Плюсы и минусы цифрового модуля цветности для телевизора

В публикуемой статье автор проанализировал работу цифровых модулей цветности разной сложности, примененных а современных телевизорах, и пришел к выводу о возможности использования их а старых моделях аппаратов. Правда, при соответствующих материальных затратах.

Зарубежные и отечественные фирмы все шире используют цифровую обработку телевизионных сигналов. Преимущества этого метода, по сравнениюс аналоговым, всемерно рекламируются по телевидению, на радио и в печати, что вполне справедливо - цифровой телевизор DDD действительно демонстрирует более высокое качество цветного изображения, чем аналоговый Кроме того, он обладает еще и многими новыми возможностями.

 Поэтому естественно желание владельцев старых телевизоров ввести в них цифровую обработку телевизионных сигналов Кстати сказать, это можно сделать в любом телевизоре.

Цифровые модули цветности собирают по различным схемам В самом простом из них использован комплект микросхем Digit 2000 фирмы ITT. Структурная схема такого модуля показана на рис. 1

Плюсы и минусы цифрового модуля цветности для телевизора, схема

Рис. 1. Структурная схема модуля.

В нем на порядок меньше компонентов, чем в аналоговых модулях цветности. Нужно заметить, что представленная схема несколько упрощена: на ней не изображены цепи питания и соединения с узлами разверток Полностью она есть в [1 2].

Микросхема VCU2133 (DD1) - это кодер-декодер, т е комбинация аналого-цифрового (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователей с переключателем видеовходов в одном корпусе На ее входы (выводы 35 и 37) подают аналоговый ПЦТВ из радиотракта телевизора и видеомагнитофона. Выбранный сигнал в АЦП преобразуется в цифровую форму - дискретизируется квантуется и кодируется.

Дискретизация заключается в преобразовании аналогового сигнала в импульсный, состоящий из большого числа отсчетов мгновенных значений уровня сигнала.

Для полноценной замены аналогового сигнала импульсным необходимо чтобы частота выборки отсчетов была как минимум вдвое больше максимальной частоты ПЦТВ. В рассматриваемом модуле она принята равной 17 734475 МГц (четвертая гармоника поднесущей сигнала цветности PAL, равной 4,43361875 МГц).

Квантование - замена точного значения амплитуды сигнала в отсчете наиболее близким к нему фиксированным значением уровней напряжения (уровней квантования). Их в модуле принято 128.

Наконец, кодирование уровней отсчетов заключается в присвоении им цифровых кодов. В модуле использован семиразрядный двоичный код. Это означает что результатом цифровой обработки ПЦТ.

В будут семиразрядные коды параллельно передаваемые по семи шинам VO-V6 с выводов 2-8 микросхемы DD1 В секунду по шинам проходят 17 734 475 отсчетов сигнала. Длительность переда чи кодов отсчета равна 56,387 нс Цифровые сигналы поступают на микросхемы DD2 и DD3

В микросхеме VSP2860 (DD2) - синхровидеопроцессоре-декодере цветности системы PAL - цифровой поток ПЦТВ разделяется на потоки сигналов яркости Y цветности и синхронизации.

Поток Y возвращается в микросхему DD1 в параллельном восьмибитном коде по шинам Y0-Y7. Поток цветоразностных сигналов (ЦРС) системы PAL декодируется.

После декодирования каждый ЦРС представлен восьмиразрядным параллельным кодом Оба ЦРС передаются одновременно по четырем шинам СО СЗ.

Плюсы и минусы цифрового модуля цветности для телевизора, схема Плюсы и минусы цифрового модуля цветности для телевизора, схема

Рис. 2.

Для этого они предварительно преобразуются в четыре последовательно передаваемые комбинации двухразрядных кодов и в таком виде передаются из микросхемы DD2 в микросхему DD1 с той же скоростью, что и коды сигнала Y.

По существующей классификации стандартов цифрового кодирования телевизионных сигналов MPEG эта система формирования и передачи отсчетов соответствует формату представления сигнала 4:1:1 (на четыре отсчета сигнала яркости приходится по одному отсчету каждого из ЦРС).

Отметим сразу, что это - низ-кии формат (хуже его только 2:1:1, конечно, при той же часто е выборки), предназначенный для обработки сигналов аналогового эфирного, кабельного и спутникового телевидения, формируемых о стандартам NTSC, PAL, SECAM.

Цифровое спутниковое вещание в стандарте MPEG-2 использует формат 4:2:2. обеспечивающий передачу вдвое большего числа отсчетов ЦРС и, следовательно улучшенную цветопередачу Однако рассматриваемый модуль не может реализовать предоставляемые форматом 4:2:2 возможности, поскольку переведет их на уровень 4:1:1, ухудшив цветовую четкость

ЦРС системы SECAM извлекаются из цифрового потока ПЦТВ и декодируются в микросхеме SPU2243 (DD3), а затем проходят на микросхему DD1 по тем же шинам СО-СЗ, которые связывают микросхему DD2 с микросхемой DD1, и в том же порядке.

Цифровые сигналы яркости и цветности в микросхеме DD1 приходят в ЦАП и преобразуются в них в аналоговую фор му. В матрице, находящейся в микросхеме DD1, формируется зеленый" ЦРС G-Y Затем три ЦРС преобразуются в цветовые сигналы R G, В выводимые на выходные видеоусилители

В микросхеме DD1 имеются также устройства автоматического баланса белого (АББ), ограничения тока лучей (ОТЛ) регулировки яркости. Насыщенность и контрастность изображения регулируют в микросхеме DD2.

Модуль легко собрать в виде съемного блока малых размеров. Он, без сомнений, может быть использован в любом телевизоре, включая устаревшие, при минимальных переделках.

Такой модуль имеет несколько недостатков Во-первых, используемые микросхемы дороги (их суммарная стоимость более 60 долл.) Во-вторых, они управляются по цифровой шине ІМ микроконтроллером ТРО2066-D05/D06 который стоит еще 30 долл.

В-третьих как указано в [3], испытания таких цифровых модулей показали, что они не имеют заметных преимуществ перед аналоговыми. Этого и следовало ожидать при относительно низком числе уровней квантования (128) и формате представления сигналов (41.1).

Для повышения качества изображения недостаточно заменить аналоговые цепи цифровыми. Необходимо использовать более высокий формат представления сигналов, повысить частоту кадровой развертки, применить устройство подавления шумов. Эти методы с успехом были опробованы в ряде зарубежных телевизоров.

Так в цифровых аппаратах GRUNDIG- CUC1822/1823/1852 хотя сигналы и обрабатываются в блоке цветности в формате 4 1:1, одновременно установлен и блок повышения качества изображения FEATURE BOX с системами снижения уровней шумов и удвоения кадровой частоты Упрощенная структурная схема такого блока представлена на рис 2 (полностью она есть в [4]).

В отличие от рассмотренного модуля, в этом блоке декодируются аналоговые, а не цифровые сигналы цветности Микросхема TDA9160A (DA1) или ее аналоги TDA9160B TDA9162 - это переключатель видеовход в и многосистемный SECAM PAL NTSC 3,58, NTSC-4.43) декодер цвет-

ности. ПЦТВ поступают на ее выводы 22, 26. Сигнал яркости Y выделенный из ПЦТВ, с вывода 1 микросхемы DA1 передается на микросхему DA3.

ЦРС с выводов 2 и 3 микросхемы DA1 поступают в линию задержки на переключаемых конденсаторах TDA4661 (DA2), а из нее - на микросхему DA3. Кроме того, ПЦТВ с вывода 25 микросхемы DA1 проходит в синхрогенератор DD2 и в модуль телетекста.

Микросхема TDA8443B (DA3) усиливает сигналы Y и ЦРС с целью снижения шумов при дальнейшей их обработке. Через фильтры нижних частот Z1 -Z3 с частотой среза 5 МГц эти сигналы приходят на микросхему DD3. Фильтры подавляют в сигналах гармоники с частотой 13,5 МГц, которые могут помешать последующей цифровой обработке.

Микросхема SDA9205-2 (DD3) - строенный АЦП, преобразующий аналоговые сигналы Y и ЦРС в цифровые. Дискретизация сигналов яркости происходит с часто той выборки 13,5 МГц, а сигналов цветности - с частотой 3,375 МГц (в четыре раза реже выборки отсчетов Y).

Все сигналы квантуются по 256 уровням, что снижает шумы квантования в выходных сигналах по сравнению ранее рассмотренным модулем Сигнал яркости кодируется восьмиразрядным параллельным кодом, передаваемым в микросхему DD4 по шинам Y0- Y7 с выводов 34-41 микросхемы DD3.

Значения обоих ЦРС передаются в микросхему DD4 одновременно четырьмя последовательными посылками по шинам U0, U1. VO, ?1. Передача одного отсчета ЦРС, как и в рассмотренном модуле занимает четыре такта синхросигнала с частотой 13,5 МГц, в течение которых передаются четыре отсчета сигнала Y (формат 4 1.1).

Микросхема SDA9064 (DD1) формирует трехуровневый синхросигнал SSC. Микросхема SDA9257-2 (DD2) вырабатывает тактовые импульсы Т27 (27 МГц), Т13 (13,5 МГц), BLN1 (15,625 кГц), VS (50 Гц), импульсы запуска строчной и кадровой разверток (31,25 кГц и 100 Гц), сигнал RESET (установки микросхем в исходное состояние при включении телевизора).

Дальнейшая обработка сигнала происходит в блоке FEATURE BOX (обведен штрих-пунктирной линией) с целью повышения качества изображения путем удвоения кадровой частоты, снижения шумов и применения гамма-коррекции.

Удвоение частоты смены полей изображения (с 50 на 100 Гц) обеспечивают микросхемы DD4-DD9. Отсчеты сигналов Y и ЦРС, поступающие в микросхему DD4, записываются в блоки памяти DD5-DD7 объемом на поле изображения в реальном масштабе времени (с частотой следования полей 50 Гц). Они же считываются из памяти дважды за время записи одного поля и в едаются в цифровой процессор DD9.

Запись-считывание информации происходит под управлением синхроселектора блока FEATURE BOX микросхемы SDA9220 (DD8). Она используя импульсы Т13, BLN1, VS микросхемы DD2, формирует сигналы Т1-T9, BLN2 управления памятью и микросхемами DD4 DD9, обеспечивающие в течение 20 мс (время передачи одного поля изображения с частотой 50 Гц) однократную запись отсчетов сигналов (Y0-?7)50, U50, ?50 всех строк поля и двукратное считывание сигналов (Y0-Y7)100, U100. V100

Микросхема SDA9280 (DD9) - цифровой процессор изображения Она разделяет ЦРС, поступающие из памяти, корректирует в них цветовые переходы.

Крутизна фронтов ЦРС повышается методами, схожими с используемыми в аналоговых системах (например, в микросхеме TDA4565). Но в отличие от них результат повышения крутизны в процессоре SDA9280 не зависит от длительности перехода и цветовой насыщенности корректируемого элемента изображения.

Точность совпадения задержек сигналов Y и ЦРС регулируют по шине І2С. Процессор содержит гамма корректор, позволяющий по цифровой шине раздельно регулировать коэффициенты передачи низко-, средне- и высокочастотных составляющих сигнала яркости.

После коррекций ЦАП, имеющиеся в микросхеме DD9, преобразуют цифровые потоки Y и ЦРС в аналоговую форму Полученные сигналы передаются в аналоговый видеопроцессор TDA4686 (DA4), в котором из них формируется “зеленый" ЦРС G-Y а затем и цветовые сигналы R, G, В, передаваемые на выходные видеоусилители. В микросхеме DA4 по шине І2С регулируют яркость, насыщенность и контрастность изображения, устанавливают баланс белого. Полоса частот аналоговых сигналов равна 13 МГц у ЦРС и 20 МГц у сигналов Y R, G, В.

Модуль, собранный по схеме на рис. 2, обеспечивает более высокое, чем в аналоговых телевизорах, качество изображения. Однако следует отметить, что в телевизорах GRUNDIG-CUC1822/1823/1825 возможности микросхем использованы не полностью.

Так микросхема SDA9205 (DD3) мажет обрабатывать сигналы, представленные не только в формате 4:1:1, но и в более высоких форматах, предусмотренных стандартами MPEG (4 2:2, 4 4 4 и др.), формируя по два или четыре отсчета ЦРС на каждые четыре отсчета яркости, что повышает качество воспроизведения цветов.

Для этого требуется лишь увеличить число блоков памяти и изменить схему соединений в блоке FEATURE BOX. Такой способ применен в телевизорах PHILIPS-FL1 14 и др. [4], в которых установлено шесть блоков памяти и применена обработка по формату 4 2:2.

Дальнейшее повышение качества возможно при увеличении частоты выборки отсчетов до 27 МГц, переходу к форматам 8:2:2, 8:4:4, 8:8:8: при соответствующем расширении объема памяти на поле.

Остались неиспользованными возможности процессора SDA9280 (DD9) по изменению формата изображения. На кинескопе с форматом экрана 4 3 широкоэкранные кинофильмы воспроизводятся с черными полосами сверху и снизу изображения.

Процессор позволяет увеличить высоту изображения до верхней и нижней границ экрана за счет того, что левая и правая части изображения будут частично срезаны. Управляют этим эффектом по шине І2С.

Не использована и возможность микросхемы SDA9220 (DD8) увеличивать вдвое линейные размеры какой-нибудь части изображения или выводить на экран несколько изображений Это - не устройство РІР (“картинка в картинке') как таковое, для которого требуется дополнительный тюнер, а узел, предоставляющий возможность иметь одну подвижную и дополнительно одну или восемь неподвижных картинок на экране кинескопа Предусмотрено пять разных режимов такого мультиизображения.

Они подробно описаны в [3]. Например, можно получить на экране одно малое, изменяющееся в реальном масштабе времени, изображение и еще восемь малых неподвижных картинок, понравившихся владельцу телевизора, зафиксированных им в памяти на поле и, следовательно, постоянно выводимых на экран.

Из рассмотрения модулей следует, что использование цифровых блоков, собранных по схеме на рис. 1, для замены аналоговых модулей цветности в аналоговых телевизорах возможно но не рационально. Самостоятельное изготовление блоков по схеме на рис. 2 и более сложных для подготовленного радиолюбителя не составит большого труда.

Но оно возможно лишь при готовности заплатить по 20. .50 долл, за каждую из микросхем А ведь, кроме указанных на рис. 2. нужен еще микроконтроллер с программным обеспечением, вырабатывающий команды управления цифровым блоком цветности и блоком повышения качества.

В. Брылов, г. Москва. Р2001, 1.

Литература:

  1. Пескин А Е Войцеховский Д В., Коннов А. А. Современные зарубежные телевизоры: видеопроцессоры и декодеры цветности МРБ вып. 1227. - М Радио и связь, 1998.
  2. Виноградов В. Зарубежные цветные телевизоры с цифровой обработкой и управлением AIWA.Устройство, обслуживание, ремонт. - С.-Пб.: Корона принт, 1998.
  3. Хохлов Б Н. Декодирующие устройства цветных телевизоров, 3е изд. МРБ, вып. 1222. - М, Радио и связь, 1998.
  4. Гаврилов П. Ф Никифоров В. Н. Ремонт импортных телевизоров Вып 5. - М : Сервис-пресс, 1998.
0 735 Связь
телевидение ТВ модуль цветности
cashback