信号。如在某一特定时间内切断大画面信号而接入小画面信号，相当于在大画面某一位置开一个插入窗口，把小画面信号镶嵌在大画面的窗口内，插入的窗口开关信号需与大画面的行、场同步信号有严格的关系，而且插入小画面的窗口脉冲由存储器的读出地址控制电路产生，要改变插入窗口的位置只需由画中画控制器产生的控制信号去改变行延时和场延时两个参数即可。实际上，小窗口常置于大画面的四个角上，若要显示多个小画面时，其插入的窗口开关脉冲较为复杂，但仍需与大画面的行、场同步脉冲严格同步。该机的子画面插入是通过视频开关插入到主画面之中，其视频开关在整机主板上的视频信号处理器TDA4780之中。即主信号送到开关的a位、子画面信号送到开关的b位、开关的控制位受快速消隐信号FBL控制。所谓“消隐”是对主画面而言，在子画面显示位置将主画面消隐以便子画面插入，因此，该快速消隐信号FBL有时也称“子画面选通脉冲”。当FBL为高电位时，控制位与b位接通，此时子画面信号进入视频信号通道，主画面信号通道被切断。当FBL为低电位时，控制位与a位接通，此时主画面进入视频通道，子画面信号通道被切断。因此，视频开关在子画面选通脉冲FBL的控制下，将子画面插入到主画面中的预定位置，而该机的快速消隐信号FBL由PIP处理器SDA9189X产生。

画中画电视机都是在原来普通电视机的基础上再加上子画面信号的处理系统构成的。为了经济地、合理地构成画中画电视机，一般子画面信号处理系统和主画面信号系统的结合都采用单独处理方式，创维5D01机的画中画电路就是集中安置在专门的PIP板上，再通过接插件插在主板上。图1就是典型的画中画电视机的电路组成方框图。

图中，在虚线的外面部分就是画中画电视机的主信号通道的电路结构，而虚线内的电路为子画面的处理电路。图中主画面图像处理电路与通常彩电相同，子画面图像处理电路包括子画面信号解码、A/D变换、数字存储器，矩阵、D/A变换等几部分电路。

由天线接收到的电视信号，先经天线分配器把射频电视信号分配到主画面通道和子画面通道。RF主画面电视信号先经高频调谐器变频选台，输出38MHz的中频信号，送到中放电路放大，然后检波得到复合视频信号，再送到AV/TV切换电路。在主控微处理器的控制下，选择出所需的视频信号送到彩色解码电路，完成彩色解码和视频处理后，得到三基色信号，然后经视频切换开关，末级视放电路，最后将得到的R、G、B三基色信号并加到显像管的阴极，即可在荧光屏显示出主画面的图像。主画面的信号可以是天线来的电视频道信号，也可以是从AV接口输入的复合视频信号。

对于子画面信号的处理是在子画面处理单元电路中，从电视广播来的电视节目经天线→分配器→副调谐器→声表面波滤波器→中放检波处理→AV/TV切换，把子画面视频信号送入PIP电路。

在虚线内的子画面处理电路中，首先对输入的复合视频信号解码，变为亮度信号Y，色差信号（R-Y）、（B-Y），再由模/数（A/D）变换电路变换为数字信号，然后写入数字存储器，以n倍于写入的速度，将数据从存储器读出，这就从时间轴上对信号进行了n∶1的压缩。而后由矩阵电路，将经过压缩的Y、（R-Y）、（B-Y）数字信号变换为R、G、B数字信号，再由D/A变换电路变为子画面三基色模拟信号R、G、B，送到视频开关。主画面的三基色信号R、G、B也送到视频开关，视频开关在快速消隐信号FBL的控制下，将子画面插入主画面显示。

进行A/D变换、D/A变换、存储器读写操作所需的时钟脉冲，各种控制信号及存储器的行、列地址数据分别由主、子画面时钟发生器，写入控制电路，读出控制电路产生。

1.组成

创维5D01机的画中画处理电路，设计在一块画中画（PIP）印制板，其电路组成如图2所示。

图中包括：副路高频头TU102，预中放Q1001，声表面波滤波器K6266，副路中频、视频、彩色、同步（IF/V/C/D）信号处理集成电路TDA8310（IC1006），A/D变换集成电路SDA9187-2X（IC1008），画中画处理集成电路SDA9189X（IC1007）等组成。

2.信号流程

该机PIP板上的子画面信号流程，如图3所示：

图中，天线接收的电视信号经天线分配器，把子画面信号送到副高频调谐器TU102，该调谐器与主路高频调谐器是相同型号的频率合成式调谐器，经调谐器的调谐选台、放大、混频后输出子画面的中频信号（IF），经预中放管Q1001放大后，送到声表面波滤波器K6266①脚，经滤波后从④、⑤脚输出，送到中频/视频/彩色/同步信号处理集成电路IC1006（TDA8310）。因为TDA8310专用于画中画信号处理，所以其内部不含伴音中频电路。图像中频信号经中频放大、检波、视频放大，从输出复合视频信号。复合视频信号还送到AGC电路产生高放AGC（RF、AGC）电压，从输出，送往高频调谐器，外接AGC滤波电容C1022。外接AGC延迟调节电位器VR1001。输出的复合视频信号经SIF（4.5MHz/6.0MHz/6.5MHz）陷波器，在制式切换电路Q1003的切换下陷波、滤除SIF中频信号后，经C1029耦合重新送入TDA8310。当TV/AV切换电路送来的亮度信号Y与彩色信号C分离的S-VIDEO信号，其中Y信号送到、C信号送到。TDA8310内部集成有色度带通滤波器、色度陷波电路以及亮度延迟线。复合视频信号经色度陷波器对色度信号陷波，分离出亮度信号，经亮度延迟线延迟，从输出。复合视频信号经色度带通滤波器取出色度信号，经解码器解码，从3分别输出（R-Y）与（B-Y）色差信号。外接色副载波振荡器4.43MHz晶体（X1002）。外接3.58MHz晶体（X1003），外接色副载波振荡器锁相环的滤波电路C1057、C1058、R1065。TDA8310能够自动识别彩色制式并切换相应解码电路，并自动调谐色度带通滤波器与色度陷波器的中心频率。外接滤波用于电容C1063陷波器中心频率调谐电路的调整。

TDA8310行、场同步信号处理部分由行压控振荡器、同步分离电路、相位检测电路、一致性检测电路等组成锁相环。行压控振荡器完全集成在TDA8310芯片上，外部没有元件。行压控振荡器除由行同步信号同步外，还受TDA8310内部的自动调整电路的控制。该电路将行压缩振荡器与色副载波振荡器的频率进行比较，将行压控振荡器的自由振荡频率调整为典型值的±2％。行压控振荡器产生的2倍行频脉冲经分频与脉冲成形从输出行同步脉冲（HOUT），经Q1015、Q1016放大输入到IC1008（SDA9187-2X）的行同步脉冲输入端。2倍行频脉冲送到场分频电路，在场同步信号控制下，得到场频脉冲。此脉冲信号由输出，经Q1012进入IC1007（SDA9189X）①脚，作为子画面场同步脉冲的输入。

从IC1006输出的模拟Y、（B-Y）、（R-Y）信号，分别经Q1017、C1098、C1103注入到A/D变换电路IC1008（SDA9187-2X）。SDA9187-2X的作用是将TDA8310输出的模拟信号变成数字信号，再送到PIP处理器SDA9189X。进入SDA9187的Y、（B-Y）、（R-Y）信号，经钳位送到A/D变换器，在取样频率为13.5MHz、分解力为6bit的变换条件下，变换成数字的Y信号，通过延时电路，从IC1008②～⑦脚输出；变换成数字的4bit的（B-Y）（R-Y）色差信号，从IC1008⑧～输出。

由IC1008输入的行频同步脉冲送到块内的相位比较器。压控振荡器输出的振荡信号送到行定时器，经行定时器864分频，也送到相位比较器。两者在相位比较器比较相位后输出误差电压去控制压控振荡器，使压控振荡器的频率准确地等于864倍行频，即864×15625=13.5MHz，IC1008外接C1101、R1115、C1102是相位比较器的滤波电路。

从IC1008②～⑦脚输出6bitY数字信号直接输入IC1007 PIP信号处理电路的，从IC1008⑧～输出的4bit（B-Y）、（R-Y）数字信号直接输入IC1007。在IC1007内经输入信号处理电路→PIP场存储器→输出信号处理与屏幕显示电路→D/A变换从IC1007⑧、⑨、⑩脚分别输出模拟的R、G、B三基色信号。然后分别经R1100、C1065；R1101、C1066；R1102，C1067 等RC网络注入到IC1006脚。同时由IC1007输出的三基色快速切换信号，也经R1074变成电压值注入到IC1006。

这里需要说明一下，在PIP信号处理电路中，子画面的行、场同步脉冲必须送到存储器的写入控制电路，而主画面的行、场同步脉冲则必须送到读出控制电路，即子画面的行同步脉冲从IC1006→IC1008→IC1007；子画面的场同步脉冲从IC1006→IC1007①脚。主画面的行、场同步脉冲从整机扫描电路产生，经接插件转接加至IC1007。主、子画面行、场同步脉冲分别输入PIP电路的存储器进行写、读操作是因为画中画电视机子画面信号的制式可以与主画面不同，例如子画面为VCD碟机输入的NTSC制信号，而主画面信号为电视台播送的PAL制信号。当然，子画面信号制式也可以与主画面相同，当主、子画面信号制式不同时，它们的扫描周期可能不同，即使主、子画面信号制式相同，它们有相同的扫描周期，而两者的相位却是随机的。因此，子画面信息“写入”存储器与从存储器“读出”的操作，必须由不同的同步脉冲来管理。子画面信息写入存储器的过程，自然应和子画面的行场同步脉冲联系起来，由子画面的行、场同步脉冲来控制。而子画面的显示是插入主画面开出的窗口之中，整个屏幕无论是主画面还是插入主画面的子画面部分，其扫描都是由主画面的行场同步脉冲来控制的。因此要使子画面在屏幕上显示稳定的不滚动的图像，将子画面信息从存储器读出的过程，必须与主画面的行场同步脉冲联系起来，使其与电视机的扫描同步。

经过PIP信号处理后的子画面模拟三基色信号R、G、B和快速消隐信号FBL，从IC1007输出后进入IC1006（TDA8310）的⑩、，在块内经钳位处理后从⑧、⑦、⑥、⑤脚输出，分别经R1079、R1123；R1078、R1122；R1077、R1121；R1076、R1120分压后，经接插件转接到主板上的视频处理电路IC206（TDA4780）内的视频开关，在子画面显示期间对主画面消隐，并同时将子画面信号接到TDA4780内的信号通道。

另外，在画中画电路中，PIP信号的处理过程是在主控微处理器控制下通过I2C总线（SCL、SDA）进入IC1007和高频调谐器①、②脚的时钟、数据接口来实现。

该机的画中画电路所用的集成电路是飞利浦公司的新型电路，由于这些IC的资料修理人员一般难以找到，为了方便检修人员，本文给出了用于PIP的中频、视频、彩色、同步信号处理集成电路TDA8310、A/D变换集成电路SDA9187-2X、PIP处理集成电路SDA9189X等各引出脚的功能，见表1～表3。

（王锡胜）