Нагадаємо, навіщо в телевізорі потрібно пристрій PIP - "Кадр в кадрі" (або POP - "Кадр поза кадром"). Воно дозволяє на екрані телевізора нвряду з основним зображенням отримати ще один або кілька малих кадрів для інших програм, розташованих або в самому полі основного (PIP), або поряд з ним (POP). Про деяких мікросхемах для таких пристроїв раніше вже було розказано нв страницвх "Радіо". Однак з тих пір з'явилися мікросхеми нових поколінь. Вони розглянуті в опублікованій тут статті. Автор також описує принципову схему одного з варіантів пристрою, дана його друкована плата.
Фірма SIEMENS розробила кілька поколінь мікросхем для пристроїв "Кадр в кадрі". Особливості комплекту першого покоління (SDA9086 - SDA9088) були розглянуті в [1 і 2]. У 1993 р. з'явився комплект мікросхем другого покоління: SDA9187 і SDA9188. Перша з них містить три АЦП і ланцюги формування цифрових сигналів, а друга являє собою процесор PIP з польової та малої памятями.
Використання в пристрої "Кадр в кадрі" третьої мікросхеми (SDA9086), формує тактовий сигнал основного зображення, не обов'язково. В цьому випадку тактовий сигнал може вироблятися внутрішнім пристроєм ФАПЧ, що входять в склад процесора SDA9188. До нього підключають кварцовий резонатор на частоту 20,48 МГц.
Замість кварцового можна застосувати керамічний резонатор. Вибір внутрішнього пристрої ФАПЧ забезпечується по шині l2C. Для цього в біт d2 регістра SDA9188 з субадресом 04 записують рівень 0. Адреса мікросхеми - такий же, як і у SDA9088, тобто 00101110.
У другому поколінні мікросхем розрядність АЦП збільшено з п'яти до шести, що поліпшило якість кадру, що вводиться в поле основного зображення. Можливі два його розміру - 1/9 і 1/16 від площі екрану. Мікросхеми можуть працювати у телевізорах з частотою кадрової розгортки 50, так і 100 Гц (біт d3 регістрі 00 встановлюють рівним рівня 0 або 1 відповідно).
Аналогові яскравості і цветоразностниє сигнали з позитивною або негативною полярністю трьома АЦП в мікросхемі SDA9187, які працюють з тактовою частотою 13,5 МГц (в режимі 100 Гц тактову частоту збільшують до 27 МГц), перетворюються в три шести розрядних цифрових сигналу. При позитивній полярності, що подаються на мікросхему цветоразностных сигналів висновок 14 повинен бути з'єднаний із загальним дротом. Вільний стан цього висновку або подання на нього напруги +5 В відповідає негативній полярності цветоразностных сигналів.
Номінальні розмахи вхідних сигналів Y, U, V дорівнюють 1 Ст. Зразкові постійні напруги для них виходять в мікросхемі SDA9187 на дільнику, що складається з внутрішніх резисторів, включених між висновками 18, 20, 22 і 24. Щоб зменшити розчин амплітудних характеристик АЦП до 0,5 В, між висновками 20 і 22 включають зовнішній резистор опором 128 Ом. Номінальні розмахи вхідних сигналів збільшуються до 2 В, якщо між висновками 18 і 20 підключити резистор опором 530 Ом, а між висновками 22 та 24 - резистор опором 343 Ом.
Цветоразностниє сигнали мультиплексируются. У результаті виходить десятирозрядний потік, в якому сигнал яскравості займає шість розрядів. Для точного поєднання сигналів яскравості і кольоровості передбачена регульована затримка сигналу яскравості. Регулювання забезпечується зміною зовнішніх напруги на висновках 25 - 27 у відповідності з табл. 1.
Скорочення числа рядків і відліків у рядку в малому зображенні відбувається в інтерполяційних горизонтальному і вертикальному фільтрах, що запобігає поява інтерференційних спотворень. Потім інформація записується в пам'ять з об'ємом 169812 біт (212 відліків у рядку 89 рядків, 9 розрядів).
Считываемое мале зображення розташовують в одному з чотирьох кутів основного. Місце виведення вибирають по шині l2C (біти d6 і d7 в регістрі 03). Також по шині l2C можна зміщувати вводиться зображення по вертикалі і горизонталі (біти d0 - d3 регістра 02 і d0 - d5 регістра 03). Відтворення зображення можливо в польовому або кадровому режимі. При установці польового режиму (біт d7 в регістрі з адресою 06 містить рівень 0) в пам'ять записується тільки одне поле. В кадровому режимі (d7 = 1) пам'ять постійно працює в режимі запису.
Мікросхеми пристрою PIP використовують як у стандартах D/K, B/G (625 рядків), так і в американському стандарті М (525 рядків).
Мале зображення можна постачати рамкою (біт d0 регістра 01 містить рівень 1). Товщину її лінії і колір встановлюють по шині I2C (біти d4, d5 в регістрі 05 і d1 - d3 в регістрі 01). При розмірі 1/9 мале зображення складається з 88 рядків, кожній з яких міститься 212 відліків сигналу яскравості і по 53 відліку цветоразност-них сигналів. При розмірі 1/16 воно містить 66 рядків і 160 відліків сигналу яскравості в рядку.
Розмір зображення по вертикалі і горизонталі встановлюють окремо (біти d6 і d7 регістра 05). Звідси з'являється можливість відтворення малого зображення з форматом 16:9 на екрані з форматом 4:3. Для цього достатньо застосувати режим виводу зображення з числом рядків 66 і числом відліків у рядку 212. Аналогічно, застосувавши режим 88 рядків і 160 відліків у рядку, відтворюють зображення формату 4:3 на екрані з форматом 16:9. Сигнали з виходів процесора SDA9188 можуть виводиться у форматі R, G, або Y, U, V (рівень 1 або 0 в біті d1 регістра 00). Можливе отримання нерухомого, так званого "замороженого" зображення. Для цього біт d5 в регістрі 00 встановлюють рівним рівнем 1.
Пристрої PIP другого покоління дозволяють використовувати в каналі малого зображення декодер кольоровості без лінії затримки на рядок. Вперше таке рішення було запропоновано в [3]. Можливість виключення лінії затримки обумовлена інтерполяцією рядків у вертикальному фільтрі пристрою PIP. На виході декодера в режимі PAL під час кожного рядка виділяються обидва цветоразностных сигналу з половинної амплітудою (щодо номінальної). Після вертикального фільтра амплітуди сигналів збільшуються до номінального рівня. В режимі SECAM на виходах декодера по черзі через рядок виділяються сигнали R - Y і B - Y з номінальною (одиничної) амплітудою. Після усереднення у вертикальному фільтрі виходять сигнали з половинною амплітудою. Тому, щоб була однакова колірна насиченість малого зображення в режимах PAL і SECAM, необхідно збільшити розмах цветоразностных сигналів SECAM в два рази.
Декодер кольоровості повинен виробляти сигнал розпізнавання колірного стандарту, який надходить на центральний процесор. В режимі SECAM останній записує в біт d7 регістра з субадресом 07 рівень 1, тоді коефіцієнт передачі для цветоразностных сигналів збільшується вдвічі.
Мікросхеми PIP другого покоління випускають в корпусі, призначеному для поверхневого монтажу P - DSO - 28, що має 28 висновків.
У 1995 р. з'явилася мікросхема PIP третього покоління SDA9288, в якій об'єднані функції мікросхем SDA9187 і SDA9188. Ця мікросхема, як і комплект другого покоління, що забезпечує отримання одного додаткового зображення з площею 1/9 або 1/16 від основного зображення. Однак з'явилися і нові можливості. Насамперед можна отримати зображення у форматі POP ("Кадр поза кадру").
Мікросхема містить переключаемую матрицю R, G, В (для стандартів SECAM/PAL, NTSC - США і NTSC - Японія). Можливий вибір по шині I2C одного з 4096 кольорів рамки. Регулювання часу затримки сигналу яскравості забезпечується не зміною зовнішніх напружень, а по шині I2C (біти d0 -d2 в регістрі 04).
У мікросхемі зміною зовнішнього напруги на виводі 15 може бути встановлений один з трьох можливих адрес (11010110 при U15 = 0; 11011100 при U15 = 2,5 В і 11011110 при U15 = 5). Це дозволяє, використавши три процесора PIP, вивести на екран три незалежних зображення.
Інформація про прийом сигналу SECAM може бути подана безпосередньо на висновок 26. При цьому коефіцієнт передачі по цветоразностным сигналів збільшується вдвічі.
Мікросхеми SDA9288 виготовляють в корпусі P - DSO - 32 - 2, що має 32 висновки.
Рис. 1 ілюструє включення мікросхеми SDA9288. Літерами VP і HP позначені кадрові і рядкові імпульси основного зображення відповідно, а буквами VI і HI - аналогічні імпульси введеного зображення; FB - вихідні бланкирующие імпульси. Перемички Х2 і ХЗ служать для вибору адреси мікросхеми.
Мікросхему SDA9189, випущену в 1995 р., називають "Квадро - PIP". Таке назва дано тому, що вона може створювати вводиться кадр площею, рівної 1/4 площі основного зображення. Крім того, мікросхема забезпечує ще 17 варіантів виведення малих зображень, у тому числі чотири - розміром 1/16, три - розміром 1/9, дев'ять - розміром 1/32. Чотири варіанти призначені для формату 16:9. Наприклад, один з них - три зображення, розташованих праворуч або ліворуч від стандартного кадру 4:3.
Процесор SDA9189 використовують спільно з мікросхемою SDA9187, що виконує, як і у пристроях PIP другого покоління, функції будованого АЦП і формувача потоку цифрової інформації.
Основне призначення "Квадро - PIP" - сканування вибраних каналів. Одне зображення виходить рухомим, решта - "заморожені". Можливо введення у кожне зображення інформаційної написи з п'яти знаків (латинських букв, цифр або символів, що відповідають в основному кодами ASCII). Забезпечується визначення парності відтвореного поля, що сприяє нормальній роботі кадровому режимі.
У мікросхемі використовується не вся активна частина поля вводиться зображення. При дискретизації охоплюються 576 відліків сигналу яскравості в рядку 252 рядка поле. Як і в мікросхемах другого покоління, для ущільнення інформації служать горизонтальні і вертикальні інтерполяційні фільтри. Для розміру в 1/4 фільтрах усереднюються тільки два наступних відліку і два рядки, для 1/9 - за три відліку і рядка, а для 1/36 - шість відліків і рядків. Одержувана інформація записується в пам'ять, яка має об'єм 329184 біт. Якщо відтворюється одиночне зображення, кадрова частота дорівнює 50 Гц, а стандарти основного і вводиться зображення однакові (наприклад, 625 рядків), то може реалізуватися кадровий режим, коли записуються як парні, так і непарні поля. При цьому підвищується чіткість і тимчасовий дозвіл. У всіх інших випадках записуються тільки парні або непарні поля.
При зчитуванні малого зображення з пам'яті положення його на екрані телевізора ставлять по вертикалі і горизонталі через шину l2C. Для запису команд процесор має 21 восьмирозрядний регістр. Зміст регістрів пояснено в табл. 2. Мікросхема SDA9189 забезпечується трьома такими ж адресами, як і SDA9288. Ступінь зміщення зображення по горизонталі і вертикалі записують в регістри 02 і 03.
Мале зображення при бажанні окантовують рамкою. Її колір задають бітами d0-d3 регістрі 09 (рівень сигналу Y), d0-d3 і d4-d7 в регістрі 10 (рівні сигналів U і V). Всього передбачено 4096 кольорів. При відтворенні декількох зображень між ними вводять внутрішні рамки. Якщо біт d0 в регістрі 16 дорівнює 1, на всьому екрані телевізора, крім зображення, що вводиться, з'являється фон з програмно-задається кольором.
На виходи мікросхеми можуть виводитися або сигнали R, G, (біт d0 регістра 12 дорівнює 1), або Y, U, V (цей біт дорівнює 0). Значення біта d1 в цьому ж регістрі визначає полярність вихідних цветоразностных сигналів (вони будуть неинвертированными при d1 = 0).
Процесор SDA9189, як і SDA9188, дозволяє вибирати одну з трьох матриць R, G, В: європейську (для сигналів PAL і SECAM - стандарт EBU), азіатську (для японського варіанту системи NTSC) і американську. Матриця EBU буде обрана, коли біт d2 регістра 11 дорівнює 0. Відмінності обумовлені різними колірними координатами білого і основних кольорів в кинескопах, що використовуються в цих країнах. Для різних матриць вийдуть різні амплітуди цветоразностных сигналів і фазові кути по відношенню до осі B - Y. Вони вказані в табл. 3.
Для керування комутатором R, G, В, знаходиться в відеопроцесорі, процесора PIP виводиться бланкирующий сигнал. Його затримку по відношенню до сигналу яскравості і цветоразностным сигналами (біти d3 - d6 регістра 01) встановлюють по шині l2C. Тим самим забезпечується точне положення вводиться зображення по відношенню до рамки. Вихідні сигнали знімають з зовнішніх резисторів навантажень, через які протікають струми трьох ЦАП.
Автор: Б. Хохлов, р. Москва