книги / Микропроцессоры в телевидении

на плоскость А в данном направлении. Все лучи, проецирующие точки плоскости А на плоскость А, исходят из центра проекции S0. Для каждой точки второй этап может рассматриваться как элемент параллельного проецирования плоскости А на плоскость А при известном взаимном расположении плоскостей и заданном направлении проецирования [113].

•Первый этап процедуры (центральное проецирование точек картинной плоскости В на плоскость А) записывается с исполь­ зованием однородных координат >[115] так:

Формула преобразования координат точек плоскости А из си­ стемы ХаОаУа в систему координат XOY, с учетом того, что по-

151

ложение системы координат исходного изображения XOY на ллоскости А относительно системы -KAOATA характеризуется рас* ■стоянием | S | между началами координат этих систем и поворо­ том системы координат XOY в плоскости А на угол у, имеет вид

[ИЗ]

Выражение (5.13) можно дополнить еще одним преобразова­ нием — анизотропным изменением размеров исходного изобра­ жения в плоскости изображения А. Это преобразование, позво­ ляющее растягивать или сжимать изображение на экране с со­ хранением перспективы, может быть описано матрицей

ггде Жх и Жу — коэффициенты изменения размеров изображения ■соответственно в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Таким образом, общая формула проективного преобразования ТВ изображения, выполняемого по принципу проецирования точек картинной плоскости В на плоскость исходного изображения А записывается следующим образом >[113]:

162

Алгоритм (5.14) можно реализовывать, программируя как формулы, получающиеся при перемножении матриц, так и непо­ средственно используя матричные операции. Матричные алгорит­ мы в ряде случаев реализуются более просто. Например, на язы­ ках ПЛ/1 и Бейсик-плюс допустимы операции над матрицами. Такие алгоритмы допускают возможность использовать матрич­ ные процессоры, позволяющие значительно увеличить скорость вычислений.

Формальную зависимость (5.14) можно использовать и при моделировании нелинейных преобразований изображений С2С4, для чего необходимо задавать разные значения элементов матриц для обработки различных фрагментов исходного изображения С2. Такой же эффект можно получить введением дополнительных со­ множителей [113].

Для реализации работы алгоритма (5.14) в реальном масшта­ бе времени необходимо предварительно определить и записать в ПЗУ таблицы значений тригонометрических функций углов а, р, Y, их произведений и других постоянных. Кроме того, последова­ тельность адресов обращения в кадровую память для конкретных видеоэффектов можно рассчитать по (5.14) заранее и записать во внешнее поле ЗУ, а при выполнении видеоэффектов в реаль­ ном масштабе времени эту последовательность считывать из па­ мяти. Таким способом составляется библиотека из большого чис­ ла эффектов, которые вызываются нажатием одной кнопки [113]. Существуют и другие методы ускорения сложного вычислитель­ ного процесса, например векторный, когда задают определенные заранее приращения Rx и Rv значений адресов обращения в кад­

ровую память [116].

Одно из устройств под названием Still store НС SN, позво­

с одновременным боковым смещением входного изображения С2, его поворотом, входят [109] интерполятор, генератор адресов, ЗУ на поле, блок расчета вспомогательных адресов и ЗУ с попра­ вочными коэффициентами, записанными в табличной форме. На его входы поступают цифровой цветной ТВ сигнал и информация о законе изменения координат. В соответствии с заданным (выб­ ранным) законом преобразования ТВ изображения С4 в устрой­ стве вычисляются новые адреса для каждого элемента этого изо­ бражения, необходимые для получения нового изображения С2. По новым адресам элементы изображения С2 вводят в ЗУ на поле. Если необходимо синтезировать новые элементы изображе­ ния С2, то рассчитывают вспомогательные адреса для извлечения из табличного ЗУ поправочных коэффициентов. Эти коэффициен­ ты вводят в интерполятор, в котором при синтезировании новых элементов изображения С2 обрабатывается матрица, состоящая из 4X4 элементов исходного входного ТВ изображения С2(С4).

Для получения ТВ спецэффектов, заключающихся в динамичес-

ком замещении одного ТВ изображения С2(С4) другим, молено использовать цифровой генератор [ПО]. Он состоит из коммута­ тора, имеющего два входа, на которые поступают видеосигналы первого и второго ТВ изображений цифрового компаратора, опе­ ративного регистра памяти, 9-разрядного реверсивного двоичного счетчика (ДС), задающего генератора и цепи управления. За­ дающий генератор формирует тактовые импульсы, которые нап­ равляются на счетный вход ДС. Перед этим ДС устанавливается в заданное начальное состояние. Текущее состояние счетчика де­

значениями. Направление счета ДС задается выходным сигналом компаратора, запоминаемым оперативным регистром. Тот же сиг­ нал переключает коммутатор.

5.4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА ТЕКУЩЕГО ВРЕМЕНИ

Многие телезрители сверяют время по ТВ часам, которые ре­ гулярно появляются на экранах телевизоров, например, перед на­

кущего времени, являются непременным атрибутом любого теле­ визионного центра, большой ТВ системы. Программная реализа­ ция устройств текущего времени позволяет не только получать устройство, демонстрирующее весьма высокую точность, но до­ полнительно изменять способ демонстрации времени на экране телевизора. Может быть сформировано изображение в виде обыч­ ных стрелочных часов или могут быть просто цифры в углу или каком-либо ином месте ТВ экрана. Один из вариантов програм­ мной реализации часов описан в [81], откуда и позаимствовано нижеследующее его описание.

Устройство выполнено на микропроцессорной системе К 580 и на основе программы AL/F. Объем памяти, запоминаемой программой «TIME», в рас­ сматриваемом устройстве 143 байта, что позволило использовать ПЗУ. Алго­

жимое ячеек памяти. При этом курсор дисплея смещается на 8 позиций вправо. Для возврата курсора в исходную позицию программно организован счетчик, выполняющий 8 циклов смещения курсора влево по команде «CURSOR LEFT». После установки курсора в исходную позицию управление передается подпрог­ рамме «CALL DELAY», формирующей временною задержку длительностью 0,98 с. Временная задержка сформирована программно на ассемблере, где не­ которое множество команд не выполняет никаких операций, но занимает ма­ шинное время. Для увеличения временной задержки составлена циклическая подпрограмма с циклом в цикле.

154

считыватель FS-1501, перфоратор ПЛ-150. Порядок работы с программой

«TIME» следующий.

В фотосчитыватель FS-150I вставляется перфолента «Монитор 3.1». Кноп­ кой «Сброс» на панели оператора микроЭВМ включают автоматическое считы­ вание данных с перфоленты в память. Затем HEX соответствующей директивой вводится программа «TIME». Следующей директивой управление передается программе, при этом на консоли распечатывается 0 0 :0 0 :0 0 . Дальнейшая индикация производится в реальном масштабе времени.

Подпрограмма «CALL DELY» позволяет подбирать задержку времени с точностью ±2 мкс. Объем программы «Монитор 3.1» составил 2 Кбайта. В дальнейшем, используя только подпрограммы ввода и вывода, можно значи­ тельно сокращать объем памяти, запоминаемой программой в ПЗУ.

Глава 6.

ВИДЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Общие сведения. Телевидение представляет огромные и до конца еще не использованные возможности передачи информа­ ции. Одним из направлений реализации этих возможностей, по­ зволяющим повышать уровень информационного обслуживания телезрителей, является передача дополнительных данных, сведе­ ний, текстов, в том числе по заявкам телезрителей. Системы, по­ зволяющие реализовать такие возможности, появились около 10

Особенно широкие возможности открылись создателями сис­ тем типа «Телетекст» и «Видеотекс» с внедрением вычислитель­ ной, в частности микропроцессорной, техники.

«Видеотекс» — видеография интерактивная. По запросу або­ нента информация выдается по коммутируемым телефонным ка­ налам общего пользования из банка данных для вывода на ТВ экран в виде страниц текста или элементарного графического ма­ териала. По запросу передаются такие информационные матери­ алы, как журнальные статьи, патентные материалы и др. [135].

Система «Телетекст» обеспечивает передачу текстовой и сим­ вольной (графической) информации по сети ТВ вещания парал­ лельно основной программе путем вставки текстовых фрагмен­ тов в интервал кадрового гасящего импульса. В ней использует­ ся циклическое повторение (с обновлением по мере надобности) имеющейся в распоряжении информации (репертуары кино и те­ атров, цены на товары, подписные издания, новости техники), конкретный вид информации вырабатывается путем установле­

156

зывают группу рядов знаков и графическую информацию, пред­ назначенные для отображения как единое целое на экране теле­ визора. Программа «Телетекста» состоит из одного или несколь­ ких журналов, каждый из которых может содержать до 100 те­ матических страниц. Все страницы журнала передаются одна за другой последовательно, а затем цикл повторяется [135]. Каж­ дая страница содержит 24 ряда по 40 знаков в каждом. Знаки индицируются в одном из семи цветов в виде набора элементов матрицы размером 5x7. Обычно высота знака устанавливается равной 14 ТВ строкам, но при необходимости может быть увели­ чена до 28. Интервал телевизионной строки на кадровом гасящем импульсе, в пределах которого передается дополнительная "ин­ формация, называют строкой данных (рис. 6.1). Начальные сим­ волы (16 бит) служат для тактовой синхронизации. За ними сле­ дует вставка данных, включающая сигнал цикловой синхрониза­ ции и пакет данных. Последний состоит из префикса, блока дан­ ных и суффикса. Префикс выполняет функции адресной части, определяет размер пакета, его назначение (управленческое, ин­ формационное или контрольно-измерительное). Блок данных со­ держит как сигналы управления, так и информацию для абонен­ та. Суффикс включает дополнительные (избыточные) символы, предназначенные для обнаружения или корректирования ошибок на уровне пакета [135]. Ряд блоков данных, относящихся к одно­ му источнику информации, образует группу данных. Типичная группа данных состоит из блока управления, информационных блоков и контрольно-измерительного блока. На рис. 6.2 [135] представлена структурная схема устройства временного уплотне­ ния телевизионного сигнала.

Р и с. 6.1. С трока данны х системы «Телетекст»

15 7

деления момента ввода пакета дополнительной информации в ТВ сигнал с помощью синхроселектора выделяется сигнал синхро­ низации, а затем счетчик строк отсчитывает свободные строки н выдает сигнал начала считывания в кодер. Кодер группирует дан­ ные в пакеты кодовых импульсов, добавляет к ним импульсы син­ хронизации и опознавания программ, осуществляет помехоустой­ чивое кодирование. В результате формируется уплотненный ТВ сигнал, направляемый в модулятор передающей ТВ станции.

Структурная схема приемной части системы «Телетекст» при­ ведена на рис. 6.3 [135]. Уплотненный ТВ сигнал поступает на вход телевизора для нормального просмотра ТВ программы, а также на декодер для выделения кодовых комбинаций сигнала «Телетекста». В устройстве выбора страниц передаваемый и наб­ ранный на пульте управления номера страниц сравниваются. При их совпадении данные фиксируются в ЗУ поля. В ЗУ страницы накапливается информация всей страницы. Эта информация с помощью генератора знаков может быть выведена и воспроизве­ дена на экране телевизора.

Рис. 6.3. Структурная схема приемной части системы «Телетекст»

158

данная система ввода данных, позволяющая оперативно и эф­ фективно готовить программы текстовой информации [136]. Сис­ тема ввода имеет пять входов со скоростью приема данных до

ных устройств.

В системе «Телетекст» японской компании NTV, которая за­ пущена в эксплуатацию в том же 1986 г., для подготовки про­ граммы используются супермикроЭВМ с памятью 512 Кбайт и расширением до 512 Мбайт, внешние дисковые ЗУ емкостью 184 Мбайт, контрольные мониторы и принтер. Для формирования видеосигнала из программного файла системы подготовки при­ меняется спецпроцессор на ЭВМ типа MS 135 [137].

Более простая и дешевая система «Телетекст» эксплуатиру­ ется с 1986 г. на японской ТВ станции в Иомиури. В системе под­ готовки текстовой информации используется ЭВМ с памятью 640 Кбайт и дисковые ЗУ суммарной емкостью 20 Мбайт. Для ввода текстовой информации применяется дисплей со световым пером [138].

В Великобритании в последние годы проводились эксперимен­ ты по использованию канала «Телетекст» в интервале кадрового гашения ТВ сигнала для передачи и вывода на экран приемни­ ков со специальной приставкой титров (в программах для глу- -хих или программах, поступающих из стран с другим языком). На подготовку титров к ТВ передаче длительностью в 1 ч опыт­ ный оператор затрачивает около 60 ч рабочего времени. Можно построить систему автоматического ввода титров в состав ТВ сигнала с помощью ЭВМ при проведении прямых репортажей из-за границы. В такой системе целесообразно использовать опыт, накопленный при обработке текстов в машинной лингвистике. Методы сокращения объема текстовой информации, используемые при переводах с помощью ЭВМ, обеспечивают сокращение тек­

ста до 70% [142].

Телевизионный сигнал подвержен искажениям группового вре­ мени распространения, которые проявляются на изображении в виде повторов. При передаче сигналов «Телетекста» это приво­ дит к резкому увеличению ошибок. Цифровая система позволя­ ет корректировать форму сигнала «Телетекст», что увеличивает надежность работы системы [143].

Видеотекст. Простая система подготовки и передачи программ «Видеотекс» состоит из 16-разрядной микроЭВМ с дисплеем, внешней памяти на гибких дисках, контрольного принтера и фор­ мирователя выходного сигнала. Сформированная программа пе­ редается через этот формирователь, в телефонную линию связи со скоростью 4,8 кбит/с [139].

Система подготовки программ «Видеотекс», разработанная! компанией «Тосиба» (Япония) и внедренная в японской ТВ ве­ щательной компании NHK, смонтирована в настольном исполне­ нии и содержит контроллер для управления компонентами сис-

159

темы, дисплей с экраном 30 см по диагонали, принтер, табуля­ тор, диск емкостью 10 Мбайт и два гибких диска емкостью по 1 Мбайт. Управление осуществляется с клавиатуры. Сформиро­ ванные данные передаются через модулятор в линию связи [140].

Интересную систему подготовки программ «Видеотекс» раз­ работала фирма «Ниппон Дэнки». Отличительными особенно­ стями системы являются формирование цветного символьного изображения с музыкальными звуковыми сопровождением. В си­ стему входит управляющая ЭВМ с различными режимами рабо­ ты, выбираемыми оператором по предъявленной машинной прог­ рамме. Система получает исходные данные от ТВ камеры, ЭВМ,. ЗУ на гибком диске с кодированными мелодиями. Подготовлен­ ные данные вводятся на монитор, в канал связи, на гибкий диск и большие диски, где хранится также программное обеспечение системы [141].

Глава 7.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА ОПТИЧЕСКИХ УЗЛОВ ТВ СИСТЕМ

7.1. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТВ ПЕРЕДАЮЩИХ КАМЕР

Оптическая система (ОПС) является одной из основных состав­ ных частей ТВ передающих камер. Расчет оптических систем — очень сложный и трудоемкий процесс, однако он хорошо подда­ ется автоматизации. Его проводят в основном с помощью микро­ процессоров, мини-ЭВМ и других цифровых вычислительных средств. В настоящее время от отдельных программ и пакетов программ переходят к системам автоматизированного проекгирования (САПР) ОПС, что дает возможность проектировать оп­ тические системы на более высоком уровне.

Оптическая система обеспечивает сбор необходимого для ра­ боты ТВ передающих камер количества энергии электромагнит­ ного поля оптического диапазона длин волн, построения изобра­ жения С2 передаваемого пространства на датчиках видеосигна­ лов ТВ камер, селекции полезного сигнала на фоне помех, спек­ трального разделения светового потока в цветных телевизионных системах.

Главная особенность расчета и проектирования оптических си­ стем ТВ передающих камер состоит в необходимости согласовать параметры ОПС и создаваемых ими изображений С2 с характе­ ристиками датчиков видеосигналов. Оптические системы ТВ пе­ редающих камер включают в себя объективы, светофильтры, светоделительные и ахроматические зеркала, коллективы, призмы-

Конструкция и методы расчетов этих элементов подробно рас­ смотрены в [144—148, 152, 155].

160