книги / Микропроцессоры в телевидении

составленное расписание [124]. На рис. 5.1 показан рассматри­ ваемый алгоритм коррекции расписания.

В блоке 1 алгоритма делается попытка совместно включить в расписание все множество дополнительных работ с помощью перераспределения аппаратных между уже имеющимися в рас­ писании работами, а также отказа отдельным передачам с ма­ лым приоритетом.

Совместное рассмотрение сразу всех дополнительных работ це­ лесообразно, так как позволяет определять неудачно размещен­ ные в расписании работы. Считается, что работа размещена не­ удачно, если освобождение занимаемых ею временных проме­ жутков приводит к удовлетворению сразу нескольких дополни­ тельных работ. В связи с этим в блоке 1 отыскиваются эти не­ удачные работы и делается попытка их перемещения на другие аппаратные. Алгоритм действий, происходящих в блоке 1, при­ веден на рис. 5.2.

Каждый шаг в алгоритме заканчивается тем, что в начальное расписание включается несколько наиболее важных дополнитель­ ных работ. Но удовлетворение этих работ приводит к отказу от­ дельным имеющим меньший приоритет передачам. Эти передачи, в свою очередь, включаются в множество дополнительных работ, исходное для очередного шага. Таким образом, в результате по­ лучается, что исходными данными для каждого последующего шага являются шаги предыдущего, а именно начальное расписа­ ние с включенными в него отдельными дополнительными работа­ ми и множество неудовлетворенных дополнительных работ [124].

На каждом шаге алгоритма в исходное расписание включают­ ся сразу все неудовлетворенные дополнительные работы благо­ даря отказу ряду передач, а также перераспределению аппарат­ ных между уже имеющимися в расписании работами. Далее де­ лается попытка выделить подмножество исходных для шага до­ полнительных работ, суммарный вес которых выше суммарного веса работ, исключенных из расписания в результате удовлетво­ рения данного подмножества. Если такое подмножество удалось определить, считается, что исходное для шага расписание улуч­ шено. Входящие в это подмножество дополнительные работы на­ зываются улучшающими. Эти работы фиксируются в полученном расписании, а остальные выбывают из него вместе с работами, имеющими малый приоритет и благодаря которым удовлетворе­ ны улучшающие работы. Они образуют исходное множество не­ удовлетворенных дополнительных работ для действия следующе­ го очередного шага.

Действия каждого шага реализуются выполнением ряда эта­ пов. Действия этапа заключаются в попытке перераспределения аппаратных между уже имеющимися в расписании работами и исключения некоторых из них для определения улучшающих до­

полнительных работ. Если такая попытка успешна, то этот этап является последним [124].

121

Рис. 5.2. Алгоритм для совместного удовлетворения дополнительных работ

Исходное для шага расписание, изменяемое в процессе поис­ ка улучшающих дополнительных работ, называется корректирую­ щ им [124]. Исходными данными для каждого этапа являются корректируемое расписание и список работ, которые необходимо включить в него. Каждый этап удовлетворяет весь список работ благодаря отказу малоприоритетным передачам, которые форми­ руют исходный список работ для следующего этапа. Если дей­ ствия очередного этапа привели к улучшению расписания, то этап является последним. Улучшающие дополнительные работы фиксируются в полученном расписании, остальные исключаются из него и образуют исходное множество неудовлетворенных до­ полнительных работ для очередного шага алгоритма.

122

Условием перехода к очередному шагу является повторение результатов нескольких последовательных этапов — зациклива­ ние. Например, две работы сменяют друг друга в расписании в связи с тем, что не могут быть удовлетворены в нем одновремен­ но. Зацикливание говорит о бесперспективности дальнейших эта­ пов в выполняемом шаге. Шаги же прекращаются, когда все до­ полнительные работы оказываются включенными в исходное расписание или будет установлена по • результатам выполнения шага принципиальная невозможность включить в исходное рас­ писание неудовлетворенных дополнительных работ.

Включение на первом этапе в корректируемое расписание дополнительной работы приводит к появлению работ, из-за это­ го исключенных из расписания. Такие исключенные работы удоб­ но называть потомками дополнительной, которую соответственно следует называть предком [124]. Список работ, исходный для этапа и требующий удовлетворения, называют списком удовлет­ воряемых работ. Конкурирующие передачи — это передачи, бла­ годаря которым можно включить в расписание работы из списка удовлетворяемых. Они требуют те лее аппаратные и одинаковое время передачи, что и удовлетворяемые работы. Отказ любой пе­ редаче, конкурирующей с данной, обычно приводит к удовлетво­ рению этой работы.

Рассмотрим действия блоков алгоритма для совместного удов­

летворения дополнительных работ (см. рис. 5.2). В блок / вво­
дятся исходное	расписание и множество дополнительных работ.
В блоке 2 для	каждого этапа из всех дополнительных работ фор­

мируется список удовлетворяемых работ. Блоки с 3 по 6 реали­ зуют действия одного этапа алгоритма. В блоке 4 определяется, все ли удовлетворяемые работы удалось включить в расписание. Блок 5 проверяет, улучшилось ли расписание, если все удовлет­ воряемые работы включены в расписание. Улучшение оценивает­ ся по критерию суммарный вес работ. Если суммарный вес хотя бы одного подмножества дополнительных работ больше суммар­ ного веса их потомков, исключенных из расписания в результате действий блока 3, то расписание улучшено.

Если расписание улучшить не удалось, осуществляется пере­ ход к блоку 6, в котором из исключенных конкурирующих пере­ дач формируется очередной список удовлетворяемых работ, а да­ лее к новому этапу — к действиям блока 3 по включению сфор­ мированного списка в расписание. Если на выходе блока 5 полу­ чится, что корректируемое расписание улучшено, то в блоках с 8 по 10 переходят к очередному шагу алгоритма '[124]. Блок 8 восстанавливает исходное для шага расписание с удовлетворен­ ными в результате выполнения действий шага улучшающими до­ полнительными работами. Такой результат достигается тем, что из корректируемого расписания изымаются все дополнительные работы, которые не являются улучшающими, а их потомки удовветворяются в то же время и в тех же аппаратных, что и в ис­ ходном расписании. При установлении блоком 4 того факта, что

193

работы списка удовлетворяемых не включены в расписание, бло­ ки 7, 9, 10 переходят к очередному шагу алгоритма.

Удовлетворяемые работы, порожденные дополнительными, не включают в расписание, если для некоторых из них не удалось построить множество конкурирующих передач, снятие которых допустимо [124]. Это говорит о том, что никакие последующие попытки включить эти порождающие дополнительные работы в исходное расписание не приведут к их удовлетворению. В связи с этим в блоке 7 определяются все дополнительные работы — предки удовлетворяемых работ, для которых не найдены конку­ рирующие передачи. Эти дополнительные работы получают от­ каз в удовлетворении и в рамках данного алгоритма более не рассматриваются [124].

Блок 9 предназначен для установления факта продолжения работы алгоритма. Если не все дополнительные работы исключе­ ны из дальнейшего рассмотрения в блоке 7 или если не все до­ полнительные работы удовлетворены в исходном расписании в результате действия блока 8, то выполняются действия блока 10. В этом блоке из множества дополнительных работ исклю­ чаются получившие отказ в удовлетворении, а также включен­ ные в исходное расписание. Неудовлетворенные потомки вклю­ ченных в исходное расписание улучшающих дополнительных ра­ бот заносятся в исходное для очередного шага множество допол­ нительных работ. Начинается выполнение очередного шага алго­ ритма. Как только результаты действий в блоке 9 покажут, что все дополнительные работы включены в расписание или им отка­ зано в удовлетворении, функционирование алгоритма завер­ шается.

Действия блока 4 алгоритма коррекции расписания (см. рис. “5.1) также реализуются с помощью рассмотренного выше алго­ ритма. Только в этом случае множество дополнительных работ включает в себя только одну работу.

Рассмотренный алгоритм позволяет повышать коэффициент загрузки оборудования в среднем на 5% и сокращать машинное время на составление расписания примерно на 50%.

Применение видеомагнитофонов при создании программ. Боль­ шое место в формировании ТВ программ среди технических средств занимают видеомагнитофоны (ВМ). Очевидное преиму­ щество предварительной записи передачи, возможность тщатель­ ного ее редактирования и художественной обработки с введением многочисленных и разнообразных видеоэффектов привели к се­ редине 80-х годов к тому, что подавляющее большинство пере­ дачи шло в эфир с видеомагнитофонов. Однако такой способ ТВ вещания лишал его основного качества — создания эффекта присутствия и соучастия в показываемых событиях. Поэтому при создании ТВ передач стремятся к сбалансированности во време­ ни записанных и «живых» передач. Снижение объема вещания с ВМ не снизило его роли в формировании ТВ программ, так как

124

даже «живые» передачи не обходятся в определенные моменты /5ез использования его возможностей.

Современные ВМ оснащены микропроцессорами или целыми МП системами, которые предназначены для управления режи­ мами работы ВМ, коммутации видеосигналов, автоматического регулирования скоростями диска (СД), головок и магнитной ленты (СЛ), натяжением магнитной ленты, автотрекингом (АТ).

На базе МП создают контроллеры — МП системы обработки поступающей информации, управляющей соответствующим узлом прибора, в данном случае видеомагнитофона.

Функциональная схема контроллера на примере такового для регулирования СД приведена на рис. 5.3 [125].

Центральный процессор ЦП осуществляет арифметико-логи­ ческие операции по обработке поступающей информации, управ­ ляет ходом выполнения программы, хранящейся в ПЗУ, и вво­ дом-выводом информации. Генератор тактовых импульсов (ГТИ)

Рис. 5.3. Функциональная схема контроллера

125

синхронизирует работу ЦП и всего контроллера. В состав конт­ роллера входят блок приоритетных прерываний (БПП), шинные формирователи (ШФ), устройства (порты) ввода—вывода (прос­ тые буферы данных, блоки интерфейса), ОЗУ. Кроме того, в со­ став сложных контроллеров входит системный контроллер (СК), управляющий системными пересылками, операциями ввода—вы­ вода и работой с памятью. Программируемый таймер выбирает требуемые временные задержки и измеряет текущие значения па­ раметров регулирования.

Выделяются три основных варианта структуры ВМ, использу­ ющих МП для выполнения различных функций [125]: 1) много­ процессорная система; 2) мультипроцессорная система; 3) ВМ, управляемый микроЭВМ. Два первых варианта модифицируются объединением некоторых систем с использованием режима раз­ деления во времени, позволяющим использовать одно вычисли­ тельное устройство для управления несколькими объектами.

М н о г о п р о ц е с с о р н а я с и с т е м а (рис. 5.4). Каждая си­ стема автоматического регулирования, система электронного мон­ тажа и управления ВМ реализуются на основе отдельных конт­ роллеров. У каждого контроллера ПЗУ содержит необходимую программу управления соответствующим объектам. Достоинст­ вами такой структуры являются простота реализации, независи­ мость отдельных систем, наименее жесткие требования к быстро­ действию МП. Алгоритмы же обработки сигналов в отдельных си­ стемах можно применить наиболее сложные. В такой системе за­ ложена возможность значительной унификации отдельных конт­ роллеров, так как они могут отличаться друг от друга незначи­ тельно. Это снижает затраты на проектирование и ремонт систе­ мы. К недостаткам этого варианта, которые по сути дела лродол-

Рие. 5А. Функциональная схема многопроцессорной системы

126

жение его достоинств, следует отнести повышенное энергопотреб­ ление, большой аппаратный объем, отсутствие взаимосвязи отдель­ ных систем. При таком построении не всегда удается оптимально использовать вычислительные возможности ЦП.

М у л ь т и п р о ц е с с о р н а я с и с т е м а (рис. 5.5). В этой си­ стеме сохранены преимущества предыдущего варианта, но все подсистемы ВМ (САР СД/СЛ, АТ, ЭМ и т. д.) объединены в одну систему, управляемую единой программой. Управляющий центральный процессор, в ПЗУ которого хранится логика работы ВМ во всех режимах, связан со всеми контроллерами. Программа работы ЦП может быть открытой и может корректироваться с пане­ ли управления ВМ. Некоторые из подсистем могут быть логически связаны для обмена информацией [125]. Тестирование отдельных контроллеров загрузкой подпрограмм проверки, хранимых в ПЗУ, обеспечивает ЦП. В данном варианте ВМ можно рассматривать как терминал благодаря наличию интерфейса индикации, вводавывода команд управления, а также связи с внешними по отно­ шению к ВМ устройствами. Это удобно при его работе в составе аппаратной монтажа. Рассматриваемая схема построения обла­ дает наибольшими функциональными возможностями и отличает­ ся сложным программным обеспечением [125].

В и д е о м а г н и т о ф о н , у п р а в л я е м ы й м и к р о Э В М (рис. 5.6). В этом варианте структуры ВМ основной режим рабо­ ты — режим разделения во времени. Функции управляющего н периферийных процессоров совмещены в одном ЦП, который об­ служивают устройства ввода—вывода, система приоритетных пре­ рываний, ЗУ и дисплей. Совокупность этих устройств можно на­ звать микроЭВМ. Для нее требуется процессор с высоким быстро-

Рис. 5.5. Ф ункциональная схема мультипроцессорной системы с разделением во времени

1 2 7

Рис. 5.6. Функциональная схема мнкроЭВМ для управления ВМ

действием. Периферийными являются устройства сопряжения с объектами регулирования. Достоинствами этого варианта исполь­ зования МП в ВМ являются небольшой аппаратный объем и низ­ кое энергопотребление. К числу недостатков можно отнести слож­ ность приоритетной системы.

При разработке ВМ воспроизведения и работающих в соста­ ве систем электронного монтажа видеопрограмм предпочтение, по-видимому, целесообразно отдать мультипроцессорным систе­ мам с использованием режима разделения во времени [125].

5.2.ПРИМЕНЕНИЕ МП В ПЕРЕДАЮЩИХ ТВ КАМЕРАХ

Всовременных передающих ТВ камерах широко применяют как МП общего назначения, так и специальные, т. е. разработан­

ные для решения какой-либо конкретной задачи.

Одной из задач, стоящих перед создателями ТВ передающих камер на твердотельных матричных преобразователях свет—сиг­ нал, является подавление статистического шума и устранение ис­ кажений видеосигнала из-за наличия дефектов отдельных его элементов.

Процессор для малогабаритной ТВ камеры с матричным пре­ образованием свет—сигнал предназначен для подавления стати­ ческих помех, в число которых входят коммутационные выбросы и низкочастотный шум. Функционирование процессора базирует­ ся на совместной обработке сигналов соседних строк ТВ изобра­ жения С4, получаемых с двух выходных шин матричного преоб­ разователя свет—сигнал. В процессоре видеосигнал текущей строки изображения вычитается из видеосигнала предыдущей строки и полученный таким образом разностный сигнал последо­ вательно обрабатывается фильтром верхних частот и глубоким двусторонним ограничителем. Одновременно видеосигналы теку­ щей и предыдущей строк изображения сглаживаются фильтрами нижних частот, после чего видеосигнал текущей строки вычитает­ ся из видеосигнала предыдущей, задержанного на время одной строки. После этого результат вычитания суммируется с выход­ ным сигналом двустороннего ограничителя, предварительно за­ держанным на время одной строки ТВ изображения С4.

128

Искажения видеосигнала, вызванные дефектами элементов матричных преобразователей свет—сигнал, могут корректировать­ ся устройством, содержащим ЗУ, в котором записаны значения коэффициентов коррекции [84]. Наличие этих коэффициентов устраняет неравномерность чувствительности матричного преоб­ разователя по полю изображения С4. Формируются коэффициен­ ты в процессе подготовки ТВ камеры, когда перед ее объективом помещают равномерный фон. При функционировании камеры в рабочем режиме дефектные элементы выделяют путем анализа значений считываемых из ЗУ корректирующих коэффициентов, масштабирующих отсчетные значения выходного сигнала преобра­ зователя. Элементы изображения С4 классифицируют как де­ фектные, если на выходе ЗУ появляется слишком большое, пре­ вышающее некоторый порог, значение коэффициента. В этом слу­ чае значение видеосигнала элемента ТВ изображения заменяют на среднее значение соседних элементов изображения С4.

В телевизионном вещании важна проблема настройки цветных передающих ТВ камер и поддержания ее параметров на задан­ ном уровне хотя бы в течение времени ТВ передачи, которую они обеспечивают. Ручная настройка требует весьма длительного вре­ мени, трудоемка, и проводить ее могут лишь специалисты с боль­ шим опытом работы. Высокое качество изображения и ТВ пере­ дачи в целом требуют не просто настройки каждой камеры в от­ дельности, но идентичной настройки. Применение МП позволяет решить проблему, а также диагностировать неисправности ТВ камер. Возможны три основных варианта микропроцессорных си­ стем [89], предназначенных для автоматической настройки.

Е д и н а я	м и к р о п р о ц е с с о р н а я	с и с т е м а позволяет
настроить все	камеры в студии (рис. 5.7).	В такой системе авто­

матической настройки любая неисправность сбивает настройку сразу всех камер. Кроме того, усложнена связь всех блоков, а настройка ТВ камер происходит последовательно, что приводит при числе камер больше двух-трех к недопустимо большому вре­ мени для настройки. Система работает следующим образом. На­ страивается несколько десятков параметров работы камер, дан­ ные о которых заносятся в ЗУ 2, 6 каждой ТВ камеры. В процес-

ю

Рис. 5.7. С труктурная схема первого варианта системы автоматической настрой­ ки нескольких ТВ камер с одной микропроцессорной системой:

129

се работы данные поступают на ЦАП 3 ,7 и затем в блок управ­ ления камерой 4, 8, вырабатывающий управляющие сигналы для камерной головки 5, 9. Регулировка параметров осуществляется

оператором в блоке управления камерой.		ТВ камер имеет
С о в м е щ е н н а я с и с т е м а	н а с т р о й к и
автоматическую и ручную настройку в одном		блоке (рис.	5.8).
Информация, вырабатываемая	МП системой,	используется	как

для автоматической, так и для ручной настройки. В блоке обра­ ботки сигналов 2, 4 имеется ЗУ, в которой хранится эта инфор­ мация. Здесь же находится ЦАП, через который информация по­ ступает в камерные головки 3, 5.

И н д и в и д у а л ь н а я с и с т е м а . Наиболее свободна от не­ достатков система автоматической настройки, когда каждая ка­ мера имеет свою отдельную МП систему для настройки (рис. 5.9).

При подготовке ТВ камеры к работе во время ее настройки к МП системе через АЦП 6 поступают данные о параметрах ви­ деосигнала. В МП системе 1 данные преобразуются в значения отклонений параметров камеры, которые заносятся в ЗУ 2. Од­ новременно через интерфейс 3 система воздействует на блок уп­ равления камерой 4, при этом соответствующим образом коррек­ тируя параметры видеосигнала. После этого новые значения па­ раметров вновь поступают в МП систему через АЦП для повто­ рения цикла настройки камеры. В ЗУ 2 записываются данные об этих новых значениях параметров. И так повторяется до окон­ чательной настройки камеры. После завершения всех циклов ТВ камера готова к участию в передаче, информация для исправле­ ния ошибок поступает в блок управления 4 уже из ЗУ 2 через интерфейс 3. Во время работы камеры в процессе ТВ передачи оператор при необходимости может подстроить параметры вруч­ ную с помощью специального пульта 7, расположенного на бло­ ке автоматической настройки камеры 8 [89].

Рис. 5.8. Структурная схе­ ма второго варианта систе­ мы автоматической настройюг нескольких ТВ камер с одной микропроцессорной системой:

/ — микропроцессорная систем а; 2, 4 — блоки обработки с и гн а ­ ло в; 3, 5 — кам ер ные го ло вки; 6 — дополнительны е кам ер ы

Рис. 5.9. Структурная схема системы авто­ матической настройки с индивидуальной МП системой для каждой камеры (фирмы Харрис, телекамеры ТС-80А):

1 — М П	си сте м а ;	2 — З У		и Ц А П ; 3 — нитерф ейс;
4 — бло к	уп р авлен и я		кам ер о й ;		б — к ам ер н ая го­
л о в к а ; 6	— А Ц П ;	7	—	п у л ь т	ручной настройки

130