Converging Video
Chips von Focus Semiconductor vereinfachen Standardwandlung von Videosignalen
Das Phase-Alternate-Line-Verfahren – kurz PAL – gilt zurecht als geniale Technologie zur robusten Übertragung von Farb-Fernsehsignalen und konnte sich daher seit Einführung 1967 weltweit verbreiten. Allerdings mussten bei der Konzeption einige Kompromisse gemacht werden, um den teilweise konkurrierenden Anforderungen an Kompatibilität, Bandbreite und technischen Fähigkeiten damaliger Empfänger entgegen zu kommen, so dass die heute geforderte Konvergenz der Medien, also der einfache Umstieg zwischen verschiedenen Standards analoger und digitaler Videos, einige Schwierigkeiten bereitet. Modulierte Farbdifferenzsignale mit zeilenweise wechseln dem Farbträger, Halbbildübertragung und raffi nierte Austastlücken wollen dekodiert und dechiffriert sein und erst mit den Möglichkeiten moderner Halbleiterbausteine ist dies zu vernünftigen Kosten darstellbar. Focus Semiconductor hat sich auf dieses Feld spezialisiert und bietet eine Palette von ICs zur Migration zwischen den Welten der bewegten Bilder.
Video-Encoder für TV-Ausgänge
So können mit den Bausteinen der FS45x- und FS47x-Familien analoge Videosignale in den wesentlichen Weltstandards erzeugt werden, wenn die bewegten Bilder in Form digitaler Pixeldaten vorliegen, als paralleler Bitstream eines LCD Ports beispielsweise. Die HD-fähigen Encoder unterstützen dabei an ihrem digitalen Input-Port sowohl Daten im RGB- als auch YPrPb-Farbraum und können Wort breiten von 24/18/16/12 oder 8 bit handeln. Der Datenstrom wird intern über eine Demux-Stufe in einzelne Pixelwerte aufgetrennt, danach einer Farbraumkonversion unterzogen, skaliert, „entflickert“ und über ein FiFo an die Enkodierungsstufe weitergeleitet, die daraus zunächst digitale Signalwerte entsprechend den analogen Ausgabestandards (PAL/NTSC) generiert. Schließlich stehen 4 x 10-bit Digital/ Analog-Converter zur Verfügung, um analoge Signale entweder als Komponentensignal zu erzeugen (FBAS, CVBS), im S-Video-Format (Y/C) oder in Form getrennter Farb- bzw. Farbdifferenzsignale (RGB/YPrPb).
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Mit Flicker Filter und Anti-Color- Bleeding zur Studioqualität
Um den Ansprüchen professioneller Videostudios gerecht zu werden, hat Focus Semiconductor erheblichen Entwicklungsaufwand eingesetzt, die Schwächen der klassisch analogen Übertragungsverfahren wie PAL und NTSC auszubügeln. Als Beispiel sei hier das Zeilenflimmern angeführt. Zeilenflimmern oder line flicker entsteht, wenn Bildinhalte aus dem Grafikbereich der PCs mit Monitoren ohne Zeilensprung auf ein Verfahren wie PAL umgesetzt werden, das mittels Zeilensprungverfahren jeweils 2 Halbbilder (1., 3., 5. Zeile sowie 2., 4., 6. Zeile etc.) nacheinander überträgt. So wird dann z.B. eine 1 Pixel dicke, horizontale Line in der dritten Zeile nicht bei jedem Halbbild gesendet, sondern nur bei jedem zweiten. Damit flimmert diese Linie mit 25Hz (bei PAL), was je nach Kontrast sehr störend wirkt. Eine übliche Gegenmaßnahme im Bereich des digitalen Videos besteht im sog. Average-Filter über mehrere Zeilen, der zwar Besserung bringt aber auch die Strukturen „verschmiert“. Die FS45x-Encoder dagegen haben einen patentierten, adaptiven 2D-Flickerfilter, der bei weitest gehender Erhaltung der Bildqualität ein Höchstmaß an Flimmerreduktion bietet (siehe Abbildung 3).
Eine weitere „Unart“ von PAL (aber auch NTSC) besteht im „Ausbluten“ von Farben über die Kanten vertikaler Strukturen. Auch hier haben die Ingenieure von Focus Semiconductor eine Lösung gefunden, die dieses color bleeding auf ein Mindestmaß reduziert und damit die Bildqualität erheblich steigert (Siehe Abbildung 4).
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Features der Focus Encoder FS45x
- SD/HD Broadcast-Quality Encoder
- Composite, S-Video, SCART
- NTSC, PAL
- RGB, VGA, YPrPb
- 4 x 10 bit DACs
- RGB und YCrCb Input Datenformate (24/18/16/12/8 bit)
- 640 x 480 bis 1080i
- Patentiertes 2D Scaling & Flicker-Filter für optimale Bildqualität
- 7 x 7mm BGA (FS455LF/FS456LF), 14 x 14mm QFP (FS453/FS454LF)
- Macrovision (FS454LF, FS456LF)
- FS45x Encoder-Familie für Studioanwendungen
- FS47x Encoder-Familie für mobile Anwendungen
Scankonverter
Eine logische Erweiterung der Focus Encoder-Produktpalette stellen sog. Scankonverter dar - ergänzt man TV-Encoder um eine Digitalisierungsstufe am Eingang und einen Bildspeicher zur Time Base Correction, so lassen sich auch analoge Bildsignale aus Grafikkarten oder anderen Quellen für die Darstellung in klassischen TV-Medien umwandeln.
Die Bausteine der FS40x-Familie sind Scankonverter der vierten Generation und können zahlreiche Eingangsformate in PAL bzw. NTSC umwandeln, konform mit den Spezifi kationen nach SMPTE-170M und CCIR-656.
Der Baustein verfügt eingangseitig über einen Bildskalierer, um die ankommende Bildgröße auf das Ausgangsformat umzurechnen. Dabei wird ein ausgeklügeltes, von Focus patentiertes Verfahren eingesetzt, mithin so derbe Methoden wie Line- und Pixel-Dropping vermieden. Die an spruchsvolle Skalierung stellt die Wiedergabe des korrekten Grauwertes sicher und bewahrt Farbtreue bei allen Auflösungen des Quellensignals. Unabhängige Justierung der X- und Y-Bildmaße beim Eingang und Ausgang sowie Skalierung und Zentrierung stellen sicher, dass jeder Computermonitor auf jedem TV-Bildschirm dargestellt werden kann und dabei auch Eigenarten wie Overscan & Underscan und unterschiedliche Bildseitenverhältnisse angepasst werden. Für professionelle Videoanwendungen im Bereich der Studios gibt es die Variante FS403 mit der Möglichkeit zum Genlock, d.h. der Verrastung des Ausgangsbildes auf einen zentralen Studio- Blackburst. Dies vermeidet so unangenehme Bildartefakte wie das Frame Tearing, also Synchronisationsfehler durch unterschiedliche Bild-Wiederholfrequenzen.
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FS403 – Evaluation-Board
Zum Austesten seiner Bausteine bietet Focus Semiconductor Eval- und Demoboards an. Für den Scanconverter FS403 ist dies eine sofort einsetzbare Baugruppe (Abbildung 7), die mit ver schiedenen Quarzen für PAL oder NTSC bestückt werden kann und sich über eine kleine Adapterkarte vom PC aus über RS232 mit einer mitgelieferten Software konfi gu rieren lässt. Wir haben dieses Board ausführlich getestet und dazu einen PC mit 1024 x 768px / 60Hz bei 32bit Farbtiefe als RGBQuelle verwendet. Die Grafiksignale gelangen über ein Standard-VGA-Kabel zum Konverter und werden auf FBAS-Videosignale bzw. S-Videosignale umgesetzt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, das Video über Komponentensignale Y/U/V auf einem Mini-DIN-14 Stecker auszugeben. Abbildung 7 zeigt ein Testbild, oben im Original, unten als Bildschirmfoto vom Videoschirm. Die Qualität ist äußerst beeindruckend und dürfte das für Video maximal Mögliche erreichen.
Weitere Features der Focus ScankonverterFS40x
- Bildratenwandlung
- Programmierbare 2D-Skalierung
- Pan & Zoom
- Verbesserter 2-D Flicker-Filter
- FS403 mit Genlock-Fähigkeit
- Controller für Bildspeicher (SDRAM, 16 MBit)
- Zahlreiche Eingangsformate (p/i) von 640x400 bis 2560 x 2048
- Bildwiederholraten am Eingang bis 150Hz
- Ausgangs-Standards:
- NTSC, NTSC-EIAJ und NTSC ohne Zeilensprung
- PAL-B/G/H/I und 100Hz PAL Interlaced
- Composite, S-Video, SCART
- RGB, YUV
- VGA und SVGA ohne Zeilensprung
- Wählt automatisch bestes Ausgangsformat und Skalierung für jede Eingangsformat
- Erkennt automatisch aktiven Videobereich am Eingang
- C, H, and V Sync Tri-State Ausgänge
- 3 x 8-bit A/D-Konverter am Eingang
- 3 x 10-bit D/A-Konverter am Ausgang
- I2C-kompatibler Steuerport
- FS401 im 100 pin MQFP Gehäuse, FS403 im 128 pin MQFP Gehäuse
