Atmo-plugin
Inhaltsverzeichnis |
Beschreibung
Maintainer: Eike Edener, Daniel König
Autor(en): Eike Edener, Daniel König, Simon Canins, Peter Ippy
Das Atmolight-Plugin dient zum Ansteuern einer farbigen Hintergrundbeleuchtung für Fernsehgeräte. Die angezeigte Farbe hängt dabei vom Bildschirminhalt ab. Als Vorlage diente das Ambilight von Philips. Die Ansteuerung der Beleuchtung erfolgt über einen Mikrocontroller. Dieser wird über eine serielle Schnittstelle (oder über einen USB<->Seriell-Wandler) mit dem VDR verbunden. Als Lichtquellen kommen RGB-Anordnungen aus Leuchtdioden (LEDs) zum Einsatz. Das Plugin ist in der Lage für jede der vier Kanten des Fernsehgerätes (also links/rechts/oben/unten) eine individuell berechnete Farbe auszugeben. Die Beleuchtung wird dann quasi als "Verlängerung" des Bildes über die Grenzen des Fernsehers hinaus genutzt. Zusätlich wird eine "Summenfarbe" ausgegeben, die Verwendung findet, wenn nur eine RGB-Leuchte zentral hinter dem Fernsehgerät plaziert werden soll.
Es werden also laufend fünf verschiedene RGB-Farbkanäle ausgegeben.
Status
Es ist eine neue Release erschienen: atmo-0.0.3.tgz Diskussion in: VDR-Portal
Die Nachbauanleitung für die Ansteuerplatine ist erstmal fast vollständig.
Bilder
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Bedienung
SVDRP Befehle
Das Plugin kann auch über SVDRP gesteuert werden:
| Befehl | Beschreibung |
|---|---|
| ON | schaltet das Atmolight an |
| OFF | schaltet das Atmolight aus |
| LIVE_HSV | schaltet in den Live-Mode |
| <color> | schaltet auf die angegebe Farbe um, möglich sind: |
| BLACK, WHITE, RED, GREEN, BLUE, YELLOW, CYAN, MAGENTA | |
| <channel> <r_value> <g_value> <b_value> | Farbwert (als RGB-Wert, jeweils 0-255) auf dem Kanal (all, center, left, right, top, bottom) darstellen |
Hardwareanforderungen
- VDR mit full featured DVB-Karte mit freiem /dev/video0-Device (momentan die einzige Möglichkeit atmolight zu nutzen, more to come...)
- mind. 1 Ansteuerplatine mit Mikrocontroller
- LEDs als Leuchtmittel
- evtl. Netzteil
Was brauche ich an zusätzlicher Hardware?
Um atmolight zu benutzen sind in erster Linie externe "Lampen" erforderlich, mit denen die Wand ringsherum um den Fernseher beleuchtet wird. In der Stereo-Variante werden zwei solche benötigt, eine links und eine rechts vom Fernseher. Zusätzlich ist ein spezieller "Dimmer" (=Ansteuerplatine/Controller) erforderlich, der vom vdr Informationen darüber erhält, welche Farben dargestellt werden sollen. Das Ganze wird über ein Netzteil mit Strom versorgt.
Benötigt wird also:
- 1-4 LED-Lichtquellen (je nach Anzahl gewünschter Kanäle und verfügbarer Controller)
- 1 oder 2 Ansteuerplatinen (jede Ansteuerplatine bietet 2 Kanäle)
- 1x Netzteil
Die LED-Lichtquellen bestehen in der Regel aus LED-Modulen und passenden Gehäusen.
Weiter unten wird auf die einzelnen Komponenten genauer eingegangen und Bezugsquellen werden genannt.
Papsi hat sich freundlicherweise bereiterklärt eine Sammelbestellung der benötigten Komponenten zu organisieren: Sammelbestellung Interessenten sollten sich bitte melden!
LED-Module
Um an die passenden LED-Module zu kommen gibt es zwei Möglichkeiten:
- Selberbauen
- Kaufen
Selbstgebaute LED-Module
Für den Selbstbau existiert ein Platinenlayout. Der LED-Streifen (ca. 200x25mm) wird mit jeweils 12 roten, blauen und grünenGute rote Super-Flux LEDs habe ich bei diesem Anbieter bekommen, gute grüne und blaue bei diesem. Zu beachten ist, das die LEDs leider unterschiedliche Abstrahlwinkel haben, dies ist aber aufgrund des vorgesetzten Diffusors kein Problem. Zusätzlich werden natürlich die Platinen benötigt, Kosten ca. 5€ - 10€ pro Stück bei Herstellung durch einen Platinenhersteller. Passende Vorwiderstände werden auch benötigt, für den Selbstbaustreifen wurden 100 Ohm für Rot, 180 Ohm für Blau und 270 Ohm für Grün verwendet (Tip: bei manchen ebay-Anbietern werden Vorwiderstände gleich mit angeboten). Ein Aufbau auf Lochraster ist zwar möglich, aber bei größerer LED-Stückzahl nicht zu empfehlen.
Vor die LED-Streifen wird eine Streuscheibe montiert, sodaß eine möglichst homogene Farbmischung entsteht. Alternativ lassen sich die Streifen auch in die Diffusorröhren einschieben, die für die Kaufstreifen verwendet werden. Dazu muß lediglich die Platine auf 29mm verbreitert werden.
Die selbstgebauten LED-Streifen benötigen eine Versorgungsspannung von 12V und sind "common anode".
Datei:Streifen schaltplan.jpg Schaltplan Selbstbaustreifen |
Datei:Kupfer schaltplan.jpg Kupferseite Selbstbaustreifen |
Datei:Bestueck schaltplan.jpg Bestückungsseite Selbstbaustreifen |
Gekaufte LED-Module
Momentan wurde die Ansteuerplatine für das atmolight mit speziellen RGB-LED-Streifen getestet, die über die über die Firma Alpha Tec zu einem Sonderpreis bezogen werden können. Der Vorteil dieser Module ist, daß optional passende Diffusorröhren erworben werden können. In diese Rohren mit 40mm Durchmesser werden die Module einfach eingeschoben; die Röhren können mit simplen Rohrschellen befestigt werden. So ist eine einfache und saubere Montage möglich und zusätzlich wird für eine optimale Streuung und Farbmischung gesorgt.
Die Röhren haben eine minimale Länge von 48cm und beinhalten jeweils ein 43cm LED-Modul.
Es können mehrere LED-Module in eine Röhre eingebaut werden, für einen 40" Fernseher kann z.B. eine Röhre mit 2 LED-Modulen installiert werden. Diese hat dann eine Länge von ca. 92cm. Auch Zwischenmaße sind möglich, da jedes 43cm LED-Modul in 3 Teile zu je ca. 14,5cm geteilet werden kann.
Wie die LED-Module an die Ansteuerplatine angeschlossen werden können, wird weiter unten erklärt. Für diese LED-Module ist eine Ansteuerplatine in der "common cathode" Variante notwendig. Die Betriebsspannung der Module beträgt 24V, es ist also ein zusätzliches Netzteil erforderlich.
Netzteil
Wenn LED-Module mit einer Betriebsspannug von 12V verwendet werden können diese grundsätzlich aus dem PC-Netzteil versorgt werden.
Für die bei Alpha Tec erhältlichen Module ist ein zusätzliches 24V Netzteil erforderlich.
Für je 4 solcher Streifen sollte das Netzteil ca. 1A liefern können. Passend Netzteile sind zB. bei Reichelt oder Conrad erhältlich.
| Distributor | BestNr | Beschreibung | Preis | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|
| Reichelt | SNT MW25-24M | Mini Schaltnetzteil geschlossen 24V/1,1A | 15,90 € | getestet: pfeift bei kleiner Last aber sehr kompakt; offen Klemmen! |
| Conrad | 510824 | Steckernetzteil Conrad 24V/1A | 12,90 € | ungetestet; Netzspannung nicht berührbar |
| Reichelt | HEBL21 | Netzteilbuchse passen zu Steckernetzteil | 0,48 € | es sind auch einige stärkere Netzteile erhältlich die in diese Buchse passen |
Ansteuerplatine
Funktionsbeschreibung
Als Mikrocontroller kommt ein ATMega8 der Firma ATMEL zum Einsatz. Eine Ansteuerplatine mit Mikrocontroller und Leistungsteil kann jeweils 2 RGB-Kanäle ansteuern. Für eine Einkanal-Variante kann die Platine ebenfalls verwendet werden, eine vollständige Bestückung ist dann nicht erforderlich (halber Leistungsteil). Durch Kaskadierung von 2 Platinen kann eine 4-Kanal-Variante hergestellt werden; der serielle Datenstrom wird dann einfach von der ersten Platine an die zweite Platine durchgereicht. Beispiele für solche Aufbauten:
Datei:Schaubild mono.jpg Mono-Variante |
Datei:Schaubild stereo.jpg Stereo-Variante |
Datei:Schaubild quattro.jpg Quattro-Variante |
Die Helligkeitsregulierung der Leuchtmittel erfolgt dabei durch PWM (Pulsweitenmodulation). Für einen definierten Strom durch die LEDs wird mit Vorwiderständen und einer geregelten Versorgungsspannung gesorgt.
Das Layout der Ansteuerplatine wurde so universell gestaltet, dass durch Variation in der Bestückung sowohl LED-Module mit gemeinsamer Kathode(-), wie z.B. die "Alpha Tec" Streifen, als auch gemeinsamer Anode(+), wie z.B. die Selbstbaustreifen, verwendet werden können. Es können LED-Streifen mit Versorgungsspannungen zwischen 12V und 48V betrieben werden. Bei der Variante mit gemeinsamer Kathode müssen die verwendeten Z-Dioden an die Betriebsspannung angepasst werden.
Nachbau der Ansteuerplatine
Um die Ansteuerplatine nachzubauen, muss eine einseitige Platine mit den Maßen 77mm x 90mm hergestellt werden. Ein Aufbau auf Lochraster ist sicher möglich, jedoch nicht empfehlenswert.
Alle zur Bestückung notwendigen Bauteile können bei der Firma Reichelt bezogen werden.
Bauteilliste
| Bauteil | BestNr | EP | Menge | GP | Bemerkung |
| Folgende Bauteile sind sowohl bei einem „common cathode“ als auch „common anode“ Aufbau notwendig: | |||||
| Spule für Schaltregler | 09P 2,2m | 0,36 € | 1 | 0,36 € | |
| Widerstand 100Ohm | 1/4W 100Ohm | 0,03 € | 6 | 0,20 € | |
| Widerstand 10KOhm | 1/4W 10K | 0,03 € | 1 | 0,03 € | |
| Quarz | 14,7456-HC18 | 0,16 € | 1 | 0,16 € | |
| Diode für Schaltregler | 1N 5819 | 0,15 € | 1 | 0,15 € | |
| Klemme | AKL 169-10 | 1,85 € | 1 | 1,85 € | |
| Wannenstecker für Klemme | AKL 183-10 | 0,83 € | 1 | 0,83 € | |
| ATMega8 | ATMega 8-16 DIP | 1,65 € | 1 | 1,65 € | |
| Kondensator 22p Glimmer | CY22-222P | 0,49 € | 2 | 0,98 € | |
| DSUB Buchse | D-SUBBU09EU | 0,27 € | 1 | 0,27 € | |
| DSUB Stecker | D-SUBST09EU | 0,27 € | 1 | 0,27 € | |
| IC Sockel 16pol | GS 16P | 0,18 € | 2 | 0,36 € | |
| IC Sockel 28pol | GS 28P-S | 0,33 € | 1 | 0,33 € | |
| IC Sockel 8pol | GS 8 P | 0,09 € | 1 | 0,09 € | |
| Jumper mit Fahne | Jumper 2,54GL RT | 0,05 € | 6 | 0,30 € | |
| Schaltregler 500mA | LM 2574 N5 | 0,97 € | 1 | 0,97 € | Ab einer Versorgungsspannung von 40V bis max. 60V muss der Typ LM2574 HVN5 verwendet werden! |
| RS232 Treiber | MAX 232 EPE | 1,85 € | 1 | 1,85 € | |
| Sicherung | MINITRÄGE 0,315 | 0,34 € | 2 | 0,68 € | |
| Kondensator 100n folie | MKS-2100N | 0,07 € | 4 | 0,28 € | |
| Sicherungshalter | PL 166600 | 0,28 € | 1 | 0,28 € | |
| Elko 2,2µ/100V | RAD 105 2,2/100 | 0,04 € | 6 | 0,24 € | |
| Elko 220µ/100V | RAD 105 220/63 | 0,10 € | 3 | 0,30 € | |
| Stiftleiste | SL 2X10G 2,54 | 0,13 € | 1 | 0,13 € | |
| Stecker 10pol | WSL 10G | 0,07 € | 1 | 0,07 € | |
| Summe | 12,63 € | ||||
| Für den „common anode“ Aufbau sind zusätzlich folgende Bauteile notwendig: | |||||
| MOSFET | IRF 540N | 0,52 € | 6 | 3,12 € | |
| Summe | 3,12 € | ||||
| Für den „common cathode“ Aufbau sind zusätzlich folgende Bauteile notwendig: | |||||
| Treiber IC | ULN2003A | 0,17 € | 1 | 0,17 € | |
| Z-Diode | ZD12 | 0,06 € | 6 | 0,36 € | ZD12 = 12V Z-Diode, passend für 24V Versorgungsspannung. Für 48V Versorgungsspannung bitte stattdessen ZD36 verwenden! |
| Widerstand 1K5 | 1/4W 1K5 | 0,03 € | 6 | 0,20 € | |
| MOSFET | IRF 9540N | 0,66 € | 6 | 3,96 € | |
| Summe | 4,69 € | ||||
| Gesamtsumme Bauteile „common anode“ | 15,75 € | ||||
| Gesamtsumme Bauteile „common cathode“ | 17,32 € | ||||
| Geätzte Platine dazu ca. | 6,00-20,00 € | Je nach Hersteller und Stückzahl |
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Schaltplan
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Datei:Schaltplan V2.25.jpg Schaltplan der Ansteuerplatine |
Layout
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Datei:Layout V2.25.jpg Layout der Ansteuerplatine |
Bestückung
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Datei:Bestückung V2.25.jpg Bestückungsdruck der Ansteuerplatine |
Je nachdem, ob die Variante für gemeinsame Kathode (common cathode) oder die für gemeinsame Anode (common anode) aufgebaut werden soll, müssen die Bauteile gemäß der folgenden beiden Listen bestückt werden:
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Stückliste für die "common cathode" Version:
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ACHTUNG: Zusätzlich müssen in Abhängigkeit von der Variante die Brücken bei J1 / J2 so eingelötet werden:
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Datei:J1J2kathode.jpg Brücken bei "common cathode" |
Datei:J1J2anode.jpg Brücken bei "common anode" |
Test des Aufbaus
Ist die Platine fertig bestückt, sollte das auf der Platine befindliche Schaltnetzteil getestet werden. Dazu ist es notwendig, IC1, IC2 und IC3 nicht zu bestücken. Da IC4 der Schaltregler ist muss dieser natürlich bestückt werden.
Anschließend muss die Platine mit Gleichspannung versorgt werden. Nun sollte z.B. zwischen den Pins 15 und 16 von IC2 eine Spannung von 5V anliegen.
Ist das der Fall, kann die Platine wieder von der Versorgungsspannung getrennt werden und die restlichen ICs können eingesteckt werden.
Aufspielen der Firmware
Das Aufspielen der Firmware auf den Mikrocontroller erfolgt über einen PC. Dazu wird ein Programmieradapter benötigt, der im einfachsten Falle nur aus einer handvoll Bauteilen besteht.
Es empfiehlt sich die frei verfügbare Programmiersoftware PonyProg zu verwenden.
Einstellung in Ponyprog:
"Setup->Interface Setup": Datei:InterfaceSetup.jpg "Setup->Calibration" "Device->AVR micro->ATmega8"
Danach den Programmieradapter zwischen Platine und PC anschließen. Jetzt sollten die sogenannten "Fuse Bits" eingestellt werden:
"Commands->Security and Configuration Bits" Dann unbedingt erst auf "Read" klicken! Anschließend alle Häkchen so setzen: Datei:PonyProg.jpg und mittels "Write" in den Prozessor übertragen.
Nun die Datei "softpwm.hex" über "File->Open Program(FLASH) file" laden und mit "Command->Write All" in den Mikroprozessor schreiben.
Inbetriebnahme der Ansteuerplatine
Mittels Jumpern muss eingestellt werden, wo sich die LED-Leuchten befinden, die an die jeweilige Ansteuerplatine angeschlossen werden sollen.
Die beiden Kanäle der Platine sind mit CH1 und CH2 bezeichnet. Für jeden dieser beiden Kanäle kann unabhängig eingestellt werden, welche Farbe sie anzeigen sollen.
Es sind folgende Einstellungen möglich, hier exemplarisch für CH1 aufgezeigt:
| Einstellung | Beschreibung |
|---|---|
| Datei:CH 0.jpg | Summenkanal |
| Datei:CH 1.jpg | links |
| Datei:CH 2.jpg | rechts |
| Datei:CH 3.jpg | oben |
| Datei:CH 4.jpg | unten |
Jetzt können die LED-Module und das Netzteil an die Ansteuerplatine angeschlossen werden. Das atmolight sollte nun betriebsbereit sein und kann über den linken RS232 Anschluß mittels einer SUBD 9pol Verlängerung an den vdr angeschlossen werden.
Softwareanforderungen
VDR in der Version >= 1.4.0
Installation
Wie für Plugins üblich, siehe Plugin Installation. Danach müssen nur noch die Aufrufparameter in der runvdr angepaßt werden (Auswahl der Ausgabeschnittstelle), siehe Parameter.
Konfiguration
Um ein geregeltes Herunterfahren des Atmolight beim Shutdown des VDRs zu gewährleisten, muß ein /PATH_TO/svdrpsend.pl PLUG atmo off in das VDR-Shutdown-Skript (vdrshutdown) eingetragen werden. Dieser Eintrag sollte im case-Verteiler $PIPESTATUS unter 0) oder 1) als erster Befehl ausgefürt werden.
Einstellungen
Im OSD können folgene Einstellungen vorgenommen werden:
| Parameter | Beschreibung |
|---|---|
| StartMode | Beim Start von VDR ist das Atmolight:
on: eingeschaltet off: ausgeschaltet timer dependent: nur eingeschaltet wenn vdr NICHT durch einen Timer gestartet |
| Power of weighting | je höher die Zahl ist, desto stärker wird die Berechnung der Farben auf den Bildinhalt in der Nähe des jeweiligen Bildrands konzentriert |
| Brightness | dient zur Anpassung der LED Helligkeit an die Bildhelligkeit |
| Gamma mode | off: kein Gammakorrektur im Plugin Anmerkung: die Ansteuerplatine führt schon intern eine Korrektur durch, so dass eine Korrektur im Plugin eigentlich nicht nötig ist. Evtl. sind feine Anpassungen an den jeweiligen Fernseher nötig; Dann sind Gamma-Werte um "10" herum zu verwenden.
uniform: auf alle Farbkanäle wird die gleiche Korrektur angewandt by channel: jeder der Farbkanäle kann separat korrigiert werden |
| Gamma(Red/Green/Blue) | Gamma-Wert der Korrektur. Der angezeigte Wert muss durch 10 dividiert werden: 20 steht also für ein Gamma von 2,0 |
| Filter | Für jedes Vollbild wird eine Farbe berechnet. Um "Flackern" zu vermeiden, wird eine Art Mittelwert zwischen den gefundenen Farben gebildet.
percentage: jeder neu berechnete Farbwert trägt einen bestimmten Prozentsatz zur angezeigten Farbei bei. Dieser Filter wirkt oft sehr "nervös" aber auch wunderbar "spontan". combined: es wird ein laufender Mittelwert aus den berechneten Farben gebildet. Über welche Zeitspanne der Mittelwert gebildet werden soll wird mit Filter length festgelegt; je größer die Zahl, desto langsamer wird übergeblendet. Zusätzlich wird überwacht, ob es einen "Sprung" in den berechneten Farbwerten gibt (zB. bei einem Szenenwechsel). Ein "Sprung" wird erkannt, wenn die neue Farbe vom Mittelwert den Abstand Filter threshold hat. Je größer diese Zahl ist, desto seltener werden Sprünge erkannt. Wenn aber ein Sprung erkannt wird, dann wird die angezeigte Farbe nicht sofort auf den neuen Wert korrigiert sondern der "percentage" Filter kommt wieder zum Einsatz und sorgt für einen leicht sanften Übergang. Je größer der Wert von Filter smoothness, desto sanfter ist der Übergang. |
| Mode | Es gibt verschieden Betriebsmodi für das Atmolight, einige sind für die Einrichtung und den Test der Leuchten hilfreich. Normalerweise wird es in einem "live" Modus betrieben:
live picture (HSV): Es wird eine Farbraumtransformation durchgeführt, Histogramme werden erzeugt, gefenstert und ausgewertet. Hue windowing und Sat windowing geben an, wie breit die Fensterung der jeweiligen Histogramme erfogt. Höhere Werte "glätten" die Histogramme stärker. Darkness limit wird dazu verwendet, dunkle Pixel von der Berechnung auszuschließen. So werden zB. schwarze Balken im Bild einfach übersprungen und Bildrauschen bei schwarzen Bildteilen wird ignoriert. Je größer der Wert, desto mehr wird ignoriert. Brightness mode steuert die Helligkeit der Leuchten in Abhängigkeit des Bildes. Bei average entspricht die Helligkeit der mittleren Bildhelligkeit. peak stellt die Helligkeit nach den hellsten Bildanteilen ein. default color: Es kann eine statische Farbe ausgewählt werden: schwarz, weiß, rot, grün, blau, gelb, cyan, magenta static colors: TODO white calibration: TODO |
Parameter
Folgende Kommandozeilenparameter gibt es:
| Parameter (kurz) | Parameter (lang) | Beschreibung |
|---|---|---|
| -n <IP:PORT> | --network=<IP:PORT> | gibt an, an welche Internet-Adresse die Daten geschickt werden sollen (z.B. 192.168.0.1:1234) |
| -s <DEV> | --serial=<DEV> | gibt an, an welcher Schnittstelle die Ansteuerplatine(n) angeschlossen ist/sind (z.B. /dev/ttyS1) |
Sonstiges
Interne Funktionsweise
Farberkennung
- Umrechnung von RGB-Farbraum in HSV-Farbraum
- Erzeuge Histogramm des Hue Kanals unter Berücksichtigung von Gewichtungsfaktoren und Gewichtungsfunktionen:
- Position des Pixels im Bild.
- Value des Pixels.
- Wende Fensterung mit Dreiecks-Fenster auf Hue-Histogramm an.
- Finde Maximum im gefensterten Hue-Histogramm.
- Damit ist der Farbton bestimmt.
- Erzeuge Histogramm verwendeten Saturation in der Umgebung der gefundenen Hue nter Berücksichtigung von Gewichtungsfaktoren und Gewichtungsfunktionen:
- Position des Pixels im Bild.
- Value des Pixels.
- Wende Fensterung mit Dreiecks-Fenster auf Saturation-Histogramm an.
- Finde Maximum im gefensterten Saturation-Histogramm.
- Damit ist die "Sättigung" bestimmt.
- 2 Modi
- Value Peak
- Bestimme Maximum von Value im Bild, sprich die höchste vorkommende "Helligkeit"
- Value Average
- Bestimme Mittelwert von Value im Bild, sprich die durchschnittliche "Helligkeit"
- Helligkeitsanpassung
- Zurückrechnen von HSV-Farbraum in RGB-Farbraum
Filter
Serielles Protokoll
| Kanalnummer | Kanalbeschreibung |
|---|---|
| 0 |
Mitte |
| 1 |
Links |
| 2 |
Rechts |
| 3 |
Oben |
| 4 |
Unten |
