Sync Generator für 441 Zeilen TV Norm

[Semir]

Hallo liebe Freunde alter Technik,

die Fernsehtechnik war immer mein größtes Interessengebiet, schon als Kind habe ich mich damit beschäftigt und heute verkaufe ich Kameras für TV Studios und Sender, soviel damit Ihr vielleicht meine Motivation für dieses etwas verrückte Projekt versteht...

Die Anfänge des Fernsehens haben mich immer interessiert und ich habe einiges darüber gelesen wie von zu Beginn mechanischen Abtastungen mittels Nipkow Scheibe später die ersten elektronischen Verfahren entstanden sind. Diese verwendeten anfangs 30 Zeilen und später 180. Kurz vor Ausbruch des 2. WK wurde eine System entwickelt das 441 Zeilen hatte und auch den Zeilensprung verwendete bei 50Hz Halbbildfrequenz. Die Erfindung des Zeilensprungs (Interlace, i Format) war damals ein Meilenstein, da dieser es ermöglichte erheblich Übertragungsbandbreite zu sparen und damit eine Übertragung per Funk erst ökonomisch möglich wurde. Zu dieser Zeit entstanden auch erste Konzepte von "günstigen" Seriengeräten wie dem Modell "Volksfernseher E1", Ein Gerät das mich besonders fasziniert.

Auch in England wurde ein System mit niedrigerer Zeilenzahl entwickelt hier wurden 405 Zielen verwendet. Bis in die 80er Jahre war dieses dort auch neben dem 625 Zeilen CCIR System im Einsatz. Es existierten auch Normwandler die dort das 625er Signal in 405 Zeilen wandeln konnten.


Mein Plan ist es nun einen solchen Normwandler zu bauen um aus 625 Zeilen Signale mit 441 Zeilen zu erzeugen. Das ist ein großes Projekt und wird sicher etwas dauern. Da ich aber in den 90er Jahren einen Normwandler von 625-525 Zeilen mit PAL NTSC Farbcodec gebaut hatte ist dieses Projekt für mich im Bereich des möglichen, da hier zumindest die Bildfrequenz (50Hz) gleich ist, kann so ein gerät mit wenigen Zeilenspeichern realisiert werden. Für ein PAL-NTSC Gerät benötigt man ganze Bildspeicher.

Als Erstes werde ich nun einen Generator für die Synchronimpulse des 441 Zeilen Systems bauen. Ich habe noch viele CMOS Bauteile wie z.B. 74HC191 Teiler und 74HC238 Multiplexer etc. herumliegen. Aus diesem Grund werde ich das Ganze "zu Fuß" also nicht mit einem Prozessor bauen. Das ist zwar viel Aufwand aber dafür leicht nachzubauen, da keine Programmierkenntnisse oder Spezialbauteile nötig sind.

Daten des 441 Zeilen Systems (soweit ich diese aus dem Netz recherchieren konnte):

Horizontalfrequenz: 11,025kHz

Zeilendauer: 90,70µs

Aktive Zeile: 74,30µs

H-Austastung:: 16,30µs

Vordere Schwarzschulter: 1,00µs

H-Sync Dauer: 9,00µs

Hintere Schwarzschulter: 6,30µs

Vertikalfrequenz: 50,00Hz

Aktive Zeilen: 383

V-Austastung: 29 Zeilen

Vertikaler Synchronimpuls: 9 Zeilen

Konzept des Sync Genrators:

Ich plane als Taktgeber einen Quarz aus der Audiotechnik zu verwenden. Die H-Frequenz von 11,025kHz ist glücklicherweise genau ein viertel der CD Abtastfrequenz von 44,1kHz. Es gibt aus diesen Grund Quarze mit z.B. 2822,4kHZ das ist das 256-fache der H Frequenz. Daraus lassen sich mit ausreichender Genauigkeit die oben genannten Timings ableiten. Hier das Grundkonzept:

   

Da ich (Noch) kein Gerät besitze das Signale in der 441 Zeilen Norm darstellen kann werde ich einen alten CCTV S/W Monitor den mir Richard netterweise überlassen hat auf diese Norm umbauen. Dann kann ich schon mal die Signale meines Generators testen.


Ich möchte diesen Thread hier auch als Diskussionsplattform  verstanden wissen. Wenn Jemand hier etwas zu diesem Thema beitragen kann, würde ich mich freuen.

[ELEK]

Hallo Semir,

ich find das Projekt sehr interessant ! Und es paßt auch wunderbar in mein Beuteschema, leider werde ich durch die Digitaltechnik kaum was beisteuern können, höhere Digitaltechnik wie dies hier war immer ein bischen ein "blinder Fleck" von mir...

Der Umbau eines CCIR-Gerätes dürfte rel. wenig Schwierigkeiten bereiten, ich würde, wenn die Hochspannung zu stark absackt oder andere Probleme mit der Zeilenendstufe auftreten (Abstimmung des Zeilentrafos ist ja fest auf 3. Oberwelle der Zeilenfrequenz), einfach eine zweite Zeilenendstufe bauen und die originale für die Hochspannung mit 15kHz laufen lassen (Ansteuerung mit freilaufendem Sy-Modul).
Die Ablenkzeilenendstufe kann dann als "Zeilentrafo" einfach eine Drossel enthalten. Sowas hab ich schon gemacht (wobei beide auf 15kHz schwangen).

Viel Erfolg, ich werde das mit Interesse begleiten ! ^^

Gruß Ingo

[Siemens78]

Wer mit den oben genannten Begriffen nicht viel anfangen kann, dem ist diese Darstellung bei Wikipedia zu empfehlen: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/c...signal.png
Allgemeine Infos über die Zusammensetzung des analog-Fernsehsignals findet man hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Fernsehsignal

[hardware.bas]

Hallo, Semir,
das Projekt finde ich auch hochinteressant, trotz Fehlens von Livequellen. Als Jugendlicher bekam ich mal ein
uraltes abgewetztes Buch in die Hand "Kleine Fernsehreparaturpraxis". Darin waren (fast?) alle SW-TV-Normen
der Welt beschrieben. Danach hörte ich mal, daß bis in die COLOR-Ära hinein, die "Normwandlung" teilweise
über die Kombination von hochwertigen Monitor-Kamera-Kombinationen erfolgte. Mir ist es bis heute absolut
unbegreiflich, wie in der reinen Analogära auf elektronischem Wege derartige Normwandlungen (zB. 625, 441,
525, 819 Zeilen) untereinander möglich waren. Bei der Olympiade in Lake Placid kann ich mich noch an eine
sehr gute Bildqualität beim PAL- und SECAM-Empfang erinnern. Anscheinend hatte man in den USA das
Phasenfehlerproblem mit NTSC schon im Griff, oder es wurde vor der Normwandlung noch mal korrigiert
Mir fiel jedoch auf, daß ab und zu (nicht störend) das Bild kurz ruckelte, als wenn irgendwas nachsynchronisien
müsste. Hing da schon Digitaltechnik datwischen? Du weisst das sicher besser.
VG Micha

[hardware.bas]

Nachtrag,
die Idee mit dem Audioquarz, um auf ein vernunftiges Taktteilerverhältnis zu kommen ist gut.
Vielleicht könnte man doch einen AVR nehmen und damit takten, die Programmierung in
BASCOM ist nicht schwer. Sollten es wider Erwarten wirklich Timingprobleme, zum Beispiel mit
Schwarzschultererzeugung ö. Ä. geben, kann man immer mit Monoflops ö. Ä. aus der
TTL- oder CMOS-Bastelkiste nachhelfen.
Ein ehemaliger Kollege hatte mal ein simples Telespiel mit Standart-TTL-Baugruppen aufgebaut.
Dort musste er natürlich auch den kompletten Impulsfahrplan für die Ablenkungen kreieren.
Irgendwann funktionierte es auch. Glücklicherweise war sein Sperrholzgehäuse derart undicht,
das neben der Wärmeabgabe des Netztteils, die Verlustleistung, feuerwehrfrei abgeführt werden
konnte. Wir haben tatsächlich bei 5V ca. 5A gemessen.
Dies Bisherige bezog sich jetzt nur auf die Videosignalerzeugung.
Bei Nutzung eines alten Röhrenfernsehers mit Hochspanungserzeugung aus der Zeilenablenkung
könnte eine Frequenzabhängigkeit der Hochspannungserzeugung einem in die Suppe spucken,
muss aber nicht. Sollte das passieren würde ich die reine Zeilenablenkung mit Halbleitern komplett
neu aufbauen (also very british mit der entsprechenden Zeilenfrequenz). Die alte Zeilenemdstufe
läuft dann freischwingend auf ca 15625Hz weiter, versorgt die Hochspannungserzeugung und hat
noch einige Reserven. Zum Beispiel Hochheizen verbrauchter Bildröhren durch einige Windungen
von Klingeldraht auf dem Zeilentrafo.
VG Micha

[ingo]

Hallo Semir,

vermutlich kennst Du das Teil bereits. Seit vielen Jahren gibt es ja den World Converter
Er ist nicht billig, dafür modular erweiterbar und kann eine Menge. Yagosaga hatte so ein Teil zum Betrieb seiner Nipkow-Fernseher und wohl auch der anderen Uralt-TVs, die er besaß.

Ich habe auch schon mal damit geliebäugelt, konnte mich aber bisher beherrschen.

Viele Grüße

Ingo.

[Semir]

vermutlich kennst Du das Teil bereits. Seit vielen Jahren gibt es ja den World Converter

Hallo Ingo,

ja die Fa. Aurora kenne ich und überlege mir einen Konverter von denen zu kaufen (der Single kostet ja nur 220US$) wenn meine Frau im November wieder in den USA ist... Das spart Versandgebühren und Zoll...

Mir geht es hier aber mehr um das Basteln einer eigenen Lösung. Die Entwicklung einer Schaltung hält die grauen Zellen fit und macht mir Spaß. Das ist pure "der Weg ist das Ziel" Beschäftigung. Allein was ich an Überlegungen zum  Timing und der Ableitung der verschiedenen Impulse bereits angestellt habe hat mir schon wieder einiges an neuen Erkenntnissen gebracht, deshalb mache ich das. Einen Konverter kaufen würde ich als Referenz um meine Schaltungen gegen ein anderes Signal zu checken.

[scotty †]

Hallo Semir,
es gibt auch für mich nichts Geil... , als mit Standard- Logik- IC's komplexe Schaltungen aufzubauen. So, wie ich Dein Anliegen verstanden habe, willst Du einen kompletten Impulsrahmengenerator für 441 Zeilen- Geräte entwickeln, um ggf. mal einen Fernseher, der Dir vielleicht irgendwann über den Weg läuft, mit z.B. einem Testbild zu befeuern.
Ich verfolge mit Interesse Dein Projekt. Wenn Du eventuell IC's der 4000er oder der 74HC und 74HCT- Familie brauchst, dann gib mir Bescheid. Ich habe viele Typen auf Lager.

[Semir]

Danach hörte ich mal, daß bis in die COLOR-Ära hinein, die "Normwandlung" teilweise
über die Kombination von hochwertigen Monitor-Kamera-Kombinationen erfolgte. Mir ist es bis heute absolut
unbegreiflich, wie in der reinen Analogära auf elektronischem Wege derartige Normwandlungen (zB. 625, 441,
525, 819 Zeilen) untereinander möglich waren. Bei der Olympiade in Lake Placid kann ich mich noch an eine
sehr gute Bildqualität beim PAL- und SECAM-Empfang erinnern. Anscheinend hatte man in den USA das
Phasenfehlerproblem mit NTSC schon im Griff, oder es wurde vor der Normwandlung noch mal korrigiert
Mir fiel jedoch auf, daß ab und zu (nicht störend) das Bild kurz ruckelte, als wenn irgendwas nachsynchronisien
müsste. Hing da schon Digitaltechnik datwischen?

Hallo Micha,

Das mit der Normwandlung per Kamera und Monitor war wohl die einzige Methode die am Anfang möglich war bevor es digitale Bildspeicher gab. Das wurde dann aber so gelöst, dass das Bild einer Bildröhre mittels Relaisoptik auf eine Kameraröhre projiziert wurde. Das Ganze in einem lichtdichten Behältnis.

Bei Wandlungen mit unterschiedlicher Bildwechselfrequenz ist eine Wandlung nur wie oben oder mit Bildspeichern möglich. Mindestanforderung ist hier ein Halbbildspeicher. Bei einer Wandlung 60Hz zu 50Hz wird dann jedes 5. NTSC Bild ausgelassen, das ist das Ruckeln das Du gesehen hast. Bessere Geräte nutzen mehrere Bildspeicher und machen eine Überblendung der Bilder ineinander. Dadurch wird das Ruckeln teilweise in eine Unschärfe umgewandelt und nicht mehr so störend. Als Nachteil handelt man sich aber Bewegungsunschärfe ein. Ich vermute 1980 zur Olympiade in Lake Placid gab es schon Wandler mit Bildspeichern. Damals waren die aber sehr teuer, da der Aufwand mit den damals vorhandenen Speicherbausteinen immens war. Diese hatten ja nur Kapazitäten im kB Bereich und für ein Halbbild war eine Kapazität von 240vx720h also ca. 173kB wenn man 8 Bit pro Helligkeitswert ausgeht. Dazu kamen noch mal 173kB für die Farben. Also waren 346kB erforderlich um ein Halbbild in Farbe zu speichern. Bei einem Vollbild verdoppeln sich die Werte natürlich. 

Das Problem mit dem "Tint" bei NTSC trat nur bei schlechten Übertragungsstrecken auf die eine amplitudenabhängige Phasenverzerrung (Differentielle Phase) bewirkten, dadurch waren verschiedene Bildbereiche mit unterschiedlichen Phasenfehlern die sich als Farbverschiebungen zeigen behaftet. Wenn die Phasenverschiebung global gleich war konnte das durch kleine Korrekturen am "Tint" Regler ausgeglichen werden. Ob das jemand im Live-betrieb getan hat entzieht sich meiner Kenntnis...


Heutige Wandler nutzen die Techniken die auch bei der MPEG Kompression angewandt werden und machen bei bewegten Bildteilen eine Bewegungsschätzung. Diese berechnet bei bewegten Objekten Zwischenbilder die der Position des Objektes in der jeweils anderen Norm entsprechen. Das ist allerdings sehr aufwändig und deshalb sind derartige Wandler recht kostspielig.

Bei Wandlungen mit gleicher Bildwechselfrequenz ist es relativ einfach eine Normwandlung durchzuführen solange die Vertikalfrequenzen am Eingang und Ausgang gleich sind. Hier reichen einige wenige Zeilenspeicher die sicher auch schon Ende der 70er Jahre realisierbar waren. Eine A/D Wandlung musste hier nicht zwingend erfolgen, da es Speicher gab die analoge Signale verzögern konnten wie BBDs sog. "Eimerkettenspeicher".

Hier ein Beispiel wie ich die Signale zu wandeln gedenke:

Bei der Wandlung von 625 auf 441 Zeilen gilt es nur ein Halbbild zu betrachten. Das 625er Signal hat im Halbbild 288 Zeilen mit BIldinhalt und nur diese müssen gewandelt werden. Das 441 Zeilen Signal hat 192 aktive Zeilen im Halbbild oder 383 im Vollbild. Das Verhältnis 288/192 ist fast genau 3:2. Wenn man es also schafft die Helligkeitswerte von 3 625er Zeilen auf 2 441er Zeilen zu projizieren dann wäre das schon die geforderte Wandlung. Das könnte mit Zeilenspeichern so funktionieren:

- Es gibt zwei Bänke mit je drei 625er Zeilen Kapazität, Also werden insgesamt 6 Zeilenspeicher benötigt.
- Es werden mit Takt-625 die Informationen der ersten 3 Zeilen vom Quellbild eingelesen.
- Dann wird der Takt der Speicher umgeschaltet auf Takt-441 und gleichzeitig Zeile 1 und Zeile 2 ausgelesen
- Die zwei Signale werden im Verhältnis 66/33% Addiert, Das ist das Signal der ersten 441er Zeile des Zielsignals
- Dann werden die 2. und die 3. Zeile ausgelesen und deren Signale im Verhältnis 33/66% gemischt, das ist die 2. Zeile des 441er Signals
- Während dieser Zeit wurden die Zeilen 4,5 und 6 des 625er Quellsignals in die 2. Zeilenspeicherbank eingelesen.
- nun werden die Bänke getauscht und die 2. Bank ausgelesen während die erste die Zeilen 7,8,9 einliest usw.

Warum benötigen wir zwei Takte Takt-625 und Takt-441? Ganz einfach die aktive Zeilendauer des 625er Signals ist 52µs, den Sync mit 12µs habe ich mal weggelassen. Die 441er Zeilen sind aber 74µs lang (90,7µs mit Sync.). Also muss ich die gespeicherten Zeileninformationen auf der Zeitachse strecken. Das geschieht durch einen langsameren Auslesetakt Takt-441. Ich plane hier 15Mhz für das 625er einlesen und 10,5MHz für das Auslesen. Beide lassen sich per PLL mit 2,8224Mhz verkoppeln. Das ist wichtig da ja das Quellsignal den Takt für das gesamte System vorgibt. Ohne diese Verkopplung würde das Ein- und Auslesen zu langsam oder zu schnell erfolgen und die Zeilenspeicher überlaufen.


So das ist jetzt etwas mehr eine Abhandlung über Normwandlung geworden, ich hoffe aber dass es den hier mitlesenden hilft die Grundideen zu verstehen.

[Semir]

Ich verfolge mit Interesse Dein Projekt. Wenn Du eventuell IC's der 4000er oder der 74HC und 74HCT- Familie brauchst, dann gib mir Bescheid. Ich habe viele Typen auf Lager.

Hallo Wolfram,

danke für das nette Angebot, ich komme bei Bedarf gerne darauf zurück!

[Reflex-Kalle]

Guten Abend Semir,

sehr anschaulich deine Beschreibung, wie du die Normwandlung 624->441 dir vorstellst und machen willst. Sieht sehr überlegt und schlüssig aus.

Immer wieder sehr interessant, was du so machst.

Gruß

(Reflex-)Kalle

[Semir]

Hallo Zusammen,

am Freitag kam das Paket von Mouser mit meinen Teilen darunter die Audioquarze für den Sync Generator, nun geht es also weiter mit diesem Projekt. Nun habe ich das H-Timing soweit fertig und aufgebaut. Alle Impulse werden von einer Taktfrequenz von 2,8224MHz abgeleitet. Das ist 256xFH also die 256-fache Horizontalfrequenz von 11,025 kHz. Der kleinste Zeitschritt ist bedingt durch die Taktfrequenz 350ns das ist genau genug für das Projekt.

Die Taktfrequenz wird mit einem 8 Bit Synchronzähler bestehend aus 2x 74HC191 /256 geteilt. Am Q7 MSB Ausgang steht nun die H-Frequenz von 11,025 kHz zur Verfügung. Durch die Ausgänge Q0-Q7 steht eine Auswahl an Impulsen zur Verfügung mit denen ich die Signale für die Austastung (Blanking), den Horizontalsynchronimpuls und noch weitere Impulse erzeuge. Um Das Timing der Signale einfach verändern zu könne benutze ich 3-Bit Decoder 74HC238. Diese erzeugen aus den Zählerständen der HC191 Zähler Einzelimpulse die auf der Zeitachse aufeinander folgen. Durch die Auswahl der Impulse kann ich die Position und Dauer eines  jeden Signals bestimmen. Es gibt für jedes Signal einen Start- und einen Endimpuls. Mit dem Startimpuls setze ich ein RS Flip-Flop und mit dem Endimpuls setze ich das Flip-Flop zurück, dadurch entsteht ein Signal mit genau dem gewünschten Timing. Hier Ein Diagramm das ich angefertigt habe woraus die Abläufe hervorgehen:

   

Die Schaltung habe ich auf einer Experimentierplatine aufgebaut. Hier ist noch Platz für den Teil der die Vertikalimpulse erzeugen soll. Diese werden aus der doppelten H-Frequenz durch Teilung /441 gewonnen, dadurch ergibt sich automatisch der korrekte Zeilensprung. Das ist dann der nächste Schritt.

   

Im Moment fehlen noch die Vertikalen Impulse. Hier schon mal ein Bild der Horizontalimpulse. Es besteht aus den Austastsignal und dem Sync die ich provisorisch mit zwei Widerständen verkoppelt habe. Wie zu erkennen ist beträgt die markierte aktive Zeilendauer 74,3µs und die H-Frequenz 11,025 kHz:

   


Diese Woche werde ich wohl nicht mehr viel weiter an dem Projekt arbeiten können, da ich dienstlich unterwegs bin. Fortsetzung folgt aber sicher!

[Semir]

Hallo Zusammen,

es geht weiter mit diesem Projekt. Nun habe ich die V Impulserzeugung quasi fertig. Es gibt also nun einen V-Sync und eine V-Austastung. Kombiniert mit den Impulsen des H-Teiles sind nun Composite Sync und Austastung für H und V verfügbar. Das Ganze funktioniert mit 14 ICs die alle nur wenige Cent kosten. Hier zunächst das Bord:

   

Das gemischte Synchron- (oben) und Austastsignal (unten) seht Ihr hier:

   

Hier nochmal ein Detail vom 1. und 2. Halbbild. Die V-Lücke sieht etwas anders aus als bei CCIR Gerber Norm. Es fehlen die H/2 Vor- und Nachtrabanten (Equalizing Pulses). Diese gab es nach meinen Internet Recherchen damals noch nicht in 1939.

   

   


Ein späteres 441er Zeilenraster in den USA hatte diese Impulse allerdings. Ich werde Sie eventuell noch vorsehen auch wenn das historisch nicht korrekt ist, oder das Ganze umschaltbar machen.

Zum Schluss habe ich noch ein einfaches Testbild zusammen gestrickt bestehend aus 3 senkrechten weißen Balken vor 20% grauem Hintergrund, die Gatter hatte ich noch frei. Ich plane aber noch wesentlich mehr Testsignale zu erzeugen. Das werde ich dann in einem gesonderten Thread behandeln. Auch den Umbau eines S/W Monitors auf diese Norm werde ich getrennt hier vorstellen. Das wird nun der nächste Schritt sein.

   

Zur Darstellung der V-Signale oben habe ich übrigens mein altes Hameg 605 Oszi genommen. Das kommt am besten mit den unbekannten Signalen klar. Gerade die Darstellung der V-Lücke mit 1. und 2. Halbbild meistert es fast perfekt.

Im nächsten Post werde ich den Schaltplan vorstellen.

[Reflex-Kalle]

... Die V-Lücke sieht etwas anders aus als bei CCIR Gerber Norm. Es fehlen die H/2 Vor- und Nachtrabanten (Equalizing Pulses). Diese gab es nach meinen Internet Recherchen damals noch nicht in 1939.

Ein späteres 441er Zeilenraster in den USA hatte diese Impulse allerdings. Ich werde Sie eventuell noch vorsehen auch wenn das historisch nicht korrekt ist, oder das Ganze umschaltbar machen.
...

Hallo Semir,

schön dass es weitergeht!

Mach dir nicht zu viel Gedanken wegen der H/2 Vor-/Nachtrabanten. Bei direkter Signaleinspeisung synchronisieren die TVs auch ohne zuverlässig. Die Vor-/Nachtrabanten sollen insbesondere die Synchronprobleme beim terrestrischen Empfang verbessern.

Gruß

(Reflex-)Kalle

[ELEK]

Hallo Semir,

wow, das Signal sieht richtig gut aus ! Und diese detaillierten Ausführungen zum timing...
Nur Bewunderung ! bin begeistert. Ich wäre erstaunt, wenn es nicht auf Anhieb funktioniert.

Gruß Ingo

[Semir]

Hallo Zusammen,

hier nun der Schaltplan des Generators. Damit ist dieser Teil erst einmal fertig gestellt.

   

In der nun folgenden Schaltungsbeschreibung werde ich auf die einzelnen Teile der doch etwas umfangreichen Schaltung eingehen. Das Ganze kommt aber mit sehr günstigen IC aus und kann für ca. 10€ aufgebaut werden. Ich hatte alle Teile bis auf den Quarz in meinem Fundus. Der Quarz ist mit €1,60 neben der Platine noch das teuerste Einzelteil.

Takterzeugung:

Der Taktoszillator ist mit den Gatter U1A aufgebaut, die Schaltung ist so oft in der Literatur zu finden. Die Gatter U1B-D dienen nur dazu eine Umschaltung zu realisieren. Um den Generator auch mit einem Externen Takt einsetzen zu können habe ich einen Taktumschaltung eingebaut. Wird JP1 gezogen kann an P1 ein externer Takt von 2,8224MHz eingespeist werden. Bei gestecktem JP1 läuft die Schaltung mit den internen Takt. Am Pin 6 von U1B steht die "Master Clock" also der Haupttakt zur Verfügung. Von diesem werden alle anderen Signale abgeleitet.

Horizontales Impulssystem:

Die ICs U2 und U3 sind synchrone Teiler die den Haupttakt 8x durch 2 Teilen. Es stehen an den Ausgängen Q0-Q4 Frequenzen mit /2, /4, /8 usw geteilten Takt zur Verfügung. Anders ausgedrückt wird der Haupttakt durch 256 geteilt. Mit der Frequenz von 2822,4 kHz /256 ergibt sich 11,025 kHz unsere gewünschte Horizontalfrequenz. Eine Zeile wird also in 256 Segmente unterteilt. Die Dekoder U4 und U5 dekodieren die ersten 7 Bit. Dadurch entstehen zeitlich aufeinander folgende Impulse die von links beginnend auf der Zeile angeordnet sind. Es müssen nun nur die passenden Impulse gewählt werden und damit jeweils ein RS Flip-Flop (FF) gesetzt oder zurückgesetzt werden, schon haben wir die Impulse für den H-Sync, die Austastung usw. Ich möchte das anhand des Austastsignals erläutern. Der Beginn der Austastung wird von U6A erkannt, wenn an dessen Eingängen am PIN 1 und 2 ein H-Pegel anliegt und nur dann geht der Ausgang auf L-Pegel und setzt das FF bestehend aus U6D und U6C. Das passiert immer dann wenn U4/O7 und U5/S2 zeitgleich einen Impuls liefern. Das Ende der Austastung wird von U6B erkannt. dessen Ausgang geht auf L-Pegel wenn U4/O5 und U5/S8 zeitgleich einen Impuls liefern.

Diese Vorgänge finden für den Sync genauso statt, nur mit anderen Zeiten. Hier ist das FF mit U7D und U7C aufgebaut und wird U8A gesetzt und von U7B zurückgesetzt.

Wozu dient nun die "Diodenmimik" mit D1-D4? die oben geschilderten Vorgänge würden ohne diese 2x pro Zeile ablaufen, da das letzte, also 8. Bit nicht von U4 bzw U5 dekodiert wird. Dieses 8. Bit wird nun dazu genutzt die FF für Austastung und Sync nach dem ersten Zurücksetzen zu blockieren, damit sie nicht ein zweites mal mitten in der Zeile gesetzt werden können. Das funktioniert so: Solange die Vorgänge in der ersten Zeilenhälfte passieren ist U3/Q3 auf L-Pegel D3 bzw. D4 sperren und die Schaltung arbeitet wie oben beschrieben. In der zweiten Zeilenhälfte geht aber U3/Q3 auf H-Pegel, damit können die Eingänge der FF nicht mehr auf L-Pegel gehen und werden in der 2. Zeilenhälfte nicht mehr gesetzt. Beim Rücksetzeingang ist diese Maßnahme nicht erforderlich, das die FF ja schon zurückgesetzt sind und weitere Rücksetzimpulse keine Wirkung haben.

Eine besondere Stellung nimmt der Serrationsimpuls ein. Dieser wird später im Vertikalteil benötigt um den V-Sync 2x zu unterbrechen. Das ist notwendig um eine Kontinuität der horizontalen Synchronisierung während der Vertikalsynchronisation zu gewährleisten. Dieser Impuls wird also 2x pro Zeile benötigt und aus diesem Grund ist hier keine Diodenschaltung nötig.

Da historisch gesehen dieses Fernsehsystem keine Vor- und Nachtrabanten hatte habe ich diese auch nicht vorgesehen. Es wäre aber mit wenigen zusätzlichen Gattern möglich solche zu erzeugen. Im Betrieb habe ich festgestellt, dass die Einstellung des Bildfangreglers etwas kritisch ist. steht er ungünstig ergibt sich entweder ein starkes Zeilenflimmern oder beide Halbbilder werden übereinander geschrieben. Das liegt vermute ich an den fehlenden Trabanten, diese sollen ja für identische Verhältnisse beim V-Sync im 1. und 2. Halbbild sorgen.

Vertikales Impulssystem:


Um einen sauberen Zeilensprung zu erhalten muss die doppelte Horizontalfrequenz durch die Zeilenzahl geteilt werden. In unserem Falle also 22,05kHz /441. Das entsprechende Signal greife ich an U5/S5 ab, da dieser Ausgang genau in der Mitte der Zeile schaltet und damit am Ende des Ersten bzw. Anfang des 2. Halbbildes genau eine 1/2 Zeile entsteht. Für diesen Vorgang benutze ich einen 74HC4040 Asynchronzähler. Da 441 mehr als 256 sind wird ein zusätzliches Bit benötigt der Zähler läuft also mit 9 Bit. Damit wäre ein Zählerstand von 512 möglich, da wir aber nur 441 benötigen wird der Zählerstand 442 erkannt und in diesem Moment der Zähler wieder auf Null gesetzt, damit ergibt sich das gewünschte Teilverhältnis von 441:1. Auch hier nutze ich wieder die Dekoder 74HC238. Jeder der drei Dekoder U10, 11 und 12 dekodiert 3 Bit, damit stehen wieder eine Reihe von Impulsen pro Halbbild zur Verfügung die am oberen Bildrand beginnen und in Abständen von 1/2 Zeile auftreten. Der Zählerstand 442 wird von D14, 15 und 16 erkannt und setzt den Zähler zurück auf Null. Ich habe hier eine etwas andere Form der Dekodierung mit Dioden gewählt, da die Frequenzen recht niedrig sind. Die Schaltung nutzt NOR Gatter die wiederum als Flip Flop (FF) geschaltet sind im Gegensatz zu den NAND FF schalten diese aber wenn an deren Eingängen ein logischer H-Pegel anliegt. Das passiert genau dann wenn an allen Dioden des jeweiligen Eingangs ein H-Pegel anliegt, also der jeweilige Ausgang des Dekoders auf H-Pegel liegt. Dadurch vereinfacht sich die Schaltung etwas. D5, 8 und 9 erkennen den Bildanfang, hier ist der Zählerstand = 0, dies ist gleichzeitig der Beginn des V-Synchronimpulses und der Austastung. Die Dioden D6, D10 und D11 erkennen das Ende der Vertikalsynchronisation und D7, D12 und D13 sind für das Ende der Vertikalen Austastung zuständig. Die jeweiligen Signale liegen an den Ausgängen der FF an.

Mit U14D wird der vertikale Synchronimpuls mit Hilfe des Serrationsimpulses 2x pro Zeile unterbrochen, an dessen Ausgang steht dann der endgültige V-Sync zur Verfügung. Mit U14C werden H- und V-Sync gemischt und man erhält den Mixed Sync. Das gleiche geschieht im Gatter U14A mit den Austastsignalen. An dessen Ausgang erhalten wir das gemischte H- und V-Blanking.

Hier noch ein Paar Bilder der Signale.

   

   

Ich habe dem Generator noch ein Gittermuster spendiert. Die Schaltung dazu ist sehr einfach und ich werde diese zusammen mit einer sehr einfachen Videoausgabe im nächsten Thread vorstellen. Allerdings ist die Platine nun Voll wie hier zu sehen ist...

   


Fortsetzung folgt...

[Semir]

Hallo Zusammen,

Hier nun das versprochene Update mit dem Gittertestbild für den 441 Zeilen Sync Generator.

Ich habe mir das Leben einfach gemacht und zwei Teiler 40102/40103 verwendet die den H- bzw. V- Takt durch einen Einstellbaren Faktor teilen. Damit ist es möglich die Anzahl der senkrechten und waagerechten Gitterlinien zu verändern. Der Teiler für die Senkrechten Gitterlinien teilt die Quarzfrequenz des Haupttaktes und liefert für genau eine Taktperiode also ca. 350ns einen Impuls. Der Teiler für die Waagerechten Linien teilt die H-Frequenz (zählt quasi Zeilen) und liefert einen Impuls von genau einer Zeilenlänge. Die Impulse werden dann mit einem Gatter zusammengeführt und noch mit Austastung und Synchronsignalen gemischt, damit entsteht ein normales Bildsignal wir es auch bei CCIR vorkommt nur eben mit anderen Frequenzen und Zeilenzahlen. Hier die Schaltung der Gittertestbilderweiterung:

   

Ich habe vor noch einige andere Testbilder zu generieren, dann werde ich auch die Ausgangsschaltung etwas hochwertiger gestalten. Geplant sind Grautreppe, Schwarz-Weiß-Schwarz Übergang, Frequenzpakete und was mir sonst noch so einfällt..

Da ich den Generator auf eine Platine bringen möchte habe ich überlegt wie das Ganze mit weniger ICs aufgebaut werden kann. Um ehrlich zu sein hatte ich keine Lust eine Platinen mit 14+ ICs zu Routen. Da ist mir eingefallen, dass ich einmal mit GALs gearbeitet hatte. "GAL" ist die geschützte Bezeichnung der Fa. Lattice die diese ICs entwickelt hatte. Andere Hersteller haben diese dann auch gebaut und teilweise unter anderen Namen wie "PALCE16v8" auf den Markt gebracht. Dies sind programmierbare Logik-ICs denen man alles mögliche "beibringen" kann z.B. kann damit ein Zähler mit gewissen Eigenschaften programmiert, oder ein Zählerstand dekodiert werden und vieles mehr. Das schönste an dem Ganzen ist, dass Änderungen einfach ohne Veränderung der Platine im Programm der GALs vorgenommen werden können. Wenn ich also z.B. einen Generator für die englische 405 Zeilen Norm machen möchte muss ich nur ein paar Formeln in den Decodiergleichungen anpassen und ein anderes Quarz verwenden das war es schon.

Ein weiterer Vorteil in Bezug auf das Erstellen der Platine ist, dass ich die Zuordnung der Pins selbst wählen kann. Damit ist es möglich z.B. Aus- und Eingänge geradlinig durch zu verbinden und Kreuzungen von Leiterbahnen zu vermeiden.

Hier das  Grundkonzept des neuen Generators:

   

Auf einer Lochrasterplatine sieht die Anordnung dann in etwa so aus:

   

Man erkennt schon hier die deutliche Ersparnis an Bauteilen. Die GALs werden leider nicht mehr gefertigt aber auf Portalen wie Aliexpress gibt es die noch in Unmengen zu €0,30 das Stück. Was benötigt man noch um ein GAL zu Programmieren?

a) Eine Entwicklungsumgebung, also Software. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten. So existiert heute eine freie Kopie der Software "Palasm" die dazu verwendet werden kann. Diese läuft aber unter DOS und erstellt zunächst ein Programm für PALs das sind die Vorläufer der GALs. Mit einem weiteren Programm das ebenfalls unter DOS läuft und "Pal2GAL" heißt kann dann das Programm für GALs umgewandelt werden. Ein sehr umständlicher Prozess, darauf hatte ich keine Lust...

Es gibt aber auch die Software "WinCUPL" im Netz kostenlos vom Hersteller mit einer universellen Seriennummer, also keine R.
-Kopie. Diese nutzt die Sprache "CUPL" und läuft unter Windows XP, 7, 8.x und 10 (Bei mir in einer Virtuellen WinXP Maschine unter Linux).

CUPL und PALASM sind sehr ähnlich. Wer sich etwas mit logischen Gleichungen befasst hat wird damit schnell zurecht kommen. Es gibt auch im Netz dazu Tutorials und die Anleitung wo alle Funktionen erklärt werden.  Hier ein Beispiel ich verwende mal für logisch "1" den Begriff "high" und für logisch "0" den Begriff "low":

Aufgabe: Der Ausgang "Q1" soll immer dann "high" sein wenn die Eingänge A0,A3 und A5 "low" sind und der Eingang A2 "high"

in WinCUPL sieht das dann so aus: Q1 = !A0 & !A3 & !A5 & A2;

Das war es schon. Was steht nun da oben?

Dem Ausgang Q wird der Pegel der Verknüpfung von "NICHT" A0 UND "NICHT" A3 UND "NICHT" A5 UND A2 zugewiesen.

Das Ausrufezeichen ist die Negierung (NICHT) des Wertes von A0 A3 usw. das "&" bedeutet eine UND Verknüpfung der einzelnen Terme. Der Ausgang Q1 kann also hier nur dann "1" bzw. "high" werden wenn A0="0" UND A3="0" UND A5="0" und gleichzeitig A2="1" ist.

Auf diese Weise kann man leicht Zählerstände dekodieren und andere Funktionen erstellen.

b) Einen Programmierer benötigt man natürlich auch. Ursprünglich hatte ich einen selbst gebauten nach einem Projekt von Elektor. Der lief aber nur unter DOS und hat mir drei GALs "umgebracht"...Das passiert wenn man das IC im Programmiergerät lässt und den Rechner dann in den DOS Modus schaltet, na ja Lehrgeld halt. Mittlerweile habe ich ein Programmiergerät auch Fernost mit der Bezeichnung "Minipro TL866 II Plus". Das kostet bei Amazon ca. €50 und bei Aliexpress €32. Ich habe es dennoch bei Amazon gekauft, da ich nicht 6+ Wochen warten wollte bis das Teil da ist und den Zirkus mit dem Zoll vermeiden wollte...

Wer sich mit dem Thema etwas näher befassen will kann meine Programmcodes für den 8 Bit Synchronzähler für das H-Timing hier ansehen:


  8BIT_COUNTER01_16V8Rst.PLD - Editor.pdf (Größe: 3,23 KB / Downloads: 13)

Das eigentliche Programm in CUPL unter WinCUPL erstellt. Es handelt sich um eine schnöde Textdatei die mit jeden Texteditor bearbeitet werden kann.


  8BIT_COUNTER01_16V8RST.pdf (Größe: 5,38 KB / Downloads: 11)

Eine Beschreibung des erstellten ICs mit allen ein- und Ausgängen.  Das wird von WinCUPL automatisch erzeugt. Das eigentliche Programmierfile ist eine sogenannte "Jedec" Datei. Diese wird in der Software des  Programmiergerätes geladen und damit in das GAL gebrannt.

Wenn das Thema für jemanden hier interessant ist würde ich einen anderen Thread aufmachen um das Thema "441 Zeilen Synchrongenerator" nicht zu verwässern.

Weitere Etappen des Projektes werde ich hier posten. Als nächstes kommt der komplette Generator mit GALs...

[hardware.bas]

Bin gespannt, wies weitergeht, weiss jedoch
nicht, was GALs sind.
VG Micha

[HolgerK]

Hallo Semir,
zum Thema Betrieb alter Fernsehgeräte passend und vielleicht noch nicht bekannt:

http://normwandler.blogspot.com/

http://bs.cyty.com/menschen/e-etzold/archiv/TV/tv.htm

Gruß aus Kiel
Holger

[Semir]

Bin gespannt, wies weitergeht, weiss jedoch
nicht, was GALs sind.

Hallo Micha,

GAL steht für "Generic Array Logic" eine geschützte Bezeichnung der Fa. Lattice. Es handelt sich dabei um programmierbare Logic ICs die z.B. 8 Ausgänge haben und 12 Eingänge (GAL20V8).

Diese sind mit einem Brenner wie z.B. dem TL866 oder GALEP4/5 programmierbar. Stell Dir einfach vor Du hast ein IC wo Du drauf schreiben kannst was es sein soll: Zähler, Decoder, Schieberegister und bei dem Du die Zuordnung der Pins selbst wählen kannst. Dieses Feature erleichtert die Auslegung der Platine ungemein...

Diese ICs werden allgemein als SPLDs (Simple Programmable Logic Device) bezeichnet sie sind der Vorläufer von CPLDs (Complex Programmable Logic Device) und FPGAs (Field Programmable Arrays). Ein Hauptunterschied zwischen CPLDs und FPGAs ist, dass CPLDs sofort einsatzbereit sind während FPGAs erst nach dem Einschalten mit einem Programmcode gefüttert werden müssen der in der Regel von einem externen  EEPROM kommt.

GALs also SPLDs werden nicht mehr gefertigt, aber es ist eine schöne Retro-Technik die leicht zu verstehen ist. Ich plane mich über diese in die Programmierung von CPLDs einzuarbeiten. Die Funktionen eines GALs sind noch übersichtlich und als Einstieg für meine 56 Jahre alten grauen Zellen noch leichter zu verstehen als komplizierte CPLDs. Im Moment arbeite ich mit "WinCUPL" von ATMEL, einer frei verfügbaren Software mit der man den Programmiercode für GALs in der Sprache CUPL erstellen kann (JEDEC Datei). Ich habe aber auch schon ispLever_Classic auf meinen Rechner. Damit kann man komplexere Dinge erstellen. Die Sprache ist dann VHDL oder das ältere ABEL. Aber ispLever ist ein Monstrum an Programm und hat viele Ebenen in die ein Projekt untergliedert werden kann. Ich mache gerade dazu das Tutorial und lerne langsam wie es geht...

GALs gibt es bei Aliexpress ab ca. 35 cent...Ich habe hier einen Vorrat der für viele Projekte reichen sollte.

So das waren jetzt ein Haufen Begriffe ich hoffe ich bin mit meiner Erklärung nicht über das Ziel hinaus geschossen...