Расширяющий блок по теме 2

Телевизионные приемники – TV-тюнеры.

Компьютерные телевизионные приемники (TV-тюнеры, tuner – переключатель программ), с точки зрения современных ПК, относятся к устройствам мультимедиа, расширяющим возможности персональных компьютеров, предоставляя пользователю возможность просматривать телевизионные трансляции на экране монитора ПК. Пока персональные компьютеры не имеют стандартных встроенных средств для приема, оцифровки и просмотра на экране монитора телевизионного сигнала, пользователь может воспользоваться дополнительным устройством в виде платы расширения с интерфейсом PCI (рис. 165, но могут быть и внешние устройства с интерфейсом USB).

Рисунок 165.

Необходимо отметить, что компьютерные TV-приемники появились несколько позже плат для ввода и обработки видео. Тем не менее, их функции очень схожи, поскольку и те, и другие позволяют оцифровать, а затем записать или просто воспроизвести на экране монитора видеоданные. В общем случае, компьютерный TV-приемник состоит из трех функциональных блоков:

Первый блок – непосредственно тюнер, отвечающий за прием сигнала, его стабилизацию, очистку от помех и усиление. Тюнер включает электронный переключатель (мультиплексор), который выбирает источник видеосигнала. Большинство современных TV-тюнеров помимо приема эфирного или кабельного телевизионного сигнала, могут оцифровывать и аналоговое видео. Для этого они оборудуются разъемами RCA и S-Video. Как правило, блок приемника (ВЧ-блок) заключен в металлический экранированный корпус, как показано на рис. 165.

Второй блок – блок оцифровки, воспринимающий аналоговый видеосигнал. Основу блока оцифровки составляет аналогово-цифровой преобразователь, который оцифровывает аналоговый видеосигнал для дальнейшей обработки компьютером. Обработка сигнала ведется в реальном времени, поэтому схема АЦП должна работать на достаточно высоких частотах – не менее 20 МГц.

Третий блок – модуль хронометража и синхронизации, функционирующий одновременно с АЦП. Задачей этого блока является синхронизация оцифрованного видеосигнала с аналоговым сигналом.

Для более полного понимания функций выполняемых TV-тюнером рассмотрим структуру телевизионного сигнала, поступающего на вход этого устройства.

Первоначально, с появлением телевидения, когда изображение было монохромным, требовалось в видеосигнале передавать информацию о яркости. В дальнейшем при переходе к цветному телевидению возникла задача обеспечения совместимости "цветного" телевизионного сигнала с используемыми черно-белыми телеприемниками. Исходя из этого телевизионный сигнал передается в формате YUV и несет информацию о яркости (Y) и цветности (UV), черно-белый телевизор использует только Y-компоненту, которая выбирается из принимаемого композитного сигнала (название "композитный" возникло из-за того, что вместе передаются данные и о яркости, и о цветности точки).

Телевизионный сигнал YUV формируется из яркостного сигнала Y, цветности красного U и цветности синего V, вычисляемых по следующим формулам:

Y = 0.299R+0.587G+0.114B;

U = R-Y;

V = B-Y.

Для перевода в стандартное для компьютеров представление RGB (опорные цвета R – красный, G – зеленый, В – синий) необходимо произвести обратные преобразования из выражений, приведенных выше, т.е.:

R = Y+U;

G = Y-0.509U-0.194V;

B = Y+V.

Это преобразование и является одной из задач TV–тюнера.

В аналоговом TV за секунду передается 25 кадров в системе PAL (30 в NTSC), каждый из которых состоит из двух полей по 312,5 строк (262,5 в NTSC) – всего 625 линий. В цифровом телевидении каждый кадр разбивается по горизонтали на 768 точек, а по вертикали на 576 систем PAL (в NTSC 640/480). Если перейти к полям, получится 50 полей 384×266 в секунду (NTSC 60 полей 320×240).

Одна точка изображения (пиксель) кодируется 24-битным словом (по 8 бит на каждую компоненту). Одна секунда видеоизображения в системе PAL, таким образом, занимает 24×768×576×25 бит = 32 Мбайта.

Для сокращения объема видеоданных, передаваемых в единицу времени, реализуются различные методы компрессии данных, о которых говорилось ранее. Кроме этого, учитываются физиологические свойства зрения человека. Например, известно, что человеческий глаз сильнее реагирует на изменение яркости, чем на изменение цвета. Поэтому информация о цвете для него менее важна, чем о яркости. Цвет можно передавать реже. Яркостная компонента сигнала кодируется полностью, а цветоразностные компоненты в два раза реже. Такая схема кодирования обозначается 4:2:2. Существуют схемы передачи сигнала YUV 4:1:1, когда яркостная компонента передается в четыре раза чаще, чем цветоразностная. В данном случае четыре соседних пикселя при кодировке 4:1:1 имеют одинаковый цвет, но различную яркость.

Практическим результатом такого подхода является уменьшение потока видеоданных, который сокращается в первом случае до 22 Мбайт/с, а во втором случае до 14 Мбайт/с.

Современные тюнеры не только записывают передачи по таймеру, сжимают видеоданные в реальном времени в формат MPEG-1, 2 и 4 (конечно, при помощи центрального процессора), но и имеют функцию time-shifting, которая обеспечивает возможность просмотра и перемотки прямо во время записи. Большинство современных моделей поставляется с беспроводными пультами ДУ.

Каждый тюнер комплектуется программным обеспечением, при помощи которого можно смотреть телепередачи, осуществлять запись видео и захват отдельных кадров. Наиболее часто к TV-тюнеру прилагается программа, интерфейс которой напоминает панель управления или пульт дистанционного управления.