Система PIP (Picture-in-Picture - изображение в изображении или кадр в кадре) стала возможной после разработки специализированных цифровых интегральных схем. В ней осуществляются операции: преобразование аналоговых сигналов дополнительного изображения [яркостного Y и двух цветоразностных V(R—Y), U(B—Y)] в цифровой вид; обработка цифровых сигналов, запоминание их в блоке памяти и сжатие масштаба по горизонтали и вертикали; преобразование цифровых сигналов в аналоговые для последующего объединения сигналов основного и дополнительного изображений; размещение дополнительного изображения на экране вместо основного в удобном месте; формирование цветных рамок для встроенного изображения; обеспечение режима стоп-кадра.
На рисунке представлена обобщенная структурная схема PIP (индексы «о» и «д» указывают на отношение к сигналам основного и дополнительного изображений).
Схема фирмы Siemens, выполненная на 2 интегральных схемах SDA 9087 и SDA 9088, реализует PIP. Аналоговые сигналы дополнительного изображения (Y, U, V) поступают на SDA 9087 через разделительные конденсаторы с выходов аналогового декодера типа TDA 4555. В схеме SDA 9087 производится привязка уровня и формирование в 3 аналого-цифровых преобразователях (АЦП) цифровых сигналов. В АЦП сигналы Y, U и V дискретизируются по времени с частотой fд = 13,5 МГц (международная норма для ТВ-сигналов), которая и определяет частоту следования отсчетов. При этом, учитывая малые размеры дополнительного изображения (1/9 или 1/16 от основного), количество уровней M квантования отсчетов взято равным 32. В результате представления номера уровня отсчета m-разрядным двоичным кодом (m = log2 M) образуется цифровой сигнал с 5 бит/отсчет (так как log2 32 = 5). Набор 5 символов (нулей и единиц) называется кодовой группой, частота следования которых равна (fдY, а скорость передачи цифрового сигнала (символов) – fдY · mY = 13,5 x 5 = 67,5 Мбит/с. С целью последующего объединения (уплотнения по времени) кодовых групп сигналов U и V импульсы дискретизации на их аналого-цифровые преобразователи подаются со сдвигом на половину периода дискретизации.
Полоса частот, занимаемая цветоразностными сигналами, примерно в 4 раза меньше полосы сигнала яркости, поэтому частоту дискретизации fдц для этих сигналов можно уменьшить во столько же раз, что определяется теоремой Котельникова. Это осуществляется в мультиплексоре схемы SDA 9087, в котором в каждом из цифровых сигналов U и V из 4 следующих подряд кодовых групп отбирается одна. Поэтому частота дискретизации этих сигналов fдц и, следовательно, частота следования кодовых групп составит fдц = (1 /4) fду = 3,375 МГц. Здесь же отбрасывается один младший разряд в каждом из сигналов, и они объединяются в последовательный цифровой поток, следующий со скоростью: 2fдц · mц = 2 x 3,375 x 4 = 27 Мбит/с.
Полученные цифровые сигналы Y, U и V подаются на демультиплексор схемы процессора SDA 9088. Процессор должен обработать сигналы 2 асинхронных источников изображения таким образом, чтобы малое изображение (совмещенный кадр) могло быть размещено в определенном месте нормального изображения (основной кадр). Синхронизация цифровых потоков основного и дополнительного изображений, а также сжатие последнего по горизонтали и вертикали осуществляется путем записи сигналов дополнительного изображения в цифровую память и считывания с частотой, синхронной основному сигналу и превышающей частоту строк в 3 или 4 раза в зависимости от степени сжатия.
Для уменьшения объема памяти сигналы Y, U и V в демультиплексоре преобразуются в трехбитовые параллельные слова. Этому же способствует усреднение 3 (или 4) кодовых групп в каждом из сигналов в направлении строки и кадра. Такая операция производится в горизонтальном и вертикальном сглаживающих фильтрах.
Для определения объема памяти необходимо найти число отсчетов и строк дополнительного изображения. Количество отсчетов n в активной части строки длительностью 52 мкс (12 мкс занимает строчный гасящий импульс) определяется частотой (периодом) дискретизации. Для сигнала яркости Тду = 1/fду = 74 мкс, тогда ny = = 52/74 = 702, для цветоразностных сигналов Тдц = 4Тду = 4 X 74 мкс, а число отсчетов nц = 54/(4 Х74) = 176.
После горизонтальной фильтрации число отсчетов уменьшается в 3 (или 4) раза и становится равным nу = 702/3 = 234, nц = 176/3 ≈ 59. Активная часть полукадра (поля) составляет 287 строк (25 строк занимает полукадровый гасящий импульс). Таким образом, один прореженный по вертикали полукадр дополнительного изображения размером 1/9 от основного содержит 287/3 = 96 строк.
Полный цветовой ТВ-сигнал (ПЦТС) основного изображения образуется на выходе детектора радиоканала. Источником ПЦТС дополнительного изображения может служить, например, видеомагнитофон. Для «встраивания» в основное изображение сигналов любой другой ТВ-программы в телевизоре должен быть второй радиоканал.
В качестве многосистемного декодера ПЦТС используется схема TDA 4555. Объединение сигналов основного и дополнительного изображений осуществляется в RGB процессоре на схеме TDA 4580, на которую кроме сигналов 2 изображений подается также сигнал «окна» FB (FB — Fast Blanking — обозначение, принятое в зарубежной литературе, или Fast Switch). В течение времени действия этого сигнала в схеме TDA 4580 вместо основного сигнала «вставляется» (коммутируется) дополнительный.
Если основной канал является цифровым (за исключением аналогового радиоканала), то схема включения PIP несколько отличается. В этом случае аналогоцифровому преобразованию подвергается ПЦТС с помощью АЦП SDA 7509 или SAA 9079. Поэтому многосистемный декодер должен быть цифровым (SDA 9050). Последующая обработка сигналов в схемах SDA 9088 и TDA 4580 аналогична уже рассмотренной.
