本发明涉及多画面的同时显示，特别涉及宽屏和常屏电视上图像宽高比恰当、基本上无须对画面的大小加以限制的并排双画面的经改进的显示格式。 在下面的讨论中，“格式显示比”一词指画面即显示装置边缘的宽高比。例如，普通电视机图像显示装置的格式显示比为4∶3，这种比值也可用4×3表示，本说明书采用了这两种显示比的表示方式。“图像宽高比”指构成画面的图像宽高比，这里不涉及整个画面的尺寸或边缘。如果画面没有受到水平和垂直方向不成比例的尺寸压缩或扩展的影响，则构成该画面的图像宽高比应是恰当的。这两种概念的区别是重要的，因为两个画面的格式显示比可以相同，但图像宽高比可能不同，反之亦然。
国际专利申请PCT/US91/03742（相应于国际专利公开WO91/19395）公开了一种宽屏幕电视机，供处理多重视频信号以产生多个多重画面显示格式，其中包括两个并排的画面，每画面占满宽屏图像显示装置1/2地屏面。PCT/US91/03742公开的宽屏幕电视机的图像显示装置的格式显示比为16∶9，也可以用16×9表示。
并排画面是目前对电视机，特别是对宽屏显示的电视机，提出的性能要求。我们可以同时欣赏画面大小相同的两个节目。这比起画中画格式更为有趣。在画中画格式中，第二个画面叠加在主画面上，而且其显示面积比主画面小得多。并排显示显示出的是两个主画面。但并排画面显示格式即使在宽屏显示时也有这样的问题，即为了避免图像宽高比失真，必须把大量主题图像加以删除。例如，若宽屏幕电视的图像显示装置其格式显示比约为16∶9，则在其上显示的并排画面各自的格式显示比约为8∶9。若图像源的格式显示比为普通的4∶3，则若要使得到的显示画面没有图像宽高比失真，就必须把各画面主题的大约33%在水平方向上的尺寸加以删除。
如果不进行像幅限制，则可以将画面在水平方向上加以压缩，但这样做就会使画面的图像宽高比失真。这在实际要求减小像幅限制的情况下通常是不能接收的。在某些情况下，甚至小到1.05或1.1比1的压缩幅度也会引人注目。要进一步加以压缩是非常困难的。例如，30%至50%的压缩程度就严重得使两个画面实际上即使在很短的时间看上去也是不舒服的。由于要有充分时间来确定另一个频道上会出现什么主题，这种压缩可能不易进行。总之，这种压缩实在严重到使我们不能舒舒服服地欣赏两幅画面。这样，为使画面并排显示而限制画面大小或使图像宽高比失真的害处就超过了同时欣赏两幅画面的这种好处。
虽然这个问题是就宽屏幕电视加以说明的，但限制并排画面大小这个问题对格式显示比为4∶3的普通电视更为严重。普通电视两并排画面各自的格式显示比是2：3，这相当于6：9。这种并排画面大小的限制幅度大到不切实际的程度。索尼公司出口的某些普通电视机具有并排显示的功能，但图像在水平方向上的压缩达到实际上不能看的程度。普通电视机上并排画面的这种功能并不是真正可行的。
本发明的方案给宽屏和普通电视机提供了一种新的并排画面的显示格式，能在不致使图像宽高比失真的情况下实际减少对限制画面大小的需求;或者若可容许少量的图像宽高比失真，基本上无须对画面的大小进行任何限制。按照本发明的方案，画面的标称垂直高度减小了。减小画面的垂直高度看来与宽屏幕电视的优点有矛盾，宽屏幕电视显示面积大，在许多情况下能使4∶3格式的图像源以放大的尺度显示。事实上，各并排画面的面积减小了，然而，垂直显示高度的这种减小实际上增大了各并排图象的格式显示比，从而为防止图像宽高比失真所需要的像幅限制小得多。
按照上面所举的格式显示比为16∶9的宽屏幕电视的实例，两并排画面的格式显示比各为8∶9。为避免图像宽高比失真，各画面必须在水平方向上缩短33%。若画面的垂直高度只缩短2/9，则各画面的格式显示比会从8∶9增加到8∶7，约增加28%。各画面都比较小，但不致小到不合适的程度。此外，这时为避免图像宽高比失真而需要对主题进行的像幅限制仅为14%左右。因此，采用与宽屏电视的一般优点有矛盾的显示方式能改进并排画面的显示格式。若将得出的画面在水平方向上只压缩大约14%，则基本上可以无须进行像幅限制。这样做，许多电视观众会觉得其图像宽高比是可以接受的，因为两幅画面的主题是完整的。
减少垂直偏转高度具有垂直压缩画面的效果并引起图像宽高比失真。因此须要按减少垂直高度同样的比例水平压缩各画面。这具有使图像宽高比恢复到合适程度的作用，同时还具有减少水平方向画面受限制量的效果。换句话说，为了防止图像宽高比失真，更多的画面主题应放入垂直方向缩短了的8∶7格式的显示周界内而不应放入8∶9格式的显示周界内。放入更多的主题等于减小像幅限制量。
可向汤姆逊消费者电子公司购到的PRO SCAN牌宽屏幕电视机，其垂直高度，举例说，相当于34英寸对角线的显像管，当然要比普通的显像管宽。不难理解，若普通电视机大到其对角线尺寸足有例如35英寸的长，在这种大屏幕上垂直高度缩短了的画面其画面面积几乎与宽屏幕电视机相同。因此，这里所公开的本发明方案可应用在普通电视中，以实际上利用这种性能确实可行的方式显示并排画面。
本发明方案的电视机包括：图像显示装置，具有第一垂直显示高度和第一格式显示比;视频信号混合装置，用以混合表示至少两个供在图像显示装置上并排显示画面的视频信号，各画面的第二格式显示比小于大约4∶3;垂直显示高度减小装置，用以在并排显示画面期间减小小于第一垂直显示高度的垂直显示高度，从而使各并排画面的第三格式显示比介于第一与第二格式显示比之间;和水平压缩装置，用以水平压缩各画面，以补偿因减小所述垂直显示高度引起的任何图像宽高比失真。
在宽屏幕电视中，若第一格式显示比约为16∶9，则第二格式显示比大约为8∶9，第三格式显示比大约为8∶7。垂直显示高度减小到一定的分数值，同时将画面水平压缩到同样的分数值。或者也可以使垂直显示高度减小到第一分数值，且使画面在水平方向上压缩到小于第一分数值的第二分数值，以便尽管图像宽高比有些失真仍然可以进一步减小画面的像幅限制。
本发明的方案还可以就像幅限制方面加以说明，这时电视机包括：图像显示装置，具有第一垂直显示高度和第一格式显示比;图像处理装置，用以混合表示至少两个供在图像显示装置上并排显示画面的视频信号，各并排显示的画面占满图像显示装置的给定显示区，且某些部分的主题从该显示区中删去;垂直显示高度减小装置，用以在并排显示画面期间减小小于第一垂直显示高度的垂直显示高度，从而使各并排画面占满图像显示装置的小于给定显示区但具有小于从该显示区中删去的某部分的部分显示区;和水平压缩装置，用以水平压缩各画面，以补偿因减小所述垂直显示高度引起的任何图像宽高比失真。垂直显示高度减小到一定的分数值，同时将画面水平压缩到同样的分数值。或者也可以使垂直显示高度减小到第一分数值，且使画面在水平方向上压缩到小于第一分数值的第二分数值，以便尽管图像宽高比有些失真仍然可以进一步减小画面的像幅限制。
图1是格式显示比为4×3、其上显示有椭圆几何图形且图像宽高比不失真的图像显示屏的示意图。
图2是格式显示比为16×9、其上有如图1所示的椭圆几何图形作为4×3画面显示在屏面的一部分上且图像宽高比不失真的图像显示屏的示意图。
图3是格式显示比为4×3、其上显示有钻石几何图形且图像宽高比不失真的图像显示屏的示意图。
图4是格式显示比为16×9、其上作为4×3主画面显示有钻石几何图形和以画外画（POP）的格式显示有三个不同椭圆几何图形、且四个画面全为4×3画面显示的、而图像宽高比不失真的图像显示屏的示意图。
图5是格式显示比为16×9、示出了在两个并排8×9画面的每个画面上主题经删除一部分、而图像宽高比不失真的图像显示屏的示意图。
图6示出了按本发明的方案在减小垂直偏转高度但增加图5中各并排画面的格式显示比以减小各画面的像幅限制而不使图像宽高比失真时对图5的图像显示的影响。
图7示出了为消除画面的像幅限制而在水平方向上压缩各画面且又让图像宽高比的失真达到尽量小程度时对图6的图像显示的影响。
图8是实施图2和图4-7所示的显示格式的宽屏幕电视机的原理方框图。
图1和图3是图像显示屏10的示意图，图像显示屏的格式显示比为4×3，屏上分别显示有椭圆几何图形12和钻石几何图形14，各图形的图像宽高比都没有失真。这些4×3的画面可以各种不同的显示格式（包括图2和图4中所示的那些显示格式）显示在由图8表明的宽屏幕电视机50的图像显示屏16上。宽屏显示器16可以由直观式阴极射线管、投影式阴极射线管或平板显示器（例如液晶矩阵）构成。本发明并不限制特定显示器的类型。
图2中图像显示屏16所示的显示格式示出了放在16×9宽屏显示面中心的椭圆12的4×3画面，显示面两侧有垂直的黑条。画面保持4×3的格式显示比。加速视频信号从存储器中的读出过程可以防止图像宽高比失真，即以比数字化视频数据写入存储器更快的速度读出这些数字化数据。黑条18的出现是因为没有足够的数据在水平方向上占满宽屏显示面。画面可以通过例如延迟开始读取各行的时间而水平定位。若画面安置在显示面16的一侧，如图4中所示，则有足够的空间供三个POP 20使用，如图中的三种不同椭圆几何图形12所示。这时较大的钻石几何图形14成了主画面22。四幅画面都保持4×3的格式显示比，且图像宽高比不失真。但往往要对较小画面20的视频信号进行二次取样和内插，以便在同样的一些水平扫描过程中提供较小的画面显示，显示主画面或较大画面22时亦用到这些较小的画面。用小画面除了使画面大小减小之外还给解像力带来损失。某些或所有的较小画面20有时要加以更新或翻新，但没有主画面那么频繁。因此，通常对辅助画面并不是想延长对其观看的时间，而是用它来监视各辅助频道，以确定何时切换画源，并将其中一个辅助画源变为主画源。
从某些情况下多画面显示受到的上述限制来看，能在宽屏幕电视上以并排显示格式显示两幅主画面28和30（如图5中所示）是特别有好处的。从图5的宽屏显示面16上可以看到椭圆和钻石几何图形12和14并排显示时可能出现的情况。除非使图像宽高比严重失真或使像幅受到较多限制，否则并排的画面28和30不可能充满整个或标称垂直高度。图5示出了钻石图形14的划点部分24和椭圆图形12的划线部分26表示的大约33%水平方向的较多像幅限制。可以体会到，例如若其中一个画面的主题涉及到一个场所两端彼此对话的两个人，则这两个人可能会从画面中裁出。电视观众很有可能看到的是在显然空旷的场所进行的脱离实况的对话。这时可以在水平方向上进行较大的压缩，但一般认为，这样做没有象像幅限制那么理想，因而这里没有举例说明。
按照本发明在图6中所示的方案，通过减小垂直画面高度是可以显著改进并排显示情况的。图6示出了两幅较短的并排画面32和34，画面的上下边界是水平黑条36。不难看出，从画面上裁除的主题少得多。虽然画面32和34的面积比画面28和30小，但显示出来的各画源的主题要多得多。在许多情况下，垂直高度的减小足以改进并排显示的情况。上面说过，减小垂直偏转高度具有垂直压缩画面和引起图像宽高比失真的后果，因此必须利用同一个视频信号处理器或另一个视频信号处理器按减小垂直高度同样的比例水平压缩画面。这种视频处理器可包括一种异步行存储器和一种内插器。垂直显示高度减小到一定的分数值，画面亦须水平压缩到同样的一定分数值。这具有恢复合适图像宽高比的作用，同时还具有减小画面的水平像幅限制量的效果。换句话说，为避免图像宽高比失真，必须将画面更多的主题放入垂直方向缩短了的8∶7格式的显示面边界中而不要放入8∶9格式的显示面边界中。放入更多的主题等于减小像幅限制量。不过，也可以令垂直显示高度压缩到第一分数值，将各画面水平压缩到比第一分数值大一些的第二分缩值，以便尽管图像宽高比有一些失真却可进一步减小画面的像幅限制量。
从16∶9宽屏显示面的尺寸可以体会到减小像幅限制的效果，这里假设对角线尺寸为34英寸（约为86厘米），这经常叫做34W，如目前市面上出售的许多宽屏幕直观式电视机的情况那样。这种屏幕的水平尺寸约为30英寸（约76厘米），垂直尺寸约17英寸（约43厘米）。在图5所示的并排显示面上，各画面28和30的格式显示比为8∶9。各画面占屏面的1/2，其水平尺寸约为15英寸（约38厘米），垂直尺寸与图像显示面相同，约为17英寸（约43厘米）。为避免图像宽高比失真，各画面的大约33%的像幅被删除。图6中，垂直显示高度减小到大约为标称垂直显示高度的7/9（约78%）。画面32和34的格式显示比为8∶7，比8∶9宽。画面32和34在屏面上的充满率小于1/2，其水平尺寸与图5中的相同，约为15英寸（约38厘米）。但垂直尺寸略大于13英寸左右（约33厘米）。在这种格式下，为了避免图像宽高比失真，对各图像源主题的像幅限制量应只有大约14%，使该水平压缩亦有恰当宽高比。
图7所示并排画面38和40举例说明了由于采用16∶9屏幕的78%的垂直高度，同时由于按超过补偿因减小各画面垂直显示高度以进一步减小像幅限制而引起的图像宽高比失真所需要的水平压缩，而对画面32和34造成的影响。可以看到，并排画面38和40进一步压缩了大约14%，这实际上完全不再有像幅限制。分量较小的在0%至14%范围的进一步压缩须要进一步在大约14%至0%范围进行像幅限制，如此引起的图像宽高比失真较小。进一步进行小量的水平压缩，例如大约4%，就足以使像幅限制在10%左右。进一步进行的大约4%的水平压缩，在大多数情况下会产生几乎觉察不出来的图像宽高比失真;大约10%的像幅限制，在大多数情况下也几乎看不出来。像幅限制相对量与图像宽高比失真的兼顾可以由电视观众控制，例如，按若干渐增的步骤进行。
图8是一方框图，图中示出电视机50的可用以实施本发明方案的并排画面显示格式的各个元件。电视机50由微处理器52控制，微处理器52则通过控制和数据总线60与频道选择控制器54、视频处理器56和声频处理器58联络。声频处理器控制伴音输出，例如左右立体声扬声器59。声频处量器还根据两并排画面的哪一幅伴音在给定时间内应播放而控制开关过程。另一幅画面的伴音可以从例如外部插座处收听。微处理器52受电视观众的控制，例如由遥控单元62发出指令，遥控单元62的输出由遥控接收器感测。
双频道选择电路66根据从天线68或其它信号源（图中未示出）获得的信号，对频道选择控制器54作出响应。此外各频道选择器还配备有图像中频/伴音中频（VIF/SIF）级70和视频/声频解调级。第一和第二视频信号以模拟形式输入模/数转换器74中。第一和第二数字化视频信号输入视频处理器56中。视频处理器应用数字信号处理技术产生具有来自各并排格式画源主题的视频输出信号。视频处理器还对水平和垂直同步信号进行解码和还原，而且产生复位和消隐信号。这些信号加到水平偏转电路82和垂直偏转电路86，还加到微处理器上。偏转系统与第一视频信号同步。在这方面，视频信号称为第一和第二视频信号只是任意的。按照已公开的技术，第二视频信号为了与第一视频信号同步，可以逐场或逐帧地储存起来，通常存入视频存储器中。
水平压缩和扩展可利用行存储器进行，以不同的速率写入和读出数据。内插器使在行存储器中压缩过的数据均化，并对准备在行存储器中扩展的数据进行预均化。此过程由微处理器控制。垂直扩展和压缩可以通过改变垂直偏转高度进行，例如通过改变垂直偏转电流的斜率进行。垂直尺寸控制电路88对微处理器起反应，且产生垂直偏转电路86的控制信号，由电路86确定或选择垂直偏转电流的斜率。斜率的变化应与垂直偏转高度所要求的变化成比例，这可以模拟或数字的形式进行。
垂直偏转电路86使光栅的垂直尺寸可根据所要求的相对于标称垂直显示高度的垂直过扫描和欠扫描量加以调整，这在采用不同的显示格式时是需要的。如图中所示出的那样，恒定电流源98提供恒定量的电流IRAMP给垂直斜波电容器94充电。晶体管92与该垂直斜波电容器并联，根据垂直复位信号定期使其放电。不进行任何调整时，电流IRAMP使光栅具有最大的垂直尺寸。在要求光栅垂直尺寸较小的情况下，可调节的电流源96从IRAMP引出大小可调节的电流IADJ，从而使垂直斜波电容器94以更慢的速度充电到较小的峰值。可调节的电流源96响应例如呈模拟形式由垂直尺寸控制电路88产生的垂直尺寸控制信号。这种垂直尺寸的调节与手动垂直尺寸调节（图中未示出）无关。垂直压缩和扩展也可用信号处理技术（图中未示出）进行。
视频处理器产生含有并排画面的数字输出信号76。水平压缩和/或像幅限制的相对份量取决于显示格式和垂直显示高度，它响应微处量器，微处理器又响应使用者的指令。数字输出信号76由数/模转换器78转换成模拟输出信号80。模拟输出信号80输入到显像管激励电路84中，由电路84激励阴极射线管90。从图中可以看出，该阴极射线管有宽的格式显示比，但如下面即将谈到的那样，其格式显示比也可为普通的。阴极射线管上的水平和垂直偏转线圈分别耦合到水平和垂直偏转电路。阴极射线管90有一个显示屏16，如图2和图4-7中所示，其宽的格式显示比为16∶9。
这里是就宽屏电视说明本发明方案的。但本发明的方案也可应用于普通电视。普通电视上的并排画面通常处在像幅受限制的状态，达到实际上不实用的程度。有些普通的电视机具有并排图像的性能，但其图像在水平方向上都处于如此受压缩的状态以致实质上不能观赏。有一种市面出售的宽屏幕电视机，其垂直高度相当于大约34英寸对角线管，但当然比普通显像管宽。可以理解，若普通电视足够大，例如有35英寸对角线，则垂直高度减小了的画面，其画面面积几乎与宽屏幕电视的相等。因此，这里所公开的本发明的方案可应用于普通电视中，以首次切合实际的方式来显示并排画面。