43

POZNAJEMY SPRZÊT

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 3/2002

cyfrow¹ technikê Digital Natural Motion (cy-

frowy, naturalny ruch), któr¹ stosuje Philips

w swoich odbiornikach telewizyjnych. Przed

omówieniem systemu Pixel Plus, trzeba

przypomnieæ podstawy techniki Digital Na-

tural Motion, gdy¿ obie te metody poprawy

obrazu bêd¹ ³¹cznie wykorzystywane w no-

wych telewizorach firmy Philips.

Digital Natural Motion

Analogowe sygna³y luminancji (YA) oraz

chrominancji (UVA) s¹ w telewizorze do-

prowadzone do modu³u obróbki obrazu

(rys. 1). Pierwszy uk³ad wspó³pracuj¹cy

z pamiêci¹ obrazu FM1 (dostarczaj¹c¹ do-

datkow¹ informacjê z poprzedniej klatki

obrazu) daje w wyniku informacjê o obrazie

z czêstotliwoœci¹ odchylania 100 Hz. Ta in-

formacja jest ”udoskonalona” w nastêpnym

bloku _ w uk³adzie scalonym realizuj¹cym

technikê Digital Natural Motion (DNM). Uk³ad

wspó³pracuje z dwiema pamiêciami,

z których jedna zapamiêtuje obraz z³o¿ony

z linii parzystych (FM2), druga _ obraz two-

rzony przez linie nieparzyste (FM3). Uk³ad

DNM z sygna³ów Y i UV uzyskanych w cza-

sie rzeczywistym oraz pobranych z obu pa-

miêci (FM2 i FM3) daje na wyjœciu cztery

sk³adowe Y1, UV1, Y2, UV2. Sk³adowe Y1

i Y2 s¹ to sygna³y luminancji dla 625 linii _

uzyskanych z informacji zawartej w nadawa-

nym sygnale telewizyjnym (Y1) oraz z infor-

macji interpolowanej _ Y2 (miêdzy s¹siedni-

mi nadawanymi liniami jest umieszczana

dodatkowa linia luminancji, uzyskana na

drodze interpolacji z dwóch s¹siednich linii).

Sk³adowe UV1 i UV2 s¹ sygna³ami chromi-

nancji towarzysz¹cymi Y1 i Y2.

Tworzenie dodatkowych 625 linii po³o¿o-

nych miêdzy 625 liniami nadawanymi w rze-

czywistoœci nie jest jedynym zadaniem uk³a-

du DNM.

Nadawany sygna³ zawiera 50 pó³obrazów

emitowanych w ci¹gu sekundy. Tworzenie

obrazu 100 Hz wymaga dodania dalszych

50 pó³obrazów, np. odtwarzanych z pamiê-

ci. Uk³ad DNM Philipsa nie odtwarza biernie

50 pó³obrazów z pamiêci, gdy¿ powodo-

wa³oby to zak³ócenia podczas pokazywa-

nia obiektów w ruchu (rys. 2a). Uk³ad DNM

analizuje trajektoriê ruchu obiektu (tor i prêd-

koϾ) na kolejnych klatkach i umieszcza na

drodze interpolacji w dodatkowej klatce

obiekt w takim miejscu, aby ruch porusza-

j¹cego siê przedmiotu by³ p³ynny a krawê-

dzie obiektu ostre (rys. 2b).

W wyniku dzia³ania uk³adu Digital Natural

Motion otrzymujemy informacje uporz¹d-

kowane w postaci obrazów z czêstotliwoœci¹

odchylania 50 Hz o 1250 liniach (625 linii

tworzonych przez sygna³y luminancji Y1

i 625 linii uzyskanych z informacji interpolo-

wanej Y2) lub obrazów 100 Hz o 625 li-

niach. Poniewa¿ moc obliczeniowa proce-

sora jest ograniczona, otrzymujemy albo

mniejsz¹ czêstotliwoœæ odchylania i wiêcej

linii albo dwukrotnie wiêksz¹ czêstotliwoœæ

i dwa razy mniej linii. Jakie s¹ wady i zale-

ty tych obu rozwi¹zañ?

Ma³a czêstotliwoœæ odchylania 50 Hz/1250

linii to widoczne drgania obrazu. Du¿a licz-

ba linii jest zalet¹, poniewa¿ s¹ one niewi-

doczne na ekranie, wiêksza jest tak¿e roz-

dzielczoœæ w pionie. Na czêstotliwoœci 100

Hz/625 linii oko nie zauwa¿a drgañ obrazu,

ale wad¹ jest mniejsza rozdzielczoœæ w pio-

nie (widoczne linie na ekranie).

Pixel Plus

Sygna³y wyjœciowe z uk³adu Digital Natural

Motion s¹ wykorzystywane przez uk³ad Pi-

xel Plus. Dzia³anie tego uk³adu jest oparte

M

aj¹c do wybo-

ru ca³¹ gamê

odbiorników

telewizyjnych

ró¿nych ma-

rek, które po-

zornie ró¿ni¹

siê tylko obu-

dow¹, czêsto nie zdajemy sobie sprawy jak

dalece zaawansowane techniki s¹ stosowa-

ne podczas ich projektowania i konstrukcji.

W ReAV nr 12/2000 opisaliœmy pokrótce

Rys. 1. Schemat blokowy uk³adu poprawy parametrów obrazu w telewizorze

firmy Philips

Rys. 2. Ruch obiektu na ekranie

a _ bez korekty uk³adu Digital Natural Motion (obiekt na przemian jest w tym samym miejscu przez 2 klatki i siê

porusza), b _ korygowany przez interpolacjê po³o¿enia w uk³adzie DNM (po³o¿enie wyliczane na podstawie tra-

jektorii ruchu)

PIXEL PLUS FIRMY PHILIPS

NOWY SYSTEM POPRAWY PARAMETRÓW OBRAZU

Philips nale¿y do

producentów

przywi¹zuj¹cych

wielk¹ wagê do

jakoœci odbioru

telewizyjnego, choæ

mo¿e siê wydawaæ,

¿e niewiele mo¿na

jeszcze udoskonaliæ.

44

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 3/2002

na poprawie rozdzielczoœci obrazu przez cy-

frow¹ obróbkê sygna³u luminancji. Na ry-

sunku 3a jest przedstawiona (uproszczona)

krzywa sygna³u luminancji, przyk³adowo

dla jednej linii obrazu. Poniewa¿ sygna³ lu-

minancji jest poddawany obróbce cyfro-

wej, mo¿na za³o¿yæ, ¿e sk³ada siê z pew-

nej liczby pikseli, która odpowiada rozdziel-

czoœci obrazu (tu w p³aszczyŸnie pozio-

mej). Typowy sygna³ luminancji telewizora

Philips sk³ada siê z 1024 pikseli w p³a-

szczyŸnie poziomej. Jaka jest tu rola uk³a-

du Pixel Plus? Uk³ad ten dodaje, przez in-

terpolacjê, dodatkowe piksele miêdzy istnie-

j¹cymi pikselami krzywej luminancji (rys.

3b _ piksele dodane przez interpolacjê s¹

przedstawione w kolorze niebieskim). W su-

mie uzyskuje siê 2048 pikseli dla jednej li-

nii (zwiêkszenie rozdzielczoœci poziomej);

obróbka takiej liczby pikseli wymaga zwiêk-

szenia pasma przenoszenia sygna³u lumi-

nancji. Dodatkowo zastosowany jest tzw. al-

gorytm LTI (Luminance Transient Impro-

vement), który poprawia nachylenie charak-

terystyki obszarów przejœæ miêdzy biel¹

a czerni¹ (te obszary to np. krawêdzie

obiektów). Obszary te charakteryzuj¹ siê

du¿ym nachyleniem krzywej luminancji.

Uk³ad Pixel Plus powoduje, ¿e nachylenie

krzywej luminancji w obszarach przejϾ

jest jeszcze zwiêkszane, co poprawia

ostroœæ krawêdzi obiektów. Innym dzia³a-

niem uk³adu jest tzw. Peaking, dodawanie

dodatkowej amplitudy na granicach zmian

luminancji (rys. 3b), co jeszcze zwiêksza po-

prawê przejœæ pomiêdzy biel¹ a czerni¹

(ostroœæ krawêdzi).

Tego rodzaju poprawa rozdzielczoœci przez

dodawanie dodatkowych pikseli i poprawê

nachylenia luminancji jest realizowana przez

uk³ad Pixel Plus równie¿ w kierunku pio-

nowym obrazu.

Sygna³ luminancji w telewizorach Philips

przedstawia siê w postaci cyfrowej jako licz-

by 10-bitowe co odpowiada 2

10

= 1024 po-

ziomom szaroœci.

Uk³ad Pixel Plus pe³ni te¿ dodatkow¹ funk-

cjê. Wykorzystuj¹c sygna³y luminancji i chro-

minancji z uk³adu DNM przetwarza je na

obraz o 833 liniach odchylany z czêstotliwo-

œci¹ 75 Hz. Dlaczego zostaje wytworzony

obraz o takim dziwnym (a przynajmniej nie-

spotykanym) formacie? Czêstotliwoœæ

75 Hz to wiêcej ni¿ 72 Hz _ granica, powy-

¿ej której nasze oko nie zauwa¿a drgañ

obrazu, 833 linie to dostatecznie wiele aby-

œmy tych linii nie widzieli na ekranie. Innymi

s³owy, jest to rozs¹dny kompromis wykorzy-

stuj¹cy optymalnie moc obliczeniow¹ proce-

sora w celu minimalizacji b³êdów obrazu.

Dodatkowe zalety Pixel Plus to wbudowany,

cyfrowy uk³ad poprawy charakterystyk chro-

minancji (CTI _ Colour Transient Improve-

ment), korekty odtwarzanych kolorów m.in.

zwiêkszenie nasycenia zieleni na du¿ych po-

wierzchniach, takich jak boisko sportowe, ko-

rekta nienaturalnej barwy twarzy.

Na rys. 4 przedstawiono porównanie liczby

informacji obrazu przetwarzanych przez

procesor w telewizorach wyposa¿onych

w 100 Hz uk³ad odchylania Digital Scan,

uk³ad Digital Natural Motion oraz Pixel Plus.

Zalety techniki Pixel Plus

q

Zwiêkszenie rozdzielczoœci

w poziomie do 2048 pikseli

q

Zwiêkszenie liczby linii w pio-

nie do 833

q

Poprawa ostroœci krawêdzi,

zwiêkszenie kontrastu i liczby

odwzorowanych szczegó³ów

obrazu przy gwa³townej zmianie

luminancji (algorytm LTI zwiêk-

szaj¹cy nachylenie krzywej lumi-

nancji oraz Peaking dodatkowo

zwiêkszaj¹cy dynamikê zmian

luminancji)

q

Optymalizacja parametrów

obrazu przez wprowadzenie

standardu 75 Hz/833 linie _ brak

drgañ obrazu, niewidoczne li-

nie na ekranie

q

Korzystanie z techniki Digital

Producent

PHILIPS

SONY

PHILIPS

PHILIPS

Uk³ad poprawy

Digital Natural

DRC

Pixel Plus

Double Lines

parametrów obrazu

Motion

Czêstotliwoœæ próbkowania

16 MHz

13,5 MHz

16 MHz

16 MHz

sygna³u wideo
RozdzielczoϾ (iczbal pikseli):

1 linii

1024

770

1024

1024

Luminance Transient

1536

_

_

_

Processing

DRC

_

1440

_

_

Pixel Plus

_

_

2048

2048

Liczba linii pionowych

625

625

833

1250

Liczba pikseli/obraz

960 000

900 000

1 705 984

2 560 000

Moc obliczeniowa (liczba

bitów przetwarzanych

19 200 000

14 000 000

34 119 680

52 200 000

w ci¹gu 40 ms)

Parametry charakteryzuj¹ce uk³ady poprawy obrazu w telewizorach Philips i Sony

Rys. 4. Liczba przetwarzanych informacji (moc obliczeniowa

procesora) dla uk³adów: 100 Hz Digital Scan, Digital Natural

Motion, Pixel Plus

W tablicy zestawiono parametry zwi¹zane

z odtwarzaniem obrazu w telewizorach Phi-

lips i Sony.

Nowy system obróbki cyfrowej obrazu Pixel

Plus wprowadzony przez firmê Philips, udo-

wadnia, ¿e nie wszystko w dziedzinie tech-

niki telewizyjnej ju¿ siê dokona³o. Uzyskiwa-

nie coraz lepszych parametrów obrazu i eli-

minacja b³êdów odtwarzania obrazu s¹ wy-

nikiem wieloletniej pracy in¿ynierów firmy

Philips, sprawdzaj¹cych coraz to nowe algo-

rytmy cyfrowe optymalizuj¹ce obraz, z wy-

korzystaniem fizjologicznych w³aœciwoœci

oka ludzkiego. Wszystkie te dzia³ania maj¹

na celu uzyskanie coraz wiêkszej satysfak-

cji z ogl¹dania przez widzów coraz wier-

niej odtwarzanych obrazów, s¹ te¿ oczywi-

œcie, elementem walki konkurencyjnej miê-

dzy firmami.

n

Autor sk³ada podziêkowania Panu Konradowi Piotrow-

skiemu z firmy Philips za ¿yczliw¹ pomoc oraz cenne in-

formacje i wyjaœnienia, które przyczyni³y siê do powsta-

nia niniejszego artyku³u.

Janusz Samu³a

Rys. 3. Charakterystyki luminancji

a _ oryginalna (bez korekty uk³adu Pixel Plus),

b _ poprawa charakterystyki przez uk³ad Pixel Plus (dodanie pikseli,

peaking, zmiana nachylenia)