Способ одновременного отображения изображений нескольких телевизионных программ

Изобретение относится к области передачи изображений для одновременного отображения нескольких изображений на экране телевизионного приемника. Технический результат заключается в обеспечении возможности отображения сигналов изображений нескольких ТВ программ из группы программ данного пакета для одновременного их просмотра на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке" с использованием одного преобразователя высокочастотных сигналов (тюнера). Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа приема сигналов спутникового и кабельного цифрового телевидения, включающего подачу и обработку сигналов из кабельной сети телевидения в диапазоне частот от 50 до 850 МГц, а также сигналов с приемного устройства спутникового канала связи в диапазоне частот 1-2 ГГц, преобразование сигналов для данной полосы частот в промежуточную частоту 27/36 МГц, аналого-цифрового преобразования сигналов, выполнение операций обработки сигналов, обратных передающей части системы цифрового телевидения, включающих демодуляцию сигналов, коррекцию ошибок, дескремблирование сигналов, демультиплексирование транспортного потока с выбором основной ТВ программы для ее просмотра, демультиплексирование программного потока путем формирования элементарных потоков и декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифроаналоговое преобразование сигналов видео и звука, отображение сигналов изображений выбранной ТВ программы на экране ТВ приемника, в котором при демультиплексировании транспортного потока дополнительно выделяют сигналы изображений и звука других ТВ программ из группы программ данного пакета, формируют их элементарные потоки и осуществляют дальнейшую обработку, декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифроаналоговое преобразование сигналов видео и звука, после чего осуществляют отображение сигналов изображений нескольких вещательных программ на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке". 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области передачи изображений и может найти применение в вещательном и прикладном телевидении для одновременного отображения нескольких изображений на экране телевизионного приемника для просмотра программ вещательного телевидения или видеонаблюдения и контроля объектов с использованием специализированных систем телевидения.

Внедрение методов и средств цифровой обработки сигналов изображений в вещательном телевидении обуславливает возможность широкого использования различных алгоритмов и программных средств, что в конечном итоге позволяет расширить услуги, предоставляемые вещателями телевизионных (ТВ) программ. Так, например, технология "картинка в картинке" ("изображение в изображении") предусматривает отображение на экране воспроизводящего устройства сигналов изображений, как правило, двух ТВ каналов одновременно, причем одна из программ отображается в полноразмерном формате, вторая, меньшего размера - отображается в одном из углов экрана ТВ приемника.

ТВ приемники, имеющие режим работы "картинка в картинке", "картинка вне картинки" и так далее, достаточно известны. Например, ТВ приемники, имеющие такие признаки, описываются в патентах США [1, 2]. Известен также цветной ТВ приемник, с режимом работы "картинка в картинке" [3], в котором изменяется подъем частотной характеристики видеосигнала в области высоких частот для различных типов входных видеосигналов.

Известен также ТВ приемник с режимом работы "картинка в картинке", отличающийся тем, что в него введены процессор нелинейной обработки сигнала яркости, осуществляющий функции растягивания сигнала в области черного для улучшения различимости в зонах низкой яркости основного изображения, путем приложения большого усиления к сигналам низкого уровня, чем к сигналам высокого уровня, и средство подключения, подключенное к процессору нелинейной обработки для запрета нелинейной обработки в течение интервала времени, на котором второй выход переключателя подключен к процессору "картинка в картинке" [4]. ТВ приемник, согласно изобретению, содержит источник сигналов для образования первого и второго видеосигналов, подлежащих отображению на экране приемника.

В последние годы появилась тенденция записывать одну ТВ программу при просмотре другой, или осуществлять запись ТВ программ по выбору в автоматическом режиме по заранее заданному сценарию. ТВ приемник устроен так, чтобы мог принимать сигналы, представляющие ТВ программы и данные расписания телевизионных программ, и имеет устройство записи, содержащее «жесткий диск», для записи принятых ТВ программ. Жесткий диск также позволяет записывать одновременно две разные ТВ программы, принимаемые по разным каналам. Для этого в ТВ приемнике используются два тюнера [5].

Наиболее близким по совокупности операций и техническим признакам является способ и устройство для приема сигналов спутникового и кабельного цифрового телевидения [6]. Прием цифровых ТВ программ может осуществляться либо интегрированным декодером, либо приставкой к телевизору. Независимо от того, поступает ли цифровой ТВ сигнал с наземного радиотелевизионного передатчика, со спутника или по кабелю, большинство функций приемного устройства во всех случаях остаются одинаковыми.

Рассмотрим принцип действия и технологию приема цифровых ТВ программ. Общепринятой для приемных установок спутникового телевидения в диапазоне 11…12 ГГц является схема с двойным преобразованием частоты. Индивидуальный СВЧ приемник цифровой спутниковой системы содержит параболическую антенну, с диаметром 0,6-1,2 м за рефлектором которой размещается наружный блок (конвертор). В конверторе происходит первое преобразование частоты сигнала, принятого антенной в полосе частот 10,95-11,7 ГГц или 11,7-12,5 ГГц, в сигнал первой промежуточной частоты 0,95-1,75 ГГц или 0,95-2,21 ГГц [6]. После первого преобразования принятый сигнал усиливается и по коаксиальному кабелю передается на вход внутреннего блока - ресивера, который имеет второй преобразователь частоты и усилитель второй промежуточной частоты с полосой пропускания 27/36 МГц. Гетеродин второго преобразователя перестраиваемый, с шагом 10 кГц. Для осуществления этого в составе цифрового приемника имеется синтезатор частот с блоком управления.

В цифровом декодере (ТВ приставке) над сигналом выполняются операции обратные передающей части системы цифрового телевидения, а именно:

- демодуляция квадратурной фазовой манипуляции и канальное декодирование;

- осуществление коррекции ошибок и принятых данных (декодер кода Рида-Соломона);

- дескремблирование сигналов в соответствии с условиями доступа к ТВ программам;

- демультиплексирование транспортного потока данных и образование элементарных потоков видео, звука и данных;

- декодирование сигналов по стандарту MPEG-2/4, формирование цифровых сигналов яркости, двух цветоразностных сигналов, сигналов звукового сопровождения и сигналов типа телетекст;

- получение аналоговых сигналов видео и звука.

Рассмотрим в качестве примера общую структурную схему ТВ приставки (фиг. 1). Такое устройство принимает сигналы цифрового телевидения по кабельной линии, от спутниковой антенны и приемника. Осуществляет аналого-цифровую и цифро-аналоговую обработку сигналов и преобразует их в аналоговые ТВ сигналы для подачи на обычный телевизионный приемник [6].

В ТВ приставке имеется высокочастотный тюнер, который имеет два входа. К одному из них (КТВ) подключается линия кабельной ТВ сети. Диапазон частот сигнала на этом входе от 50 до 850 МГц. На второй вход тюнера (СТВ) поступает сигнал с приемного устройства спутникового канала связи. Этот сигнал передается на несущей частоте, находящейся в диапазоне 1-2 ГГц, перенос на которую осуществляется в преобразователе, расположенном непосредственно у приемной антенны. При работе с любого из этих входов тюнер позволяет выбрать нужный телевизионный канал и переносит сигнал с несущей частоты, выбранного канала, на промежуточную частоту.

В случае приема кабельного телевидения сигнал промежуточной частоты (ПЧ) с выхода тюнера поступает на АЦП. Дальнейшая обработка сигнала производится в цифровой форме. В следующем блоке осуществляется демодуляция квадратурной амплитудной манипуляции (имеющей 4, 16, 32, 64 или 256 возможных состояний).

В случае приема спутникового телевидения сигнал с выхода тюнера поступает на блок, в котором выполняется демодуляция квадратурной фазовой манипуляции (имеющей 4, 16, 32, 64 или 256 возможных состояний) и канальное декодирование.

В обоих режимах приема сигналы после демодуляции и канального декодирования поступают на корректор ошибок (декодер Рида-Соломона), в котором осуществляется коррекция ошибок в принятых данных. На выходе этого блока формируется транспортный поток MPEG-4. Затем, в следующем блоке (фиг. 1), выполняется операция дескремблирования сигнала, то есть, в соответствии с условиями доступа к конкретной ТВ программе выполняется расшифровка данных. Далее осуществляется демультиплексирование транспортного потока данных. В конце этого процесса формируется транспортный поток, который содержит 188-байтовые мультиплексированные пакеты, относящиеся к четырем или пяти различным ТВ программам. Перед восстановлением изображения пакеты, относящиеся к выбранной программе, должны быть опознаны и размещены в необходимом порядке, что характеризует процесс демультиплексирования транспортного потока и это происходит в транспортном демультиплексоре. Транспортный демультиплексор принимает на свой вход 8-битовый транспортный поток, содержащий видео-, звуковую или служебную информацию, относящуюся к четырем или пяти различным ТВ программам, представленный в виде 188-байтовых пакетов. Каждый пакет содержит слово синхронизации для вхождения в синхронизм, идентификатор пакета, опорный сигнал синхронизации программы и биты видео-, звуковых и служебных данных.

Далее использование операции демультиплексирование программного потока позволяет получить элементарные потоки видеоданных и звукового сопровождения в соответствии с используемым стандартом сжатия данных. Полученные элементарные потоки, после мультиплексирования данных, поступают на соответствующие декодеры MPEG-4. В этих блоках выполняется синхронизация по принятым меткам времени встроенного генератора тактовой частоты 27 МГц. Здесь осуществляется полное декодирование данных изображения, звука, дополнительной текстовой и графической информации в соответствии с главным уровнем профиля MPEG-2/4 и формирование выходных цифровых сигналов изображения (Рекомендация 601 МККР) и звукового сопровождения. Данные изображения выводятся в виде цифровых сигналов яркости Y, цветоразностных сигналов R-Y и B-Y в формате 4:2:2 по 8 бит на элемент изображения. Далее цифровые сигналы поступают на соответствующие ЦАП.

После цифро-аналогового преобразования сигналов предусматривается формирование сигналов разных видов - полных сигналов систем PAL или SECAM, а также сигнала стандарта S-видео, когда формируется сигнал яркости и сигнал цветности на поднесущей. Имеется также режим вывода сигнала яркости Y и цветоразностных сигналов R-Y (U) и В-Y (V) или сигналов первичных основных цветов RGB. Выбор того или иного вида сигналов обусловлен наличием соответствующих входов у используемого ТВ приемника. Недостатком данного способа является не возможность предоставления телезрителю услуги "картинка в картинке" или услуги "несколько картинок в картинке". Последняя услуга предусматривает отображение на экране ТВ приемника в большом формате (размере) изображения основной ТВ программы и в малом формате (размере) нескольких изображений других ТВ программ.

Наличие такой услуги позволяет осуществлять просмотр ТВ программы одного канала и следить за содержанием ТВ программ других каналов и при необходимости использовать их для просмотра в качестве основной ТВ программы, путем замены мест отображения ТВ программ тех или иных вещательных каналов.

Технический результат - обеспечение возможности отображения сигналов изображений нескольких ТВ программ из группы программ данного пакета для одновременного их просмотра на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке".

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа приема сигналов спутникового и кабельного цифрового телевидения, включающего подачу и обработку сигналов из кабельной сети телевидения в диапазоне часто от 50 до 850 МГц, а также сигналов с приемного устройства спутникового канала связи в диапазоне частот 1-2 ГГц, преобразование сигналов для данной полосы частот в промежуточную частоту 27/36 МГц, аналого-цифрового преобразования сигналов, выполнение операций обработки сигналов, обратных передающей части системы цифрового телевидения, включающих демодуляцию сигналов, коррекцию ошибок, дескремблирование сигналов, демультиплексирование транспортного с выбором ТВ программы для ее просмотра, демультиплексирование программного потока, путем формирования элементарных потоков и их декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифро-аналоговое преобразование сигналов видео и звука, отображение видеосигналов выбранной ТВ программы на экране ТВ приемника, в котором при демультиплексировании транспортного потока дополнительно выделяют сигналы изображений и звука других ТВ программ из группы программ данного пакета, формируют их элементарные потоки и осуществляют дальнейшую обработку, декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифро-аналоговое преобразование сигналов видео и звука, после чего осуществляют отображение видеосигналов нескольких ТВ программ на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке".

Для достижения поставленной цели предлагается способ одновременного отображения изображений нескольких ТВ программ, включающий прием сигналов спутникового и кабельного цифрового телевидения, обработку сигналов из кабельной сети телевидения в диапазоне часто от 50 до 850 МГц, а также сигналов с приемного устройства спутникового канала связи в диапазоне частот 1-2 ГГц, преобразование сигналов для данной полосы частот в промежуточную частоту 27/36 МГц, аналого-цифровое преобразование сигналов, выполнение операций обработки сигналов, обратных передающей части системы цифрового телевидения, включающих демодуляцию сигналов, коррекцию ошибок, дескремблирование сигналов, демультиплексирование транспортного с выбором ТВ программы для ее просмотра, демультиплексирование программного потока, путем формирования элементарных потоков и их декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифро-аналоговое преобразование сигналов видео и звука, отображение видеосигналов выбранной ТВ программы на экране ТВ приемника, отличающийся тем, что при демультиплексировании транспортного потока дополнительно выделяют сигналы изображений и звука других ТВ программ из группы программ данного пакета, формируют их элементарные потоки и осуществляют дальнейшую обработку, декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифро-аналоговое преобразование сигналов видео и звука, после чего осуществляют отображение сигналов изображений нескольких вещательных программ на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке".

На фиг. 2 представлена структурная схема ТВ приставки, реализующий предлагаемый способ. Она включает: антенну 1, тюнер 2, демодулятор 3, дескремблер сигналов 4, демультиплексор транспортного потока 5, демультиплексор программного потока 6, коммутатор-распределитель программного потока 7, блок программного управления 8, блок декодеров видео и звука 9, блок формирования изображения и звука в режиме "несколько картинок в картинке" 10, блок управления тюнером 11, блок кадровой памяти 12, блок ЦАП видео и звука 13, ТВ приемник 14, оперативно-запоминающее устройство 15 (ОЗУ), постоянно запоминающее устройство 16 (ПЗУ), пользовательский интерфейс 17, пульт дистанционного управления 18, блок синхронизации 19. Блок декодеров 9 содержит m-отдельных декодеров, осуществляющих декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука.

Принцип работы ТВ приставки заключается в следующем. Радиочастотный сигнал, содержащий ТВ программы, поступает на антенну 1, сигнал с которой поступает в тюнер 2, где выделяется несущая частота из всего спектра сигнала и выполняется операция понижение частоты сигнала до промежуточной частоты. Сигнал промежуточной частоты поступает на вход демодулятора 3, где происходит демодулирование сигналов и преобразование их в последовательный цифровой поток двоичных символов, который представляет собой транспортный поток (ТП). В случае, если ТП имеет криптографическую защиту, он направляется в дескремблер сигналов 4. Дескремблер выполняет декриптографию, а если она отсутствует, оставляет ТП без изменений. Далее ТП подается на демультиплексор транспортного потока 5, где осуществляется выбор необходимой информации, в которой содержаться битовая скорость, количество каналов, их расположение и т.п. В демультиплексоре программного потока 6 осуществляется выделение сигналов видео, звука и служебной информации, если она присутствует, непосредственно в выбранных программах. Так как в ТП вся мультимедийная информация, в том числе видео и звук, передается в последовательном коде, она легко разделяется не только в пределах одной программы, но и между различными программами. Блок управления декодерами 8 распределяет цифровой поток, представленный в последовательном виде между различными декодерами, дискретизируя ее в различных промежутках времени. При выборе пользователем только одной ТВ программы, при помощи пульта дистанционного управления 18, через интерфейс пользователя 17, будет задействован только один декодер (например, декодер 9₁) и система работает в обычном режиме, сигнал с выхода демультиплексора программного потока 6 поступает через коммутатор-распределитель 7 на вход первого декодера. В этом случае блок формирования изображениями 10 не выполняет никаких операций. Блок кадровой памяти 12 содержит всю информацию о битовом поле изображения, которое должно быть выведено на экран. Блок ЦАП 13 преобразует цифровой сигнал в аналоговый сигнал изображения для отображения на экране ТВ приемника 14. При выборе нескольких ТВ программ, коммутатор-распределитель 7 распределяет программные потоки на отдельные декодеры 9₁, 9₂, ...., 9_m. Для каждого декодера выделяются отдельные области памяти в ОЗУ 15. Блок формирования ТВ изображения в режиме "несколько картинок в картинке" 10 формирует общий сигнал ТВ изображения, на основе сигналов изображений, полученных от отдельных декодеров, число которых может быть равно величине m, где 2≤m≤W. В этом же блоке определяется местоположения и размеры окошек для отображения дополнительных других ТВ программ, что осуществляется путем масштабирования и перемещения по растру ТВ экрана. Вновь сформированное изображение сохраняется в блоке памяти 12 в виде битового поля, а затем сигналы изображения считываются и подаются на вход ТВ приемника 14 через блок ЦАП 13. Правила и условия выбора, сценарии обмена потоками данных между блоками, а также их очередность выполнения и приоритет содержатся в блоке программного управления 8. Так же блок программного управления 8 взаимодействует со всеми программно-аппаратными блоками ТВ приставки. Синхронизация и совместная работа вех блоков и узлов ТВ приставки осуществляется с помощью тактовых и синхронизирующих импульсов, формируемых на выходе бока 19.

Первоначально предусматривается, что звуковое сопровождение осуществляется для основной выбранной ТВ программы. В случае необходимости, может быть осуществлен выбор звукового сопровождения для любой другой отображаемой ТВ программы. Для этого подается управляющий сигнал в соответствующий декодер 9_i, где декодируется звуковой сигнал и обеспечивается его подача, через блок 10 на вход ЦАП 13, и далее на вход ТВ приемника 14.

На фиг. 3 показано ТВ изображение в режиме "несколько картинок в картинке". Здесь первоначально выбранная ТВ программа отображается в большом формате, а три других ТВ программы в малом формате, местоположение которых, для примера, выбрано справа по полю ТВ кадра. Число, размеры и местоположение дополнительных программ малого формата на экране ТВ приемника могут быть фиксированными или переменными. Их настройка осуществляется с помощью пульта дистанционного управления 18, через блок программного управления 8.

Источники информации

1. Патент США №4890162. Опубликован 26 декабря 1989 г.

2. Патент США №4768083. Опубликован 30 августа 1988 г

3. Патент РФ №2107405. Цветной телевизионный приемник. Опубликован 20.03.1998 г.

4. Патент РФ №2129757. Телевизионный приемник. Опубликован 27.04.1999 г.

5. Патент РФ №2390965. Приемник телевизионных сигналов. Опубликован 27.04.2005 г.

6. Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С., Сагдуллаев Т.Ю. Видеоинформационные технологии систем связи. М.: Изд-во "Спутник +", 2011 - 296 с.

1. Способ одновременного отображения изображений нескольких телевизионных программ, включающий прием сигналов спутникового и кабельного цифрового телевидения, обработку сигналов из кабельной сети телевидения в диапазоне частот от 50 до 850 МГц, а также сигналов с приемного устройства спутникового канала связи в диапазоне частот 1-2 ГГц, преобразование сигналов для данной полосы частот в промежуточную частоту 27/36 МГц, аналого-цифровое преобразование сигналов, выполнение операций обработки сигналов, обратных передающей части системы цифрового телевидения, включающих демодуляцию сигналов, коррекцию ошибок, дескремблирование сигналов, демультиплексирование транспортного потока с выбором телевизионных программы для ее просмотра, демультиплексирование программного потока путем формирования элементарных потоков и их декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифро-аналоговое преобразование сигналов видео и звука, отображение сигналов изображений выбранной ТВ программы на экране ТВ приемника, отличающийся тем, что при демультиплексировании транспортного потока дополнительно выделяют сигналы изображений и звука других ТВ программ из группы программ данного транспортного потока, формируют их элементарные потоки и осуществляют дальнейшую обработку, декодирование сигналов в стандарте MPEG-4 для видео и звука, цифро-аналоговое преобразование сигналов видео и звука, после чего осуществляют отображение сигналов изображений нескольких вещательных программ на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке".

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число отображаемых вещательных программ на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке" может быть равным m≥2.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что местоположение и размеры изображений дополнительных ТВ программ на экране ТВ приемника имеют фиксированное значение по полю кадра всего ТВ изображения.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что местоположение и размеры изображений дополнительных ТВ программ на экране ТВ приемника могут изменяться по полю кадра всего ТВ изображения.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что может осуществляться звуковое сопровождение для любой из отображаемых ТВ программ на экране ТВ приемника в режиме "несколько картинок в картинке".