Радиотелевизионные сенсоры
Цель лекции: объяснить слушателям, почему радиотелевизионные сенсоры целесообразно выделить в отдельный подкласс интеллектуальных радиосенсоров, и ознакомить с принципами их работы и возможностями. Объяснить, почему мобильные телефоны 3–4-го поколений отнесены в подкласс радиотелевизионных сенсоров. Помочь разобраться в широкой палитре радиотелевизионных тюнеров и ресиверов. Ознакомить с принципами работы кабельных модемов. Дать представление о возможностях и преимуществах цифрового, полиэкранного и интерактивного телевидения, об используемых для этого радиотелевизионных сенсорах, о мультимедийных персональных компьютерах и смартфонах.
14.1. Тюнеры
Радиотелевизионные сенсоры отличаются от других радиосенсоров тем, что воспринимают намного более значительные объемы более динамичной и сложнее форматированной информации. Поэтому их стоит выделить в отдельный подкласс радиосенсоров.
К радиотелевизионным интеллектуальным сенсорам принадлежат известные всем телевизоры. В их конструкции можно выделить несколько основных функциональных блоков. Это, во-первых, телевизионный экран, на котором воссоздаются воспринимаемые нами изображения; во-вторых – это звуковой или акустический блок, который обеспечивает звуковое сопровождение изображений. В-третьих, это пульт управления, с помощью которого мы можем выбирать режимы работы телевизора ; в-четвертых – телеприемник. Далее – это антенна или входной телевизионный кабель, через который в телеприемник попадает входной высокочастотный сигнал; затем – блок питания и корпус с входными, выходными гнездами и ручками управления, переключения и настройки.
14.1.1. Радиотюнеры
Из всех этих блоков радиочувствительными элементами являются, собственно говоря, лишь телеприемник и антенна. Их задача – воспринять распространяющиеся в окружающем пространстве или через телевизионный кабель высокочастотные электромагнитные колебания, выделить из них сигналы одного нужного телевизионного канала, поддерживать точное "слежение" именно за этим каналом, усилить до стандартного уровня сигналы этого канала, выполнить их демодуляцию, получить стандартный видеосигнал и передать его в блоки воспроизведения изображения и звукового сопровождения.
Радиосенсоры, которые выполняют подобные функции, принято называть " тюнерами " (от англ. tuner, происходящего от глагола tune – налаживать, настраивать). Так называли уже и входные (до выхода усилителя низкой частоты) блоки радиоприемников. Эти блоки для высококлассных аудиосистем нередко изготовляли и применяли как отдельное устройство – "тюнер". Устройства воспроизведения звука приобретались отдельно. Это могли быть просто наушники или громкоговоритель, но чаще всего с тюнерами использовали высококачественные звуковые колонки.
Например, на фотографии рис. 14.1 показан радиотюнер Parasound T3, который обеспечивает высококачественный прием FM и АМ радиоканалов, в том числе и стереопередач.
Имея в своем составе микропроцессор и дисковую память, этот тюнер может запомнить названия и частоты до 60 избранных пользователем фаворитных радиостанций, автоматически настраиваться на каждую из них, показывать её название и частоту на своем индикаторе. По заданию пользователя он может записывать радиопередачи указанной длительности. Включать нужную радиостанцию и регулировать звук можно дистанционно через инфракрасный пульт управления. При габаритных размерах 438x350x92 мм, тюнер обеспечивает соотношение сигнал/шум свыше 74 дБ для FМ каналов и свыше 45 дБ для АМ каналов.
Некоторые другие современные FM/АМ тюнеры, например, NAD C422 выполняют еще и функцию "радиотекст". Она состоит в том, что наряду с аудиоинформацией автоматически принимается, расшифровывается и выводится на дисплей тюнера текстовая информация. Это могут быть: название передачи, которая в данный момент звучит на канале, время её начала и окончания; сведения о ведущем или об авторах передачи; программа трансляций данной радиостанции; короткие сообщения о погоде; штормовые и автодорожные предупреждения и т.п.
14.1.2. Аналоговые ТВ тюнеры
Для нужд телевидения тюнеры изготовляют, продают и применяют в виде отдельных устройств значительно чаще, чем для нужд радиотрансляции. Их называют телевизионными тюнерами или сокращенно ТВ тюнерами. Сначала разрабатывались и выпускались ТВ тюнеры для аналогового телевидения, которые поддерживают все форматы телепередач – PAL, SECAM и NTSC. Обработка высокочастотных радиосигналов в таких тюнерах (выделение нужного канала, усиление и преобразование его частоты в стандартную промежуточную частоту, обычно 38,9 МГц) происходит в аналоговых селекторах, усилителях и преобразователях частоты с использованием резонансных LC-контуров. Как и в радиоприемниках, на нужную частоту их настраивают, как правило, путем изменения напряжения на элементах с регулируемой емкостью – так называемых "варикапах", а для перехода с одного частотного диапазона в другой – переключают катушки индуктивности. Например, при изменении обратного напряжения на варикапе от 1 В до 30 В его емкость уменьшается от 200 пФ до 20 пФ, что изменяет резонансную частоту LC-фильтра от 45 МГц до 200 МГц. Современные "всеволновые" ТВ тюнеры обеспечивают прием сигналов в довольно широком диапазоне частот от 45 МГц до 800 МГц. Выход ТВ тюнеров рассчитан на воспроизведение изображений на разных экранах, в том числе и на больших плазменных экранах, а звука – с помощью высококачественных звуковых колонок.
В состав аналогового ТВ тюнера входят также схемы автоматической аналоговой регулировки коэффициента усиления, слежение за вариациями частоты выбранного телеканала, усилитель стандартной промежуточной частоты, и т.п. Как правило, аналоговые ТВ тюнеры позволяют принимать как эфирные, так и кабельные телетрансляции, а часто – также и радиопередачи FM и АМ диапазонов.
Аналоговые ТВ тюнеры, в состав которых входят микропроцессор и устройство памяти, способны выполнять и много дополнительных сервисных функций. Например, запомнить и по Вашему заданию автоматически находить один из десятков отобранных Вами телевизионных и радиоканалов; поддерживать функции "телетекст" и "радиотекст"; блокировать просмотр определенных передач или каналов детьми или другими лицами, которые не знают пароля; автоматически включать и выключать теле- или радиотрансляцию в заданное пользователем время и прочие.
Среди них имеются и довольно интересные. Например, мобильный ТВ тюнер G-WWT-1201B фирмы Gee fourth Corporation (Япония), имея размеры 110x69x26 мм и массу лишь 125 г ( рис. 14.2), обеспечивает эфирный прием практически всех телеканалов. Он позволяет записывать до 3 часов видео во встроенную флэш-память на 512 мегабайт, в том числе по заранее заданному пользователем расписанию. Принимать, смотреть и записывать телепередачи на малогабаритном экране можно в дороге и в полевых условиях.
Рис. 14.2. Мобильный ТВ тюнер G-WWT-1201B с малогабаритным экраном. Справа показан тюнер в увеличенном виде
14.1.3. Компьютерные ТВ тюнеры
Применение микропроцессоров и микросхем АЦП в ТВ тюнерах открыло дорогу к созданию компьютерных ТВ тюнеров – интеллектуальных сенсоров, которые позволяют принимать и воспроизводить телепередачи на экранах (мониторах) компьютеров. Обычно выделяют 3 группы компьютерных ТВ тюнеров:
- " встроенные " или "внутренние", которые устанавливают в системный блок компьютера в виде дополнительной электронной платы;
- " автономные " или "внешние", которые представляют собой самостоятельное устройство, к видеовыходу которого для просмотра телепередач прямо подключают VGA монитор компьютера;
- " внешние ", имеющие достаточно быстрый канал информационного обмена с компьютером.
Каждая из этих групп имеет свои преимущества и недостатки, поэтому они рассчитаны на разных пользователей и на разные нужды.
Встроенные (внутренние) компьютерные ТВ тюнеры являются самыми дешевыми, не нуждаются в отдельном корпусе, так как их устанавливают в системный блок самого компьютера. Они становятся одним из его внутренних устройств, работают под присмотром его операционной системы и соответствующей программы-драйвера. Особенно простыми по конструкции стали они, когда начался серийный выпуск полупроводниковых ВЧ микросхем, специализированных для приема телевидения и аппаратного сжатия видеоданных по стандартам MPEG-1/2/4, – например, от фирм Microtune Inc., Philips Electronics, Xceive Inc. и т.д.
Для примера на рис. 14.3 показана плата внутреннего компьютерного ТВ тюнера AVerTV Studio Model 507. Он обеспечивает высокое качество приема телепередач, воспроизведение видеозаписей, позволяет индивидуально подобрать оптимальные параметры изображения для каждого канала. Тюнер AVerTV Studio Model 507 предоставляет возможность качественного приема FM радиостанций, в том числе и стереозвуковых передач, позволяет делать цифровые видеозаписи и звукозаписи. Его программное обеспечение поддерживает такие функции, как изменение масштаба телевизионного изображения, воспроизведение этого изображения в отдельном окне, "телетекст", режим "тime shift", автоматическое самовыключение в заданный момент времени и т.п.
Недостатками встроенных ТВ тюнеров является то, что они не защищены от помех и шумов, возникающих внутри системного блока, а также то, что для доступа к ним надо вскрывать корпус компьютера.
Пример "автономного" компьютерного ТВ тюнера показан на рис. 14.4. Его размеры 158x113x24 мм, масса 272 г. Он принимает телепередачи, обрабатывает их, перекодирует и позволяет смотреть телевидение в форматах PAL, SECAM и NTSC без включения компьютера, используя лишь его монитор (http://www.aver.com.tw). Это может быть любой монитор со входом VGA, в том числе, и большая плазменная панель или проектор с названным входом. Тюнер AVerMedia AverTV TV Box9 поддерживает разрешающую способность до 1280x1024 пикселей. Для прослушивания звукового сопровождения, в том числе и стерео, к его аудиовыходам можно присоединить звуковые колонки или наушники. А входной сигнал он может брать не только от антенны, но и от кабеля, видеомагнитофона, видеокамеры, игровой приставки. Управлять тюнером можно и на расстоянии – с помощью дистанционного пульта.
Выпускается много и других моделей внешних автономных ТВ тюнеров (Neovo TV-02, Kworld LCD TV BOX, FlyTV-Box и т.п.). Все они обеспечивают отличное качество приема телепередач, освобождают от необходимости беспокоиться о драйверах и о прочем программном обеспечении, просты в использовании и обслуживании. Но стоимость их намного превышает стоимость внутренних компьютерных ТВ тюнеров. И вдобавок они не обеспечивают возможность выделения и запоминания интересных видеокадров из телепередач, их нельзя подключить к портативному компьютеру.
Среди группы внешних ТВ тюнеров, соединяемых с компьютером через канал информационного обмена, наиболее распространенными являются сейчас тюнеры, которые используют быстродействующий порт USB 2.0. Их и называют " ТВ USB-тюнерами ". Через такой порт их очень просто соединить как с обычным компьютером, так и с ноутбуком. Они могут обеспечить и выделение отдельных видеокадров, и просмотр записей из видеомагнитофона, и много других функций. Но они дороже внутренних ТВ тюнеров и несколько проигрывают автономным тюнерам в качестве приема телепередач.
Одним из примеров таких "внешних" ТВ тюнеров является показанный на рис. 14.5 тюнер MaxSelect DVD2Go, который вмещается на ладони взрослого человека. На одной его стороне ( рис. 14.5 вверху слева) находятся кнопка включения, ИК сенсор сигналов от дистанционного пульта управления, аудиовыходы, вход видеомагнитофона, видеокамеры или другого источника видеоинформации (S-Video). С противоположной стороны ( рис. 14.5 вверху справа) размещены порт USB2.0, вход телевизионного кабеля (от антенны или от кабельной сети) и шнур электропитания. Для инсталляции тюнера в компьютер записывают сопровождающее программное обеспечение (драйверы и программы DVD Encoder и DVD Plus 2.0) и соединяют порты USB2.0.
Рис. 14.5. Портативный компьютерный ТВ тюнер MaxSelect DVD2Go; снизу - изображение на экране компьютера после запуска программы управления тюнером
Изображение и звуковое сопровождение при просмотре телепередач через этот тюнер отстают от реального эфира на 1-2 с, что связано с буферизацией. Последняя нужна, во-первых, для того, чтобы исключить прерывание изображения в случае загруженности компьютера другими срочными задачами, которые выполняются одновременно с просмотром. А во-вторых, это позволяет реализовать функцию "Time Shift", которая состоит вот в чем. Если Вас отвлекло от интересной передачи какое-то срочное дело, с помощью этой функции Вы сможете потом продолжить просмотр этой передачи с того же самого кадра или даже из предыдущих кадров с задержкой до 90 мин.
Телепередачи можно записывать в пяти разных форматах, запоминать и сохранять отдельные кадры или видеосюжеты. С помощью программы DVD Plus 2.0 записанное видео можно редактировать и переводить в разные форматы, необходимые, например, для пересылки через Интернет. Можно вырезать и удалить рекламу, малоинтересные эпизоды, ввести или отредактировать субтитры, наложить свыше сотни разных эффектов.
Еще меньшие размеры имеет внешний компьютерный ТВ USB-тюнер VideoMate U880, (90x26x11 мм, масса 40 г), созданный инженерами компании Compro Technology ( рис. 14.6). Он, правда, имеет и несколько меньшие возможности, чем предыдущий.