книги / Микропроцессоры в телевидении

D1

Рис. 3.7. Функциональная схема 16-.разрядного безматричного ЦАП

кого элемента Д8 подсоединен к выходу триггера Дб, а второй — к выходу генератора G2. На выходе элемента Д8 появляются пач­ ки импульсов, в которых число импульсов эквивалентно входному двоичному коду сигнала.

С выхода логического элемента Д8 импульсы подаются на формирователь ступенчатого напряжения Д10. Ступенчатое на­ пряжение образуется на конденсаторе С1 (рис. 3.8,ж). Амплитуда ступенчатого напряжения по сигналу выборки, генерируемому одновибратором Д П , передается через буферный усилитель А1 и переключатель S1 на конденсатор СЗ, на котором и запомина­ ется. На этом преобразование 8 бит входного кода завершается, устройство выборки — хранения подготавливается к новому циклу преобразования: срабатывает одновибратор Д12 (рис. 3.8,э) н от­ крывается ключ S2, через который конденсатор С1 разряжается До нуля (см. рис. 3.8,ж [55]).

Второй 8-разрядный ЦАП синхронно с первым обрабатывает биты Д8—Д15. Его работа одинакова с работой первого 8-раз-

91

.Рис. 3.8. Осциллограммы напряжений ЦАП

рядного ЦАП. Поэтому 16-разрядный ЦАП имеет единое устрой­ ство управления Glfl4G2. Выходные напряжения 8-разрядных ЦАП приводятся к соответствующим напряжениям 16-разрядного ЦАП сумматором, образованным резисторами R1—R3. На нагру­ зочном резисторе R2 от ЦАП младших разрядов (ДО—Д7) обра­ зуется напряжение с уровнем квантования 0,1 мВ, а от ЦАП старших разрядов Д8—Д15 — с 25,5 мВ. Такой ЦАП для звуко­ вого тракта может быть создан на микросхемах серии R155 и операционных усилителях К544УД2А.

Цифро-аналоговый преобразователь, предназначенный для пре­ вращения цифрового сигнала цветности в цветоразностные сигна­ лы E R - Y , E R - Y , E G- Y , содержит умножитель, элемент задержки, три Д-триггера, МП и блок управления. Микропроцессор вычис­ ляет значения весовых коэффициентов, необходимых для декоди­ рования сигналов цветности. Блок управления упорядочивает ве­ совые коэффициенты в виде чередующейся последовательности с тактовой частотой, равной частоте сигнала цветности.

■92

Для совместной работы ЦАП и МП системы их необходимо сопрягать по характеристикам разрядности, логическим уровням, требованиям к фронтам, методам преобразования сигналов ин­ формации из цифровых в аналоговые, скоростям установления, точности и др. [69, 70]. Если коды не совпадают, следует при­ менять внешние кодовые преобразования. Когда ЦАП не имеют внутренних регистров-фиксаторов для хранения полученных от МП систем данных, необходимо буферизировать преобразуемый код. Схема, решающая задачу сопряжения МП системы с 8-раз- рядной магистралью данных и 12-разрядного ЦАП (буферизацию данных, преобразование формата цифрового кода, исключение не­ желательных переходных процессов при последовательной смене значений четырех старших и восьми младших разрядов) с по­ мощью двойного ряда регистров — фиксаторов, приведена на рис. 3.9 [121]. Минимальный шаг дискретизации по времени выходного аналогового сигнала ЦАП ограничен временем, за которое МП система выполняет два цикла записи данных в память или внеш­ нее устройство.

Длительность цикла программного обмена данными между блоком памяти и внешними устройствами для МП систем широ­ кого использования больше минимального времени установки быстродействующих ЦАП (20 ...40 нс) [121]. Для согласования временных характеристик ЦАП и МП систем, когда необходима разрешающая способность по времени ЦАП, большая, чем быст­ родействие МП систем, применяют обмен данными в режиме пря­ мого доступа к блоку памяти. При этом функции чтения данных и пересылки по адресу ЦАП выполняет не МП, а контроллер ЛДП [121].

Быстродействие МП системы зависит от времени выборки дан­ ных из памяти. У запоминающих устройств больших емкости и

IРис. S.9. К (иллюстрации сопряжения 12-разрядного ЦАП и 8-разрядной МП •системы

93

Таблица З.й

Рис. 3.10. К иллюстрации сопряжения ЦАП « МП системы с использованием двухпортового ОЗУ

разрядности (ОЗУ серий К565, К 581, К537, ПЗУ серий К 573,

К556, К 558 и др.) время выборки 200 нс...5 мкс [70]. Характеристики некоторых типов ЦАП и АЦП даны в табл.

3.1 и 3.2.

Можно сопрягать быстродействующие ЦАП с МП системами невысокого быстродействия, например с построенной на базе МП комплекта серии КР580 (рис. 3.10 [121]).

Для хранения данных, последовательно выводимых на ЦАП, отводится область памяти, схемотехнически реализуемая на быст­ родействующем двухпортовом ОЗУ, например К132РУ4 с време­ нем выборки 25 нс. Данные сначала записывают в ОЗУ, магист­ раль адреса (МА) отключают с помощью буфера адреса и систе­ мы управления, затем включают сигнал выдачи данных из ОЗУ на ЦАП с частотой, определяемой временем включения буфера адреса, временем выборки ОЗУ и временем установки ЦАП [121].

3.2. СОКРАЩЕНИЕ ИЗБЫТОЧНОСТИ ТВ ИНФОРМАЦИИ

Телевизионный сигнал в цифровом виде имеет широкую по­ лосу частот. Передавать такой сигнал по радиолинии сложно. Однако в конкретном случае обычно требуется не вся информа­ ция, содержащаяся в изображении, т. е. можно говорить об ин­ формационной избыточности ТВ изображения. Например, избы­ точность ТВ сигнала вещательных программ существует из-за наличия корреляционных связей между элементами изображения, что позволяет предсказывать последующий сигнал и передавать только ошибку предсказания, а также из-за наличия особеннос­ тей восприятия этого изображения зрительным аппаратом чело­ века. Это приводит к возможности сокращения полосы частот или, что то же самое, для цифрового сигнала к возможности сок­ ращения скорости передачи изображения при априорном учете объема информации, необходимого для решения поставленной задачи. Сокращение полосы частот за счет избыточности осу­ ществляют на этапе кодирования цифрового ТВ сигнала. Как и всякое преобразование, кодирование ведет к потере части инфор­ мации, содержащейся в изображении. Поэтому нужно найти такие методы кодирования, при которых теряется информация,

96

вещательном ТВ каждая передача и даже отдельные ее кадры с учетом необходимого эмоционального воздействия могут су. щественно отличаться по требованиям к информационной пол­ ноте ТВ видеосигнала.

Кодировать сигнал можно разными методами, при этом ко­ дирование бывает методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), статистическим и с предсказанием, с преобразованием, адаптив­ ным групповым гибридным, межкадровым с условным замеще­ нием [53, 103].

К о д и р о в а н и е м е т о д о м И К М наиболее простое. По отношению к нему обычно оценивают степень снижения скорости передачи изображения, достигаемый с помощью какого-либо дру­ гого метода.

С т а т и с т и ч е с к о е к о д и р о в а н и е . Можно значительно снизить скорость передачи сигнала, кодируя группы элементов изображения так, чтобы наиболее вероятным комбинациям прис­ ваивались более короткие кодовые слова. Но такое кодирование для ТВ трудноприменимо, так как даже для кодирования эле­ ментов группы 4X4 на 256 уровней, содержащихся в ТВ сигнале, число возможных комбинаций составляет около 1040. При стати­ стическом кодировании используют уровни двух-трех соседних элементов изображения. Эффективность статистического кодиро­ вания ограничена также нестационарностью ТВ изображения С4, возможностью и степенью исследованности статистических свойств различных его элементов. Статистическое кодирование черно-бе­ лых и цветных ТВ изображений «в чистом виде» широко не при­ меняют из-за малого коэффициента сокращения избыточности даже при весьма сложном кодере [103].

В табл. 3.3 [53] приведены характеристики наиболее распро­ страненных алгоритмов двухмерного линейного предсказания. Их

Примечание. А, В, С, D — известные элементы.

98

Линейные алгоритмы предсказания основаны на вычислении л-го предсказываемого элемента по линейной формуле

<3.2)

«=1

где Oj —s соответствующие весовые коэффициенты; хп-\ — элементы изображения; k — число предшествующих элементов, за­ висящее от степени ослабления условия статистической связи при удалении хп-го элемента.

Сокращения полосы частот (уменьшение скорости передачи) достигают при использовании перечисленных методов за счет то­ го, что ошибка предсказания передается вместо самих сигналов изображения.

Наибольшую корреляционную связь имеют элементы, нахо­ дящиеся на одном и том же месте в изображении, но разделен­ ные во времени, т. е. расположенные в соседних кадрах. Кодер, использующий межкадровую корреляцию для предсказания, мо­ жет быть построен на базе МП системы, имеющей ЗУ на один или несколько ТВ кадров.

В системах кодирования с предсказанием сложно обеспечить помехоустойчивость, так как помеха длительностью в один эле­ мент может исказить уровни нескольких аналогичных элементов. Один из способов повысить помехоустойчивость, который может быть реализован с помощью МП систем, заключается в следую­ щем [57]. Последовательность цифровых сигналов хп элементов изображения в блоке устройства, схема которого дана на рис. 3.13, разбивают на блоки хт={Х{} {т — номер группы; t = l —9 — номер элемента группы) по пять элементов в каждом. В решаю­ щем блоке (подпроцессор 1 ) определяется максимальное из всех значений модуля разности между значениями сигналов элемен­ тов в модуле

Рис. 3.13. Структурная схема помехоустойчивого устройства сжатия информа­ ции я кодирования:

100