Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОДНОВРЕМЕННОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕСКОЛЬКИХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРОГРАММ

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.