1 Die Hardware

Möchte man alles verstehen, was hier beschrieben ist, setze ich neben Grundlagen der Elektronik auch die Kenntnis vom Aufbau eines Videosignals vorraus. Letzteres ist in der angegebenen Literatur beschrieben. Das Verständnis ist zum Nachbau allerdings nicht erforderlich, nur mit dem Lötkolben sollte man umgehen können (die Platine ist zweiseitig, SMD-Bestückt und hat über 100 Durchkontaktierungen).

Der Framegrabber im Strapu-Gehäuse

Das Netzteil ist konventionell aufgebaut: Kabelklemme, Sicherung, Trafo, Gleichrichter, Kondensator, Spannungsregler (5V), Kondensator. Und doch nicht so konventionell: noch ein Spannungsregler (5V) und noch ein Kondensator. Die zweifache Ausführung deshalb, um die analoge Spannungsversorgung von der digitalen zu entkoppeln. Der Eingangskondensator muß mindestens 2200µF haben, sonst brummt's d.h. des Videosignal ist alle 10ms eingedellt.

Eine zusätzliche Eigenschaft ist die softwaregesteuerte primärseitige Abschaltung der Schaltung. Ein Opto-Triac wird mittels der /BUSY- (und der 5V-Pullup-)Leitung des Parallelports über einen PNP-Transistor angesteuert. Der verwendete Opto-Triac vom Typ TLP3042 hat einen Zero-Crossing-Detector integriert, so daß beim Schalten keine Spannungssprünge auftreten.

Um den Triac vor Überspannungen zu schützen sind nun noch zwei Schutzelemente vorgesehen: Ein 300V Varistor parallel zu den Eingangsklemmen schützt ihn vor Bursts aus den Netzleitungen (z.B. durch Blitzschlag) und eine Transildiode parallel zu den Trafoklemmen vor dem Ausschaltimpuls der Induktivität des Trafos.

Das Herzstück, der Analog-Digital-Wandler TDA8708A, stellt gleichzeitig die Brücke zum Digitalteil dar. Es handelt sich um einen Spezialwandler für Videosignale mit einer maximalen Wandlungsfrequenz von 32MHz. Zur optimalen Aussteuerung hat er einen selbstregelnden Eingangsverstärker (er kann sowohl den Pegel als auch den Offset variieren). Es ist möglich bis zu drei Videoquellen anzuschließen, die sich per Software auswählen lassen. Beschaltet ist dieser gemäß des Datenblattes.

Aber der Reihe nach: Das Videosignal von der Scartbuchse oder einer der Cinchbuchsen gelangt nach der obligatorischen Leitungsanpassung und kapazitiver Koppelung an die Eingangspins des TDA. Einer der Pins wird mittels zweier Steuerleitungen ausgewählt und das jeweilige Signal galangt an den Verstärker. Dort wird es gemäß der Ladungen zweier Kondensatoren (also der Spannung über diese) Verstärkt und mit einem Gleichspannungsoffset versehen. So und nur so wird gewährleistet, daß der A/D-Wandler immer richtig ausgesteuert wird (schwarz ist schwarz - Wert 64 und weiß ist weiß - Wert ca. 213). Die Ladungen auf den Kondensatoren werden von dem bereits digitalisierten Videosignal abgeleitet, dazu hat der TDA ein paar Komparatoren eingebaut. Das Prinzip ist einfach: Ist das Signal zu hell oder zu dunkel -> variiere die Ladung auf dem einen Kondensator, hat das Bild zuviel oder zuwenig Kontrast -> variiere die Ladung auf dem anderen Kondensator.

Nun passiert das Videosignal erst noch einen passiven Filter, um hochfrequente Anteile herauszufiltern damit des Abtasttheorem eingehalten wird (die Abtastfrequenz ist im übrigen 16MHz - warum, dazu später). Vor dem Filter wird das Signal abgegriffen, das für den Syncseparator (LM1881) bestimmt ist. Das digitalisierte Signal gelangt nun auf den Eingangsdatenbus.

Ein endloser Datenstrom nützt wenig, wenn man nicht weiß, wann welche Daten anliegen, um nun alles auf die Bilderfolge zu synchronisieren werden dem analogen Videosignal weitere Daten entnommen. Der Syncseparator LM1881 entnimmt nun dem Videosignal die Synchronisationsimpulse, die in dem sgn. Bereich "schwärzer als Schwarz" (digital "0") vorhanden sind. Um den LM an seinem CVBS-Eingang zu versorgen wird das Videosignal stromverstärkt und mit dem spezifizierten Widerstand von 75Ohm einem Tiefpaß zugeführt. Ganz zufrieden bin ich mit dem LM1881 nicht, da er nicht in der Lage ist aus verrauschtem Signal die Syncronimpulse sauber aubzutrennen (es gibt Vergleichstypen der Firma élantec - EL1881, EL1882, EL4581, die sollen besser sein). Der LM gibt folgende digitalen Signale ab:

CSYNC

Composite Sync, die blanken Synchronimpulse (werden zusammen mit BURST vom TDA benötigt).

VSYNC

Vertical Sync, markiert den Anfang eines Bildes (50Hz-Takt), setzt die Speicher auf den Anfang zurück.

ODD/EVEN

Zeigt, ob es sich bei dem aktuellen Halbbild um ein gerades oder ungerades handelt, selektiert jeweils einen den beiden Speicher.

BURST

Markiert die Position des Farbträger-Bursts in der hinteren Schwarzschulter der horizontalen Austastlücke (ist eigentlich nur das Signal eines durch die hintere Flanke von CSYNC getriggerten Monoflops). BURST gelangt wie CSYNC an den TDA (invertiert, und BURST zusätzlich verzögert -> zwei einander folgende, sich nicht berührende High-Impulse). Die Signale werden benötigt, um die Verstärkerregelung zu steuern.

Auf die Zeilenfrequenz bezogener Takt

Pro Videozeile (beginnend mit der horizontalen Austastlücke) werden eine feste Zahl von Werten entnommen. Das sind z.B. bei 15625Hz Zeilenfrequenz und 13,5MHz Abtasttakt dann genau 864 Pixel. Damit das immer genau paßt, muß man den Taktgenarator auf das Videosignal synchronisieren -> PLL erforderlich.

Auf den Farbträger bezogener Takt

Es ist auch Sinnvoll mit dem vierfachen des Farbträgers von 4,43MHz abzutasten, da sich dann die Farbe sehr einfach demodulieren läßt (auch hierfür ist eine PLL erforderlich). Der Nachteil hierbei ist außerdem die schlechte Anpaßbarkeit auf verschiedene Fersehnormen (so ist der Farbträger bei NTSC bei 3,58MHz).

Freilaufender Takt

Der Takt ist völlig unabhängig vom Videosignal. Trotzdem ist es ratsam, ein ganzes Teilerverhältnis zur Zeile zu wählen, da das Raster dann annähernd orthogonal ist.

Gesteuert wird die ganze Schaltung durch den Parallelport (es gibt also keine Schalter und Tasten zur Betätigung). Zunächst wird die SEL-Leitung dazu benutzt, um von der Amiga-Seite aus die Datenrichtung festzulegen (SEL="1": Amiga -> Framegrabber, SEL="0" umgekehrt). Empfangene Daten landen dabei immer in den Eingangsregistern (IC9, IC10), gesendet werden die Daten direkt von den RAMs. Es wird das Standart-Handshakeverfahren der Parallelschnittstelle verwendet, so werden die Daten mit dem /STROBE-Impuls übergeben bzw. angefordert. Der /ACK-Impuls wird direkt aus /STROBE gewonnen, indem er invertiert wird - die Schaltung arbeitet schnell genug, um die Daten zu senden/empfangen. Ich möchte hierbei darauf hinweisen, daß es unbedingt erforderlich ist, eine Leitungsanpassung für /STROBE zu schaffen und /ACK nicht direkt mit den RCK-Eingängen der RAMs zu verbinden. Normalerweise wird der Framegrabber mit einem Kabel am Port angeschlossen, dort gibt es dann Laufzeiten und Reflexionen der Signale, das führt dann zum mehrmaligen Triggern der RAMs und es gehen Daten verloren.

Das Signal /Freeze wird durch ein weiteres FlipFlop geführt, welches von dem ODD/EVEN-Signal getriggert wird. Dies gewährleistet, daß das Bild nicht mittendrin eingefrohren wird.

Es bleibt noch zu erwähnen, daß es einen einfachen Resetgenarator (bestehend aus einer R-C-Kombination und einem Inverter) gibt, der die FFs und die RAMs nach dem Einschalten definiert zurücksetzt.

Bei den HM530281Rs handelt es sich um 331776-word x 8-bit Frame DRAMs. Es sind speziell für digitale Videoanwendungen konzipierte Chips. Sie haben zwei voneinander vollkommen unabhängige Datenports (einen zum schreiben, einen zum lesen), zwei interne Adreßzähler (es gibt also keinen Adreßbus) und einen integierten Refreshcontroller. Man braucht sich also um nichts weiteres zu kümmern, als um die Daten, die rein und raus sollen, die entsprechenden Schreib- und Lesetakte und die Resetimpulse, die die internen Zähler zurücksetzen. Das klingt gut und funktioniert auch wunderbar.

Ich möchte aber doch auf den Nachteil dieser Chips hinweisen: sie sind extrem schwierig zu besorgen, bei den üblichen (Versand-)Händlern bekommt man sie nicht. Also verweise ich im allgemeinen auf die Hitachi-Website, wo man eine Liste der Distributoren erhält, die Hiatchi führen, und im speziellen auf den einen Distributor, der sie mir verschafft hat (zu 40DM/Stück):

Der Framegrabber, geöffnet (die Änderungen sind mittlerweile in das Layout integriert)