TV-Light

Fernsehen mit Ambiente

Microcontroller:
   Microchip PIC18F4550
   Microchip PIC16F628A-I/P

Materialkosten:    ca. 120€

Bitte beachten: Ich fertige keine Schaltungen im Auftrag.

Erschienen in Elektor 02/2008:

Weitere Infos zum Elektor Projekt

Hinweis: Es folgt eine Beschreibung meines ersten Prototypen. Das Elektor Projekt weicht im Schaltplan leicht ab.

Als ich kürzlich einen Flachbildfernseher von Philips mit Ambilight, einer Hintergrundbeleuchtung, die sich an den Bildinhalt anpasst, gesehen habe, dachte ich mir, das müsste sich doch recht einfach nachbauen lassen. Und tatsächlich...

Dieses Bild zeigt die aktuelle Version meines TV-Light, eine Schaltung ähnlich dem sagenumwobenen Ambilight, im Einsatz. Ein Video des TV-Light gibt es hier und ein weiteres hier.

Meine Recherche begann zunächst mit der Suche nach Spezifikationen der verschiedenen Videosignale. Das kann ja nicht so kompliziert sein, dachte ich. Da gibt es diesen "gelben Chinch-Stecker" und das Scart-Kabel. Nun galt es herauszufinden, wo und wie welche Art von Videosignal übertragen wird um zu entscheiden, wie das Projekt TV-Beleuchtung am schnellsten, einfachsten und günstigsten realisiert werden kann. Dabei stellt man fest, das Scart "nur" ein Steckerformat beschreibt, das alle nötigen Signale zum Anschluss von Video-/Fernsehgeräten vereinen soll. Es ist zwar festgelegt, welche Signale auf welchen Drähten übertragen werden können, die konkrete Belegung kann aber von Gerät zu Gerät schwanken.

Um gleich auf den Punkt zu kommen: Die hier vorgestellte Schaltung funktioniert in Verbindung mit einem RGB-Scart-Ausgang (z.B. an fast allen handelsüblichen DVD-Playern). Ein direkter Anschluss an den "gelben Chinch-Stecker" (der im Übrigen nur das auch im Scart-Stecker übertragene FBAS-Videosignal überträgt) ist auf Grund der Komplexität des Signals nicht möglich.

Eine Auswertung des RGB-Signals ist an dieser Stelle (d.h. für mich als Laien der Signalverarbeitungstheorie und den Durchschnittsbastler) um ein Vielfaches leichter zu realisieren und verständlicher zu erklären. Eine gute Übersicht über die verschiedenen Videonormen gibt es auf: www.mediaprofis.net

Funktionsweise
Als Eingabe dienen 4 Signale aus dem Scart-Anschluss meines DVD-Players: Rot, Grün, Blau und Composite-Video. Während in den ersten Signalen die einzelnen Farbinformationen für die Bildzeilen enthalten sind, wird letzteres "nur" dazu verwendet, die horizontalen und vertikalen Synchronisationsdaten zu gewinnen. Dazu wird der weitverbreitete IC LM1881 verwendet. Da die einzelnen Farbinformationen analog übertragen werden, müssen diese zunächst in digitale Signale umgewandelt werden. Dazu wird der Analog/Digital-Wandler ADC1175 verwendet. Dieser ist speziell für Videodigitalisierung ausgelegt und kann bis zu 20MHz betrieben werden. Eine TV-Zeile dauert rund 56uSec. Somit lässt sich (theoretisch) eine Auflösung von über 1000 Pixeln pro Zeile erreichen. Ein PIC18F4550 wertet mit Hilfe der Synchronisationssignale des LM1881 die digitalen Daten aus, indem er einen Mittelwert für die Farben des oberen, linken und rechten Teil des Fernsehbildes errechnet. Diese Werte werden dann an einen PIC16F628 übertragen, der wiederum die PWM-Signale für die 9 LEDs (je 1 RGB LEDs für Oben, Links, Rechts) generiert. Dies ist in folgendem Blockschaltbild schematisch dargestellt:

» Der erste Prototyp. Die Anordnung der Komponenten (von Links nach Rechts) entspricht der auf dem oben gezeigten Blockschaltbild:

» Die drei Platinen mit Pegelanpassung und AD-Wandlern (ADC1175 20MHz/8bit):

» Nachdem der Prototyp bewiesen hat, dass die einzelnen Komponenten fehlerfrei zusammenspielen, wurde der "Kabelverhau" durch eine Hauptplatine (die ich AmbiBoard getauft habe) ersetzt. Das AmbiBoard vereint nun alle Komponenten und deren Verkabelung. Lediglich die drei AD-Wandler müssen noch mit jeweils einem 10poligen Flachbandkabel mit dem PIC18F4550 verbunden werden (1x clock, 1x enable und 8bit Daten). Das folgende Foto zeigt das funktionsfähige AmbiBoard mit angeschlossenem Scart-Adapter und RGB LED-Leiste. Die beiden fehlenden Leisten (links und rechts) können an die beiden unbelegten Schraubklemmen angeschlossen werden. Dazu ist lediglich eine Erweiterung der Software erfolgt.

» Schließlich wurde noch ein passendes Gehäuse ausgesucht und das Ganze darin sauber verstaut. An der Vorderseite sind der Stromschalter sowie der Reset- und Programmiertaster zu erkennen. Letzterer kann beim Reset benutzt werden um den USB-Bootloader zu aktivieren und das TV-Light neu zu programmieren oder im normalen Betrieb um zwischen 4:3 und 16:9 umzuschalten. Hier ist der Schaltplan des Projektes:

Erfahrungen mit Full-Color LEDs.......

» Nach einigen Recherchen im Internet standen zwei verschiedene Typen zur Auswahl:
1. Superflux LEDs (ca. 1,20€ pro Stück)
2. 9cm SMD-LED Streifen mit 9 LEDs (ca. 24€ pro Streifen)

» Obwohl die Superflux LEDs mit 10.000mcd von der Helligkeit durchaus ausreichend sind (6 Stück pro Seite würden reichen) haben sie das Problem, dass sich keine homogenen Farbmischungen erreichen lassen. Im Internet kursieren diesbezüglich zwar einige Tipps (z.B. Küchenrolle/Heißkleber als Diffusor verwenden), dadurch wird allerdings die Helligkeit erheblich vermindert.

» Eine bessere (wenn auch etwas teurere) Variante ist da die Verwendung von SMD LED-Streifen. Diese werden mit 12V (gemeinsame Anode) betrieben werden, haben eine 100% homogene Farbmischung und sind sogar noch etwas heller als die Superflux LEDs. Die folgenden Bilder zeigen wie sauber die Fabmischung ist (weiss und gelb):