|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ ТЕЛЕВИЗОРОВ СТАТЬЯ №1-50---->
СХЕМЫ ТЕЛЕВИЗОРОВ СТАТЬЯ №51-100
Видеотракт гибридного телевизора DVB-T
Б. ХОХЛОВ, доктор техн. наук, г. Москва
В конце прошлого тысячелетия (1998 г.) началось регулярное наземное цифровое телевизионное вещание в Англии (система DVB-T) и США (ATSC), а затем (начало нового тысячелетия) в ряде стран Западной Европы (DVB-T) и в Японии (ISDB-T). В нашей стране уже также ведутся передачи по системе DVB-T (в Санкт-Петербурге, Москве). Наряду с цифровым продолжается и аналоговое вещание, которое продлится у нас до 2015 г. (ориентировочно). Для приема и цифрового, и аналогового телевидения необходимо иметь либо цифровую приставку (SET-TOP-BOX) к старому телевизору, либо новый гибридный телевизор. О таком телевизоре, построении его видеотракта и рассказано в публикуемой статье.
Гибридный телевизор необходим на период, когда началось цифровое телевизионное вещание, но еще продолжают работать передатчики аналогового телевидения. В Западной Европе, где регулярное вещание по наземной цифровой телевизионной системе DVB-Т началось в 1998 г. (Англия), окончание аналоговых передач намечено в разных странах примерно в 2006—2010 гг. В нашей стране "гибридная" эпоха сохранится, по-видимому, дольше.
Гибридный телевизор включает в себя (рис. 1)
аналоговый приемник (аналоговое шасси), цифровую плату и интерфейс, обеспечивающий их взаимодействие. Цифровая плата (рис. 2)
содержит селектор каналов, демодулятор сигнала COFDM и блок обработки транспортного потока, который состоит из демультиплексора, дескремблера и декодера MPEG-2. Если цифровая плата выполнена в виде приставки (называемой SET-TOP-BOX), применяют два селектора каналов — аналоговый
всеволновый — в аналоговом приемнике и цифровой — в приставке.
При размещении цифровой платы в аналоговом приемнике можно также использовать два селектора каналов (как в приемнике с интерфейсом IBOLink фирмы PHILIPS), но можно обойтись и одним гибридным селектором каналов. За рубежом большинство фирм, выпускающих цифровые селекторы, предусматривают в них выход аналогового сигнала. В России также разработан такой селектор — СК-В-417. Его прототипом послужил селектор DTT7511 фирмы THOMSON.
На рис. 3 показана структурная схема примененного в селекторе СК-В-417 радиоканала.
Он включает в себя усилители ВЧ 1 (два метрового и один дециметрового диапазонов), системы контуров 2 и 5, перестраиваемые варикапами, управляемое устройство ФАПЧ 6, соединенное шиной I2C с центральным процессором, преобразователи частоты 3 с гетеродинами 4, формирующие сигнал первой ПЧ, два цифровых фильтра ПАВ 7 и 9, между которыми включен усилитель 8, компенсирующий потери сигнала в фильтрах, и понижающий преобразователь 10, средняя частота сигнала ПЧ на выходе которого равна 7,225 МГц.
Несколько лет назад, когда только началась разработка отечественного селектора, понижающий преобразователь был необходим, так как микросхемы цифровых демодуляторов того времени содержали относительно узкополосный АЦП. АЦП в современных демодуляторах COFDM обрабатывают сигналы с частотой более 40 МГц, поэтому понижающий преобразователь может быть исключен. Однако, кроме собственно преобразователя, он имеет также важные узлы, управляющие работой двух цепей: АРУ по сигналу ПЧ и АРУ с регулируемым порогом для управления каскадами усилителя ВЧ в селекторе. Поэтому при модернизации селектора эти функции, очевидно, должны сохраниться.
Аналоговый сигнал ПЧ в отечественном селекторе выведен из усилителя 8, компенсирующего затухание сигнала в цифровых фильтрах ПАВ, и через буферный усилитель 11 поступает на аналоговый фильтр ПАВ. Применение двух цифровых фильтров ПАВ существенно повышает ослабление сигнала смежных каналов (до -70 дБ). Такое решение позволяет занимать все каналы дециметрового диапазона. Если же в смежных каналах сигналов нет, можно ограничиться одним цифровым фильтром ПАВ (например, как в селекторе TD1316SG фирмы PHILIPS, в котором ослабление сигнала на смежных каналах равно примерно 35 дБ).
В западноевропейских цифровых и гибридных телевизорах применяют цифровые фильтры ПАВ с центральной частотой примерно 36,15 МГц, т.е. близкой к центральной частоте спектра телевизионного сигнала ПЧ по используемому там стандарту G. В России приняты телевизионные стандарты D и К (ГОСТ7845-92). На рис. 4 и 5 цифрой 1 указан спектр сигнала ПЧ шириной 8 МГц (ограничен квадратными скобками), соответствующий отечественной версии стандартов D и К (документ МККР 625 — 4). Частота несущей изображения равна 38, а несущей звука — 31,5 МГц. При нижней границе спектра 31,25 МГц центральная частота канала равна 31,25 + 4 = 35,25 МГц. Такой должна быть и центральная частота АЧХ цифрового фильтра ПАВ.
Однако выпускаемые в Западной Европе цифровые фильтры ПАВ имеют центральную частоту, равную или немного больше 36 МГц, как это показано в таблице для цифровых фильтров ПАВ фирмы EPCOS. Если такие фильтры применить в отечественном радиоканале с требованиями стандартов D и К, как указано цифрой 2 на рис. 4, в тракте возникнут искажения. На его выход пройдет часть спектра верхнего смежного канала, а низкочастотная часть спектра цифрового сигнала ПЧ будет подавлена. В аналоговом сигнале на выход не пройдет спектр сигнала ПЧ звукового сопровождения. Если перестроить частоту гетеродина в приемнике так, чтобы спектр цифрового сигнала полностью проходил через этот фильтр ПАВ, то искажений не будет. Однако получится нестандартная сетка частот гетеродина (как в западноевропейском стандарте G), причем телевизоры станут источниками помех для других каналов связи.
Для того чтобы решить возникшую проблему, автором было предложено создать новый фильтр ПАВ, предназначенный для отечественных стандартов D и К. Требования к такому фильтру были разработаны и переданы его изготовителям. Центральная частота фильтра должна быть равна 35,25 МГц. Полоса пропускания по уровню -2 дБ — 8 МГц (это позволяет при использовании двух последовательно включенных цифровых фильтров обеспечивать полосу пропускания 8 МГц по уровню -3 дБ). Неравномерность АЧХ в полосе 31,5...39 МГц должна быть не более 0,7 дБ, неравномерность характеристики группового времени запаздывания в той же полосе — менее 50 нc. Остальные параметры — как в обычном цифровом фильтре ПАВ для стандарта G, например, X6857D.
В 2004 г. московская фирма "Бутис-М" разработала цифровой фильтр ПАВ для отечественных стандартов D и К ФП3П7.518. Испытания показали, что параметры фильтра близки к заданным. Через фильтр свободно проходит спектр сигнала ПЧ стандартов D и К, как показано цифрой 2 на рис. 5. При этом частоты гетеродина в цифровом и аналоговом режимах получаются одинаковыми (например, для 34-го канала в аналоговом режиме Fгет = 575,25 + 38 = 613,25 МГц, в цифровом режиме
Fгет = 578 + 35,25 = 613,25 МГц) и соответствуют стандартной сетке частот. Недостаток фильтра — большие габариты примененного корпуса, что затруднит его использование в импортных селекторах каналов. Поэтому необходимо разработать корпус с уменьшенными габаритами (как у импортных).
Сигнал с аналогового выхода селектора через аналоговый фильтр ПАВ подают на УПЧИ телевизора. Все отечественные аналоговые фильтры ПАВ рассчитаны на частоту несущей изображения 38 МГц. Использование в гибридном селекторе каналов внешнего аналогового фильтра ПАВ приводит к необходимости при переходе с цифрового на аналоговый режимы работы переключать исполнительную цепь устройства АРУ.
Западноевропейская фирма MICRONAS разработала микросхему DRX3960A, которая заменяет аналоговый фильтр ПАВ и демодулятор. СБИС подключают к выходу цифрового селектора каналов параллельно с демодулятором COFDM. Сигнал в микросхеме проходит АЦП. Затем видео и звуковые сигналы ПЧ разделяются и демодулируются. На выходах выделяются видеосигнал ПЦТВ, сигнал ПЧ звука и сигнал управления устройством АРУ ВЧ в селекторе каналов. При этом не требуется переключение в цепях устройства АРУ.
Следует, однако, учесть, что параметры микросхемы DRX3960A в режимах D и К соответствуют западной версии стандарта OIRT, т. е. частота несущей изображения равна 38,9 МГц, которая принята в Польше, Чехии и других странах — бывших членах СЭВ. Поэтому, чтобы можно было использовать аналогичное решение в России, нужно разработать отечественный аналог микросхемы с частотой несущей изображения 38 МГц.
Сигнал с цифрового выхода селектора поступает на вход демодулятора COFDM. Фирмы, изготавливающие микросхемы для европейских разработчиков телевизоров (THOMSON, PHILIPS и MICRONAS), имеют свои версии таких демодуляторов. Фирма PHILIPS использует демодулятор TDA10046, THOMSON — STV360B, MICRONAS — серийно выпускаемую микросхему DRX8872C. Обычно между выходом селектора и входом демодулятора включают регулируемый усилитель (например, микросхему МТ1233), на который
подают сигнал управления АРУ со специального выхода демодулятора. Так обеспечивается АРУ по каналу ПЧ. Однако узлов для второй цепи — АРУ ВЧ — в микросхеме нет.
Фирма MICRONAS разработала новую серию микросхем DRX397*, в состав которых входит регулируемый усилитель сигнала ПЧ. Кроме демодуляции цифрового сигнала, в них обеспечивается полное управление селектором каналов. Структурная схема на примере микросхемы DRX3975 представлена на рис. 6.
Эта СБИС содержит цепь АРУ по ПЧ, а также узел управления задержанной АРУ с управляемым порогом в усилителях ВЧ селектора каналов. На пороговое устройство подают сигнал (Uиз) со входа цифрового фильтра ПАВ. Встроенный микропроцессор МП, управляемый по шине I2С, обеспечивает переключение каналов в режиме с ФАПЧ. При этом использован тактовый сигнал частотой 4 МГц, снимаемый с селектора.
В цифровом канале микросхем улучшено подавление импульсных помех и уменьшено влияние отраженных сигналов. Он выполняет все необходимые функции по обработке цифрового сигнала, для чего включает в себя блоки:
Front-end (ФЕ) с демодулятором COFDM и узлами системы АРУ, быстрого обратного преобразования Фурье (БПФ), ОЗУ, обратного внутреннего перемежения (ОвнуП) и внешнего (ОВнеП), внутреннего декодирования Витерби (ВД), декодера Рида-Соломона (ДРС) и дерандомизации (ДРМ). На рис. 7 показано включение такой СБИС.
Как уже отмечено выше, в современных цифровых демодуляторах существенно расширена полоса пропускания АЦП, в результате чего отпала необходимость в понижающем преобразователе в селекторе каналов. Поэтому целесообразно объединять селектор каналов и цифровой демодулятор в единый блок Front-end. Ведущие зарубежные фирмы перешли на выпуск таких блоков для приема наземного (DVB-T), кабельного (DVB-C) и спутникового (DVB-S) сигналов (например, TU1200, CU1200 и SU1200 фирмы PHILIPS). Целесообразно и в нашей стране на основе селектора СК-В-417 разработать современный блок Front-end, полностью соответствующий отечественным стандартам D и К. Вместо понижающего преобразователя в состав селектора должен быть введен демодулятор COFDM, например DRX397*.
На выходе демодулятора выделяется транспортный поток TS, который одинаков в эфирном, кабельном и спутниковом приемниках. Поэтому выход демодулятора служит естественным местом разделения блока Front-end и узла обработки транспортного потока.
Транспортный поток проходит демультиплексор, дескремблер и декодер MPEG-2. Фирма PHILIPS разработала для этого несколько поколений СБИС, например, PNX8550. Фирма MICRONAS для этих же целей разработала серию СБИС MDE95**. Наибольшие возможности заложены в микросхему MDE9500. В ней предусмотрены входы для двух транспортных потоков от декодеров DVB-T/C/S и двух аналоговых сигналов ПЦТВ. В СБИС происходят демультиплексирование, дескремблирование и декодирование MPEG-2 цифрового потока. Видеосигналы выведены из микросхемы в цифровой форме (ITU-R656), в формате RGB или встроенным кодером PAL преобразуются в ПЦТВ. Декодированные звуковые сигналы снимаются по шине l2C.
Поступающие на СБИС аналоговые сигналы ПЦТВ демодулируются всестандартным цветовым декодером. Для управления микросхемой и всем телевизором использован встроенный Rise-процессор с тактовой частотой 108 МГц. Имеются встроенная память SDRAM на 32 Мбит и возможность использования внешней памяти до 512 Мбит. Предусмотрены также вход для фотоприемника и интерфейсы, обеспечивающие возможность подключения трех шин l2C, модема, компьютера и смарт-карты.
Упрощенный вариант СБИС MDE9502 содержит меньшее число интерфейсов (например, только один интерфейс l2C). Он предназначен для простого гибридного телевизора или приставки SET-TOP-BOX.
К настоящему времени фирмой MICRONAS разработаны еще три модификации СБИС MDE****: MDE9515, MDE9517 и MDE9518. Во всех трех исключен всестандартный декодер цветности, а в последних двух отсутствует также и встроенная память, но введен ЦАП в канал звука, так что непосредственно с них могут быть сняты звуковые сигналы L и R, поступающие на усилители ЗЧ. На рис. 8 представлена упрощенная структурная схема СБИС MDE951*.
Блоки внешней памяти SDRAM и Flash подключены к процессору управления CPU через контроллер памяти. Транспортный поток TS проходит демультиплексор и декодер
MPEG-2. Полученные видеосигналы обрабатываются видеопроцессором. В нем формируются цифровые сигналы RGB и ITU-R656. Встроенный кодер PAL переводит сигналы R, G, В в ПЦТВ. Для получения аналоговых сигналов ПЦТВ и R, G, В применены встроенные ЦАП.
Звуковой процессор преобразует полученные в декодере MPEG-2 аудиосигналы в форматы I2S и S/PDIF. Встроенный ЦАП обеспечивает получение звуковых сигналов правого R и левого L каналов. Встроенные интерфейсы предусматривают возможность подключения внешней периферии (шины I2C, смарт-карты, модема, фотоприемника IR и т. д.). Тактовый генератор использует внешний кварцевый резонатор на частоту 20,25 МГц.
Фирмой PHILIPS создан новый процессор PNX8310 для обработки транспортного потока. СБИС напоминает процессоры MDE91** фирмы MICRONAS, но в ней отсутствуют входы для аналогового сигнала. В состав СБИС входят демультиплексор, дескремблер, декодеры MPEG-2 для видеосигнала и сигнала звука, цифровой процессор звука с 20-разрядной шиной данных, встроенный процессор управления MIPS PR 1910 с тактовой частотой 120 МГц, поддержкой режимов MIPS II и MIPS 16, быстрое ОЗУ объемом 8 кбит с шиной данных на 16 разрядов, возможностью подключения внешней памяти SDRAM объемом 16, 128, или 256 Мбит, с сокращением размера кода на 40 % благодаря MIPS 16 и возможностью быстрого обращения CPU к SDRAM.
В СБИС предусмотрены интерфейсы для двух шин I2С, двух стандартных модемов UART (двух и шести разрядов) и двух смарт-карт.
Микросхему PNX8310 можно использовать в приемнике DVB-T При этом применяют цифровой селектор каналов TD1316CAN, содержащий фильтр ПАВ и COFDM-демодулятор TDA10046. К СБИС подключают микросхемы памяти SDRAM объемом 32 или 64 Мбит и флэшпамять от 1 до 16 Мбит. ЦАП звукового сигнала служит микросхема UDA1334.
Процессор PNX8310 можно также применить в спутниковом приемнике DVB-S (со СБИС радиоканала TDA8262 и цифровым демодулятором TDA10086).
Номенклатура выпускаемых за рубежом микросхем для системы DVB-T позволяет разрабатывать все варианты цифровой платы, начиная от простейшей приставки и кончая цифровым 100-герцовым блоком IDTV. Как известно, возможны три варианта выполнения цифрового приемника DVB-T. Это, во-первых, — DVB SDTV, когда по одному телевизионному каналу можно принимать несколько обычных телевизионных программ с форматом 625 строк и 50 полей. Во-вторых, — IDTV, когда благодаря применению блоков памяти на строку и поле происходит преобразование стандарта на частоту полей 100 Гц или в прогрессивную развертку. При этом уменьшаются шумы и мерцание яркости. Наконец, в-третьих, — вариант HDTV, который предусматривает передачу по одному каналу только одной программы телевидения высокой четкости (ТВЧ).
Известно, что принятый в США цифровой стандарт ATSC ориентирован на использование приемника ТВЧ. Кроме того, систему DVB-T/HDTV внедряют в Австралии. При этом обеспечивается принципиально лучшее качество изображения, чем при приеме аналоговых программ. Еще в 1998 г. в Берлине, в институте Генриха Герца, была разработана микросхема HDTV декодера HiPEG для приемника DVB-T по технологии 0,35 мкм. В СБИС предусмотрен формат изображения на 1152 строки, содержащих по 1920 пикселей. Работы в этом направлении ведутся большинством фирм, изготавливающих микросхемы. Так, микросхема для дисплея и развертки фирмы MICRONAS DDC3316 поддерживает все стандарты HDTV (до 1080 строк при частоте строчной развертки 64 кГц и полосе пропускания по каналам RGB 30 МГц).
В настоящее время идет разработка необходимых для ТВЧ СБИС преобразования стандартов (серия FRC942*). В этом году предполагается завершить работы по всем необходимым для ТВЧ (в варианте DVB-T) микросхемам. Транспортный поток может обрабатываться процессором MDE951* (рис. 9).
Цифровой сигнал в формате ITU-R656 поступает на декодер ТВЧ VGC585*, затем сигнал ITU-R601 проходит преобразователь стандарта FRC942* и полученные широкополосные сигналы R, G, В подают на дисплей через процессор DDC33**. Дисплеем может служить кинескоп высокой четкости или плоская панель, например, LCD.
Радио №5 2005 год
|
