Ｃ信号（color-burstとsub-carrier）の実データを計算してみた。（手で）

昨日の懸案だったＣ信号の出力データの件。
color burst信号とsub carrier信号に載せるデータを
計算してみました。
表計算ソフトで。というより、殆ど手計算ですけどね。
面倒くさい。


とりあえず、4ビットデータで出力することは既に
決めていたので、あとは具体的な値が出ればいい
わけですが、コンポジットのsub carrier信号は
色々やらないといけないことがあるんですよね。

（１）振幅のレンジ
　　→単純にＣｂ、Ｃｒ信号を変調するだけだと、
　　　Ｃ信号をＹ信号に重畳させたときの振幅が
　　　大きくなりすぎる（IRE単位でいうと上が
　　　180IREくらい、下が-80IREくらいに
　　　なっちゃう）ので、133IRE～-33IREの
　　　範囲に圧縮。

（２）位相のズレの再現方法
　　→これは例のサイト
　　　http://www.geocities.jp/kwhr0/hard/pc8001.html
　　　に書いてあるとおりではありますが…


まず（１）についてですが、
　　例によってビデオ信号のバイブルを取り出します。
　　圧縮の計算式、書いてありました。さすがです。
　　P42の計算式。Ｐｂは2.03で、Ｐｒは1.14でそれぞれ
　　割った値を使用するとのこと。（15KhzのNTSCでは
　　ＰｂはＣｂに、ＰｒはＣｒに読み替えればＯＫ）

　　なぜＣｂ、Ｃｒを割る数が異なっているかというと、
　　多分Ｉ－Ｑ軸にしたときに橙色系の方が高い解像度
　　まで伝送する必要があって、一方直交する青系の
　　色は低い解像度でも人の目には判らないという
　　話に基づいているんだと思われます。
　　よって、青系統のＣｂのレンジを小さくしちゃう。

　　で、実際計算で求まったＣｂ、Ｃｒの圧縮値から
　　三平方の定理で振幅を算出して、Ｙ信号に加算して
　　みたら、見事なまでにピッタンコ133IRE～-33IREに
　　収まるんですね。さすがバイブル。

　　というわけで、出てきた数値を元にして4ビット幅の
　　信号に丸めます。（抵抗計算は後回し）

そして（２）についてですが、
　　Ｖ　→　Ｕ　→　－Ｖ　→　－Ｕ
　　の順で出力してあげればＯＫですが、15Khzの
　　コンポジットNTSCの場合、ＶはＣｂ、ＵはＣｒ
　　が相当します。なおもっと周波数が高いテレビ信号
　　（Ｄ４など）の場合はそれぞれＰｂ、Ｐｒです。
　　（１）で圧縮したＣｂ、Ｃｒをこの順に出力して
　　あげればいいはず。　Ｃｂ→Ｃｒ→－Ｃｂ→－Ｃｒ

　　上で求めた4ビットデータをこの順番でＶＨＤＬに
　　盛り込んで行きます。


ちなみにグラフ化するとこんな感じ。

左右が逆だったので水色の矢印を足してありますが、
右から順にＶ、Ｕ、－Ｖ、－Ｕと出力していけば
各色毎のsub carrier信号が出力されるという
寸法です。

図の各曲線の色が出力される色と相当しているの
ですが、黒い曲線が1本混じってます。
これはバースト信号の意味です。
バースト信号は±20IREの振幅なので、他の信号と
比べると小さい振幅ですが、多分これでＯＫ。

各色の波形とburst信号の波形をご覧頂くと
なんとなくそれなりに位相のズレが実現できて
いるのがお判りいただけるかと。
（スプラインで繋いだだけなので、振幅は厳密に
　再現できているか判りませんが、参考程度に）

ただ、burst信号の波形はこの位相で本当にいいのか
が実は良く判ってません。本には位相180度と書いて
あるのですが、それがこの位相でいいのか、
それともこの逆になるのか…文章からではその
意味を掴みかねる…

まぁ、あとで実際にテレビに表示してみれば
判るでしょう。というわけでburst信号だけは
仮置き。


こんな感じでＶＨＤＬに定数を組み込んだので、
シミュレーションをかけてみました。
h-sync信号やＲＧＢ信号に合わせて、思ったとおり
のデータが出力されることが判りました。

あとは抵抗計算やっちゃえばゴールは間近。

入力に使うＲＧＢ信号の元ネタは…あれかな。
http://picavr.uunyan.com/avr_m_component.html
このTINY2313用カラーバー表示のプログラム。

このプログラムはシンクロ信号がc-syncなので、
ちょこっと弄ってh-sync,v-sync出力に変えてあげれば
そのまま使えるはず。

で、XC9536XLの入力は５Ｖトレラントなので
そのまま直結。XC9536XLからの出力は抵抗分圧
で75Ωをドライブすることにします。

ここまでくればあともうちょっとだな…。

ＶＨＤＬに書き出してみました。

昨日絵に描いたＮＴＳＣのカラーデコード処理のスキーム
をＶＨＤＬに書き出して見ました。

一部不要な機能があったり（burst信号用の内部カウンタ）、
必要な機能が書いてなかったり（クロック入力端子）と、
不備はあったものの、なんとなくそれっぽい感じに
できました。


水平同期信号については、その立下りからバースト信号の
開始までをカウントしないといけないんですが、
クロック入力のエッジと水平同期信号のエッジを
両方いっぺんに使うことはできないよ、と警告が出て
しまうので、仕方なく水平同期信号はひとまずＨＩＧＨか
ＬＯＷかを判別するような条件文に修正。
…タイミング計算がちょっとズレちゃうんですが、まぁ
その程度はあまり映像には影響しないはず。
要は、burst信号（の延長上）とsub-carrierの位相さえ
ずれてなければｏｋ。

シミュレーションかけてみた結果、タイミングのわずかな
ズレに目をつぶれば、あとは出力内容的におおよそ想定
どおりの動作をしてくれました。

ピンアサイン後のフィッティングも特に問題なし。
・Macrocells：　23 /36 ( 64%)
・Product Terms：　117 /180 ( 65%)
・Function Block：　34 /108 ( 31%)
・Registers：　10 /36 ( 28%)
・Pins：　15 /34 ( 44%)

といった感じ。XC9536XLでも十分入ってしまいます。

ＲＧＢ各2ビットまで拡張できるかなぁ？どうだろう？
入力は3ビット、出力も数ビット増える程度なんだけど、
内部の回路が入りきるかどうか…


とりあえず、8色ＲＧＢならもうゴールは間近。

c-sync信号、Ｙ信号の処理はもう完成したけど、
残作業はＣ信号。
処理内容・タイミング的にはもうsub-carrier÷４
の各出力タイミングで色に合わせたビットパターン
がきちんと出せるようになっていますが、その
ビットデータ自体は現状ロジックの機能確認用の
テストパターンなので、これから実際に使う信号の
アナログ値計算とビット値への変換をちゃんと
やらないと…　手計算で行列変換やらないと…

ここらへんは抵抗値とも絡む話になるので、
ＣＰＬＤの外部の回路とも一緒に考える必要が
あるんですが、どうせ8色ＲＧＢだし、大雑把に
済ませようと思います。

要は、Ｃｂ、Ｃｒに変調かける角度（位相）が
ずれていなければ色はちゃんと出るはず。

そうそう。リソースは多少余っているから、
Ｓ信号だけじゃなくてコンポジット出力も
入れられるといいな。


あと、ｉｆ文とｃａｓｅ文の巨大な塊になっている
ので、もう少し可読性を良くするために配列とか
つかって整理したいな。