交互式视频方法与设备
2020-01-08

交互式视频方法与设备

在频段内播送命令至交互式设备的方法和设备。通过合成视频播送视频节目内容之前按阈值调制一个视频图象场序列来对控制数据编码。用户电视机屏幕附近的光敏装置监视最终被调制的视频场,其中的每一个场都有交替地并且按比例地被提高和降低了亮度的水平扫描线。双绞电缆将该装置连到接收机/发射机电路。交互式设备在红外发射范围内检测能量、译码控制数据中的命令,并且有选择性地执行预定的动作。

详图B图示出亮度调制如详图A所示的观看区14c在区14d中得到效果。通过在观看区14c内交替地提高和降低相邻的水平扫描线的亮度,就能产生可用光电装置检波的一个视频副载波,同时还保持了观看区14c内的各象素之间的空间关系、观看区14c的亮度以及观看区14c内的较高和较低亮度之间的对比度。这样,背景现在就包含了分别被提高和降低了亮度的水平扫描线44和46。这就是说,曲线44表示的被提高了亮度的扫描线的亮度水平略高于详图A中的扫描线40的亮度水平,相应地,由线46表示的另一些扫描线的亮度水平和详图A中相应的扫描线相比略低些。和详图A的较高亮度扫描线42相对应的详图B的扫描线是被提高了亮度的扫描线,如48,以及被降低了亮度的扫描线,如50。

(7)提供一种通过在数据编码前、从视频输入到编码装置的数据中、基本上是不可见地除去虚假数据来简化译码器的方法;

接收机电路56包括放大器58,其增益由反馈电阻R1决定,增益数值由公知的方法决定;两个串连的带通滤波器/放大器60,62传递信号并略加放大,能量范围约7.867千赫,每一个的选择性或Q值约为10;全波整流器64的输出通过电容C进行平滑;电平比较器66将整流器64的平滑输出和一个预定的参考电压进行比较,以便决定7.867千赫的能量是否是实际上被编码的数据,而不是偶然的视频噪声。应该理解,可将滤波器/放大器60,62组合成一级有类似增益和选择性的放大器。

现在还要参照图5,由图可见,混频器180的输出在186处被滤波以消除不期望的高频分量,其中包括一般在3.579兆赫的NTSC色度副载波分量,并且该输出在188处反向以便经“消除数据”开关190供给视频混频器94。应该明白,由于混频器180通过滤波器186的输出存在固有的传播延迟,必须给延迟线174的输出施加一个补偿延迟以保证同步到达至视频/数据混合器94的输入端。如果“视频输入”包含对检波器而言可能会作为亮度调制出现的频视特性,即如果“视频输入”包含虚假的数据,或者“视频输入”实际上包含了编码数据,则通过将一个幅度等于调制分量但符号和调制分量相反的信号加入到混频器94内,就将有效地清除或取消现行水平扫描线的调制分量。这样,通过数据消除器170的操作使输出驱动器126的视频输出就只包含视频节目内容,而不是包含视频节目内容与一个亮度调制的副载波或可作为虚假数据被检波的视频特性的组合。

现在转向图4,其中说明了在一个诸如汽车34之类的交互式玩具内的接收机电路。有选择性的入射到包括光敏二极管36的内的红外光敏装置的红外光能量产生一个信号,该信号被输送至载波检波装置,或者送至通常在无线遥控电视机中使用的那种类型的常用红外前置放大器电路。一般来说,红外前置放大器70包括一个缓冲放大器72、转向红外调制器68载波频率的放大器74、全波整流器76和电平比较器78。前置放大器70把入射到光敏二极管36的、幅度调制的32千赫红外能量转换成一个被解调的数字信号。该数字信号表示在电视机14中被作为亮度调制检波出来的位串数据,应将其理解为具有一个归零的(RZ)二进制代码格式。换言之,表示该数据的那些1和0按时间被零或无效周期分割开,在这些无效周期期间比较器78的数字输出水平按照高-真转换法(high-true    convention)可能是逻辑0。

在对本发明最佳实施例提出的一个改进的方案中,变换器16的形式可以是多种常用射频天线中的任何一种形式,这些天线能把从电视屏幕14b发射出的低水平射频电磁辐射耦合到接收机/发射机装置20。为了简洁和清楚起见,可以将图1看作是还表示这个不同的改进方案,唯一的差别在于,直接用一根硬导线代替光敏二极管18和双绞电缆18a,其位置和取向类似,只是要确定该导线的尺寸和形状使其能提供足够大的射频灵敏度(这是众所周知的技术)。同时,最佳实施例中的光敏二极管18可以放在距电视屏幕14b相当大的一个距离上,但最好大于6英寸,但所建议的改进方案的天线的有效范围更小、更靠近,即天线最好放在电视屏幕的几英尺范围内但并不和屏幕接触。

这样,就实现了本发明的各个目的。在电视机的一个观看区域内的按阈值的亮度调制使得该处被编码的数据能够被检波出来,而调制对电视机观众来说是看不见的。从一个距离范围并在一个角度范围内随意“对准”电视机屏幕的光学变换器,半刚性地从接收机/发射机设备伸出,该光学变换器也可以单独地被固定到电视接收机一侧,因此就避开了通常需要的内部连接。通过在播出前让数据编码器除掉视频特性(换言之,可理解为视频数据),使得检波器或译码器得到简化,并且使数据通讯具有更高的可靠性。在接收机/发射机设备和设置在家庭中的交互式设备之间的红外传输是无线的,并且是听不见的,而且不会给交互式视频装置的使用者或非交互式视频装置的使用者带来麻烦。对具有一个二进制数据的位串序列的视频图象进行有选择性的顺序的字段编码,将能得到一个足以在视频节目文本之内或之外对多个交互式设备进行实时控制的数据速率。在像这样被控制的交互式设备内的奇偶检验误差检测逻辑电路确保了数据的完整性,从而使交互式设备能够按预定的方式可靠的动作。本设备的电路使用普通的逻辑电路和制作方法,其中包括了超大规格集成电路(VLSI),因此进一步提高了系统的可靠性并降低了系统的成本。

图2图示出本发明的新式亮度调制方法。

通过参照视频预观器128首先就能看到,在最佳实施例中视频节目内容通过一个超声延迟线130被延迟了一个水平扫描线。然后,通过模拟反向器132将按上述产生的信号反相(假定第2检验开关闭合),并在可调的相位混合器134中与未经延迟的同一节目内容信号混合,可以认为这是一种双线相关器,一个250千赫的低通滤波器136除去水平延迟线130的不期望的高频的人为生成的信号。滤波器136的输出在138处被钳位(当垂直同步是有效时)和采样,这种钳位和采样是在被分析的场穿行该窗口部分期间进行的,因为这是令人特别感兴趣的唯一时间。在该窗口截取的被分析的场包含似乎是编码的数据时,7.867千赫带通滤波器142、全波整流器144、积分器146和参考电压比较器148就产生一个二进制信号。

详图B图示出亮度调制如详图A所示的观看区14c在区14d中得到效果。通过在观看区14c内交替地提高和降低相邻的水平扫描线的亮度,就能产生可用光电装置检波的一个视频副载波,同时还保持了观看区14c内的各象素之间的空间关系、观看区14c的亮度以及观看区14c内的较高和较低亮度之间的对比度。这样,背景现在就包含了分别被提高和降低了亮度的水平扫描线44和46。这就是说,曲线44表示的被提高了亮度的扫描线的亮度水平略高于详图A中的扫描线40的亮度水平,相应地,由线46表示的另一些扫描线的亮度水平和详图A中相应的扫描线相比略低些。和详图A的较高亮度扫描线42相对应的详图B的扫描线是被提高了亮度的扫描线,如48,以及被降低了亮度的扫描线,如50。

交互式视频方法与设备

在频段内播送命令至交互式设备的方法和设备。通过合成视频播送视频节目内容之前按阈值调制一个视频图象场序列来对控制数据编码。用户电视机屏幕附近的光敏装置监视最终被调制的视频场,其中的每一个场都有交替地并且按比例地被提高和降低了亮度的水平扫描线。双绞电缆将该装置连到接收机/发射机电路。交互式设备在红外发射范围内检测能量、译码控制数据中的命令,并且有选择性地执行预定的动作。

应该知道,可以用一系列公知的数字逻辑电路中的任何一个来实施锁存/译码逻辑电路80。例如,可以使用一个移位寄存器来累积连续的控制数据位,并且可以使用任何一种时钟恢复方案来确定一个信号,该信号的边沿能够把控制数据的连续位定时送入该移位寄存器。或者例如,可以例如使用一个单稳多谐振荡器将比较器78的输出反相并展宽至大于1/2位的时间,通过这种办法并且通过提供一个速率等于16倍数据速率的时钟,就可以使用通用异步接收机/发射机(UART)来实施该锁存/译码逻辑电路。应该理解,通过使用一个UART,可使二进制数据自动核实(能防止奇偶校验误差和帧误差)和锁存,从而能使这些数据并行地展现在数据总线上。在本发明的最佳实施例中,用常用的超大规格集成电路芯片来实施锁存/译码逻辑电路80和红外前置放大器70的电路,从而即大大降低了成本并提高了汽车34的可靠性。

通过将一个7.867千赫的信号经第一检验开关192加入到混频器172的第二个输入端就能够检验视频预观器128和数据消除器170。显然,如果将一个7.867千赫的副载波输入到混频器172,则“数据显示”就要指示出该伪数据载波的存在。类似地,如果将一个7.867行赫的副载波输入到混频器172。并且如果“消除数据”开关190闭合,则由于数据消除器170的产生作用和混频器94的取消作用的差别,虽然“数据显示”有效但“视频输出”根本就不包含任何载波分量。应该认识到,如果第二检验开关194打开,视频预观器128就可能会指示出数据的存在,但由于它取决于单线检波(如接收机电路56所进行的那样)而不是双线相关,所以预观器128可能会展示出一个低的信噪比。最后,第三个检验开关196通过将视频节目内容加到延迟线130(当开关196在其“断开”位置时)或通过将“视频输出”加到延迟线130(当开关196处在其“闭合”位置时),第三检验开关196允许对视频预观器128和数据消除器170进行回路反向检验。

图3以方块图形式图示出交互式设备的视频接收机/红外发射机电路。

本专业的技术人员还应明白,这些延迟线(例如延迟线174)在本发明的构思范围内可以采用除63.556微秒以外的其它数值。一般来说,对延迟线规定的延迟时间一般等于载波调制频率的倒数的一半,在这里所描述的最佳实施例正是这种情况。由于本发明的按阈值调制方法的普遍适用性,尽管其中的交替地按比例提高和降低相邻水平扫描线的亮度仅给出了一个实例,但副载波频率可以高于或低于7.867行赫,并且延迟线的延迟时间可以分别低于或高于视频延迟时间。

通过识别(即标记和记录)适于使用视频预观器128进行数据编码的一系列连续不断的字段,就能产生包含视频节目内容和控制数据的合成视频信号。例如,最好通过使用数据消除器170来消除视频副载波中的包含编码数据或虚假数据的字段,从而使这些字段适宜于例如使用数据编码器86的数据编码。例如通过使用可以利用“数据显示”、“太白”信号和“太黑”信号的计算机装置使一个二进制数据系列格式化,这种格式化就能使控制数据系列拟合在这个被识别的字段系列内。在产生了一个确定包围一个视频子区域的窗口的同步信号后,就可以根据这个同步信号在这个窗口内用控制数据去亮度调制节目内容,从而将节目内容和控制信号混合起来。应该理解,在这里描述的是预先观看、编码和恢复视频磁带的模拟装置,但是数字式装置的使用,例如在一个帧缓冲器内灰度代码的象素的操作,也在本发明的构思范围之内。

当期望通过例如预先观看视频磁带并监视“数据显示”端,从先前被数据编码的视频磁带中消除被确定的数据时,用户仅需要合上“消除数据”开关190、通过编码电路84处理该被编码的视频磁带,并且在一个空白的视频磁带上记录“视频输出”。按这个新方法,可以将通过本发明设备启动的数据编码过程颠倒过来以便将经这样处理过的视频磁带恢复到它们的原先未被编码的状态。通过同时考虑视频预观器128的编码电路84、数据编码器86和数据消除器170,就可以根据其子区的“数据显示”标记对视频磁带的主盘进行预观看、数据编码或恢复。应该理解,还可以将数据编码器86和数据消除器170同时使用,以便1)消除不期望的可作为虚假数据被检波的视频特性或者消除不期望的被调制的副载波,以及2)附加期望的被调制的副载波。

现在转向图5,一般用标号84表示用于产生一个数据编码的合成视频信号以便远距离播送的编码电路的最佳实施例,按方块图形式进行了说明。最好将编码电路84理解为被称之为视频处理放大器的一种改进形式,这种放大器通常被用在视频播送过程中以保证播送的质量、格式和其它的规则要求。首先描述与产生包含视频节目内容和控制数据在内的合成视频信号有关的图中的那些部分。其次,描述一个视频预观电路,它能在数据编码前预先观看视频磁带以便确定亮度调制的节目内容是否合适。最后,描述一个数据消除电路,它能使一个先前用数据编码的视频磁带恢复到其被编码之前的状态。

试图提供能够进行普及的、视频内的数据通讯的系统只取得了初步的成功。这是因为频段内的普通的信号发送会破坏电视机的视频图象。例如,当数据与象素信息在同一视频场或帧中混合时,它们在空间上被分隔开,从而使得一个光敏检波器能够无阻碍地监测数据编码子区段。典型地,这种空间上的分隔是通过确定一个或多个单元来实现的,其中的每一个单元最初是空的,然后用表示二进制编码数据的高亮度和低亮度区域重新编程。

现在集中讨论图2的区域52,54,很显然,即使存在可对二进制的0或1进行编码的亮度调制,在观看区14c的一个任意小的区域也能保持各象素之间的空间关系。例如,即使将区域52,54减少到仅包括观看区14c的两个相邻的水平扫描线,区域54内的总亮度也会和相应的区域52中的总亮度相同。这是凭借本发明的新的隔行比例调制方案的结果,在此方案中,提高一根扫描线亮度的百分数等于降低相邻扫描线亮度的百分数。本领域的专业人员将会理解,对于色度信号也可以使用相同的方法来产生一个可检波的、(但是要按阈值的),数据调制的色度副载波。

现在还要参照图5,由图可见,混频器180的输出在186处被滤波以消除不期望的高频分量,其中包括一般在3.579兆赫的NTSC色度副载波分量,并且该输出在188处反向以便经“消除数据”开关190供给视频混频器94。应该明白,由于混频器180通过滤波器186的输出存在固有的传播延迟,必须给延迟线174的输出施加一个补偿延迟以保证同步到达至视频/数据混合器94的输入端。如果“视频输入”包含对检波器而言可能会作为亮度调制出现的频视特性,即如果“视频输入”包含虚假的数据,或者“视频输入”实际上包含了编码数据,则通过将一个幅度等于调制分量但符号和调制分量相反的信号加入到混频器94内,就将有效地清除或取消现行水平扫描线的调制分量。这样,通过数据消除器170的操作使输出驱动器126的视频输出就只包含视频节目内容,而不是包含视频节目内容与一个亮度调制的副载波或可作为虚假数据被检波的视频特性的组合。

在对本发明最佳实施例提出的一个改进的方案中,变换器16的形式可以是多种常用射频天线中的任何一种形式,这些天线能把从电视屏幕14b发射出的低水平射频电磁辐射耦合到接收机/发射机装置20。为了简洁和清楚起见,可以将图1看作是还表示这个不同的改进方案,唯一的差别在于,直接用一根硬导线代替光敏二极管18和双绞电缆18a,其位置和取向类似,只是要确定该导线的尺寸和形状使其能提供足够大的射频灵敏度(这是众所周知的技术)。同时,最佳实施例中的光敏二极管18可以放在距电视屏幕14b相当大的一个距离上,但最好大于6英寸,但所建议的改进方案的天线的有效范围更小、更靠近,即天线最好放在电视屏幕的几英尺范围内但并不和屏幕接触。