БЛОК БЕЗОПАСНОСТИ ПАНЕЛИ ИНДИКАЦИИ
INDICATION PANEL SAFETY UNIT

Изобретение относится к радиоэлектронике, рекламной или телевизионной технике и может быть использовано при создании LED-дисплеев и других панелей индикации больших размеров для снижения уровня излучаемых ими электромагнитных помех и обеспечения, таким образом, большей безопасности устройств.
Сам принцип индивидуальной подачи тока на излучающий элемент при больших пространствах экрана предполагает образование некоей (перестраиваемой) антенной системы в части излучения электромагнитных помех. При этом пиковая мощность (типичное значение около 10-15 kW для панели с диагональю 5-7 метров) такова, что даже с коэффициентом преобразования в электромагнитное излучение 2-3% можно получить доминирующий для данного индустриального ландшафта генератор помехи в широкой области частот. Разумеется, коэффициент преобразования потребляемой мощности в паразитное излучение зависит от топологии связи изделия и примененных способов фильтрации (ферритовые вставки, наборы емкостей в цепях питания токовых ключей драйверов и т.п.), но в остальном законы формирования спектров излучения и собственно антенной системы остаются типовыми (они известны). При этом вопрос совместимости такой перестраиваемой системы с другим оборудованием, в том числе работающим в критических приложениях (например, системы обеспечения жизни пациентов интенсивной терапии, системы управления в энергетике, включая АЭС и т.п.) стоит более чем остро.
В технике широко известны решения, направленные на снижение уровня возможных искажений изображения. Например, в патенте Японии №1216690, H04N 9/68, 1989 г. высокочастотная составляющая сигнала яркости выделяется и направляется на вход бинарного контура, который управляет ключом, причем последний открывается, когда высокочастотная компонента сигнала яркости выше предустановленной величины. В результате, когда ключ открыт, высокочастотная и низкочастотная составляющие цветового сигнала складываются, а когда закрыт - только низкочастотная составляющая поступает на выход.
Однако применение подобного решения для снижения уровня помех, излучаемых обычной, стандартной панелью индикации неэффективно по следующим причинам: во-первых, потребуется изменение схемы стандартного изделия, а во-вторых, связь между искажением телевизионного изображения и уровнем излучаемых помех не является однозначной.
Известно устройство для ограничения излучения антенны в виде экранирующего (отражающего) корпуса с отверстиями (см. патент США №7,701,409, H01Q 1/42, 20.04.2010).
Однако применение экранирования затруднит восприятие информации с экрана дисплея.
Для подавления шумов и помех в системах связи используют аналого-цифровое преобразование и средства подавления шумов, режим работы которых определяется в зависимости от распознавания способа кодирования (см. патент Японии №2007150700, G07C 7/00, 2007-06-14).
Применение подобных средств для снижения уровня шумов дисплеев и панелей индикации неэффективно, поскольку именно особенности воспроизведения кодированного видеопотока являются источником помех.
Наиболее близким к предложенному является блок кодирования мультимедийных данных, обеспечивающий устранение искажений и, косвенно, снижающий уровень помех, содержащий средство классификации содержимого мультимедийных данных, средство секционирования мультимедийных данных на первую группу данных и вторую группу данных, основываясь на классификации содержимого, при этом секционирование определяется в соответствии с коэффициентом полосы пропускания, средство кодирования мультимедийных данных в первой группе данных и во второй группе данных на основе секционирования, причем количество информации в первой группе данных по отношению к количеству информации во второй группе данных соответствует коэффициенту полосы пропускания (см. патент РФ №2378790, H04N 7/26, 27.09.2006).
Известное устройство может использоваться для ограничения полосы пропускания или ее изменения, однако, при этом не ставится и, следовательно, не решается задача снижения помех, которые создает дисплей в ближней зоне, так что сжатие информации видеопотока может и не сопровождаться значительным снижением уровня помех. Кроме того, известное устройство является частью мультимедийного устройства, что накладывает существенные ограничения на его применение: оно не может быть использовано для устранения помех, создаваемых стандартными и ранее смонтированными экранами, панелями индикации. И, наконец, к недостаткам известного технического решения следует отнести сложность его реализации вследствие необходимости детально анализировать содержимое мультимедийных данных.
Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение эффективности блока безопасности панели индикации за счет существенного снижения помех, излучаемых в окружающее пространство при подаче сигнала на панель индикации. При этом решается также задача подавления помех для стандартных панелей индикации, без вмешательства в их схему или конструкцию. Еще одним результатом является также упрощение устройства.
Указанный результат достигается тем, что в известном блоке безопасности панели индикации, содержащем последовательно соединенные средство классификации содержимого и средство обработки мультимедийных данных, средство классификации содержимого мультимедийных данных выполнено с возможностью выделения данных, соответствующих недопустимому уровню электромагнитного излучения, а средство обработки мультимедийных данных выполнено с возможностью транспонирования мультимедийных данных в безопасный вид.
При этом конструктивно блок безопасности может быть также выполнен в виде врезки в сигнальный кабель панели индикации.
Последовательное соединение средства классификации содержимого и средства обработки мультимедийных данных означает, что средство классификации содержимого мультимедийных данных управляет работой средства обработки мультимедийных данных.
Выполнение средства классификации содержимого мультимедийных данных с возможностью выделения данных, соответствующих недопустимому уровню электромагнитного излучения, означает, что это средство способно фиксировать определенные признаки мультимедийных данных и сопоставлять их с запомненными ранее уровнями электромагнитного излучения панели индикации, устанавливая соответствие между уровнем излучаемых панелью индикации помех и выбранными признаками мультимедийных данных.
Таким образом, средство классификации содержимого мультимедийных данных выполняется с возможностью регистрировать электромагнитное излучение панели индикации (например, в тестовом режиме настройки), сравнивать уровень этого излучения с пороговым значением и классифицировать мультимедийные данные на те, что приводят к появлению недопустимого уровня помех на некотором выбранном расстоянии или в некоторой выбранной точке пространства в окрестности панели индикации, и данные, не приводящие к недопустимому уровню излучения.
Возможно также, чтобы средство классификации содержимого мультимедийных данных выполнялось с возможностью расчета уровня создаваемых панелью индикации помех вместо регистрации уровня помех. В любом случае это средство выполнено с возможностью сигнализировать (по результатам классификации) о появлении параметров мультимедийных данных, характерных для недопустимого уровня помех.
Иными словами, упомянутая классификация производится путем разделения мультимедийных данных по параметрам на те, что создают недопустимые помехи, и те, при которых уровень излучения панели индикации приемлем.
К признакам мультимедийных данных могут быть отнесены как непосредственно параметры сигнала: амплитуда, частота, мощность, распределение яркости и цветов по кадру, так и определенные их комбинации, например сочетание высокой амплитуды с появлением определенных частот, появление амплитуд и/или частот определенного диапазона в течение заданного интервала времени, определенные последовательности простых параметров и т.п. Соответствие между регистрируемыми (фиксируемыми) признаками мультимедийных данных и уровнем электромагнитного излучения панели индикации устанавливается в процессе настройки блока безопасности, порядок проведения которой будет описан ниже, или расчетным путем. Возможно также непрерывное или периодическое тестирование (замер) уровня помехи и корректировка параметров классификации в средстве классификации содержимого мультимедийных данных.
Из изложенного следует, что мультимедийные данные поступают на вход средства классификации содержимого мультимедийных данных, анализируются и классифицируются в нем, и без изменения подаются на его выход, причем помимо шины мультимедийных данных на входе и выходе средства классификации содержимого мультимедийных данных присутствуют соответственно элементы ввода информации о превышении допустимого уровня помех и элементы вывода информации о результатах классификации.
Выполнение средства обработки мультимедийных данных с возможностью транспонирования мультимедийных данных в безопасный вид означает, что данное средство выполнено с возможностью замещения мультимедийных данных, создающих недопустимые помехи, мультимедийными данными, соответствующими приемлемому уровню помех посредством их перекодирования (например, дополнительного сжатия) или полного блокирования данных на то время, пока их параметры не будут классифицированы как соответствующие приемлемому (безопасному) уровню излучения, посредством ограничения амплитуды, частоты, мощности мультимедийных данных (видеосигнала) или путем замены данных с параметрами, соответствующими недопустимому уровню помех, данными с близкими параметрами, но соответствующими допустимому уровню излучения.
Таким образом, на входах средства обработки мультимедийных данных помимо шины ввода собственно мультимедийных данных присутствуют элементы ввода информации о результатах классификации, то есть признак, по которому в средстве обработки мультимедийных данных производится ограничение параметров или коммутация мультимедийных данных, которые уже после транспонирования (ограничения, коммутации, «вырезания» или замены отдельных участков) поступают на выход блока безопасности, т.е. непосредственно на панель индикации.
Описанное выше выполнение блока безопасности в виде последовательно соединенных средства классификации содержимого и средства обработки мультимедийных данных не исключает возможности их реализации программными средствами в рамках единого видеопроцессора. В этом случае вышесказанное следует интерпретировать как алгоритм его работы.
На фиг.1 показано возможное конструктивное выполнение блока безопасности панели индикации, на фиг.2 приведен пример его схемного выполнения.
Панель индикации 1 (фиг.1) в процессе работы создает помехи в окружающем пространстве (излучение панели обозначено позицией 2). Оно воспринимается антенной 3, и уровень излучения измеряется приемником 4. Питание и мультимедийные данные поступают на панель индикации 1 по кабелю 5, в разрыв которого установлен блок безопасности панели индикации 6. Для измерения уровня помех могут использоваться различные антенны 3, в том числе и расположенные на питающем кабеле 5, где также присутствует составляющая помехи. Выходной сигнал приемника 4 поступает на вход 6 блока безопасности панели индикации 7.
В примере, показанном на фиг.2, блок безопасности панели индикации 7 выполнен в виде последовательно соединенных анализатора спектра 8 и видеопроцессора 9. На вход анализатора спектра 8 поступают мультимедийные данные (видеосигнал) с шины 10. Анализатор спектра 8 выделяет один или несколько параметров видеосигнала (вместо анализатора спектра можно использовать анализатор сигнала иного типа, важно лишь, чтобы этот блок фиксировал параметры сигнала, связанные с уровнем помех, коррелирующие с ним) и эти параметры поступают на вход блока запоминания 11 (выход анализатора спектра 8 соединен шиной 12 с входом блока запоминания 11). Шина 12 соединена также со входом блока сравнения 13, на второй вход которого поступает выходной сигнал блока запоминания 11.
Блок запоминания 11 фиксирует параметры мультимедийных данных в процессе тестирования или настройки (периодически или постоянно) в моменты времени, когда на входе 6 присутствует сигнал, свидетельствующий о превышении допустимого уровня помех. В результате на его выходе присутствует информация о величине параметров мультимедийного сигнала, соответствующих недопустимому уровню помех.
Позицией 14 обозначен формирователь мультимедийных данных, вход которого соединен с шиной 10, а управляющий вход - с выходом блока сравнения 13. На выходе формирователя мультимедийных данных 14 (на шине 15) присутствует сигнал (мультимедийные данные), поступающий на панель индикации 1 и не создающий помех недопустимого уровня в окружающем пространстве. Обеспечивается это тем, что в формирователе мультимедийных данных 14 происходит исключение, замена или просто ограничение видеосигнала в том случае или в те моменты времени, когда блок сравнения 13 фиксирует появление на выходе анализатора спектра 8 сочетаний и/или значений параметров мультимедийных данных, приводящих к превышению допустимого уровня помех.
В изображенном на фиг.2 примере средство классификации содержимого мультимедийных данных образовано элементами 8, 11, 13, а средство обработки мультимедийных данных образовано формирователем мультимедийных данных 14.
Того же результата можно добиться, разместив в блоке безопасности анализатор интенсивности помех, выход которого соединен со входом формирователя мультимедийных данных, выполненного таким образом, что при превышении помехой заданного уровня последний ограничивает поступающий на его второй вход видеосигнал, заменяет отдельные его участки и т.п.
Таким образом, описанный выше блок безопасности монтируется, например, в рассечку информационного канала, по которому на панель индикации поступает компьютерная и видеоинформация. Блок безопасности выполняется со встроенным анализатором спектра и интенсивности помех в заданной области частот, влияющим на соответствующее излучение панели посредством преобразования (транспонирования) «картинки», предназначенной для передачи, в нужном направлении (компрессия по яркости, устранение запрещенных полутонов или сочетаний, разбиение протяженных геометрий картинки незначительными вставками и т.п.) без существенного ухудшения качества изображения, либо подмена изображения на другое при невозможности преобразования даже с ухудшением качества, либо прекращение иным способом функционирования панели, если тестирование ее набором тестовых изображений, генерируемых самим блоком безопасности, показало неприемлемый уровень излучаемых помех во всех случаях и невозможность выработки алгоритма перекодирования изображения с приемлемым качеством на выходе.
Вся информация о поведении панели индикации и спектрах (интенсивности) излучения берется из данных предварительного тестирования, проводимого устройством при каждом включении (перезагрузке) или периодически (при изменении окружающей температуры, напряжения питания в сети и других факторов), причем информация может накапливаться, являясь, по сути, дополнительной диагностической для данной панели в данных условиях эксплуатации. Построение тестов должно обеспечивать достоверное отделение информации об излучении собственно панели от внешних факторов (индустриальных помех).
Следует отметить также, что панель индикации всегда излучает помеху: вопрос в приемлемости уровня помехи, в том, что величина мощности такой помехи должна быть минимизирована в заранее выбранных областях спектра (для которых априорно известно, что можно помешать работе кардиографа, связи службы спасения и т.п.). В этом случае работа устройства (с точки зрения стороннего наблюдателя) сводится к, своего рода, перераспределению энергии помехи из критичных участков спектра в другие, менее опасные.
Измерение спектра помех панели может производиться непрерывно (мониторинг) и превышение уровня мощности в заданных частотных диапазонах (несмотря на мероприятия перекодирования изображения) также может быть поводом к тестированию и принятию решения о функционировании.
С этой целью непрерывно или с некоторой периодичностью с помощью приемника 4 измеряют радиотехнический спектр помех панели индикации 1 и анализируют характеристики (пространственные и цветовые/яркостные) изображения (видеосигнала, в т.ч. закодированного различными способами), причем одним из методов выявления критериев для дальнейшей обработки или адаптации выдеосигнала может быть полученная экспериментально корреляция между уровнем помех и характеристиками демонстрируемого изображения. Кроме этого, конечно, может использоваться априорная информация, данные моделирования и т.п.
При этом изложенное предполагает, что возможен вариант, когда никакое вмешательство в функционирование панели, помимо подмены изображения, невозможно. Как показано выше, в этом случае применение блока безопасности оказывается также эффективным.
Сказанное выше не исключает конструктивного выполнения блока безопасности совместно или в составе панели индикации уже на этапе разработки, так что блок может использоваться в том числе при испытаниях и тестировании панели на излучение помех и при этом использовать фрагмент экрана для демонстрации спектров излучения.