专利名称：利用传统设备的宽屏幕电视接收和录制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的设备可把代表具有宽高比例如为5∶3的电视图象信号转变为传统录象设备可录制的信号，并且此信号可在传统4∶3宽高比接收机上显示或在宽屏幕电视接收机上显示。
最近，注意力大量地集中在那些提供例如2∶1，16∶9或5∶3图象宽高比的电视系统上(图象宽高比是指图象宽度与高度的比值)，这些图象宽高比大于遵从传统标准，例如NTSC电视系统的4∶3图象宽高比。宽高比大的图象比传统的4∶3宽高比图象更符合人的视觉感受，所以今天电影胶片提供的图象宽高比为5∶3或更大一些。
这就需要有一个新的传输系统，它可以产生宽屏幕电视图象信号，并且与现有传输标准及现有传统电视接收机兼容。这意味着宽屏幕电视信号应该能够通过传统传输系统的一个标准信号通道传输，并且接收的宽屏幕信号应该能够利用传统接收机处理，以产生传统宽高比(4∶3)的图象而不会有明显的失真。
在序号为078150、题目是“兼容宽屏幕电视系统”、1987年7月27日提交，申请人为C.H.Strolle、T.RSmith、B.JRoeder和M.A.Isnard的美国专利申请书中，描述了一个这样的兼容宽屏幕电视传输系统。这个系统用能够扫描一幅图象的宽屏幕摄象机，以便产生相应于具有宽高比大于传统电视信号4∶3宽高比(例如5∶3的宽高比)图象的宽屏幕电视信号。宽屏幕电视信号具有包含图象信息的一个水平行的正程行周期，这与传统宽高比电视信号的正程行周期一样(例如，对NTSC制，约为52.5μs)。
如果宽屏幕电视信号所表示的图象直接重现在传统电视接收机上，则图象看起来在水平方向被压缩了。物体看起来比正常的瘦。而且，要使重现图象具有与传统电视一样的水平分辨率，则宽屏幕信号要有更大的带宽，所以，如果宽屏幕信号通过传统电视通道传输，则水平分辨率要有损失。
为解决这些问题，在Strolle等人专利申请书中所描述的宽宽幕电视系统采用了一个编码器，此编码器把宽屏幕电视信号转变成一种编码电视信号，它包含真实地重现宽屏幕图象足够的信息，并且与传统的NTSC传输系统兼容。如Strolle等人的申请书中所述，宽屏幕电视接收机接收、处理这种已编码信号时，能产生宽屏幕图象。当传统电视接收机处理此已编码信号时，可产生具有传统宽高比的图象，并且不产生明显图象质量下降或人工产物。
从原理上讲，编码器对于宽屏幕电视信号中对应于图象的4∶3中心部分(中心视频信息组)进行时间扩展，对于宽屏幕电视信号中紧挨着中心视频信息组部分的左侧和右侧部分(两侧视频信息组)进行时间压缩。这些已压缩的两侧视频信息组信号占据传统电视图象的过扫描区域。所以在传统电视接收机上看不到。已时间扩展的中心视频信息组信号的带宽与NTSC标准兼容。但已压缩的两侧视频信息组信号与NTSC标准不兼容。为了容纳两侧视频信息组信号已增大的带宽，编码器把两侧视频信息组信号分成低频分量和高频分量。对于低频分量进行压缩并且与已扩展的中心视频信息组信号组合在一起形成已编码信号的第一分量。对于两侧视频信息组信号的高频分量进行时间扩展，形成已编码信号的第二分量。
在序号为139340、题目是“扩展清晰度宽屏幕电视信号处理系统”、1987年12月27日提交给美国专利及商标局、申请人为M.A.Isnardi的美国专利申请书中，描述了一个改进的“反向兼容”宽屏幕电视系统，这个系统也提供具有比传统图象更多水平及垂直图象细节的增强或扩展清晰度图象。
在Isnardi申请中所描述的系统包括第一和第二信号分量，它们与Strolle等人系统中所描述的系统第一和第二分量基本相同。另外，Isnardi系统包括分别提供提高了重现宽屏幕图象中水平及垂直分辨率的第三和第四分量信号。已组合的编码信号是这样产生的，把第二、第三分量信号正交调制到被包括在第一分量所占据频带内的某个抑制载波信号上，把已组合的第一、第二、第三分量作为同相调制信号、并且把第四分量作为正交相位调制信号、对于某个视频载波信号进行正交调制。
上述每一个系统所产生的视频信号用传统电视接收机接收或用传统家用盒式录象机(VCR)录制时，是作为标准分辨率和标准宽高比的电视信号来处理的。即使传统接收机包括能显示高分辨率信号的视频监示器或VCR能录制高分辨率视频信号，例如，高级VHS(S-VHS)或扩展清晰度β(ED-Beta)机，也是如此。
如果能够开发出容许利用现有设备来录制或显示由增强视频信号中产生的宽屏幕高分辨率图象的系统，那是合乎理想的。
在处理代表宽屏幕图象的已增强编码视频信号来产生代表宽屏幕图象的已解码视频信号的系统中，实施了本发明。该系统包括把已编码视频信号中选定的分量解码成为宽屏幕亮度信号和第一、第二宽屏幕色差信号的电路，解码器产生的每一个信号具有与由预定电视信号标准所规定的对应信号分量基本相同的带宽。该系统包括对于与第一和第二色差信号分量正交的被抑制的色副载波信号进行调制，来产生宽屏幕色度信号的电路。作为本系统的输出，来提供宽屏幕亮度和色度信号。
在本发明的一个实施例中，把宽屏幕亮度信号和色度信号加到家用盒式录象机的亮度和色度信号输入端上，录制这个宽屏幕信号，然后，通过接收机上的亮度和色度监视输入端重放出来。
在本发明的另一个实施例中，系统包括对于宽屏幕亮度和色度信号进行垂直压缩的电路，以形成在具有传统宽高比的电视屏幕上显示时，产生比例正确的宽屏幕亮度和色度信号。
在本发明的第三个实施例中，视频信号解码器包括产生具有大大宽于预定电视信号标准中相应亮度信号分量带宽的宽屏幕亮度信号的电路。这个宽带宽屏幕亮度信号作为本系统的亮度信号输出。
在本发明的第四个实施例中，本系统包括把解码器产生的亮度和色度信号组合起来以产生宽屏幕复合电视信号的电路，通过家用盒式录象机的复合电视信号输入端可以把该宽屏幕复合电视信号录制下来，或者可以把该宽屏幕复合电视信号作为射频视频信号用盒式录象机调制和录制。
图1说明兼容宽屏幕增强清晰度电视(EDTV)编码器系统的概况;
图1a、1b、1c、图2和图2a包括帮助理解编码器工作以及所产生信号格式的图;
图3是包括本发明一个实施例的解码系统的框图;
图4和图5是适用于图3所示解码系统中帧内平均器一差分器的框图;
图6是适用于图3所示解码系统中正交解调器和幅度扩展器的框图;
图7是适用于图3所示解码系统另一个实施例中亮度高频信号解码器的框图;
图8是适用于图3所示解码系统中亮度色度信号分离器和色度信号解调器的框图;
图9是适用于图3所示解码系统中YIQ格式编码器的框图;
图10、10a和10b是适用于图3、图7和图9所示时间扩展和压缩电路的框图;
图10c是示出可用于解释图10、10a和10b所示电路工作的两个信号相对幅度的图;
图11是适用于图9所示电路中拼接器电路的框图和波形图;
图12是示出适用于图3所示解码系统中正交调制器的框图;
图13是可用于解释图3所示垂直内插电路工作的图;
图14是示出适用为图3垂直内插电路的电路框图;
图15是EDTV接收机的部分框图，该部分包括解码系统和用来显示外加宽带宽屏幕亮度和色度信号的电路;
图16是适用于图15所示EDTV接收机一部分中色度信号隔行到逐行扫描转换器的框图;
图17是适用于图15所示EDTV接收机一部分中亮度信号隔行到逐行扫描转换器的框图。
例如在上面提到的Isnardi专利中所描述的、打算通过标准广播通道(例如，NTSC制)来传输较大宽高比图象的系统，应能在宽屏幕接收机上产生高质量的图象显示，同时，在标准宽高比显示器上避免可观察到的图象质量下降。如上所述，Isnardi文献中描述的系统通过把宽屏幕宽带电视信号分裂成四个分量实现了上述效果，其中一个分量产生标准宽高比显示，另三个分量代表标准显示的增强，把这三个增强信号与那一个信号组合起来，使得在标准电视接收机所产生的显示中，把这三个信号在实际上或视觉上隐藏起来。
第一分量信号是具有标准4∶3宽高比的主2∶1隔行信号。这个分量包括已时间上扩展以占据近于整个行正程时间的、宽屏幕信号的中心视频信息组。第一分量信号还包括已时间压缩到左侧和右侧水平图象过扫描区域中的、两侧视频信息组水平低频信息。因为低频两侧视频信息组信息在标准电视显示中占据水平过扫描区域，所以两侧视频信息组信息实际上被隐藏起来，看不见。
第二分量是辅助的2∶1隔行信号，其中，左侧和右侧视频信息组高频信息中每一侧信息均已扩展以占据行正程时间的一半。所以已扩展的两侧视频信息组信息实际上占据了整个行正程时间。
第三分量是从宽屏幕信号源得出的、辅助的2∶1隔行信号，它包括已频率下移以占据0-1.2MHz之间频带的、在近似于5.0-6.2MHz之间的高频水平亮度细节信息。
对于第三和第四分量进行幅度压缩，然后，用来调制正交相位关系的被抑制交替副载波信号，该交替副载波信号的频率为半行频的奇数倍并且在NTSC信号频谱的色度频带内。另外，这些交替副载波信号从一场到下一场(即，每262行)相位变化180°。所以，第三和第四分量在传统NTSC接收机中所产生的图象中表现为场频互补色的变化。因为人眼对于彩色的快速互补变化并不敏感，所以这种失真一般看不出来。
第四分量是辅助的、2∶1隔行的“辅助者”信号，它包含从逐行扫描到隔行扫描的转换中以其他方式就会丢失的垂直一时间(V-T)亮度的细节信息。这个信号帮助EDTV接收机重新构成在运动图象中丢失的信息，并且减少或消除逐行扫描宽屏幕图象中非所需的闪烁和运动的人工产物。
对于第四分量进行带宽限制，使最高频率为750KHz，变换到传统的4∶3宽高比，并且用来调制与图象载波信号(也称为视频载波信号)为正交相位关系的载波信号。这个信号在传统的NTSC显示器上被隐藏起来，因为这一变换过程使之与第一分量信号在空间上相关了。
对于第一、第二和第三分量进行帧内平均，以基本消除第一、第二与第三分量之间的V-T串扰。只对1.5MHz以上的第一分量进行帧内平均。已调制的第二和第三分量占据2MHz-4.2MHz之间的频带。信号的帧内平均包括对于给定帧内相隔一场时间(262行)的对应象素值进行平均。用平均值来代替每一个原始的象素值。由于帧内平均运算，在一帧内，在已调制的第二和第三分量所占据频带内的那一部分第一分量信号，从一场到另一场是相同的，并且基带第二和第三分量从一场到另一场是相同的。在一帧的两场之间只是交替副载波的相位发生变化。接收机可以利用这种关系;把第一分量与第二和第三分量显著地分开。在一帧中，相隔一场时间对应取样的平均值是第一分量信号的取样，对应的取样之间差值的一半是已调制的第二和第三分量的取样。
图1是说明上述编码过程的框图。图1a说明标准NTSC信号频谱与上面提到的Isnardi专利中所述EDTV信号频谱的比较。图1c说明上述帧内平均的过程。提供这些图，用于理解编码过程。
图2说明EDTV信号中第一分量的产生过程，它把5∶3宽高比信号的每一行时间变换成EDTV信号的行时间。如图2所示，对于宽屏幕的中心视频信息组区域进行时间扩展，使得原始时在时间间隔TC中传送的信息变换到时间间隔TD内。并且把原始时占据的时间间隔TS的两侧视频信息组区域中的每一个变换成EDTV信号以占据时间间隔TO。在本实例中，TD与TC之比是1.19，TO与TS之比是0.16。
图2a说明第四分量即“辅助者”信号是如何产生的。图2a中，由例如宽屏幕摄象机产生的逐行扫描的V-T图包括实心点和空心圈。点代表为了利用产生EDTV信号中第一、第二和第三分量的电路进行处理所保留的隔行扫描信号的一些行。圈代表逐行扫描信号中被除掉的一些行时间。在接收机中，假定为了从隔行扫描信号产生逐行扫描显示所需要的丢失取样，通过对于相隔一场时间的取样(例如，A和B)进行平均来产生。正如从逐行扫描V-T图看出的那样，理想的取样值是X。为了补偿接收机中将要产生的预测取样值的误差，编码器确定每场中每个象素的信号YT值为YT＝X-(A+B)/2(1)这里，YT即“辅助者”信号。在接收机中，当把已解码的隔行扫描视频信号转变成逐行扫描信号时，把信号YT加到预测的丢失象素值上，以获得已校正的象素值。
图3是包括本发明一个实施例电路的框图。图3所示电路对上述已编码EDTV信号进行部分解码，在本发明的一个实施例中，产生宽屏幕但不是宽带的电视信号;在本发明的另一个实施例中，产生宽屏幕宽带的电视信号。这个电路产生的信号可在宽屏幕监视器上显示，或通过附加可选的垂直内插电路350，在具有标准宽高比的监视器上显示。另外，这个信号可以录制在传统家用盒式录象机358或364上。虽然图3的解码电路示为与VCR分开的，但是可以预料可以把这个电路作为传统NTSC信号处理电路包括在家用VCR中。
图3中，广播兼容的EDTV信号被天线310接收，并且加到输入单元322上。输入单元322包括射频调谐器和放大器电路、提取接收的视频信号中同相调制分量的同步解调器，以及模数转换器(ADC)。由输入单元322中ADC提供的信号NTSCF代表接收的EDTV信号中同相的调制分量，相对地没有任何正交相位的调制分量。(即EDTV信号中的第一、第二和第三分量，相对地没有第四分量)。
信号NTSCF加到同步信号分离和时钟发生电路332上，电路332包括从信号NTSCF分别分离出行场同步信号HS和VS，并且把信号HS和VS组合起来产生复合同步信号CS的传统电路。电路332还包括传统的锁相环(PLL)，PLL产生频率基本上等于4fsc(频率为4倍频率fsc，fsc是NTSCF信号的色同步信号分量的频率)的时钟信号CK4。电路332从信号CK4中产生频率等于2fsc并且负跳变沿与被抑制彩色副载波信号I同相位的信号ICK。这个电路还从信号CK4中产生频率基本上等于半行频395倍的、具有正交相位关系的交替副载波信号ASC和ASC′，以及频率基本上等于5MHz的可选信号fc。信号ASC、ASC′和fc可以这样来产生以信号CK4使计数器(未示出)的计数值递增并把计数值加到只读存贮器(ROM)(未示出)上，为了提供代表这三个信号的取样值，对于该ROM编了程。
信号NTSCF还加到帧内平均器一差分器电路324上。电路324对构成一帧的两场中的相应象素值产生平均象素值和象素差值。输出信号N对应于EDTV信号的第一分量。输出信号M对应于EDTV信号已调制的第二和第三分量，图4和图5是示出适用为帧内平均器-差分器324电路的框图。
在图4中，NTSCF信号由1.7MHz低通滤波器1510和减法器1512分成低频分量(“低频”)和高频分量(“高频”)。“高频”加到平均器-差分器电路1513上，1513对于来自单一帧时间内相隔一场时间的信号“高频”进行平均，以产生信号NH。电路1513还产生信号M，M代表在单一帧时间内相隔一场时间的、信号“高频”的两个取样值之间的半差。适用为平均器-差分器1513的电路示于图5。由电路1513提供的信号NH，利用加法器1514加到经过补偿延迟电路1511延时一场时间(262H)的信号“低频”上。加法器1514的输出信号是信号N。
参考图3，由电路324提供的信号M加到正交解调和幅度扩展电路326上。图6是电路326的框图。
在图6中，信号M在相应的乘法器610和612中乘以信号ASC和ASC′。乘法器610和612的输出信号经过低通滤波器滤到1.2MHz，然后，加到相应的可编程只读存储器(PROM)614和616上。以幅度扩展函数对于PROM614和616进行编程，该扩展函数是为了把兼容复合信号中的第二和第三分量信号心理物理上隐藏起来而用于编码器中的幅度压缩函数的倒数。PROM614的输出信号X是已解码的第二分量信号，即两侧视频信息组信号的已扩展高频分量。PROM616的输出信号Z是已解码的第三分量信号，即宽频带宽屏幕EDTV信号的已频率移动的高频亮度信号分量。根据本发明的另一个实施例，可以按如下所述对于信号Z作进一步处理。
参考图3，信号X加到两侧视频信息组压缩器328上，328有效地反演编码器电路所执行的两侧视频信息组数据的扩展。这一运算产生信号NTSCH，NTSCH代表两侧视频信息组信号的高频分量，该高频分量对于下面参考图9所描述Y-I-Q格式编码器344所产生的、已时间压缩的中心视频信息组信号已恢复了正确的时间关系。压缩器电路328是图10、10a、10b和10c所示取样内插器的一种应用。
在图10中，以S表示的视频输入信号的取样值。例如，S可能是信号X加到三个串联连接的延时单元1214a至1214c上，每个延时单元把加到其输入端口上的取样信号延时时钟信号CK4的一个周期。延时单元1214a至1214c的每个输入视频信号和输出信号加到相应的双端口存贮器1216a到1216d上。当利用象素计数器1210所提供的地址值来接受这些取样值时，把这些取样值写入每个存储器。计数器1210由行同步信号HS复位，由信号CK4递增。计数器1210提供的信号加到PROM1212上，1212产生存储器1216的读地址和内插系数DX。存储器在存储器1216中的数值并行地提供给两个峰化滤波器1220和1222。滤波器1220和1222把存储器1216提供取样数据信号的高频分量相对于低频分量放大PX倍，PX是根据PROM1225中存储的函数关系从内插系数DX得出的。把已峰化的取样数据信号S′(N)和S′(N+1)加到两点线性内插器1230上。内插器1230分别用系数DX和1-DX对于信号S′(N+1)和S′(N)进行加权，并把已加权的取样值加起来以产生已内插的输出信号。峰化滤波器1220和1222补偿内插器1230中的高频滚降。
图10a示出峰化滤波器1220和1222，以及内插器1230更多的细节。图10b示出有限脉冲响应(FIR)滤波器1240结构的框图，1240是峰化滤波器1220的一部分。图10c是PROM1225中存储的函数的图形表示，图10c根据内插系数DX产生峰化系数PX。
如上所述，图10至图10c所示电路可用于各种取样值的内插运算。可以用它来压缩信号X，使两侧视频信息组信号的高频分量与格式编码器344产生的两侧视频信息组象素值相一致。如下参考格式编码器344所述，还可以利用它来处理EDTV信号的第一分量，以扩展两侧视频信息组信号的低频分量。内插电路所执行的功能类型由PROM1212中的编程来确定。如果PROM1212提供的读地址值比加到地址输入端口上的写地址值增加得更快，则内插器电路将执行压缩功能。反之，如果读地址值比写地址值增加得更慢，则内插器执行扩展功能。无论内插器执行扩展功能还是执行压缩功能，所用扩展或压缩系数之值由PROM1212来确定。熟悉数字信号处理电路设计技巧的人，能够对于特定的扩展或压缩功能对PROM1212进行编程。
参考图3，信号NTSCH根据EDTV信号中第二分量信号X的已扩展两侧视频信息组数据，利用压缩系数4.49来产生。信号NTSCH加到亮色分离电路340上，340分离出亮度(YH)和色度分量，并解调色度信号分量以获得两个色差信号分量(IH和QH)。信号YH、IH和QH与信号YN、IN和QN一起加到YIQ格式编码器344上，信号YN，IN和QN是从第一分量信号N利用亮色分离电路342产生的。用为亮色分离器340和342的电路可以相同，其典型电路示于图8。
在图8中，信号N或信号NTSCH加到带通滤波器1810及延时单元1812上，1812对通过滤波器1810的处理延时进行补偿。用于本发明本实施例的滤波器1810是水平-垂直-时间(H-V-T)带通滤波器，例如，上面提到的Isnardi申请书中所描述的滤波器。这个滤波器包括延时单元(这种延时单元把加到其输入端口上的信号延时几个取样时间、几个行周期和几个场周期)，以及加权和组合已延时的取样，以产生已滤波色度信号的电路的组合。换句话说，这个滤波器可以通过把传统的色度信号带通滤波器，传统的行梳状滤波器和传统的帧梳状滤波器以级联方式组合起来实现。滤波器1810的输出信号是已分离的色度信号。这个信号加到减法器1813的减数输入端口上，连接1813的被减数输入端口以接受补偿延时单元1812所提供的信号。减法器1813的输出信号是亮度分量信号YN或YH。
滤波器1810产生的色度信号可以表示为一序列取样值，I、Q、-I、-Q、I、Q、等等，这里I、Q表示色差信号I、Q的取样。取样的符号表示取样相位，不一定是取样极性。色度信号加到第一和第二锁存器1814和1816上，锁存器1814响应于图3中时钟产生电路332提供的I相位时钟信号ICK，以保持代表色度信号I色差信号分量的色度信号取样值。锁存器1816响应于反相器1822所提供信号ICK的反相形式，以保持代表色度信号中Q色差信号分量的取样值。锁存器1814和1816提供的输出信号加到相应的二进制求补电路1818和1820上。电路1818和1820由分频器1824提供的信号来控制，对于I和Q色差信号的已取样数据求出它们的补码。电路1818和1820提供的信号分别是已解调信号IN或IH，以及QN或QH。
如上所述，信号YH、YN、IH、IN、QH和QN加到Y.I.Q格式编码器344上，在344中把它们组合起来以产生宽屏幕信号YF0′、IF′和QF′。可用为YIQ格式编码器344的典型电路示于图9。在图9中，第一分量的亮度和色差信号YN、IN和QN加到两侧视频信息组一中心视频信息组分离器电路1940上。例如可以包括分离器(未示出)和象素计数器(未示出)的电路1940，把每行中代表两侧视频信息组信号低频分量的象素值与代表中心视频信息组信号的取样分离开来。在本发明的本实施例中，每行中取样1-14和741-754代表两侧视频信息组信号，同时，每行中取样15-740代表中心，视频信息组信号。
电路1440提供代表已压缩两侧视频信息组的、已取样的数据信号YO、IO和QO。这些取样加到时间扩展器1942上，1942以系数6对于信号进行时间扩展，以产生信号YL、IL和QL。这些信号代表已恢复原始宽屏幕信号时间关系的、两侧视频信息组信号的低频分量。信号YL、IL和QL在组合电路1946中加到来自分离器340的信号YH、IH和QH上，以产生已恢复的宽屏幕两侧视频信息组信号YS、IS和QS。
电路1940还提供已取样的数据信号YE、IE和QE，YE、IE和QE代表EDTV信号中第一分量已时间扩展的中心视频信息组部分。把这些信号加到时间压缩器1944上，1944以系数0.81对于已取样的数据信号进行时间压缩，以产生已恢复的宽屏幕中心视频信息组信号YC、IC和QC。
利用拼接器1960把已恢复的两侧和中心视频信息组信号重新组合起来，以产生整个宽屏幕的亮度和色差信号。适用为拼接器1960的电路示于图11。在图11中，所示拼接器包括网络1410，用来把亮度中心视频信息组信号Yc分别与两侧视频信息组信号YS拼接起来，以产生宽屏幕亮度信号YF0′。另外，图11示出I信号拼接器1420和Q信号拼接器1430，1420和1430与已说明的Y信号拼接器具有相同的结构和工作。
在编码过程中，中心视频信息组与两侧视频信息组信号故意重叠例如10个取样，以补偿两侧和中心视频信息组区域的边界上不可靠的取样值。这种不可靠的取样值可能出现在扩展和压缩过程中。如果视频信息组无重叠区域的话，潜在的不可靠的取样将彼此连接起来，在重现图象中将看到一条接缝。已经发现，十个取样的重叠区域对于补偿多达五个不可靠的取样值来说，是足够的。
在图11中，在信号YS加到加法器1415上之前，乘法器1411在重叠区域中把两侧视频信息组信号YS乘以加权函数W，如有关波形所示。类似地，在信号YC加到加法器1415上之前，乘法器1412在重叠区域中把中心视频信息组信号YC乘以互补加权函数1-W。这些加权函数在重叠区域中呈现为线性斜坡型特性并具有0-1之间的数值，这些函数可以用例如计数器(未示出)的组合来实现，该计数器对于包括代表加权函数的取样值的ROM进行寻址。加法器1415的输出信号是已拼接的宽屏幕亮度信号YF0′。
参考图3，在本发明的第一实施例中，假定信号YF0′直接加到数模转换器(DAC)354上，354响应于时钟CK4，在输出端355上产生宽屏幕亮度信号YO、并且加到传统多路盒式录象机的亮度输入端上。亮度信号YO的带宽是5MHz，这与NTSC亮度信号的带宽4.2MHz近似一致。在本发明的第一实施例中，宽屏幕信号IF′和QF′加到传统正交调制器348上，348产生已取样的数据宽屏幕色度信号CF′。
适用为调制器348的电路示于图12。在图12中，锁存器910和912的时钟信号输入端上的圆圈表示这些锁存器响应于时钟信号1CK的反码。倒相锁存器916在其输出电路中包括一个二进制补码器，以提供其锁存值的补码形式作为其输出值。图12所示电路的工作与上面参考图8所描述的解调器相反。
假定调制器348所提供的信号CF直接加到DAC356上，356以与DAC354相同的方式工作，以便在输出端357上产生模拟宽带色度信号CO，并且加到传统多路盒式录象机358的色度信号输入端上。当用于本申请书时，多路盒式录象机这个术语是指接受分量信号进行录制，并在重放期间提供分量信号作为输出信号的盒式录象机。现在可以买到的S-VHS和ED-Beta盒式录象机是多路盒式录象机的实例。
信号YO和CO可以直接在宽屏幕监视器上显示，或者利用盒式录机录制、并且在宽屏幕监视器上重放。在宽屏幕监视器上产生的图象可能比例如在图15中所示的EDTV接收机上所产生的图象质量稍差，因为图3所示电路忽略了EDTV信号的第三和第四分量，而第三和第四分量分别包括高频亮度信息和帮助EDTV接收机产生高质量逐行扫描图象的信息。图3所示电路并未利用第三和第四分量，因为这些分量所传送的信息目前还不能录制在目前可以买到的S-VHS和ED-Beta盒式录象机上。
然而第三分量信号所传送的信息(高频亮度细节)可以在宽屏幕监视器上显示。所以，所描述的、图3所示电路的第一另外的实施例是这样的一个实施例，其中包括了电路元件330，334和336，以便对于第三分量进行解码，并且把它加到亮度信号YE0′上，以产生宽带宽屏幕亮度信号YF′。
电路单元330是解码器，330从信号Z中恢复已频率移动的亮度信号高频分量，信号Z由正交解调器和幅度扩展器电路326提供。用为解码器330的典型电路示于图7。在图7中，信号Z加到两侧视频信息组-中心视频信息组分离器1710上，1710可以与上面参考图9所描述的分离器1940同样的方式来工作。分离器1710把代表两侧视频信息组信号高频分量的取样YHO与代表中心视频信息组信号的取样YHE分离开来。取样信号YHO和YHC分别加到时间扩展器电路1712和时间压缩器电路1714上，1712和1714可以与上面参考图9所描述的相应电路1942和1944以相同的方式来工作。扩展器和压缩器电路1712和1714所产生的信号YHS和YHC分别加到拼接器1716上，1716可以与上面参考图9所描述的拼接器1960相同。
参考图3，解码器330提供的信号加到调幅器334上。调幅器334把330产生的信号乘以时钟发生电路332的5MHz信号fc，以便把高频亮度信号恢复到原始的频带上。调幅器334提供的高频亮度信号加到截止频率低于5MHz的高通滤波器336上。滤波器336把调制器334所提供信号的截止频率低于5MHz的高通滤波器336上。滤波器336把调制器334所提供信号的基带分量去掉。高通滤波器336的输出信号加到加法器346的一个输入端上，连接加法器346的另一个输入端以接受信号YF0′。加法器346把亮度信号的高频分量(5.0～6.2MHz之间)与宽屏幕亮度信号YF0′相加，以产生宽带宽屏幕亮度信号YF′。
在本发明的这另一个实施例中，宽带宽屏幕亮度信号YF′加到DAC354上，以产生宽带宽屏幕模拟亮度信号YO。这个信号可以与信号CO一起用来在宽带宽屏幕监视器上产生高清晰度宽屏幕图象。虽然现在没有具有足够带宽以录制这种宽带信号的家用盒式录象机，但是可以设想，如果开发出这种录象机，宽带信号就可以以Y和C或R、G和B的分量形式录制下来。
本发明的第二另外的实施例包括垂直内插电路350，350压缩宽屏幕亮度和色度信号以便在具有传统4∶3宽高比的监视器上产生正常比例的图象。没有垂直内插器的系统所产生的信号也可以在4∶3宽高比的监视器上显示，但所产生的图象看起来在垂直方向上拉长了。
图13说明垂直内插器350执行的垂直压缩工作。图13左边的图表示加到场内插器350上的信号之一的一场，右边的图表示由内插器350处理后的同一场。正如图13所说明的那样，内插器把在标准监视器上显示的、垂直方向上拉长了的宽屏幕图象信息，变换成正常比例的图象。已垂直压缩的图象包括在有效图象区域上方和下方消隐了的区域。
图14是适用为垂直内插器350的电路框图。在图14中，亮度信号YF′加到一行周期(1H)延时单元1450的输入端口及减法器1454上。减法器1454从信号YF′的取样中减去一行延时单元提供的取样，并把取样的差值加到乘法器1456上。连接乘法器1456，以接受来自累加寄存器1464中8个最低有效位(LSB)的内插系数。由乘法器1456提供的已定标取样值加到一行延时单元1450提供的取样值上，以产生已内插的取样值。
寄存器1464与加法器1462组成一个累加器，它确定对于输入行中的哪些行进行平均以产生内插的输出取样行，并确定采用哪个内插系数。寄存器1404给加法器1462的一个输入端口提供一个16位值。加法器1462的另一个输入端口耦合到数字值源1460上。寄存器1464的装入与装入信号同步，装入信号是使能信号EN和行同步信号HS的逻辑与。寄存器1464由场同步信号VS复位。对于装入信号的每一个脉冲，加法器1462把数值321加到累加寄存器1464中保持的数值上，然后，把结果存在寄存器1464中。累加器中保持的8个最高有效位(MSB)的数值是相对于垂直同步脉冲的、内插器将要利用的下一行的行数NL。累加器值的8个最低有效位是定标系数K，K将要用来根据当前加到内插器上的取样行和存储在一行延时单元1450中的取样行来产生内插行。在此结构中，内插器以系数256/321或0.8对于加到其输入端口上的取样行进行压缩。
由寄存器1464提供的行数信号NL加到比较器1490的一个输入端口上，连接1490的另一输入端口以接受计数器1488提供的数值。计数器1488由信号VS复位，由信号HS递增，所以，计数器1488保持着相对于当前加到内插器电路350上的取样行垂直同步脉冲的行数。构成比较器1490，当信号NL计数器1488所提供的数值相等时，1490提供逻辑1信号，反之提供逻辑0。比较器1490的输出信号是信号EN。
响应于信号EN和CK4，一行延时单元1450装入新的一个取样行。响应于信号EN和HS，累加器1464的数值增加321，以指示将要把下一行输入取样装入一行延时单元1450中，并指示用来内插下一行输出取样的系数。
由加法器1458提供的内插取样值加到先入先出(FIFO)存储器1466的输入端口上。FIFO1466理想地具有数量足够的存储单元以保持相应于40行内插信号的取样，这40行内插行信号相应于在每场输入信号中前、后24个行正程时间内产生的40行取样。在这48行时间内，把输出信号消隐掉。利用信号EN和CK4来调整FIFO1466，以便写入由加法器1458提供的取样。调整FIFO1466，以便响应于信号CK4和DO在1466输出端口上提供所存储的数据。
信号DO由包括数字值源1494和1498、比较器1492和1496、与非门1481和24行延时单元1491的电路来产生。当计数器1488提供的行数在44-238之间时，信号DO为逻辑1状态;反之，为逻辑0状态。这样，调整FIFO1466以便只在已垂直压缩信号的不消隐场正程时间内提供取样行。信号DO由延时单元1491延时24个行周期以容许一场结束时的几行在其作为输出信号提供出去以前，进行内插。
FIFO1466提供的取样值加到多路转换器1468的一个输入端口上，连接1468的另一个输入端口以通过24行延时单元1469接受图3中电路332提供的复合同步信号CS。多路转换器1468受信号DO控制，在每场时间的第44-238行期间内从FIFO1466提供取样的内插行，在其它期间内提供复合同步信号。这有效地消隐了每一场中第20-43和第238-262行。
色度信号CF′的内插电路与上述亮度信号YF′的内插电路相似。所不同的只是色度信号内插电路在连续两行内插信号之间要考虑180°相移。因为内插器并不使用输入取样的每一行来产生输出取样行，所以内插中使用的两行可能是同相或反相的。为保证内插电路总是产生相位正确的色度信号，色度内插电路包括相应于减法器1454的加法器1474，以及耦合到相应于加法器1458的加法器1482输入端口上的、可选择的二进制求补电路1478和1480。电路1478和1480响应于相应控制信号A和B，有选择地改变加到其输入端口上取样的极性。
控制信号A、B由包括两个数据型(D型)触发器1483和1487，一个异或门1485、一个反相器1489的电路产生。这两个触发器构成一个两位移位寄存器，信号EN为其时钟，信号NL的最低有效位为其输入信号。触发器1483和1487的输出信号指示一行延时线1470中保持的取样行与当前接受的取样行相对的色度信号相位。如果色度相位不同，则信号B为逻辑1，信号A为逻辑O。如果色度相位相同，则信号A为逻辑1，信号B为逻辑O。当控制信号A或B为逻辑1时，相应的二进制求补电路1483或1487对于加到其输入端口上的值求补，否则，就不加改变地使输入值通过。色度内插器中电路其余部分的工作与亮度内插器中的相应电路相同。
参考图3，垂直内插电路350提供的信号YI和CI代表已垂直压缩，使得在传统4∶3显示设备上产生比例正确的5∶3图象的宽屏幕图象。如上所述，信号YI和CI通过数模转换器354和356变换成模拟信号YO和CO。信号YO和CO可以加到传统的4∶3监视器上或录制在传统的多路盒式录象机上。信号YO和CO还可以由加法网络360组合起来以产生复合电视信号。可以把这个复合视频信号加到传统单路盒式录象机的复合视频输入端上，或利用调制器362进行调制以产生加到单路盒式录象机的射频输入端上的射频电视信号。当在这里使用时，单路盒式录象机这个术语是指只接受一个复合视频输入信号的盒式录象机，例如传统的VHS或Beta机。
上述电路提供几种方法来处理已编码宽带宽屏幕电视信号，以产生宽屏幕信号，在某种情况下，这种宽屏幕信号还是与现有录制和显示设备兼容的宽带信号。但是上述某些信号在宽屏幕监视器上只产生比例正确的显示。
图15是上面提到的Isnardi申请书中所描述EDTV接收机电路的变型框图。这种变型容许EDTV接收机用为宽带宽屏幕监视器，用来显示从分量亮度和色度信号产生的图象。图15所示电路包括类似于上面参考图3所描述的EDTV解码器的EDTV解码器。图15的解码器与图3所示解码器所不同的是，输入单元1322包括用来恢复射频视频信号中正交相位调制分量(即EDTV信号的第四分量YTN)的同步检波器和ADC，还包括用来反演为了在心理物理上把兼容复合信号中第四分量信号隐藏起来所采用的变换操作的解码器1360。图15所示电路还包括对于YIQ格式编码器1344所提供亮度和色差信号的隔行扫描到逐行扫描的转换器1350、1352和1354;还包括数模转换器DAC1362;信号处理电路1364和显示设备1370。
利用开关1388、1390和1392以及开关1380，把EDTV接收机转变成EDTV监视器，开关1388、1390和1392插在从格式编码器1344到相应的隔行到逐行扫描的转换器1350、1352和1354之间的相应亮度和I、Q色差信号通路中;开关1380插在对于第四分量V-T“辅助者”信号YT的格式解码器1360与隔行到逐行扫描的转换器1350之间的信号通路中。除了上述之外，当EDTV接收机用作监视器时，转换器1350要变型，以补偿不存在“辅助者”信号。
开关1388、1390和1392受通过接收机外部状态开关(未示出)提供的信号O/R控制，以便通过由格式编码器1344提供的亮度和色度信号;或者通过由输入端YR经ADC1396提供的亮度信号、以及由输入端CR经ADC1398和传统色度信号解调器1394提供的I和Q色差信号。开关1380受信号O/R控制，以便提供已解码的第四分量信号YT或来自数字值源1382的零值。
无论相应的开关1390和1392所提供的信号IF′和QF′是来源于解码器还是来源于外部源，IF′和QF′都以相同方式由隔行到逐行扫描的转换器1352和1354来处理。图16是适用为隔行到逐行扫描转换器1352或1354的转换器框图。在图16中，隔行信号IF′(或QF′)在加到双端口存储器2020的一个输入端口上之前由延时单元2010延时263行。在加法器2014中与输入信号相加之前，对于这个已延时的信号利用延时单元2012进行附加延时262行。来自加法器2014的输出信号耦合到二分网络2016上。网络2016的输出信号加到双端口存储器2018的一个输入端口上。存储器2020和2018以4fsc的速率写入数据，以8fsc的速率读出数据。存储器2018和2020提供的输出信号加到多路转换器2022上，2022产生输出逐行扫描信号IF(或QF)。图16还示出了说明隔行扫描输入信号(两行，具有用C和X表示的象素取样)和包括取样C和X的逐行扫描输出信号的波形。
图17是适用为亮度信号隔行到逐行扫描的转换器1350的电路框图。图17所示电路以两种状态工作。当信号O/R指示由解码器来提供亮度输入信号YF′时，除了把第四分量V-T“辅助者”信号加到除法器2116提供的已帧平均的信号上以便提供双端口存储器2122的输入信号之外，图17所示电路以与图16所示电路相同的方式工作。但是，当控制信号O/R指示由外部输入端YR提供信号YF′时，图17所示电路的工作在两种状态下切换当显示静止图象时，图17所示电路的工作与图16所示电路相同;当显示运动图象时，图17所示电路作为行重复型的隔行到逐行扫描转换器而工作。通过附加一个传统的帧间运动检测器2126和开关2128，来实现这种工作状态的改变。
只有当亮度信号YF′是来自输入端YR时，运动检测器2126才响应O/R信号开始工作。检测器2126比较相隔一帧时间的相应象素值，如果象素值基本相等，则在这个象素位置上的图象无运动，所以，对开关2128进行调整，把除法器2116的输出信号通到存储器2122的输入端口上。如果检测器2126发现在这种象素值之间有明显的差别，则2126调整开关2128把与加到存储器2120上相同的信号加到存储器2122上。对于图象的静止部分，亮度信号隔行到逐行转换器中输出多路转换器2124所提供的取样是已帧平均的信号;对于图象的运动部分，是垂直重复的信号。
参考图15，由隔行到逐行扫描转换器1350、1352和1354产生的信号由DAC1362变换成相应的模拟信号Y、I和Q。这些信号加到视频信号处理器和矩阵放大器单元1364上。单元1364的视频信号处理器部分包括信号放大、直流电平移动、峰化、亮度控制、对比度控制和其它传统视频信号处理电路。单元1364的矩阵放大器部分把亮度信号Y与色差信号I和Q组合起来，以产生基色信号R、G和B，这些基色信号经单元1364中的驱动放大器放大后，用来驱动宽屏幕彩色图象显示设备1370，1370可以是宽屏幕显象管。
尽管上面参考图3和图15描述的本发明许多实施例是分开描述的，但是，可以预期，实际上它们可用于任何组合以提供许多方法来显示和录制宽带宽屏幕信号。
权利要求
1.用来处理已编码电视信号的一个系统，该信号代表具有比传统电视图象宽高比大的宽屏幕宽高比的图象。所述信号包括代表所述宽屏幕图象中心部分的第一分量，所述中心部分具有传统的宽高比；代表在所述中心部分两侧上、所述宽屏幕图象部分的第二分量，以及代表所述宽屏幕图象中提高了垂直细节的辅助分量，这个系统包括用来加入所述已编码电视信号的设备；用来对于所述已编码电视信号进行解码的设备，包括用来产生代表所述已编码电视信号中所述第一分量的第一信号的装置；用来产生代表所述已编码电视信号中所述第二分量的第二信号的装置；以及用来把所述第一和第二信号组合起来，不包括代表所述辅助分量的任何信号的装置，以产生第三信号的装置，该第三信号代表所述宽屏幕图象，并具有与传统电视信号标准近似一致的信号格式；以及用来把所述第三信号作为本系统的输出信号提供出去的输出装置。
2.根据权利要求1的一个系统还包括耦合到所述输出装置上，用来录制代表所述宽屏幕电视图象的所述输出信号的录制设备。
3.根据权利要求2的一个系统还包括连接起来，以接受所述录制设备录制的信号，用来显示所述宽屏幕电视图象的宽屏幕显示设备。
4.根据权利要求1的一个系统，其中，所述输出装置包括连接起来，以接受所述第三信号的垂直内插手段，用来对于所述第三信号进行垂直内插，以产生所述输出信号，当把该输出信号加到传统电视显示设备上时，产生具有所述宽屏幕宽高比的图象。
5.根据权利要求4的一种电路，其中所述垂直内插手段包括用来加入代表所述第三信号的连续行时间间隔的行同步信号的部件;用来响应于第一控制信号，存储代表所述第三信号中选定行时间间隔的取样的存储部件;用来把所述第三信号的取样与所述存储部件提供的取样以第二控制信号所确定的比例组合起来，以产生内插输出取样的取样处理部件;以及控制部件，包括;数字为N的源，N是正整数;耦合到所述数字N的源上并且响应于行同步信号的数字值累加单元，用来把数字值N加到存储值上，并且用来把相加结果作为所述已存储的数字值存储起来;连接起来以便接受所述行同步信号的计数器单元，用来产生代表所述第三信号的、已经加到所述内插手段上的行周期数的计数值;耦合到所述数字值累加单元和所述计数器单元上的单元，用来在所述存储值的L最高有效位等于所述计数值时，产生所述第一控制信号;以及用来提供所述存储值的M最低有效位作为所述第二控制信号的单元;这里所述存储值包括M+L位，此外，L和M是正整数，所述垂直内插手段产生代表已以系数2M/N垂直压缩了的视频图象的取样行。
6.根据权利要求4的一个系统，还包括连接起来以接受所述输出信号的录制手段，用来录制代表所述宽屏幕电视图象的输出信号。
7.根据权利要求6的一个系统，还包括连接起来以接受所述录制手段所录制信号的传统显示手段，用来显示宽屏幕电视图象。
8.用来处理已编码宽带电视信号的一个系统，该信号代表具有比相应于传统电视信号标准的传统电视信号所代表传统电视图象的宽高比、水平细节和垂直细节都高的宽屏幕图象，所述已编码信号包括代表所述宽屏幕图象中心部分(所述中心部分具有传统宽高比)的第一分量;代表在所述中心部分两侧上、所述宽屏幕图象部分的第二分量;代表所述宽屏幕图象较多水平细节的第三分量，代表所述宽屏幕图象较多垂直细节的第四分量;这个系统包括用来加入所述已编码宽带电视信号的设备;用来对于所述已编码宽带电视信号进行部分解码的设备，包括用来产生至少代表所述宽屏幕图象中心部分的第一信号的装置;用来产生代表在所述中心部分两侧上、所述宽屏幕图象部分的第二信号的装置;以及用来把所述第一和第二信号组合起来，以便产生代表电视图象的第二信号装置。该电视图象具有基本上等于所述传统图象的垂直细节等级和大于传统图象的宽高比;用来把所述第三信号作为所述系统的输出信号提供出去的输出装置。
9.根据权利要求8的一种设备，还包括用来录制所述输出信号的传统家用录象机。
10.根据权利要求9的一种设备还包括，耦合到所述录象机上的宽屏幕显示装置，用来显示从录制在其上的输出信号得出的宽屏幕图象。
11.根据权利要求10的一种设备，其中，所述输出装置包括用来产生代表所述已编码信号第三分量的第四信号的手段;用来把所述第三和第四信号组合起来以产生具有比所述传统电视信号标准所容许的水平细节等级高的所述输出信号的手段;所述输出信号代表具有基本上等于所述传统图象的垂直细节等级，并且具有大于传统图象的宽高比的电视图象;所述传统家用录象机包括用来录制具有大于传统电视信号带宽的视频信号的手段;以及所述宽屏幕显示装置包括用来处理加到该显示装置上的信号，以产生具有高于所述传统图象视在垂直分辨率的图象的手段。
12.根据权利要求9的一种设备，其中所述输出装置包括连接起来以便接受所述第三信号的垂直内插手段，用来对于所述第三信号进行垂直压缩以便产生所述输出信号;并且，还包括耦合到所述传统家用录象机上的传统显示手段，用来以正确的比例产生来自录制在所述传统家用录象机上的输出信号宽屏幕图象。
13.根据权利要求12的一种电路，其中所述垂直内插手段包括用来加入代表所述第三信号的连续行时间间隔的行同步信号的部件;用来响应于第一控制信号，存储代表所述第三信号中选定行时间间隔的取样的存储部件;用来把所述第三信号的取样与所述存储部件提供的取样以第二控制信号所确定的比例组合起来以产生内插输出取样的取样处理部件;以及控制部件，包括数字值为N的源，N是正整数。耦合到所述数字值N的源上并且响应于行同步信号的数字值累加单元，用来把数字值N加到存储值上，并且用来把相加结果作为所述已存储的数值存储起来;连接起来以便接受所述行同步信号的计数器单元，用来产生代表所述第三信号的、已经加到所述内插手段上的行周期数的计数值;耦合到所述数字值累加单元和所述计数器单元上的单元，用来在所述存储值的L最高有效位等于所述计数值时，产生所述第一控制信号;以及用来提供所述存储值的M最低有效位作为所述第二控制信号的单元;这里所述存储值包括M+L位，此处，L和M是正整数，所述垂直内插手段产生代表已以系数2M/N垂直压缩了的视频图象的取样行。
全文摘要
一种把已编码的WEDTV信号部分地解码为与现有家用盒式录象机(VCR)和视频监视器兼容的系统。已编码信号与现有电视标准兼容，以产生4∶3宽高比的视频图象。在这个信号中，对于代表两侧视频信息组信息、要附加到4∶3中心视频信息组每一侧上的信号进行编码，但在传统接收机上不显示该系统包括恢复两侧视频信息组信号的解码电路把它们附加到中心视频信息组信号上、并且改变整个信号的时间系统，使之代表具有5∶3宽高比的图象、已解码视频信号的亮度的色度分量作为解码器的输出信号提供给传统盒式录象机的输入端。
文档编号H04N11/24GK1038913SQ8910381
公开日1990年1月17日 申请日期1989年6月7日 优先权日1988年6月10日
发明者乔舒亚·劳伦斯·科斯洛夫, 迈克尔·安东尼·伊斯那迪, 罗伯特·厄尔·弗洛里, 爱德华·理查德·坎贝尔 申请人:Rca许可公司