Moderní multimediální elektronika (U3V)

Moderní multimediální elektronika (U3V) Prezentace č. 2 Moderní televizní přijímače Prof. Ing. Václav Říčný, CSc. Ústav radioelektroniky, FEKT VUT v Brně

Moderní TV přijp ijímače OBSAH 1.1 TV přijímače se zobrazovači typu LCD 1.2 TV přijímače s plasmovými zobrazovači 1.3 Projekční TV přijímače 1.4 Set-top-boxy (STB) televizní přijímače pro digitální TV standardy DVB-S,T,C 1.5 Jak vybrat televizní přijímač? 1.6 Propojení televizního přijímače s další videotechnikou

Televizní přijímače jsou terminální částí TV přenosové soustavy. Mají dominantní vliv na výslednou kvalitu obrazu a zvukového doprovodu. Nebudou již uvažovány televizory s vakuovou obrazovkou CRT (Cathode Ray Tube). 1.1 TV přijímače se zobrazovači LCD (Liquid Crystal Device) vyrábějí se ve formátu 16 : 9 a velikosti cca do 42" i více) s rozlišením: HD READY - nativní rozlišení 768 x 1366 bodů, vyhovující nižšímu standardu televize s vysokým rozlišením HDTV (720p,i), FULL HD - nativní rozlišení 1080 x 1920 bodů, vyhovující všem evropským standardům HDTV (720p,i a 1080p,i.) Vyznačují se jasově klidným obrazem (celý snímek je zobrazován najed- Nou) a dokonalou geometrií. Současně technické parametry: jas až 600 cd/m 2, statický kontrast až 1000 : 1, dynamický kontrast až 10000:1 doba odezvy cca 5 ms (doba potřebná pro totální změnu polarizace tekutých krystalů doba přechodu ze stavu minimálního do maximálního jasu), pozorovací úhel cca 178.

Nové technologie jasově zcela klidný obraz i ve velkých plochách a zlepšení dynamických vlastností zobrazení se dosahuje 100 Hz (200 Hz fa.sony) obnovováním (refresh) obsahu buněk LCD - videoprocesor musí generovat chybějící obrazovou informaci (vysíláno je pouze 50 půlsnímků / 1s). zvětšení kontrastu. Buňku LCD nelze dokonale uzavřít pro světelný tok. Relativně nízký kontrast, který zhoršuje pozorování při vnějším osvětlení, lze zvýšit modulací jasu zadního osvětlovacího zdroje nebo lépe jeho náhradou řízenou maticí diod LED, jejichž osvětleníse mění místně i časově v závislosti na okamžité jasové distribuci v obraze. Výrobci proto uvádí navíc tzv. dynamický kontrast, který bývá výrazně (až 10x) vyšší než statický kontrast. Poznámka: Kvalitu obrazu významně ovlivňuje (nejen u zobrazovačů LCD) videoprocesor, který kromě řady jiných funkcí (např. změny formátu obrazu funkcí ZOOM), uskutečňuje přepočet rozlišení vstupního obrazu (zatím častěji nižší) na nativní rozlišení zobrazovače i převod původního prokládaného řádkování obrazu na kvalitnější neprokládané (tzv. progresivní). To se uskutečňuje v reálném čase pomocí výpočetně velmi náročných matematických operací (interpolací) nových obrazových bodů, které v původním přenášeném obraze nejsou vůbec obsažený (přísně tajené know how výrobců).

1.2 TV přijímače s plasmovými zobrazovači většina vlastností televizních přijímačů LCD, platí i pro přijímače s plasmovými zobrazovači (včetně možnosti aplikace 100 Hz technologie). Rozdíly mezi nimi jsou ovlivněny prakticky pouze vlastnostmi zobrazovače, protože základní struktura obou typů přijímačů je prakticky totožná, Vyrábějí se pro větší rozměry obrazu obvykle od úhlopříček 37 do 65 i více. K jejich výhodám patří, ve srovnání s LCD, především: vyšší dosažitelný jas až 1500 cd/m 2, podstatně vyšší statický kontrast (plasmový zobrazovač je stejně jako CRT, je primární zářič) až 30000:1 (dynamický kontrast může dosáhnout hodnot až 10 6 : 1). To umožňuje pozorování obrazu i při velkém vnějším osvětlení, výrazně kratší doba odezvy cca 0,001 ms, pozorovací úhel se blíží 180.

Nevýhody menší nativní rozlišení u menších typů (např. jen 1024 x 768 obrazových) bodů, protože minimální velikost plasmových buněk má technologickou mez. Od úhlopříček 40 (> 1m) se však již vyrábí plasmové zobrazovače i s rozlišením FULL HD. Buňka plasmového zobrazovače Rozměry jedné buňky jsou dnes již menší než 200 x 200 μm. Na barevný obrazový bod (pixel) připadají tři buňky. plasmové televizory s těmito zobrazovači mají poněkud větší příkon a vyšší cenu ve srovnání s televizory se zobrazovači LCD stejných rozměrů a vybavení (zatímco LCD zobrazovač má příkon prakticky stálý, u plasmového se příkon zvětšuje s rostoucím jasem obrazu). Zajímavá, ale diskutabilní, je i některými výrobci udávaná životnost větší jak 100 000 hodin!!!

1.3 Projekční TV přijímače Pracují na principu zpětné projekce světelného toku generovaného silným zdrojem bílého světla a modulovaného světelným modulátorem DLP (Digital Light Processing) nebo častěji tří -čipovou technologií LCoS (Liquid Crystals on Silicon) v aplikaci D-ILA (Direct - Drive Image Light Amplifier) nebo nebo HD-ILA na vnitřní matnici. Kvalita reprodukovaného obrazu je srovnatelná se zobrazovači zmíněnými vpředcházejících odstavcích. Vyrábějí se pro rozměry úhlopříček 50 a více. Současně dosahované typické technické parametry: statický kontrast až 2000:1, jas až 800 cd/m 2, doba odezvy kratší než 2,5 ms. Jejich příkon je nižší než u plasmových zobrazovačů. Mají poněkud menší pozorovací úhel a jsou v současné době, vzhledem k relativně menšímu počtu vyráběných kusů, poměrně drahé. Někdy je na závadu i jejich hloubka (25 cm i více), se kterou nemohou soutěžit s plasmovými a LCD zobrazovači.

Poznámka V kategorii plochých zobrazovačů stále číhá staronová technologie OLED (Organic Light Emitting Diod), která umožňuje výrobu super plochých pružných zobrazovačů (tloušťka samotného displeje je pouze několik mm). Zatím se uplatňuje především u menších displejů (mobilní telefony, digitální fotoaparáty, malé video přehrávače, terminály DVB-H aj.), ale někteří výrobci s ní počítají v blízké budoucnosti i pro stolní přijímače (Sony, Samsung, Panasonic, LG a jiní). Jistým problémem zatím zůstává poněkud nejasná životnost.

1.4 Set-top-boxy (STB) přijímače digitálních TV standardů DVB - S,T,C jsou přijímače pro různé digitální distribuční platformy (DVB-S/S2, DVB-C a především DVB-T (MHP) nebo i jejich kombinace, které nemají obrazovou (a zobrazovací), ani zvukovou (a reprodukční) část. Tu nahrazuje např. stále dobře fungující analogový televizní přijímač propojený s STB obvykle na úrovni kompozitního nebo RGB signálu (např. konektory SCART, CINCH). Vyrábějí se také v provedení karet pro počítače tzv. PCI card (počítač funguje jako monitor). 1.4.1 STB pro příjem signálů DVB-T STB pro volný příjem FTA (Free to Air) Jsou levné a určené pouze pro příjem nekódovaných (volně přístupných programů. Neobsahují dekryptory a sloty pro přístupové karty. STB pro podmíněný přístup k signálu Jsou určeny pro příjem enkryptovaných (kódovaných) placených programů. Mají zabudovány dekryptory a jeden i více slotů pro přístupové karty příslušných operátorů (příp. pro CI moduly)

STB pro příjem DVB-T MHP (Multimedia Home Platform) Umožňují příjem signálů interaktivních služeb MHP (nadstavba DVB-T). Uživatel musí mít k dispozici nějakou formu zpětného kanálu. V ČR vysílá zatím pouze jeden operátor multiplexní sítě (Ćeské Radiokomunikace, a.s.) datové služby týdenní předpovědi počasí a MHP EPG (elektronický programový průvodce). Jde o jednoduchou formu MHP, která pouze lokálně interaktivní. Je vysílána spolu s daty TV multiplexu a nevyžaduje proto zpětný kanál. Službu lze pouze volit v rámci nabídky (nikoliv objednávat). STB musí být vybaven dekodérem MHP. STB s vestavěným pevným diskem HDD (Hard Disc Drive) Umožňují digitální záznam přijímaného signálu. Pokud uživatel chce zaznamenávat současně i jiný program, musí STB obsahovat dva tunery. Kombinace uvedených typů STB

1.4.2 STB pro příjem signálů DVB-S (S2) Prodávají se obvykle v sadách obsahujících, kromě STB, také vstupní díl LNB / LNC (Low Noise Block/Convertor) s ozařovačem a směrovou anténou. Příjem signálů z více satelitů lze řešit např.: slučováním signálu z více antén, použitím více LNB (tzv. multifeed) nebo dvojitého LNB na jedné anténě, natáčením antény v tzv. polárním závěsu pomocí lineárního motoru aj. Zařízení jsou nazývána různými výrobci různě - rotátor, posicionér, polarmount aj.)

Dělení STB DVB-S (S2) je obdobné jako v případě DVB-T. STB DVB-S pro příjem FTA (Free to Air) určené pouze pro příjem nekódovaných (volně přístupných) programů. Neobsahují dekryptory a sloty pro přístupové karty. Jsou nejlevnější. STB DVB-S pro podmíněný přístup Jsou určeny pro příjem enkryptovaných (kódovaných) placených programů. Mají zabudovány dekryptory (dekodéry) a jeden i více slotů pro přístupové karty příslušných operátorů. STB DVB-S i S2 pro podmíněný přístup obsahují navíc demodulátor signálu zlepšeného standardu DVB-S2 a dekodéry MPEG-2 i MPEG-4 AVC. Tyto STB jsou určeny především pro příjem programů HDTV a jsou zpětně kompatibilní i pro příjem DVB-S. STB DVB-S i S2 s vestavěným pevným diskem HDD (Hard Disc Drive) a kombinace uvedených typů STB 1.4.3 STB pro příjem signálů DVB-C jsou učeny pro příjem signál operátorů kabelové televize tedy pro příjem vesměs placených a proto i kódovaných programů. Proto musí být vybaveny příslušnými dekodéry a sloty pro přístupové karty. Většinou

je provozovatel kabelového vysílání abonentovi zapůjčuje bezplatně nebo na kauci a jejich použití je zahrnuto do pravidelného (obvykle měsíčního) poplatku za tuto službu. Na trhu bývají k dispozici i kombinované STB (tzv. komba ) pro příjem dvou i dokonce všech tří standardů DVT. Poznámka: Na tomto místě je třeba komentovat rozšířený mýtus. Týká se vysoké, tzv. digitální kvality obrazu, kterou provozovatelé těchto sítí často proklamují. Kabelová síť je velmi kvalitní přenosový kanál, ve kterém se hlavní výhoda digitální formy signálu vysoká odolnost vůči většině přenosových zkreslení - nemůže uplatnit. Ti, kteří se dříve dívali na obraz odpovídající analogové formě televizního signálu nemohou tedy v této síti získat kvalitnější obraz. Pokud se zdrojový signál nezmění - například formátem rozlišení HDTV aj. nemůže převod do digitální formy přinést novou kvalitu a naopak vnáší do obrazu nová systémová zkreslení - např. kvantizační šum, chyby vlivem blokové struktury komprese aj.). Pokud je jednotlivým programům v digitálním multiplexu přidělena nedostatečná rychlost bitového toku s cílem vyššího využití přenosového kanálu, může být výsledný obraz i znatelně horší. To je kritické zejména u programů náročných na detaily a dynamiku např. při sportovních přenosech.

1.5 Jak vybrat televizní přijímač? Jak vybírat nový televizor? Elektronické vybavení i uživatelský komfort uvedených kategorií jsou podobné a většina technických parametrů je téměř shodná - alespoň u televizorů stejné cenové kategorie. Čím se tedy při koupi řídit? Zmíníme proto alespoň některé nejdůležitější zásady. Budeme zřejmě vybírat mezi televizory s LCD nebo plazmovým zobrazovačem. S ohledem na aktuální přechodné období a nástup digitální televize by televizor měl mít, kromě analogového, také digitální tuner DVB-T. Tento požadavek dnes již splňují i přijímače střední třídy. Pomineme pro mnohé základní atribut tj. cenovou relaci a zaměříme se na tři hlavní parametry obrazu a další parametry, které ovlivňuje zejména to, kde a pro pro jaké účely bude televizor dominantně používán. a) velikost zobrazovače Moderní zobrazovače s vysokým rozlišením umožňují i výrazně větší obraz pozorovat z podstatně menší vzdálenosti (ve srovnání s televizory CRT), aniž by byla patrná bodová struktura obrazu. Divák pozoruje obraz (navíc se zvětšeným poměrem stran 16 : 9), s větším pozorovacím úhlem a nevnímá rušivě okolí televizoru. Zlepšuje se i stereofonní vjem zvukového doprovodu. Lze tedy i do menšího pokoje pořídit televizor s větším zobrazovačem. Obraz s rozlišením HD Ready s úhlopříčkou 82 cm lze bez problémů pozorovat ze vzdálenosti od 2 m.

b) rozlišení Samozřejmostí je požadavek rozlišení alespoň HD Ready, i když ještě několik let bude v ČR vysílán a distribuován TV signál v analogové i nově v digitální formě se standardním rozlišením (575 x 720 obrazových bodů). Vlastníci moderní videotechniky poskytující kvalitnější obrazový signál HDTV ( kamkordéry Full HD, přehrávače Blu Ray, satelitní přijímače pro HDTV vysílání DVB-S, S2 aj.), nebo televizor chtějí užívat i pro prohlížení digitálních fotografií, by měli sáhnout hlouběji do kapsy a zakoupit již televizor s Full HD rozlišením. Fandové sportovních přenosů by měli uvažovat možná i o poněkud dražší 100 Hz technologii. c) dosažitelný jas a kontrast Tyto parametry hovoří pro plasmový zobrazovač, ale.. Jas nad 500 cd/m 2 užívá jen ten, kdo si koleduje o trvalé zhoršení zraku. Vysoký kontrast je velkou výhodou zejména tam, kde je třeba pozorovat obraz při velkém vnějším osvětlení, což také není obvyklé. Navíc moderní LCD zobrazovavače již umí nižší kontrast zvyšovat zmíněným řízeným zadním osvětlením. d) Vybavení vstupně-výstupními rozhraními (konektory) Důležitým parametrem televizního přijímače je i vybavení dostatečným počtem vstupních a výstupních konektorů pro vzájemné a efektivní propojování s další videotechnikou tak, aby nedocházelo k degradaci obra-

zového a zvukového signálu např. přechody mezi analogovou a digitální formou. Současným standardem jsou alespoň dva vstupně - výstupní konektory Scart (analogové propojení kompozitního obrazového signálu, složkových barevných signálů R,G,B a stereofonních signálů zvukového doprovodu), vstupní konektory Cinch pro obrazové i zvukové signály, možnost připojení sluchátek s řízenou úrovní signálů. Pro digitální signály HDTV jsou vhodná širokopásmová digitální rozhraní s konektory DVI (Digital Visual Interface), nebo novější a rychlejší HDMI (High Definition Multimedia Interface). Tím se přenáší, na rozdíl od DVI, i digitální vícekakanálový doprovod. S tímto rozhraním bývá spojen protokol HDCP (High - Bandwidth Digital Content Protection), vyvinutý firmou Intel, pro zabránění nežádoucí manipulaci s daty. Užitečný nadstandard představuje také možnost propojení s počítačem pomocí interface USB a přehrávání obsahu paměťových karet (např. pomocí slotu pro kartu SD). e) Programové vybavení, menu a nadstandardní funkce důležitá je rovněž kvalita programového vybavení řídícího procesoru(ů přijímače, který generuje přehledné, intuitivně a uživatelsky příjemné menu, z něhož lze ovládat pomocí dálkového ovládat všechny funkce (operační i nastavovací), pokud možno, bez nutnosti otevírat uživatelsky manuál. Výhodné jsou i některé nadstandardní funkce, které umožňují moderní TV přijímače s digitálním zpracováním obrazového signálu. Mezi ně patří

např. funkce PiP (Picture in Picture - obraz v obraze ), PaP (Picture and Picture - obraz a obraz), Multi-picture (Mozaika) aj. V případě digitální multiplexní distribuce TV signálů je možno po dekódování přijímaného programového multiplexu zobrazit jeho programový obsah formou mozaiky statických obrazů. Žádoucí jsou také další funkce jako zastavení (zmrazení) obrazu, nastavitelné potlačení šumu aj. Digitální TV vysílání kterékoliv platformy umožňuje navíc realizovat další funkce, v éře analogového vysílání neznámé - např. zobrazení elektronického programového průvodce (EPG Electronic Program Guide), dále tzv. SuperTeletext nebo měření a zobrazení úrovně i kvality přijímaného signálu formou sloupcových diagramů -tzv. bar grafů aj.

1.6 Propojení televizního přijímače s další videotechnikou Vnějšími videotechnickými zařízeními mohou být např. - analogový stolní video rekordér (magnetoskop), příp. kamkordér, - digitální video kamkordér nebo DVD přehrávač s výstupem (příp. vstupem) kompositního obrazového signálu, - satelitní přijímač analogový nebo digitální, - set-top-box pro příjem pozemního digitálního TV vysílání (DVB-T), - digitální fotoaparát s výstupem kompositního video signálu. Tato zařízení mají video výstupy analogového kompositního signálu PAL na konektorech SCART, CINCH, S-video. Lze je použít pro zobrazování signálu zaznamenaného příslušným zařízením televizní přijímač slouží pouze jako monitor propojený s příslušným periferním zařízením na úrovni kompositního videosignálu a stereofonních audio signálů. Tato zařízení obvykle mají také vysokofrekvenční výstup úplného televizního signálu v ČR v normě CCIR D/K na některém kanálu v 5.TV pásmu, přeladitelný obvykle mezi kanály C30-C40 (výstup RF). Toto propojení je méně kvalitní, protože vyžaduje navíc modulaci a demodulaci). Je určeno pouze pro starší přijímače s jediným video vstupem nebo bez video vstupů. Modernípřijímače, jejichž funkce je řízena mikropočítačem, umožňují současné připojení více vnějších zařízení (dle počtu vstupních konektorů). Aktivuje se vždy pouze ten vstup, na němž je zařízení ve funkci.

. 3.1 Propojení TV přijímače se dvěma konektory SCART se satelitním přijímačem (SAT), stolním videorekordérem (VCR) a přijímací anténou pro pozemní analogové TV vysílání.

3. 2 Propojení TV přijímače s konektorem S-video s analogovými kamkordéry S-VHS, Hi-8 nebo digitálními kamkordéry D-8, DV, mikro DV, DVD a jinými. Toto propojení zachovává vysokou kvalitu obrazu nahrávaného v kvalitních analogových nebo digitálních magnetických i optických záznamových formátech. Stereofonní audio signál je nutno propojit zvlášť dvěma stíněnými kabely s konektory CINCH.

3.3 Příklad propojení TV přijímače s jediným konektorem SCART se satelitním přijímačem, stolním videorekordérem a přijímací anténou pro pozemní analogové TV vysílání. V tomto případě je nutno využít vysokofrekvenční výstup (RF) některého periferního zařízení (v tomto případě videorekordéru), jehož signál se přivádí na anténní vstup TV přijímače. Pokud je videorekordér vypnut, je anténní vstup propojen s konektorem výstupu RF.

Moderní digitální videotechnika umožňuje nejkvalitnější propojení pomocí digitálních rozhraní a konektorů DVI nebo raději rychlejšího HDMI. Obrazové a zvukové signály nejsou tak degradovány nutnými převody z analologové do digitální formy a naopak. Literatura [1] Grimme,K.: Digital television (Standardization and Strategie). Artech House Boston-London, 2000 [2] Brice,R.: Newness Guide to Digital Television. Newness Oxford, 2003 [3] Vít,V.: Televizní technika (projekční a velkoplošné zobrazování). BEN Praha,2000 [4] Vlastnosti přijímačů DVB. Česká technická norma ČSN EN 50256, 1999 [5] Základní metody měření digitálních televizních přijímačů. Česká techtechnická norma ČSN EN 62028, 2004 [6] Digitální televizní přijímače pro systém DVB-T. Česká televizní norma ČSN EN 62216-1, 2003 Děkuji za pozornost