Tämän dokumentin tarkoituksena on kuvata tekniikoita ja yksi laitteistototeutus, jolla tietokonekuvan normaalista PC:n näyttökortista saa näkyville television ruudulle. Tälläistä muunnostekniikkaa tarvitaan sovellutuksissa, joissa yhdistetään tietokonelaitteita ja televisiotekniikkaa. Esimerkejä tälläisistä järjelmistä ovat erilaiset televisiota näyttönään käyttävät informaatiojärjestelmät sekä tietokoneistettu televisio-ohjelmien tuotanto. Pelikäytössä liittämällä tietokoneen televisioon on helppo saada tavallista tietokoneen monitoria isompi kuva edulliseen hintaan.
Tietokonekuvan saamisessa televisioon on ongelmana tietokoneen ja television videosignaalien erilaisuus. Ensimmäisenä erona on lomituksen käyttö. Tietokonenäyttöissä ei tyypillisesti käytetä lomitusta, kun taas televisiolähetyksissä kuva lähetetään lomitettuna. Tietokonekäytössä lomittelematon ja riittävän tiheästi päivitettävä näyttö takaa vakaan värisemättömän kuvan. Lomittelematonta kuvaa monitorille piirretään joka päivityskerralla koko kuvan kaikki pisterivit peräjälkeen kuvaruudulle. Kuva 1 esittää monitorin elektronisuihkun liikkeitä lomittelemattoman kuvan piirrossa.
Kuva 1: Lomittelematon pyyhkäisy
Perinteisessä analogisessa televisiolähetyksessä käytetään lomitusta. Tämä menetelmä säästää lähetyksessä tarvittavaa kaistaa ja kuitenkin tarjota riittävä hyvän kuvan laadun katsojalle. Lomituksessa jokaisella ruudun päivityyskerralla piirretään vain joka toinen pisterivi. Ensimmäisellä ruuvun päivityskerralla piirretään parittomat pisterivit, seuraavalla parilliset ja niin edelleen. Kuva 2 esittelee elektronisuihkun liikkeen lomitetussa näytön päivityksessä.
Kuva 2: Lomitettu pyyhkäisy
Toisena erona ovat erilaiset päivtystaajuudet. Nykypäivän tietokonenäytöissä on pyrkimyksenä saada vähintän 75 Hz päivitystaajuus ruudulle lomittelemattomanana. Tämä johtaa että näyttölaitteen vaakapyyhkäisytaajuuden tulee olla olla reilusti suurempii kuin televisiolähetyksissä käytetty noin 15,6 kilohertsiä. Tyypillisesti nykypäivän PC-näytöissä vaakapyyhkäisytaajuus on aluella 31-100 kilohertsiä ja ruudun päivitystaajuus aluella 60-100 hertsiä.
Kolmantena erona ovat television liitännät. Tyypillinen televisio on suunniteltu ottamaan kuva synkronoinnit, kirkkaus ja värit yhdestä antennisignaalista sisään tulevasta radiotaajuisesta lähetteestä. Normaalissa PC:n VGA-näytössä kuvasignaalit viedään analogisina RGB-signaaleina monitorille sekä näiden lisäksi monitorille viedään erilliset vaaka- ja pystysynkronointisignaalit Antennisignaalin lisäksi moni nykyaikainen televisio pysyty vastaanottamaan EURO-AV-liitännästään myös komposiittivideosignaalia, Y/C-videosignaalia ja RGB-signaalia. Mikään näistä edellä mainituista television vastaamista signaaleista ei ole tarkalleen samanlaista kuin mitä käytetään PC:ssä näyttökortin liittämiseen monitoriin. Television haluamista signaaleista. RGB-signaali on lähimpänä VGA-kortin antamaa signaali, mutta eroaa siitä synkronoinnin ostalta television käyttäessä esillisten synkronointisignaalien sijasta komposiittisynkronointisignaalia.
Näistä eroista johtuen tavallinen televisio ei pysty suoraan esittämään tietokoneen kuvaa. Kun tietokonekuvaa halutaan näytettävän televisioruudulla, täytyy tietokoneen kuva ensin muuttaa television haluamaan muotoon. Tämä muunnos on tehtävissä erillisisillä muunnillaitteille, joita usein kutsutaan "VGA-TV-muunnin"-nimellä. Näitä laitteita on markkinoilla hyvin kirjava valikoima. Lisäksi on olemassa erikoisgrafiikkakortteja, joissa on televisiognaalin lähtö normaalin monitorilähdön lisäksi.
Tietokonekuvan muuttamisessa televisioon on monia ongelmia jäljellä, vaikka kuvan päivitystaajuus ja signaalien muodot saataisiin muutettua. Suurimmat ongelmat erilaiset resolutiot, vuorottelun aiheuttama juovavälkyntä, television videosignaalin värijärjestelmien rajoitukset ja liikeartifaktit.
Tyypillisesti tieotkonenäytöissö käytetään resoluutioita 640x480,800x600,1024x768 ja 1280x1024. Mikään näistä resoluutoista ei suoraan sovi television ruutuun, koska Euroopassa käytössä olevissa PAL-versioissa on 576 vaakajuovaa ja USA:ssa käytössä olevassa NTSC-järjestelmässä on taas 483 vaakajuovaa. Nänmä juovaluvut ovat maksimiarvoja ja käytännössä osa näistä juovista jää normalissa televisiossa näkyvän kuva-alan ulkopuolelle. Käytytännössä 640x480 kuvasta jää sellaisenaan esitettynä USA:ssa käytetyssa NTSC-järjestelmän televisiossa osa kuvasta pystysuunnassa näkyvän kuva-alan ulkopuolelle, kun taas sama kuva esitettynä Eurooppalaisessa PAL-televisiossa ei täytä koko kuva-alaa. Käytännössä resoluutioero pystysuunnassa voidaan ratkaista kolmella eri tavalla:
Kuva 3: Esimerkki mahdollisesta pisterivien interpoloinnista tietokonekuvan muuttamisessa pystyresoluutioltaan televisioon sopivaksi.
Vaakasuunnassa kuvan kokoa voidaan säätää joko muuntimen tai tietokoneen puolella kuvaan muodostavan elektroniikan ajastuksia muutamalla. Jos tietokoneen kuva on television liian leveä, niin kuvaa voidaan kaventaa samaan tapaan kuin monitorin kuvaakin nostamalla piksellikellon taajuutta ja kasvattamalla kuvan mustia reunoja sen verran, että vaakapyyhkäisytaajuus pysyy vakiona. Kuvan juovataajuuden suurus on piksellikellon taajuus jaettuna koko juovan pituudella, mihin kuuluvat ise näkyvien kuvapisteiden lisäksi reunukseen kuuluvat mustat pisteet että vaakasynkronointipulssi. Ajastuksen muunnos voidaan tehdä helposti PC:n näyttökortilla, jos vaan näyttökortin ajurit tälläistä tukevat. Muunnos voidaan tehdä myös muistia sisältävän videomuuntimen videoulostulon ajastuksia muuttamalla, mikäli käytetään tälläistä muunnintyyppiä.
Yksinkertaisin tapa muuttaa tietokoneen lomittelematon videosignaali lomitelluksi televisosignaaliksi on jakaa kuva siten, että joka toinen juova tulee parilliseen kenttää ja joka toinen parittomaan kenttään kuvan 4 mukaisesti:
Kuva 4: Lomittelemattoman kuvan muuttaminen lomitelluksi valitsemalla joka toinen pisterivi parilliseen ja parittomaan puolikuvaan. [3]
Tämä menetelmä toimii hyvin jos kuvamateriaalina on normaalilla videokameralla tai kameralla otettu kuva. Tyypillisen tietokoneella tuotetun kuvamateriaalin kanssa tämän menetelmän tuottama kuva on värisevä, koska monissa tietokonekuvissa (esimerkiksi ikkunoitu käyttöjärjestelmän näyttö tai pienifonttinen teksti) on paljon vain yhden pisterivin levyisiä vaakaviivoja, jotka tässä muutoksess tulisivat vain joka toiseen puolikuvaan. Tämä tarkoittaa, että PAL-televisiossa ne päiviettäisiin ruudulle vain 25 kertaa sekunnissa. Välkyntä on erityisen häiritsevää kuvan paikoissa, joissa on voimakas kontrasti, esimerkiksi kapea vaalea viiva mustalla pohjalla.
Juovavälkyntäongelma voidaan välttää joko välttämällä sellaisia kuvia, jota synnytävät värinää tai muokkamalla televisioon menevää signaalia siten, että juovavälkyntä vähenee. Esimerkiksi televisiolähetyksiin tehty grafiikka on tyypillisesti tehty siten, että siinä ei esiinny tälläisia kapeita vaakaviivoja. Näiden välttäminen onnistuu käyttämällä sopivia suotimia piirto-ohjelmassa ja huolehtimalla että grafiikka tekevä ihminen esikatselee grafiikkansa televisioruudulta koko ajan työtä tehdessään, jolloin hän havaitsee tämän häiritsevän ongelman heti kuvaa tehdessään ja voi korjata sen samalla kun sen huomaa.
Normaalin tietokoneen ruudun kuvan näyttämisessä telvisiossa tämä menettelytapa ei yleensä ole kätevä, koska tyypillisen tietokoneen käyttöjärjestelmän tuottamaan ruutuun on hankala puuttua millään normaalilla ohjelmalla. Tästä syystä kaupalliseen vidoemuuntimeen on käytännössä rakennettava sellaiset suotimet, joka vähentävät juovavälkynnän siedettävälle tasolla. Tämän toteuttamiseen tarvitaan muuntimeen lisää muistia ja kuvasignaalin käsittelyyn pystyvää elektroniikkaa, jolla on mahdollista suorittaa yksinkertaista signaalin suodatusta kuvan pystysuunnassa. Tyypillisin suodatus on ulostuloa muodostettessa laskea yhteen kaksi tietokonekuvassa olevaa päällekkäistä pisteriviä kuvan 5 tapaan. Tälläisellä menetelmällä aikaansaatu kuvasignaali on esitetty kuvassa 6.
Kuva 5: Pisterivien interpoloinnin periaate juovavälkynnän vähentämiseksi
Kuva 6: Esimerkki juovavälkynnän suodatuksen avulla muodostettu videosignaalista. [8]
Tämä on jo sinänsä ihan toimiva ratkaisu, mutta ei anna aivan optimaalista kuvanlaatua. Käytännön toteutuksissa yleensä interpoloidaan vähintään kolmen pisterivin sisältö ja tarvittessa interpoloinnissa käytetään epälineaarisia funktioita, joden parametreja virittämällä voidaan saavuttaa optimaalinen eri tarkoituksiin tulos kuvan tarkkuuden tai välkynnän osalta. [2]
PAL- ja NTSC-standardien mukaiset videosignalit eivät pysty toistamaan koko RGB-savaruuden toistamaa värialuetta.[4] Nämä rajoitukset johtuvat näiden videosignalien värikantoaallon modulaation rajoituksista, jotka juontavat juurensa värijärjestelmien yhteensopivuusvaatimuksista mustavalkoisten televisiovastaanottimien kanssa. [5] Käytännössä tämä tarkoittaa, että muumuassa täysin kylläisten kirkkaiden päävärien esittäminen ei onnistu siten, että pysyttäisiin vidoesignaalien standardien määritysten rajoissa. Jos komposiittivideosignaalin normaalin värialueen ulkopuolista väriä yritetään esittää, niin tuloksen on vääristynyt videosignaali, jota ei pystytä vastaanottaman kunnolla ja joka aiheuttaa ongelmiva videostudioiden laitteiden kanssa.
Tälläisten "laittomien" värien syntyminen voidana estää joko tekemällä tälläisen muuntimen kautta esitettävä kuva sellaiseksi, että tälläisiä ongelmallisia värejä ei tietokonekuvassa ole tai rakentamalla muunninlaite sellaiseksi, että se korvaa nämä ongelmalliset värit sellaisilla, jotka voidaan esittää värillisellä komposiittivideosignaalilla. Tietokonekuvan käsittelemiseen sellaiseksi että näitä "laittomia" värejä ei ole on olemassa valmiita työkaluja, esimerkiksi PhotoShop-piirto-ohjelma sisältää suotimen, joka muuttaa kaikki kuvassa olevat värit sellaisiksi, että NTSC-värijärjestelmä pystyy ne esittämään.
Tietokonenöytön ja television pisteen kirkkauden vaste sisääntulojännitteeseen ei ole suora, vaan noudattaa exponentiaalista käyrään, joka muotoa kuvataan gamma-arvon mukaan- [6] Tyypillisessä tietokonenäytössä gamma-arvo on noin luokkaa 2,5, mikä tarkoittaa käytännössä, että 50 prosentilla maksimiohjausjännitteestä monitorilla oleva kuva saavuttaa noin 18% maksimikirkkaudestaan. Gammavastefunktiot ovat hiukan erilaisia televisossa (2,2 NTSC-järjestelmässä sekä 2,8 PAL-järjestelmässä) ja tyypillisessä tietokonenäytössä (2,5). Nämät erot on havaittavissa mm- tumminpien sävyjen toistumisen eroissa katsottaessa samaa kuvaa tietokoneen ruudulla ja television ruudulla. Yleensä gamman eroja ei pidetä suuren ongelmana kuin vaativissa grafiikkasovellutusksissa, joten monet VGA->TV muuntimet eivät yritä puuttua kuvan gammatoistoon, vaan koodaavat tietokoneelta tulevat tummuussignaalit sellaisenaan ulostulosignaaliinsa.
Muunnitekniikat, joissa tietokoneen tuottama kuvataajuus on sama kuin televisiolle menevä puolikuvien taajuus tietokoneen ruudulla tasaisesti liikkuva liike toistuu tasaisesti myös televisioruudulla.
Jos tietokoneen näytön kuvataajuus on erilaienn kuin television kuvataajuus tarvitaan muunnin, joka pystyy muttamaan kuvataajuutta, eli täyden yhden kuvan muistin käsittävä muunnin. Kun tälläinen kuvataajuuden muunnos tehdään yksinkertaiseti tulee ulostulevaan kuvaan helposti ongelmia, jota aiheuttavat, että tietokoneen ruudulla näkyvä tasainen liike ei ole enää tasaisen näköinen televisioruudulla. Jos muunnin kirjoittaa ja lukee samaa yhtä muistipuskuria eri tahtia on tuloksena tyypillisesti, että liikkuva kohde näyttää välillä katkeavan keskeltä, koska kohteesta televisioon lähetettävässä kuvassa kohteen ylä- ja alaosa ovat peräisin tietokoneelta tulevista eri kuvista, joissa kohde on eri paikassa.
Kuva 7: Liikkuvan kohteen hajoaminen tietokoneesta televisioon muunnoksessa. Tässä esimerkissä ylhäällä on neöjä tietokoneelta tulevaa kuvaa ja alhaalla on kolme tänä aikana televisioon lähetettävää kuvaa.[7]
Tästä ongelmasta päästään eroon, jos muuntimeen laitetaan kahdesta kolmeen yhden kuvan muistia, joihin kirjoitetaan ja joita luetaan aina vuorotellen siten, että kun yhtä lähetetään ulos televisioon, niin kirjoittaminen tapahtuu aina toiseen puskuriin. Tällä menetelmällä jokainen ulos lähetettävä kuva on täsmälleen yksi tietokoneelta tuleva kuva. Koska kuvatajuudet ovat erilaiset, joudutaan joitain tietokoneelta tulevia kuvia vättämään esittämättä televiossa ja joissain tilanteissa voi olla tarpeen näyttää jokin tietokoneen lähettämä kuva kahdesti televisioon. Tämä kuvien poisjättämisestä tai esittämisestä useamapaan kertaan aiheuttaa sen, että tietokoneen ruudulla näkyvä tasainen liike näyttää nykivälle televisioruudussa.
Edellä mainituista liikeongelmista päästään lähes täysin eroon jos muuntimeen lisättäisiin muistia montaa kuvaa varten ja ulostulosignaali muodostettaisiin näistä talletetuista kuvista interpoloimalla koko kuvaruutujen välillä. Tälläinen prosessointi vaatisi kunnolla toimiakseen edistyttä digitaalista videosignaalin käsittelyä jossa otetaan huomioon eri kuvan osat ja niiden erilaiset liikkeet. Kuvasta laskettujen liikevektorien avulla voidaan interpoloidan sisään tulevista kuvista televisioon lähetettävä kuva, jossa liikkuvat kohteet ovat "ajallisesti oikeassa paikassa". Tämä tekniikka on kuitenkin hyvin monimutkaista ja kallista, joten sitä käytetään vain erittäin kallissa studiokäyttään tehdyissä muuntimissa.
Takaisin sisällyslyetteloon