Напомним, зачем в телевизоре нужно устройство PIP - "Кадр в кадре" (или POP - "Кадр вне кадра"). Оно позволяет на экране телевизора нвряду с основным изображением получить еще один или несколько малых кадров других программ, расположенных либо в самом поле основного (PIP), либо рядом с ним (POP). О некоторых микросхемах для таких устройств ранее уже было рассказано нв страницвх "Радио". Однако с тех пор появились микросхемы новых поколений. Они рассмотрены в публикуемой здесь статье. Автор также описывает принципиальную схему одного из вариантов устройства, дана его печатная плата.
Фирма SIEMENS разработала несколько поколений микросхем для устройств "Кадр в кадре". Особенности комплекта первого поколения (SDA9086 - SDA9088) были рассмотрены в [1 и 2]. В 1993 г. появился комплект микросхем второго поколения: SDA9187 и SDA9188. Первая из них содержит три АЦП и цепи формирования цифровых сигналов, а вторая представляет собой процессор PIP с полевой и строчной памятями.
Использование в устройстве "Кадр в кадре" третьей микросхемы (SDA9086), формирующей тактовый сигнал основного изображения, не обязательно. В этом случае тактовый сигнал может вырабатываться внутренним устройством ФАПЧ, входящим в состав процессора SDA9188. К нему подключают кварцевый резонатор на частоту 20,48 МГц.
Вместо кварцевого можно применить керамический резонатор. Выбор внутреннего устройства ФАПЧ обеспечивается по шине l2C. Для этого в бит d2 регистра SDA9188 с субадресом 04 записывают уровень 0. Адрес микросхемы - такой же, как и у SDA9088, т. е. 00101110.
Во втором поколении микросхем разрядность АЦП увеличена с пяти до шести, что улучшило качество кадра, вводимого в поле основного изображения. Возможны два его размера - 1/9 и 1/16 от площади экрана. Микросхемы могут работать в телевизорах с частотой кадровой развертки как 50, так и 100 Гц (бит d3 в регистре 00 устанавливают равным уровню 0 или 1 соответственно).
Аналоговые яркостный и цветоразностные сигналы с положительной или отрицательной полярностью тремя АЦП в микросхеме SDA9187, работающими с тактовой частотой 13,5 МГц (в режиме 100 Гц тактовую частоту увеличивают до 27 МГц), преобразуются в три шести разрядных цифровых сигнала. При положительной полярности подаваемых на микросхему цветоразностных сигналов вывод 14 должен быть соединен с общим проводом. Свободное состояние этого вывода или подача на него напряжения +5 В соответствует отрицательной полярности цветоразностных сигналов.
Номинальные размахи входных сигналов Y, U, V равны 1 В. Образцовые постоянные напряжения для них получаются в микросхеме SDA9187 на делителе, состоящем из внутренних резисторов, включенных между выводами 18, 20, 22 и 24. Чтобы уменьшить раствор амплитудных характеристик АЦП до 0,5 В, между выводами 20 и 22 включают внешний резистор сопротивлением 128 Ом. Номинальные размахи входных сигналов увеличиваются до 2 В, если между выводами 18 и 20 подключить резистор сопротивлением 530 Ом, а между выводами 22 и 24 - резистор сопротивлением 343 Ом.
Цветоразностные сигналы мультиплексируются. В результате получается десятиразрядный поток, в котором сигнал яркости занимает шесть разрядов. Для точного совмещения сигналов яркости и цветности предусмотрена регулируемая задержка сигнала яркости. Регулировка обеспечивается изменением внешних напряжений на выводах 25 - 27 в соответствии с табл. 1.
Сокращение числа строк и отсчетов в строке в малом изображении происходит в интерполяционных горизонтальном и вертикальном фильтрах, что предотвращает появление интерференционных искажений. Затем информация записывается в память с объемом 169812 бит (212 отсчетов в строке, 89 строк, 9 разрядов).
Считываемое малое изображение располагают в одном из четырех углов основного. Место вывода выбирают по шине l2C (биты d6 и d7 в регистре 03). Также по шине l2C можно смещать вводимое изображение по вертикали и горизонтали (биты d0 - d3 регистра 02 и d0 - d5 регистра 03). Воспроизведение изображения возможно в полевом или кадровом режиме. При установке полевого режима (бит d7 в регистре с адресом 06 содержит уровень 0) в память записывается только одно поле. В кадровом режиме (d7 = 1) память постоянно работает в режиме записи.
Микросхемы устройства PIP используют как в стандартах D/K и B/G (625 строк), так и в американском стандарте М (525 строк).
Малое изображение можно снабжать рамкой (бит d0 регистра 01 содержит уровень 1). Толщину ее линий и цвет устанавливают по шине I2С (биты d4, d5 в регистре 05 и d1 - d3 в регистре 01). При размере 1/9 малое изображение состоит из 88 строк, в каждой из которых содержится 212 отсчетов сигнала яркости и по 53 отсчета цветоразност-ных сигналов. При размере 1/16 оно содержит 66 строк и 160 отсчетов сигнала яркости в строке.
Размер изображения по вертикали и горизонтали устанавливают раздельно (биты d6 и d7 регистра 05). Отсюда появляется возможность воспроизведения малого изображения с форматом 16:9 на экране с форматом 4:3. Для этого достаточно применить режим вывода изображения с числом строк 66 и числом отсчетов в строке 212. Аналогично, применив режим 88 строк и 160 отсчетов в строке, воспроизводят изображение формата 4:3 на экране с форматом 16:9. Сигналы с выходов процессора SDA9188 могут выводится в формате R, G, В или Y, U, V (уровень 1 или 0 в бите d1 регистра 00). Возможно получение неподвижного, так называемого "замороженного" изображения. Для этого бит d5 в регистре 00 устанавливают равным уровню 1.
Устройства PIP второго поколения позволяют использовать в канале малого изображения декодер цветности без линии задержки на строку. Впервые такое решение было предложено в [3]. Возможность исключения линии задержки обусловлена интерполяцией строк в вертикальном фильтре устройства PIP. На выходе декодера в режиме PAL во время каждой строки выделяются оба цветоразностных сигнала с половинной амплитудой (относительно номинальной). После вертикального фильтра амплитуды сигналов увеличиваются до номинального уровня. В режиме SECAM на выходах декодера поочередно через строку выделяются сигналы R - Y и B - Y с номинальной (единичной) амплитудой. После усреднения в вертикальном фильтре получаются сигналы с половинной амплитудой. Поэтому, чтобы была одинаковая цветовая насыщенность малого изображения в режимах PAL и SECAM, необходимо увеличить размах цветоразностных сигналов SECAM в два раза.
Декодер цветности должен вырабатывать сигнал опознавания цветового стандарта, который поступает на центральный процессор. В режиме SECAM последний записывает в бит d7 регистра с субадресом 07 уровень 1, тогда коэффициент передачи для цветоразностных сигналов увеличивается вдвое.
Микросхемы PIP второго поколения выпускают в корпусе, предназначенном для поверхностного монтажа P - DSO - 28, имеющем 28 выводов.
В 1995 г. появилась микросхема PIP третьего поколения SDA9288, в которой объединены функции микросхем SDA9187 и SDA9188. Эта микросхема, как и комплект второго поколения, обеспечивает получение одного дополнительного изображения с площадью 1/9 или 1/16 от основного изображения. Однако появились и новые возможности. Прежде всего можно получить изображение в формате POP ("Кадр вне кадра").
Микросхема содержит переключаемую матрицу R, G, В (для стандартов SECAM/PAL, NTSC - США и NTSC - Япония). Возможен выбор по шине I2С одного из 4096 цветов рамки. Регулировка времени задержки сигнала яркости обеспечивается не изменением внешних напряжений, а по шине I2С (биты d0 -d2 в регистре 04).
В микросхеме изменением внешнего напряжения на выводе 15 может быть установлен один из трех возможных адресов (11010110 при U15 = 0; 11011100 при U15 = 2,5 В и 11011110 при U15 = 5 В). Это позволяет, использовав три процессора PIP, вывести на экран три независимых изображения.
Информация о приеме сигнала SECAM может быть непосредственно подана на вывод 26. При этом коэффициент передачи по цветоразностным сигналам увеличивается вдвое.
Микросхемы SDA9288 изготавливают в корпусе P - DSO - 32 - 2, имеющем 32 вывода.
Рис. 1 иллюстрирует включение микросхемы SDA9288. Буквами VP и HP обозначены кадровые и строчные импульсы основного изображения соответственно, а буквами VI и HI - аналогичные импульсы вводимого изображения; FB - выходные бланкирующие импульсы. Перемычки Х2 и ХЗ служат для выбора адреса микросхемы.
Микросхему SDA9189, выпущенную в 1995 г., называют "Квадро - PIP". Такое название дано потому, что она может создавать вводимый кадр площадью, равной 1/4 площади основного изображения. Кроме того, микросхема обеспечивает еще 17 вариантов выведения малых изображений, в том числе четыре- размером 1/16, три - размером 1/9, девять - размером 1/32. Четыре варианта предназначены для формата 16:9. Например, один из них - три изображения, расположенных справа или слева от стандартного кадра 4:3.
Процессор SDA9189 используют совместно с микросхемой SDA9187, выполняющей, как и в устройствах PIP второго поколения, функции строенного АЦП и формирователя потока цифровой информации.
Основное назначение "Квадро - PIP" - сканирование выбранных каналов. Одно изображение получается подвижным, остальные - "замороженные". Возможно введение в каждое изображение информационной надписи из пяти знаков (латинских букв, цифр или символов, соответствующих в основном кодам ASCII). Обеспечивается определение четности воспроизводимого поля, что способствует нормальной работе в кадровом режиме.
В микросхеме используется не вся активная часть поля вводимого изображения. При дискретизации охватываются 576 отсчетов сигнала яркости в строке и 252 строки в поле. Как и в микросхемах второго поколения, для уплотнения информации служат горизонтальные и вертикальные интерполяционные фильтры. Для размера 1/4 в фильтрах усредняются только два последующих отсчета и две строки, для 1/9 - по три отсчета и строки, а для 1/36 - шесть отсчетов и строк. Получаемая информация записывается в память, которая имеет объем 329184 бит. Если воспроизводится одиночное изображение, кадровая частота равна 50 Гц, а стандарты основного и вводимого изображения одинаковы (например, 625 строк), то может реализоваться кадровый режим, когда записываются как четные, так и нечетные поля. При этом повышается четкость и временное разрешение. Во всех остальных случаях записываются только четные или нечетные поля.
При считывании малого изображения из памяти положение его на экране телевизора задают по вертикали и горизонтали через шину l2C. Для записи команд процессор имеет 21 восьмиразрядный регистр. Содержание регистров пояснено в табл. 2. Микросхема SDA9189 снабжается тремя такими же адресами, как и SDA9288. Степень смещения изображения по горизонтали и вертикали записывают в регистры 02 и 03.
Малое изображение при желании окантовывают рамкой. Ее цвет задают битами d0-d3 в регистре 09 (уровень сигнала Y), d0-d3 и d4-d7 в регистре 10 (уровни сигналов U и V). Всего предусмотрено 4096 цветов. При воспроизведении нескольких изображений между ними вводят внутренние рамки. Если бит d0 в регистре 16 равен 1, на всем экране телевизора, кроме вводимого изображения, появляется фон с программно-задаваемым цветом.
На выходы микросхемы могут выводиться либо сигналы R, G, В (бит d0 регистра 12 равен 1), либо Y, U, V (этот бит равен 0). Значение бита d1 в этом же регистре определяет полярность выходных цветоразностных сигналов (они будут неинвертированными при d1 = 0).
Процессор SDA9189, как и SDA9188, позволяет выбирать одну из трех матриц R, G, В: европейскую (для сигналов PAL и SECAM - стандарт EBU), азиатскую (для японского варианта системы NTSC) и американскую. Матрица EBU будет выбрана, когда бит d2 регистра 11 равен 0. Различия обусловлены разными цветовыми координатами белого и основных цветов в кинескопах, используемых в этих странах. Для разных матриц получатся различные амплитуды цветоразностных сигналов и фазовые углы по отношению к оси B - Y. Они указаны в табл. 3.
Для управления коммутатором R, G, В, находящемся в видеопроцессоре, из процессора PIP выводится бланкирующий сигнал. Его задержку по отношению к сигналу яркости и цветоразностным сигналам (биты d3 - d6 регистра 01) устанавливают по шине l2C. Тем самым обеспечивается точное положение вводимого изображения по отношению к рамке. Выходные сигналы снимают с внешних резисторов нагрузок, через которые протекают токи трех ЦАП.
Автор: Б.Хохлов, г.Москва