книги / Микропроцессоры в телевидении

частотой 4 МГц, цифровое ЗУ с произвольным доступом емкостью 12X14 бит, устройство управления, усилитель, ЦАП и блоки соп­ ряжения для подключения органов управления и цифрового ин­ дикатора ТВ канала. Управляющее напряжение создается на ос­ нове выделения постоянной составляющей из последовательности прямоугольных импульсов, следующих с частотой 1 кГц. Длитель­ ность этих импульсов задают с помощью ЦАП, на один вход ко­ торого подают тактовые импульсы, а на другой — 14-разрядный управляющий код, считываемый из ЗУ, которое рассчитано на запись и хранение 12 различных управляющих кодов, соответст­ вующих 12 ТВ каналам, выбранным телезрителями.

Записывается информация в ЗУ в режиме программирования. При этом на вход ЦАП подается линейно-нарастающий управляю­ щий код, что приводит к увеличению длительности импульсов, сни­ маемых с выхода ЦАП, и соответственно увеличению управляю­ щего напряжения на варакторе Г1ТК. Как Только в полосу про­ пускания усилителя ПЧ телевизора попадает несущая какой-либо ТВ программы, перестройка ПТК замедляется и после точной под­ стройки прекращается. В этот момент телезритель нажатием со­ ответствующей кнопки может перевести зафиксированный на вхо­ де ЦАП управляющий код в ЗУ и далее процесс необходимо пов­ торить.

При отключенном внешнем источнике электропитания телевизо­ ра информация в ЗУ сохраняется благодаря двум встроенным источникам питания.

Автоматические регулировки сигналов цветности. Система авто­ регулировки описана в [74]. Это многоступенчатая микропроцес­ сорная система АРУ сигнала цветности. Общий коэффициент пе­ редачи задается обобщенным параметром, который представляет собой сумму управляющих сигналов ручной и автоматической ре­ гулировок и защиты от перегрузки канала цветности. На основе этого параметра МП создает три команды для трех ступеней АРУ. Первая ступень осуществляет грубую регулировку с бинарным пе­

второй ступеней представляют собой сдвиговые регистры, один из которых (для грубой регулировки) включен на входе цифро­ вого полосового фильтра сигнала цветности, а два других (для средней регулировки), г— на входах процессоров I и Q. Принцип регулировки на первой и второй ступенях заключается в сдвиге

дому значению входного кода сигнала цветности ставит в соот­ ветствие новое значение, рассчитанное МП.

Регулировки громкости, яркости, цветовой насыщенности и дру­ гие в телевизорах для получения оптимального результата долж­

11 1

ны, как правило, повторяться при переключении каналов, что свя­ зано с различием модуляционных характеристик ТВ передатчиков. В большинстве телевизоров органы регулировки представляют со­ бой потенциометры, включенные в цепи управляющих сигналов. Так как потенциометры не всегда обеспечивают линейность и по­ нижают надежность телевизора, применяют электронные системы управления, которые содержат счетчики вперед/назад и ЦАП. Нажимом одной из двух кнопок повышают или понижают значе­ ние какого-либо параметра сигналов телевизора. Но и эти устрой­ ства требуют регулировок при переключении каналов. В [75] предложено сохранять в ЗУ данные об оптимальных параметрах для каждого из принимаемых ТВ передатчиков с тем, чтобы эти параметры устанавливались автоматически при смене каналов.

Можно добавить МП, который будет вычислять требуемые па­ раметры регулирования по заложенным в ЗУ критериям при прие­ ме новой ТВ станции при дальнейшем запоминании оптимальных параметров для этой новой ТВ станции.

Микропроцессоры, управляющие видеокомплексом. В наше вре­ мя телевизор становится центром комплекса видеосистем, в ко­ торый входят видеомагнитофон, дисковый проигрыватель, игровой автомат и т. п. Для его работы нужно иметь автоматический пе­ реключатель видеосигналов, подаваемых на вход. Такая система содержит пульт с механическими коммутаторами, управляемыми МП. К МП от каждого источника видеосигнал проходит через свою цепочку из селектора синхроимпульсов и ждущего одновибратора, запускаемого кадровым синхроимпульсом. После поступ­ ления импульса от одновибратора МП вырабатывает команду уп­ равления механическими переключателями. При этом, если была нажата кнопка «воспроизведение» на видеомагнитофоне, его выход в течение длительности кадрового гасящего импульса соединяется со входом телевизора. Остальные источники видеосигналов отклю­ чаются.

В недалеком прошлом в телевизорах сигналы управления пе­ редавались к отдельным функциональным узлам в аналоговом виде, причем каждый из них проходил по своей цепи. В телеви­ зорах нового поколения управление и обмен информацией между отдельными блоками осуществляются по специальным шинам дан­ ных. Например, в Японии разработана шина под названием HBS (Home Bus System), которая работает по коаксиальному кабелю совместно со всеми подключенными к нему устройствами — тю­ нерами (ЧМ и AM), приемником цифровых данных, телевизором и т. п. Полоса сигналов составляет 9,6 кГц. Команды передаются со скоростью 9600 бит/с при использовании для их кодирования кода без возвращения к нулю.

Одной из наиболее распространенных является шина PC — Inter Integrated Circuits Bus, разработанная фирмой Philips для обмена информацией между интегральными схемами или моду­ лями одного устройства. Она представляет собой двухпроводную

112

свободна. При свободной шине устройство управления может инициировать режим запуска. Режимом запуска называют та­ кой, для которого при свободной шине (на SDA и SCL высокие уровни сигнала) на линии данных SDA устанавливается сигнал

низкого уровня.

Для передачи данных по шине уровень информационной ли­ нии может изменяться только во время фазы 0 тактовых импуль­ сов. Данные анализируются во время фазы 1 . Каждая посылка данных приходит на устройство управления с помощью режима останова. Для этого оно инициирует на информационной линии смену уровня с низкого на высокий в то время, когда на линии синхронизации находится сигнал высокого уровня. После этогошина вновь становится свободной.

После каждого переданного байта данных следует подтверж­ дение от приемника с помощью бита. При этом устройство уп­ равления или потребитель информации выдает на линии данных сигнал низкого уровня во время фазы 1 девятого тактового им­ пульса. После запуска устройство управления выдает в первом

Если устройство управления передает 7-разрядный адрес, то реагирует на эту передачу и обрабатывает последующие данные элемент только с этим адресом.

4.2. МИКРОПРОЦЕССОРЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВОК ПАРАМЕТРОВ ЗВУКОВОГО ТРАКТА В ТЕЛЕВИЗОРАХ

Основные регулировки звукового тракта телевизоров — гром­ кость, тембр, ширина стереобазы и т. п. — можно выполнить при преобразовании управляющего сигнала в цифровую форму с по­ мощью микропроцессоров. Цифровой регулятор усиления числа,, соответствующие поступающему цифровому звуковому сигналу, умножает на коэффициент, который может быть задан с помощью органов управления телевизором. Определенной последователь­ ностью арифметических операций сложения и умножения мож­ но реализовать корректоры частотных характеристик. Цифровая фильтрация имеет ряд преимуществ перед аналоговой: сохраняет исходный динамический диапазон сигнала, не вносит нелиней­ ных искажений, а АЧХ и тип фильтра можно изменять, приме­ няя другой алгоритм (программу) обработки сигнала. Для та­ кой обработки применяют цифровой процессор — специализиро­ ванную мпкроЭВМ.. По сравнению с универсальными ЭВМ про­ цессор для обработки цифровых сигналов должен выполнять зна­ чительно меньше разновидностей операций, но обладать более высоким быстродействием. Цифровой фильтр — это по сути дела программа, по которой процессор обрабатывает преобразованный в цифровую форму звуковой сигнал.

114

В цифровом фильтре АЧХ регулируют внесением изменений в программу работы процессора. В общем виде любой фильтр реа­ лизует алгоритм

В реальных фильтрах большинство коэффициентов АЛ и Вк равно нулю, поэтому суммировать надо несколько произведений Ahx{tn) и Bity(ih), причем чем круче склоны АЧХ фильтра, тем больше операций сложения и умножения необходимо реализо­ вать для создания характеристики фильтра. Вычисления по (4.1) цифровой процессор должен выполнить за один период частоты дискретизации (10 ...2 0 мкс), что требует очень большого быст­ родействия: примерно 1 0 ... 20 млн операций умножения в секун­ ду. Цифровой процессор МАА2400 фирмы «Intermetab (рис. 4.1)

Рис. 4.1. Функциональная схема цифрового процессора МАА2400 для регули­ ровок звукового канала в телевизорах

115

предназначен для выполнения функций блока регулировок зву­ кового канала в телевизорах. В его функциональные обязаннос­ ти входит: разделить полный цифровой сигнал на два стереофо­ нических или разноязычных (при двухречевом сопровождении), тонкомпенсированно отрегулировать громкость, тембр и ширину стереобазы и, если надо, создать псевдостереофонический сигнал. Вместо выходных ЦАП для преобразования цифрового сигнала в напряжение звуковой частоты в процессоре применены широт* но-импульсные модуляторы (ШИМ). Они формируют импульсы, скважность которых пропорциональна напряжению звуковой час* тоты. Такое решение позволяет использовать микросхему для не* посредственного управления ключевым усилителем мощности, ра­ ботающим в режиме D.

Процессор МАА2400 содержит все типичные узлы процессо­ ров цифровой обработки звукового сигнала: арифметическое уст­ ройство, блок оперативной памяти (ОЗУ данных) для временного хранения значений сигналов х(4) и #(4), ПЗУ и ОЗУ для хра­ нения коэффициентов Atl и Bh, интерфейсы для ввода и вывода информации из процессора и подключения органов управления.

Цифровой процессор для изменения АЧХ и усиления перио­ дически анализирует их состояние и корректирует содержимое ОЗУ, откуда извлекаются коэффициенты, необходимые для циф­ ровой фильтрации. Процессор работает по программе, содержа­ щейся в специальном ПЗУ и записанной туда на этапе производ­ ства процессора. В принципе, меняя содержимое ПЗУ, можно применять процессор в других областях цифровой звукотехннки, например на ТВ студиях.

Микросхема МАА2400 обладает весьма высоким быстродей­ ствием: операции умножения выполняются примерно за 280 нс, время доступа к ПЗУ программы составляет всего около 60 нс.

4.3. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ ИГРЫ НА МИКРОПРОЦЕССОРАХ

. Телевизионные электронные игры — примета нашего времени. Во всем мире миллионы людей проводят свой досуг у телевизоров, на экранах которых создают игровые ситуации с помощью микроЭВМ и специальных встроенных, в телевизор микропроцессоров. Быстро меняющиеся игровые положения повы­ шают скорость реакции на неожиданно возникающие ситуации, в. какой-то сте­ пени улучшают координацию движений играющих.

Игровые программы можно разделить на два класса: интеллектуальные,. написанные на языках высокого уровня и обычно реализующие алгоритм одной из сложных игр, таких как шахматы, шашки, и другие и динамические, состав­ ленные ыа языке ассемблера и работающие в реальном времени [79].

Широкие возможности имеют игры, где соперниками являются люди. В этом случае микроЭВМ выступает в роли электронного «арбитра», который сначала создает игровую ситуацию, а затем следит за точным выполнением, правил игры.

В состав игрового устройства кроме микропроцессора могут входить пульт управления, кассетный магнитофон, звуковоспроизводящее устройство и органы

116

управления. С пульта управления в память МП вводят различные алгоритмы телевизионных пар, а также исходные данные, задающие форму изображений игровых объектов и фона на экране телевизора, к которому подключают игровое устройство. Программа пары, состоящая из исходных данных я алгоритм? этой игры, может быть записана на магнитной ленте кассетного магнитофона. Причем на одной кассете записывается несколько программ со своим адресным кодом. Конкретную программу игры выбирают с пульта управления, затем ее считывают с магнитной ленты и заносят в память микропроцессора. В игровых устройствах можно использовать готовые игровые программы, записанные и? стандартных кассетах.

Игровая программа может быть просмотрена на экране телевизора. Звуко­ вое сопровождение ТВ игры задают с помощью особых кодов, входящих и состав программы игры. Изображение каждого игрового объекта набирают из матрицы элементов размером пХт например 8ХМ элементов. Оно может иметь несколько масштабов. Изображение фона набирают из стандартных эле­ ментов, число которых может быть равно, например, 160. Фон и игровые объ­ екты могут быть окрашены в различные цвета. Кроме фона и игрового объекта, на экране телевизора высвечиваются числа, показывающие текущий счет в- игре.

Глава 5.

ТЕЛЕВИЗИОННАЯ СТУДИЯ И МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ

грамм. Микропроцессорные системы все более широко исполь­ зуют в аппаратуре ТВ студий. Диапазон применения МП систем весьма широк: это и создание на их основе устройств текущего времени, программируемых синхрогенераторов, устройств управ­ ления и контроля, в том числе в ТВ передающих камерах и т. д. Большую роль играют МП системы в устройствах спецэффектов, без которых в наше время не обходится практически ни одна сколько-нибудь значительная ТВ программа.

Микропроцессорные системы используют на разных этапах создания ТВ программ. Направления применения МП систем можно разделить на следующие части: планирование загрузки аппаратных телекомплексов с помощью математических методов, запись и монтаж видеопрограмм, телекинопроекция.

В соответствии с этим технические средства телецентров вхо­ дят в состав четырех основных цехов: студийного вещания, видео­ записи, телекинопроекции, внестудийного ТВ вещания. Техничес­ кие .средства, принадлежащие конкретному цеху, различают по типам '[122]. В состав цеха студийного вещания входят студии

и?

В т о р о й э т а п заключается в выборе варианта расписания. Кроме критерия максимума включенных важных передач качест­ во расписания характеризуется множеством других критериев (параметров, часть из которых трудно поддается численному вы­ ражению). Оптимизация по многим параметрам весьма сложна и в общем случае не имеет решения. Она упрощается, если все па­ раметры можно приводить к одному, используя коэффициенты пропорциональности. Эти коэффициенты выражают значимость (важность) того или иного параметра. Можно использовать спо­ соб приведения к единому параметру (критерию) качества рас­ писания, учитывающий специфику телепроизводства передач [122, 123]. Суть его заключается в следующем. Каждой переда­ че ставится в соответствие некоторый «вес» — коэффициент, оп­ ределяемый близостью планового срока, длиной оставшейся тех­ нологической цепи и важностью передачи. Качество расписания оценивают по сумме «весов» передач, все заявки на оборудова­ ние которых удовлетворены в расписании. Критерием при состав­ лении недельного расписания загрузки оборудования телецентра является «максимальный вес» расписания.

При выборе варианта целесообразно учитывать и неформалнзуемые и трудно формализуемые параметры (критерии). Необхо­ димо учитывать, например, степень корректируемости расписания, которая определяется сложностью изменений, вносимых в распи­ сание для установки всех наиболее важных из неустановленных

передач.

Т р е т и й э т а п — изучение и коррекция выбранного по кри­ терию расписания. Коррекция проходит в две стадии. На первой из множества неустановленных передач выделяются наиболее важные, которые было бы желательно установить. Для каждой из неустановленных передач определяют конкурирующую, кото­ рую можно снять. Полученный новый вариант расписания назы­ вается разреженным. Затем увеличиваются приоритеты передач, которые желательно установить, ориентируясь на изменение ве­ сов передач, не установленных в разреженном варианте распи­ сания. После этого составляют ряд вариантов на основе разре­ женного расписания. Эти варианты позволяют составить новое расписание. Вариант выбирают по рассмотренному выше алго­ ритму, а полученное расписание при необходимости служит ос­ новой для дальнейшей коррекции [122].

Следующая стадия коррекции имеет в виду частичное изме­ нение технологической схемы подготовки для некоторых установ­ ленных и неустановленных передач. Решение о возможности та­ ких изменений принимают на основе обмена информацией с по­ давшими заявки редакционными службами [122]. Рассмотрен­ ная методика позволяет повысить качество вновь сформирован­ ного расписания благодаря включению более важных передач за счет менее важных. Коррекция технологической схемы подготовки передач дает возможность дополнительно установить ряд новых передач. Методика позволяет составить расписание, перспективное

119

ции расписания, позволяющей увеличить вероятность образова­ ния требуемых свободных временных промежутков и тем самым повысить эффективность, коррекции планов загрузки оборудова­ ния рациональным выбором перераспределяемых работ.

Для этого алгоритма в качестве исходных данных выступает недельное расписание загрузки технических средств телекомп­ лекса, а также множество «дополнительных» работ, которые не­ обходимо включить в расписание. На этапе оперативного управ­ ления дополнительные работы определяются возмущающими заявками, т. е. теми, которые не могли быть предусмотрены или удовлетворены при текущем планировании. На этапе текущего планирования в качестве дополнительных работ выступают не­ удовлетворенные заявки, которые желательно включить в уже

Рис, 5.1. Алгоритм коррекции расписания

120