И.Безверхний

MSP3410D - многостандартный процессор звука для современных аналоговых и цифровых телевизоров

Информация о стандартах телевизионного стереозвука и методах его декодирования стала особенно актуальна сейчас, когда ряд телевизионных каналов в СНГ начали транслировать стереозвук в стандарте NICAM. БИС MSP3410D разработана фирмой Micronas как многостандартный процессор звука с возможностью обработки стереосигнала в стандартах NICAM и FM-Stereo (German Stereo) для аналоговых и цифровых телевизоров, спутниковых тюнеров, видеомагнитофонов и компьютеров. Микросхема широко применяется в аппаратуре, реализуемой, а иногда и производимой, в странах СНГ.

Рассмотрим вначале, что представляют собой современные системы стереофонического звукового сопровождения ТВ-программ.

Системы передачи стереозвука в телевидении

В настоящее время действует несколько стандартов телевизионного вещания с монофоническим звуковым сопровождением. Эти стандарты, без учета системы передачи цвета, принято обозначать заглавными буквами латинского алфавита. Практически все они отличаются друг от друга значением второй промежуточной частоты звука (ПЧЗ-Н), которая равна разности промежуточной частоты изображения и первой промежуточной звука, а иногда видом модуляции (табл. 1).

Таблица 1. Телевизионные стандарты

В странах СНГ как основная система используется система SECAM DK, при этом многие коммерческие, кабельные и спутниковые каналы используют систему PAL DK. Эта же система используется в Румынии и Китае. Телевизионные каналы Западной Европы работают преимущественно в системе PAL BG.

В мире разработаны и применяются различные способы (системы) передачи стереофонического сигнала звукового сопровождения телевизионных программ. При разработке этих систем соблюдалось условие совместимости, при котором телевизор с системой стереозвука должен принимать обычные (монофонические) программы, а монофонический телевизор без ущерба в качестве должен принимать в монофоническом варианте стереопрограммы. Помеха от системы передачи стереозвука не должна отражаться на качестве изображения. Этим требованиям соответствуют несколько систем передачи стереозвука. Рассмотрим те из них, которые могут быть реализованы в телевизорах на многосистемном процессоре звука MSP3410D фирмы Micronas.

В странах Западной Европы, использующих стандарт BG, начиная с 80-х годов прошлого столетия получила широкое распространение система с двумя несущими частотами звука и пилот-сигналом. Эта система стереозвука в телевещании может называться "германской" (German Stereo), FM-Stereo или А2. Она нашла применение и в видеозаписи.

В системе German Stereo одна из несущих звука (рис. 1) на 5,5 МГц превышает несущую частоту изображения, а вторая — выше несущей изображения на 5,74 МГц (точнее, на 5,7421875 МГц).

Рисунок 1. Частотный состав сигнала одного ТВ-канала при передаче стереозвука методом German Stereo

Для обеспечения совместимости с монофоническим телевидением первая из несущих звука модулируется по частоте суммой сигналов правого и левого каналов (R+L). Другая несущая также модулируется по частоте, но сигналом только правого канала (R). Использование сигналов R+L и R позволяет уменьшить до минимума уровень шумов на выходе матрицы стереодекодера и соблюсти условие совместимости. Пилот-сигнал имеет частоту 54,6875 кГц (частота 5,7421875 МГц является 105-й гармоникой частоты пилот-сигнала). Эта система используется не только для стереофонии, но и для двухречевого звукового сопровождения. Для того чтобы телевизор автоматически распознавал стерео-и двухречевые передачи, пилот-сигнал модулируют по амплитуде при стерео-передаче частотой 117,5 Гц, а при двух-речевой — 274,1 Гц. В телевизионном приемнике на выходе видеодетектора или смесителя будут присутствовать сразу две ПЧЗ-И с частотами 5,5 МГц и 5,74 МГц, которые усиливаются в УПЧЗ и детектируются двумя ЧД (эти каскады иногда входят в состав микросхемы стереодекодера) (рис. 2). Полученные в результате этого НЧ-сигналы R+L и R вычитаются в матрице стереодекодера, в результате чего выделяется сигнал L. Далее сигналы R и L через схему коммутации поступают на стереоусилитель телевизора. Все происходит так, если частота модуляции пилот-сигнала равна 117,5 Гц. Если же пилот-сигнал промодулирован частотой 274,1 Гц, то это значит, что сигнал 5,5 МГц имеет модуляцию основным сигналом звукового сопровождения, а сигнал 5,74 МГц — сигналом звукового сопровождения на другом языке (двухречевое вещание). В этом случае на оба входа стереоусилителя будет поступать один из двух сигналов звукового сопровождения по выбору телезрителя. Коммутация сигналов на входы стереоусилителя осуществляется в специальной схеме коммутации, управление которой происходит сигналом от схемы опознавания и управления (рис. 2).

Рисунок 2. Блок-схема канала стереозвука German Stereo современного аналогового телевизора

Для стандарта DK существует сразу две системы стереофонического телевизионного вещания, аналогичных "германской", с двумя ЧМ-несущими звука, отстоящими от несущей изображения в одной системе на 6,5 и 6,25 МГц, а в другой — на 6,5 и 6,74 МГц. В обеих системах первая из несущих частот про-модулирована сигналом R+L, а вторая — сигналом R. Иные значения несущих частот — это, пожалуй, все отличия этих систем от рассмотренной ранее системы стереофонического телевизионного вещания. Именно эта система стереозвука планировалась в конце 80-х годов прошлого века к внедрению в телевизионном вещании в СССР. Но не сбылось. Она успешно используется в Польше, Венгрии и КНР.

Наибольшее распространение в последние годы получила цифровая система стереофонического телевизионного вещания NICAM (Near Instantaneous Compand Audio Multiplex). Эта система была разработана в Великобритании специалистами корпорации ВВС.

Передавать стереозвук в стандарте NICAM в конце 2003 года начал первый канал ОРТ. На Украине в этом стандарте работает музыкальный канал Ml, а в Донецке, кроме этого, коммерческий "12-й канал". Система NICAM в вольном переводе на русский расшифровывается как "Система одноновременной передачи компандированных объединенных сигналов близких частот". Иногда в названии системы присутствуют цифры 728 (NICAM 728). Число 728 показывает скорость передачи в Кбит/с. В системе NICAM 728 используются две несущие частоты звука, одна из которых совпадает по частоте с несущей звука (моно) используемого стандарта и отстоит от несущей изображения на 6,0 МГц для стандарта I, на 5,5 МГц для стандарта BG и 6,5 МГц для стандарта DK. Эта несущая имеет частотную модуляцию сигналом звука, что необходимо для нормальной работы обычных телевизоров. Вторая несущая частота звука отстоит от несущей изображения на 6,552 МГц для стандарта I, на 5,85 МГц для стандарта BG и 6,85 МГц для стандарта DK.

Рисунок 3. Частотный состав сигнала одного ТВ-канала при передаче стереозвука методом NICAM

Частотный состав сигнала одного ТВ-канала с передачей звука по системе NICAM 728 в стандарте I изображен на рис. 3 (для других стандартов отличие графика состоит только в цифрах). На второй несущей звука передается цифровой стереосигнал звука методом DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying — дифференциальная квадратурно-фазовая манипуляция). Этот сигнал имеет вид пакетов (фреймов). Структура фрейма приведена на рис. 4. В каждом фрейме информация о звуке передается в последние 704 бита. Причем выборки сигналов правого и левого каналов передаются поочередно. Всего выборок в одном фрейме для каждого канала 32. Каждая выборка содержит 11 бит: первые 10 из них — это компан-дированный сигнал звука, а последний 11-й бит — бит четности. Содержание 704 бит данных может меняться и от режима, заданного управляющими битами С1,С2 и СЗ (табл. 2).

Рисунок 4. Структура фрейма DQPSK

Таблица 2. Режимы, задаваемые управляющими битами

Рисунок 5. Блок-схема канала стереозвука NIC AM современного телевизора

На рис. 5 изображена упрощенная функциональная схема канала звука системы NICAM (декодер и процессор NICAM) современного телевизора. Полосовой фильтр Z1 на входе обеспечивает выделение кодированного методом DQPSK сигнала второй промежуточной частоты звука NICAM. DQPSK-демодулятор выделяет из этого сигнала, используя опорный сигнал от кварцевого генератора, два параллельных цифровых потока (кода), которыми была произведена модуляция. Цифровой ФНЧ подавляет сигналы помех, а параллельно-последовательный преобразователь из двух параллельных цифровых кодов формирует два последовательных цифровых кода данных (DATA). Декодер NICAM производит окончательное выделение цифровых сигналов звука, устраняет ошибки преобразования, расширяя динамический диапазон сигналов и обеспечивая заложенное в системе NICAM шумопонижение. ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) преобразует цифровые сигналы звука в аналоговые. Пройдя коммутатор, эти сигналы (или сигналы с других входов коммутатора) поступают на регулируемые усилители напряжения, в которых происходит регулировка громкости стереобаланса, а иногда регулировка тембра и стерео-базы. После чего сигналы правого и левого каналов поступают на стереофонический УМЗЧ. В большинстве декодеров и процессоров NICAM управление их работой производится по цифровой шине 1²С.

Разработаны и применяются как минимум две системы стереофонического телевизионного вещания для стандарта М: это действующая ныне в США система BTSC-MTS и используемая в Японии система стереофонического телевизионного вещания, которая получила название FM-FM. Обе эти системы передачи стереофонического звукового сопровождения выходят за рамки настоящей статьи [1].

Многостандартный процессор звука MSP3410D

Подробное описание БИС MSP3410D можно найти в [2]. Упрощенная блок-схема этого процессора показана на рис. 6, а схема включения — на рис. 7.

Рисунок 6. Блок-схема (упрощенная) мультисистемного процессора звука MSP3410D

Рисунок 7. Схема включения мультисистемного процессора звука MSP3410D

Многостандартный процессор звука MSP-3410D обеспечивает:

• демодуляцию в цифровом виде одного из двух сигналов ПЧ звука, поступающих на вход ANAJN1+ или ANAJN2+;
• автоматическое определение стандарта звукового сопровождения (табл. 3);
• декодирование сигналов NICAM и FM-Stereo с этих входов;
• автоматическое переключение NICAM/моно при уменьшении уровня сигнала;
• формирование, если необходимо, сигнала псевдостерео;
• коммутацию (с управлением по шине 12С от центрального процессора) и оцифровку аналоговых НЧ-сигналов со входа MONOJN или одного из четырех стереовходов, которые разработчики назвали SCART1, SCART2, SCART3 и SCART4, а также коммутацию сигналов с декодеров NICAM и FM-Stereo;
• цифровую обработку оцифрованных аналоговых НЧ-сигналов, включая регулировку громкости, стереобаланса и тембра (с управлением по шине 12С от центрального процессора); формирование стереосигналов и преобразование их в аналоговые для УМЗЧ (с регулировкой громкости, стереобаланса и 5-полосным эквалайзером), усилителя сабвуфера, УЗЧ головных телефонов (с регулировкой громкости, стереобаланса и тембра ВЧ и НЧ) и двух разъемов SCART (без регулировок); автоматическую коррекцию громкости (AVC — Automatic Volume Correction);
• коммутацию внешних устройств (по командам шине 12С) со специальных выводов цифрового управления;
• прием и обработку спутникового цифрового радиовещания в стандарте ADR — ASTRA Digital Radio System (в комплекте с БИС DRP3510A).

Таблица 3. Стандарты сигналов, которые обрабатывает БИС MSP3410D

Многостандартный процессор звука MSP3410D можно условно разделить на три основные секции (рис. 6):

• демодулятор и NICAM-декодер;
• DSP-секцию, секцию цифровой обработки сигналов (DSP — digital signal processing);
• аналоговую секцию, содержащую два АЦП, девять ЦАП, а также коммутатор входных и выходных НЧ-сигналов (коммутатор SCART).

Кроме этого БИС MSP3410D содержит кварцованный тактовый генератор 18,432 МГц со схемой ФАПЧ, интерфейс шины I2S и интерфейс шины 1²С (на рис. 6 не показан). Хотя эти узлы можно отнести к секции цифровой обработки сигналов.

Демодулятор и NICAM-декодер

Входы ANAJN1 + и ANAJN2 + позволяют подключить два различных источника сигнала второй промежуточной частоты звука (ПЧЗ-И), переключение которых осуществляется программно. Для подержания уровня выбранного сигнала ПЧЗ-11 используется аналоговая схема АРУ, которая обеспечивает нормальную работу при изменении размаха входного сигнала ПЧ от 0,1 до 3 В. Полученный в результате частотного или амплитудного (для стандарта L) детектирования входного сигнала ПЧЗ-И в режиме моно, НЧ-сигнал звука поступает на коммутатор SCART. В стереорежимах, которые опознаются автоматически, соответствующие выделенные и оцифрованные сигналы с цифрового декодера поступают на DSP-секцию. В этой секции формируется выходной сигнал для шины ADR.

DSP-секция

Эта секция производит цифровую обработку подаваемых на нее оцифрованных сигналов звука (от демодулятора и NICAM-декодера, входных АЦП и шины I2S) и формирует в цифровом виде все выходные сигналы, в частности, обеспечивает коррекцию предыскажений, а в монорежиме формирует сигналы псевдостерео. Во всех режимах по командам, поступающим по шине 1²С, она обеспечивает регулировку громкости, стерео-баланса, тембра по выходам на УМЗЧ и головные телефоны.

Аналоговая секция

Аналоговая секция имеет один вход моно и четыре стереовхода (входы SCART). Вход моно имеет входное сопротивление 15 кОм и допускает уровень входного сигнала <2 В. Стереовходы также рассчитаны на уровень входного сигнала <2 В, но имеют входное сопротивление 25 кОм. НЧ-сигналы (с входов SCART) поступают на коммутатор SCART, который переключает выбранный сигнал на входы АЦП. Далее оцифрованные сигналы звука поступают на секцию DSP. Выходные оцифрованные сигналы звука с DSP-секции поступают на входы девяти ЦАП, где преобразуются в аналоговые сигналы и выводятся на внешние усилители, а также через коммутатор SCART на НЧ-вы-ходы. Максимальное выходное напряжение сигнала на НЧ-выходах (выходах SCART) 2 В. Максимальное выходное сопротивление выходов SCART — 5 кОм. Полоса частот 20 Гц... 16 кГц.

Интерфейс шины 1²С

MSP3410D управляется центральным процессором (процессором управления) по шине 12С как ведомое устройство (slave). Шина двухпроводная. Обе линии этой шины имеют непривычное, но вполне понятное обозначение. 1²С_С1_ — это линия тактовых импульсов, a I²C_DA — линия данных. Шина 1²С дополнена выводом ADR_SEL (вход выбора адреса шины 1²С), изменением напряжения на котором можно остановить или возобновить шинообмен MSP3410D с другими устройствами, управляемыми по шине 1²С. Это позволяет подключить несколько (до трех) одинаковых БИС MSP3410D в одно устройство.

Интерфейс шины I²S

С помощью этого стандартного интерфейса можно дополнительно подключить специализированные процессоры к БИС MSP3410D. Например, процессор Dolby ProLogic (DPL 351 хА) и/или декодер ADR (DRP3510A). При подключении последнего также используется шина ADR.

Интерфейс шины I²S поддерживает один из двух возможных рабочих формата: Sony (стандартный режим) и Philips. Причем процессор MSP3410D обычно является ведущим (master) для всех остальных устройств, подключенных к шине I²S.

Интерфейс шины I²S состоит из пяти линий:

• I2S_DA_IN 1 и I2S_DA_IN2 - это входы четырех цифровых каналов звука (по два мультиплексированных канала в линии). Каждый цикл содержит две выборки (по одной на канал) по 16 бит (2x16 бит). Частота передачи цикла 32 кГц;
• I2S_DA_OUT — выход двух мультиплексированных цифровых каналов звука (2x16 бит, частота передачи цикла 32 кГц);
• I2S_CL — выход/вход тактовых импульсов шины I2S (1,024 МГц).
• I2S_WS — выход/вход строба слова. Состояние строба слова определяет, выборка какого канала (левого или правого) в настоящий момент передается.

Интерфейс шины ADR

ADR (ASTRA Digital Radio System) — это система спутникового цифрового радиовещания. БИС MSP3410D выполняет предварительную обработку выбранной несущей частоты и через трех-проводную LUHHyADR выводится на БИС DRP3510A, где этот сигнал декодируется. Назначение выводов шины ADR:

• ADR_CL — выход тактовых импульсов шины ADR;
• ADR_WS — выход строба слова шины ADR;
• ADR_DA — выход двух мультиплексированных цифровых каналов звука шины ADR.

При подключении шины ADR к внешним устройствам могут быть задействованы выводы шины I2S и вывод AUD_CL_OUT процессора звука MSP3410D.

Автоматическая коррекция громкости (AVC — Automatic Volume Correction)

В отечественной литературе подобную схему иногда называют АРУЗ (автоматическая регулировка уровня звука).

Разные каналы, различные источники сигнала и даже разные программы на одном канале имеют разную громкость. Примером тому могут служить такие программы, как спортивные, фильмы и реклама, которая традиционно передается с повышенным уровнем громкости. Автоматическая коррекция громкости (AVC) решает эту проблему и уравнивает среднюю громкость разных программ и источников звука. Зависимость уровня выходного сигнала процессора звука MSP3410D от уровня входного сигнала при работе схемы AVC показана на рис. 8.

Рисунок 8. Зависимость уровня выходного сигнала процессора звука MSP3410D от уровня входного сигнала при работе схемы AVC

Выходы сигналов цифрового управления

Микросхема MSP3410D имеет два "хитрых" вывода D_CTR_OUT0 и D_CTR_OUT1. Логический уровень "0" или "1" на этих выводах задается по шине 12С, что позволяет сигналами с этих выводов коммутировать внешние устройства.

Корпуса и назначение выводов БИС MSP3410D

БИС MSP3410D выпускается в пяти различных корпусах:

• PQFP-80,
• PLCC-68,
• PLQFP-64,
• PSDIP-64,
• PSDIP-52.

Некоторые рекомендации по монтажу

Все выводы, идущие на корпус, должны быть соединены с одной низкоомной шиной.

Все выводы питания должны соединяться с блоком питания отдельными низкоомными печатными проводниками минимальной длины. Конденсаторы развязки цепей питания рекомендуется подключать как можно ближе к выводам:

1. DVSUP и DVSS,
2. AVSUP и AVSS,
3. AHVSUP к AHVSS.

Фирма Micronas рекомендует использовать более одного конденсатора развязки на одну цепь питания (в первую очередь это относится к выводам питания цифровой части DVSUP и DVSS).

Рекомендуемые значения емкостей дополнительных развязывающих конденсаторов: 220,470, 1500 пФ и 10 мкФ. Причем конденсаторы меньшей емкости сле-цует располагать как можно ближе к выводам БИС.

Для обеспечения надежного экранирования аналоговой части MSP 3400D выводы ASG должны быть подсоединены к заземляющей шине как можно бо-пее короткими дорожками.

Справедливости ради следует заметить, что фирмой Micronas разработана и производится БИС MSP3400D, которая выпускается в тех же корпусах, что и БИС MSP3410D. Она программно и по расположению выводов полностью совпадает с БИС MSP3410D, но не содержит декодера NICAM.

Литература

1. Безверхний И. Современные массовые телевизоры. Особенности каналов звука. Радиохобби. 2002. № 3. С. 36-39.
2. Micronas. Preliminary Data Sheet. MSP 3400D, MSP 3410D Multistandard Sound Processors. Ed. May 14, 1999(6251-482-2PD).

Туры в турцию в кредит, продаем туры в турцию по безналу.