众所周知，通过峰化显示信号的某些空间频率和/或调节显示电 子束的扫描速度，可以增强显示图像的清晰度。一般，空间频率峰 化是用改变某些空间频率的幅值而不改变其相关相位关系的电路装 置来实现。用余弦均衡器和横向滤波器可以实现这种峰化。对于扫 描速度调节，利用显示信号亮度部分的微分来改变扫描束的速度。 减慢扫描束使得更多的电子落在显示图象的特定点，使该特定图像 位置上的显示增亮。相反，加速显示图像某特定点的扫描速度使得 显示变暗。这样，通过有关边缘的显示亮度的变化，在视觉上增强 水平速率边缘，这使得边缘的上升时间看上去更陡或更尖。
由于电视和计算机显示的结合，所谓的多媒体监视器提供了显 示来自多个源的图像的能力，所述多个源由诸如传统的NTSC、高级 电视系统委员会(ATSC)标准定义的高清晰度电视以及各种计算机 图像格式。该组显示信号源代表了不同的扫描频率和空间频率内容 的范围。简言之，高清晰度电视具有更多的行及更大的空间频率内 容，从而比传统的NTSC信号清晰。因此，该范围的显示信号格式 在例如多频时基的产生与同步、高电压产生及清晰度或图像增强方 面带来了显著的显示复杂性。
当多媒体监视器同时显示来自多个不同的源的图像时，由信号 源范围引起的复杂性更为复杂。多图像的同时显示称为画中画或PIP (picture in picture)，或称为画外画POP(picture out of picture)。POP 的具体实现是将尺寸相当、并暗示分辨率或外观清晰度相当地一起 显示图像。另外，采用屏幕信息用于用户设置、控制或指示。然而， 因为这些计算机产生的信息在显示装置中形成，其表示信号不受带 宽限制或源于外部到显示器的信号受到的频率响应损耗的影响，所 述源于外部到显示器的信号有诸如NTSC或ATSC广播信号。因此 为了防止可能导致这种OSD信息图像失真的不必要的显示增强，已 知在OSD信息出现期间抑止增强。
显然，具有不同扫描频率图像的PIP或POP显示要求PIP或POP 可以进行扫描频率转换以允许同时显示。此外可以理解，这些具有 从不同扫描速率源转换的图像的显示不可避免地具有与主图像空间 频率内容不同的信号带宽。因此这暗示，在经受用于以单个输入或 特定信号格式出现的典型空间频率而最佳化的峰化或锐化装置处理 时，PIP或POP显示格式将收到不及最佳的图像增强。
发明概述
在发明的方法中，在可操作同时显示第一和第二图像的视频显 示装置中控制显示图象的清晰度。所述方法包括下述步骤：结合所 述第一和第二图像以形成同时显示；根据为形成同时显示所结合的 所述第一和第二图像的每一个来独立地控制所述清晰度。
在另一种发明的装置中，根据形成所述同时显示的显示图像的 源来动态地控制显示图像的清晰度。
在又一种发明的装置中，根据形成所述同时显示的源的空间频 率内容来动态地控制显示图像的清晰度。
附图简述
图1A示出具有画中画布置的多图像的同时显示。
图1B示出具有画外画、并列布置的多图像的同时显示。
图2是说明具有视频峰化和扫描束速度调节的、用于形成同时 显示的发明的显示信号处理装置的方框图。
图3A是描述典型的增强装置中峰化随输入信号幅值变化的示意 图。
图3B是描述发明的增强装置中峰化随输入信号幅值变化的示意 图。
图4说明发明的动态控制的视频峰化装置的方框图。
图5A、B和C示出图4的发明的动态控制的视频峰化装置的脉 冲和幅值的频率响应。
图6是具有SVM信号幅值的动态控制的扫描速度调节装置的示 意图。
详细描述
图1A描述示例性宽屏幕显示装置，例如具有屏幕宽高比为16∶ 9，并且示出具有画中画布置的两个输入图像源的同时显示。画中画 或PIP布置的产生广为人之。然而简言之，画中画是通过实际在主图 像中开一个孔形成的，示例性图1A中的主图像是St George刺杀龙。 接着用例如狗的非常小的图像填充这个孔。切换信号显示在临近图1A 的垂直和水平边沿。实际上，切换信号PIP/POP FSW或快速切换仅 在垂直扫描的一部分出现，象指示符Vpos表示的那样，它确定垂直 位置。
可以通过许多众所周知的方法来产生形成PIP的小图像，例如 通过所谓的电子加速，其中通过以比其写入速率高的速率从存储器 读出来水平地时间压缩图像。也可以通过删除和/或內插象素组来减 少图像的宽度。另外可以采用删除、内插和加速的各种组合。可以 通过删除或内插扫描行束来减少垂直插入图像尺寸以获得想要得到 的插入图像高度。显然，无论选择哪种方法来减少插入图像的尺寸， 都将明显改变插入图像或PIP的空间频率内容。例如，如果用电子加 速将PIP图像的宽度减少示例性的80％，即PIP占1/5的屏幕宽度， 缩小图像的结果的空间频率內容将向上转换5倍。因此，具有25MHz 适中水平分辨率的ATSC图像源将导致具有125MHz频谱频率分量 的PIP图像。尽管这样的频率分量可以被产生、处理和耦合供显示， 然而在这样的向上转换的图像中，维持相位关系以产生具有和原始 图像相同的景物细节的较小图像是值得怀疑的。此外，从成本考虑， 将制约这种高速处理。另外，显示屏幕的结构、荧光点间距、显示 观看距离和人眼视觉分辨能力也对PIP图像中减少的细节产生作用。
为了使缩小图像的向上转换频率內容最小化，通常对PIP图像 信号采用十中取一、二次抽样或内插来产生缩小图像。这种处理不 仅减小了水平尺寸，而且减少了空间频率内容。为防止由于PIP图像 宽度的减小而引入几何失真，必须通过根据水平尺寸的改变来减小 PIP图像高度而保持最初的屏幕宽高比。因此，PIP图像处理自然地 既在水平方向又在垂直方向减少了缩小图像的空间频率内容，导致 软图像和不清晰的图像。尽管缩小图像缺少能够提供对图像活动有 用指导的细节，例如球赛的比分或商业插播的结束。然而，可以理 解，如果选项允许缩小图像尺寸增加，则有必要考虑用于尺寸和分 辨率降低的折中，以便显示具有有用但却模糊的图像内容的PIP图 像。
图1B描述示例性宽屏幕显示装置，说明画外画或POP的具体 实现，其中并列呈现尺寸相当的图像。这种并列显示造成了任何分 辨率差异十分明显的直接图像比较。因此，要求两幅图像的外观清 晰度足够相似，这暗示两个半幅的图像应类似地被处理以产生图像 细节相当的变化。
如上讨论的那样，为维持图像的几何形状和屏幕宽高比，高度 必须与宽成比例地改变。然而在并列的显示中，可以通过裁剪和丢 弃每幅图像的边缘来改变各个图像宽度。例如在图1B中，每幅图像 的左右边缘已被去掉，致使组合POP的宽度填充了屏幕。这样，从 每幅图像的每一边缘去掉1/4图像宽度的条带。而各个图像高度保持 不变，这样，尽管没有产生几何图像失真，然而图像的屏幕宽高比 已由示例性的16∶9变到8∶9。
在图1A和图1B中示出了分割屏幕图像的水平虚线，如上所述， 示出了切换信号PIP/POP及快速切换，说明更替的图像素材的定时 或位置出现。考虑到不同显示图像分辨率改变的可能，发明的装置 采用示例性的快速切换信号与表示显示信号来源的其它信号的结 合，以便通过控制单个或两个视频信号峰化和扫描束速度调节来动 态控制每个图像部分中的显示图像增强。
图2是说明用于同时显示至少两个图像源的信号处理装置的方 框图，该装置具有具体针对所述显示的图像内容的视频峰化和扫描 束速度调节的便利动态控制。一些不同的输入源，例如ATSC、NTSC、 计算机(SVGA)、DVD和VHS，当与PIP、POP和并列呈现的可 能的同时图像显示结合时，可以通过以例如两个可选的峰化频率、 利用例如5级的多个不同增强级来优化增强。此外，通过利用两个 频率但每个频率作用程度不同的同时峰化来有益地增强特定的图像 内容，单独地控制特定的图像內容以提供特定的增强效果。
另外，也可通过视频信号峰化和扫描速度调节之间的受控相互 作用来进一步增强同时图像显示。图2中，通过输入选择装置100 将显示的信号源输入到显示装置，例如，该输入选择装置100可以 包括调谐器，用于NTSC和ATSC射频信号接收和/或来自诸如VCR、 DVD、摄像机、计算机、视频游戏等源的基带信号输入。输入选择 器100包括数字视频处理，它执行用户选择所要求的图像尺寸操作， 用户选择有例如PIP、PIP位置和/或尺寸、POP位置或并列显示。输 入信号源选择器100与控制器150相关联，控制器150使输入或显 示信号选择变得容易并为整个显示装置提供控制和定时波形。特别， 控制器150为PIP/POP插入、屏幕显示、OSD、消息以及插入信号 OSD FSW产生快速切换信号。
图示信号选择器100有输出信号Ymain和YPIP，它们连接到 单元200并在单元200中结合形成同时显示信号。如前所述，对与 主亮度信号同步有关的PIP快速切换信号的定时或位置作出反应，将 缩小的PIP或POP图像插入主信号。通常，在PIP信号插入之前， 在主信号路径中执行视频频率峰化。然而在示例性图2中，结合的 主和PIP或POP Y像信号连接到如单元300所示的便利的动态受控 视频峰化电路，单元300在有效图像间隔期间被控制用来改变峰化 量。便利的动态受控视频峰化的输入信号选择完全不影响视频峰化 装置的动态操作。
连接与PIP或POP图像结合的峰化亮度信号301供单元400的 屏幕显示、OSD、和信息插入。象对PIP插入描述的那样，利用OSD 快速切换信号来确定屏幕消息插入点的位置。所述OSD快速切换信 号可以为空白或减少由OSD信息重写的主信号的信号幅值。然而， 如果按视频幅值来减少主信号以在屏幕信息的后面产生透明的效 果，则最好在OSD的持续期间动态地减少或去掉主信号增强。通过 控制器150易于实现这种控制，控制器150产生OSD快速切换信号， 控制透明OSD插入并提供附加的动态控制元件以控制连接到横向滤 波器300的控制信号Ctrl1和Ctrl2。
在屏幕信息插入之后，峰化亮度信号401连接到视频处理器单 元500，在此形成显示驱动信号。在上面的描述中，仅讨论了亮度信 号分量，然而，在连接到视频处理器单元500以前，对彩色信号分 量执行可比图像操作和缩小处理，以形成示例性红、绿和蓝图像显 示信号。将图像显示信号连接到示例性阴极射线管供显示，并且对 高频分量或亮度信号的导数作出反应，通过由位于CTR颈部的SVM 线圈来调节扫描束速度进行进一步增强。
扫描束速度调节信号由显示信号的亮度分量形成，且该信号被 适当地处理以产生连接到SVM线圈的电流，这干扰挠度场水平分量 的扫描速度。然而，可以从先于或后于亮度分量增强所形成的亮度 分量Y″来产生SVM信号，已知在OSD和同时图像显示期间抑止SVM 的增强。然而在图2中，SVM信号是在PIP或POP插入之后在视频 处理单元500中由亮度分量信号Y′产生的。包括同时图像和其增强程 度的多种图像源暗示可以通过动态控制SVM信号幅值取得最佳SVM 增强。这样，通过从最终或显示信号亮度中导出SVM信号，有可能 动态控制包括实际显示信号的各个图像部分的增强。例如可以通过 动态控制SVM信号幅值来改变SVM增强。在示例性PIP显示包括 计算机导出主图像及插入广播PIP图像的情况下，在主图像的SVM 信号幅值增加期间，SVM幅值可以有利地减少6dB，或在PIP图像 插入的水平和垂直扫描期间动态地减少6dB。
图3A是描述典型的增强装置中视频峰化或锐化随输入信号幅值 变化的示意图。通常把峰化约束在一定的输入信号幅值以下，以阻 止低电平噪音的增强，从而也阻止了低信号电平。如前所述，因为 在同时图像显示中出现不同空间频率內容，因而需要不同图像增强 特性来为同时图像的每一部分提供最佳校正。图3B描述在发明的装 置中峰化幅值或清晰度效果随输入信号幅值的示例性变化。在图3B 中，考虑了具有相应清晰度和增强特性的各种不同的信号源。例如， HDTV或ATSC信号源可能含有30MHz范围的频谱信号分量，因此 可以执行像曲线1那样的图像锐化以增强频率带或频率范围，超过 包含在NTSC信号中的通常图像频率。这样，ATSC曲线被描述为具 有最低的图像增强或锐化度。相反，可以通过更加大量的峰化来主 观提高较低频带和可能以较低视频信号电平出现的NTSC信号源， 如曲线2所示的那样。PIP图像小且清晰度明显降低，因此可以通过 增强缩小图像部分中剩下的信号分量而主观受益。图3描述了经验 确定的PIP图像增强的电平，如果在与为NTSC或ATSC图像增强 所选择的频率范围不同的频率范围内应用较大的幅值，则这提供清 晰度的主观增强。曲线4描述了在作为PIP显示时能够用来锐化向上 转换的NTSC信号源的增强的电平。
为了便于参考图3B所讨论的增强特性的范围，采用图4所示的 发明的动态控制视频峰化装置。示于图4的方框图说明峰化装置或 者可以以供基带视频信号使用的模拟形式实现的横向滤波器、模拟 延迟线和模拟乘法器。类似地，数字配置可用于视频信号的数字表 示、数字移位寄存器和加法器或乘法器。不论是用模拟电路实现还 是数字电路实现，其功能和控制基本相同。简言之，可认为横向滤 波器象峰化装置那样起作用，其中，主信号与反相和衰减时移形式 的输入结合。这样，如果认为主信号SM是脉冲，则它便被时间上相 隔延迟路径持续时间的所述脉冲的前回波(leading echo)和尾回波 (traling echo)增大。这样，反相、衰减及时移形式的输入信号的 和可认为通过减少所述脉冲信号的明显上升时间而贡献前和后波瓣 (pre and postlobes)来增加感觉的清晰度。
图5A、5B和5C示出在时域和频率域中反相回波对的和的效果。 示于图4中的横向滤波器提供在具有重叠量的两个频带中的动态受 控峰化或出现在各个峰化频率之间的重叠频带中的附加增强。然而， 不要求频带重叠或限制频带数量为两个。例如，示于图4的峰化器， 延迟元件D1-D4每个都有相同的延迟值，例如74纳秒，这代表ITU 601 抽样信号的周期。这样，由于延迟元件D3和D4，信号HFpk的最 大增强出现大约13.5MHz。由于D1加D3和D2加D4的加法效果， 较低频率增强信号LFpk的峰值在6.75MHz。类似地，37纳秒延迟 值将产生具有13.5MHz的低频峰值的27MHz的高频校正峰值。使用 具有可选多频带的横向滤波器是众所周知的。例如，在例如东芝 TA1276N型的视频和偏转处理集成电路中，提供了6种不同峰化频 率，通过象I2C总线代表的串行数据总线可选择地控制这些频率。尽 管可以通过总线来选择峰化频率，然而不便于两个或更多频率下的 同时操作。此外，I2C数据总线的有限传输速度，例如400Kb/s，仅 允许静态滤波器选择和用户清晰度控制操作。这样的I2C数据总线控 制仿碍了动态控制便于选择性增强包括同时PIP或POP图像的各个 图像部分所需的峰值量或频率选择。
显然，具有由时钟装置提供的延迟元件的数字滤波器实现比具 有模拟信号和延迟线的滤波器实现更易于构造多频滤波器。这样， 数字信号处理实施例为构成峰值特性来校正或提高在非高斯成形损 耗条件下的信号提供更大的灵活性。
参考图4，模拟或数字信号在端子A输入并且连接到延迟元件 D1，并且通过反相器和衰减器(未示出)以在求和装置SUMLf提 供具有负1/4输入信号幅值的输入信号。延迟的主信号HfE连接到第 二求和装置SUM Hf并且连接到第二延迟元件D3。通过反相器和衰 减器(未示出)连接信号HfE以在求和装置SUMLf提供具有负1/4 输入信号幅值的输入信号。来自延迟元件D3的输出信号SM连接到 延迟元件D4并且连接到求和器SUM O/P，在此将增强信号HFpk和 LFpk相加以形成峰化亮度输出信号Yenh。
延迟元件D3的输出被衰减，例如衰减一半，并且连接到求和器 Hf和Lf，在此形成各自的校正信号HfCor和LfCor。来自延迟元件 D4的输出信号HfL作为第三输入通过反相器和衰减器(未示出)连 接到求和装置SUM Hf。输出信号HfL还连接到延迟D2，延迟D2 产生用于通过反相器和衰减器连接的输出信号，以形成求和装置SUM Lf的第三输入信号。来自各个求和器SUM Hf和SUM Lf的输出信 号HfCor和LfCor每个都连接到各自的控制装置CTHfpk和CTLfpk， 通过各自的控制信号Ctrl1和Ctrl2，有利于按幅值单独地动态控制。
对所选择的视频图像源作出反应，控制器150产生动态控制信 号，它表示可能的空间频率內容和显示表示的类型，即，正常、PIP 或并列。例如，ATSC图像信号可以通过仅仅外加象信号Hfpk表示 的幅值受控较高频率信号分量来增强。然而NTSC信号可以通过外 加较低频率信号分量Lfpk而最佳地增强。类似地，PIP图像內容可 能需要既在低频带又在高频带进行增强，其中最大增强出现在低频 和高频峰值之间，如图5C中注释为2Pk Freq的虚线曲线所示。从 示例性NTSC源得到的向上变换图像，尽管服从标称的2∶1空间频 率转换，然而特别是在与ATSC或计算机产生的图像并列显示时， 仍然是锐度明显较小。因此，在低频带和高频带增强向上变换的图 像以提高感觉清晰度并减少视觉差。
控制器150产生有利的动态控制信号Ctrl1和Ctrl2，它们被连 接用来分别对高频和低频乘法器Hfpk、Lfpk提供独立的控制。例如， 在PIP显示中，快速切换信号确定缩小图像的插入位置，因此，它可 以用来有利地控制增强度和PIP图像的频谱分量将得到增强的频带。 通过控制信号Ctrl1和Ctrl2可以完成在峰化频带之间进行选择，例 如，当两个控制信号中的一个被设为零增强时，导致那个峰化频率 的零峰化。显然，在横向滤波器的数字实现中，快速切换信号(快Sw) 可以由其值与快速切换信号同步改变的数字字表示。由于控制器150 对每个峰化频率提供独立的增强控制，因而可通过动态地和独立地 控制峰化频率和增强量来最佳地增强某些同时图像。在主图像与PIP 或POP图像之间的边界，会出现明显的增强变化，这会潜在地导致 不期望的过渡峰化效果。最好通过控制速率或控制字取新值的时钟 周期数来地避免这种不期望的峰化过渡。在模拟系统中，要对快速 切换信号进行滤波以产生在PIP边界的增强效果中逐渐的斜坡变化。
图6是说明示例性扫描速度调节(SVM)放大器的详细电路图， 该电路具有对数字控制字作出反应而对SVM信号幅值的有利动态控 制。如前所述，在单个显示屏上同时显示的多幅图像的清晰度可以 通过动态控制应用于图像每一部分的信号峰化和增强程度来优化。 一般，可以通过在输入信号幅值的有限范围内操作SVM系统来达到 速度调节的图像增强，以产生持续的、最大级别的增强。通常通过 峰峰SVM信号限制来控制持续的SVM信号幅值，经常用来自线圈 驱动器放大器的负反馈以防止过多的功率耗散，并通过前馈信号防 止发射。然而，在图2所示的示例性电路中，从增强的同时显示信 号得到SVM信号，因此采用有利的动态前馈控制信号来控制SVM 信号幅值，并由此防止持续的或连续的SVM信号的峰峰限幅，以及 由输出功率控制引起的可能的SVM幅值恶化。
如前所述，在单个屏幕上同时显示的多个图像的清晰度可以通 过动态控制应用于图像的每个图像分量的峰化程度来优化。这样， 在有利的装置中，数字控制比特被连接以动态控制应用于SVM线圈 的SVM信号幅值，以便产生多图像分量的最佳边缘增强。
象关于横向滤波器讨论的那样，对选择用于与例如PIP、并列或 POP的显示图像的特性一道显示的信号源作出反应，控制器150产 生数字控制字。数字控制字可以例如包括3比特，用于动态控制SVM 信号幅值，并因此控制SVM得到的图像增强程度。亮度信号Y通过 电容器C1连到晶体管Q2的基极，晶体管Q2配置为射极跟随器。 如前所讨述，可以以视频处理器500的信号Y′或处理单元200中形成 的Y″的形式得到该亮度输入信号。电阻器R10、R11和R12形成了 分压器，连接在电源+VA和地之间，用于确定晶体管Q2和Q4的基 极电压。晶体管Q2的集电极连接到电源+VA，通常为24伏，Q2的 发射极通过电阻R13连接到由晶体管Q4形成的基极接地放大器的发 射极。晶体管Q4的基极连接到电阻R11和R12的连接点并通过电 容C2去耦接地。
晶体管Q4集电极上的放大的亮度信号由连在集电极和地之间并 联的网络进行微分，该网络包括电容C5、电感L2和阻尼电阻R19。 来自晶体管Q4集电极的微分亮度或SVM信号通过电容C3和电阻 器R20连接到晶体管Q6的基极，晶体管Q6和晶体管Q8一起形成 微分放大器。电阻器R21连接到电容器C3和电阻器R20的连接处 为晶体管Q6的基极提供偏置，使之与晶体管Q8的基极有相同的电 位。微分放大器的增益是由电阻器R26和R28、R36和来自电流源 晶体管Q7的集电极电流来调整。电阻器R25、R23和R24形成分压 器，为晶体管Q6、Q7和Q8提供偏置电压，其中晶体管Q6通过电 阻器R20和R21偏置，而晶体管Q8通过电阻器R30偏置。电阻器 R21、R30、R33和R34的结合点通过电容器C14去耦接地。类似地， 电容C11使R25与R33的结合点去耦接地。Q6的集电极直接连接 到电源电压+VA。在通过电阻器R36连接到电源电压+VA的晶体管 Q8的集电极上产生放大的和幅值受控的SVM信号。SVM信号连接 到功率放大器(SVM DRIVER)，后者在SVM线圈中产生电流来影 响扫描电子束水平分量的速度调节。
单元650示出来自控制信号Ctrl1和Ctrl2的SVM控制字的形成， 控制信号Ctrl1和Ctrl可以结合并且连接到例如象虚线框A和B中 描述的那样的示例性数模转换器。示于单元A中的数模转换器包括 晶体管开关Q1、Q3和Q5。每个晶体管开关由正逻辑电平驱动到饱 和导通，例如对应于逻辑1状态的+5伏的逻辑电平。当任何一个晶 体管开关饱和时，分别通过晶体管开关Q1、Q3、Q5、集电极负载电 阻R1A、R2A和R3A、DC隔离电容C4和电阻器R20的某种组合， 在晶体管Q6的基极形成AC分压器。当SVM控制字具有例如表示 为零电压值的逻辑零值时，晶体管开关断开并且在微分放大器的输 入端没有AC分压出现。这样，数字控制字转换为模拟信号衰减值， 它确定SVM信号幅值并因此确定图像锐化的程度。
在虚线框B中描述的第二实施例中，SVM控制字可以由例如单 元650的控制信号Ctrl1和Ctrl2形成并且连接到例如由晶体管开关 Q1、Q3、Q5描述的数模转换器。每个晶体管都可以产生与各个集电 极电阻器R1B、R2B和R3B成比例的电流幅值。这些数字确定的电 流相加形成电流I。当数据比特具有零伏或逻辑零值时，从5伏正电 源传导最大电流I。如果数据比特取值为标称5伏或逻辑1，晶体管 开关便断开且没有数字受控电流产生。
形成电流I的数字导出电流连接到电阻器R27和电流源晶体管 Q7的发射极的连接点。电阻器R27的另一端接地。晶体管Q7的集 电极连接到电阻器R26和R28的连接点，电阻器R26和R28确定微 分放大器的增益。随着来自数模转换器的电流I增加，晶体管Q7的 发射极电压也增加。发射极电压的增加引起晶体管基极发射极电位 下降，这又减少集电极电流。这样，由于对连接到数模转换器的数 据字表示的值作出反应来改变供给微分放大器的电流，所以SVM输 出信号的幅值也改变，并因此导致图像增强的程度改变。微分放大 器中源电流的改变提供动态控制SVM信号的增益或幅值。这样，对 为显示图像的每个图像部分得到的数字值作出反应来控制SVM信号 幅值和结果的增强。