Ambilight своими руками

Фоновая подсветка PaintPack — аналог Philips Ambilight на вашем мониторе

Вы наверняка видели современные телевизоры с динамической фоновой подсветкой под названием Ambilight, разработанной компанией Philips. Суть ее работы состоит в подсвечивании пространства за телевизором разными сочетаниями цветов в зависимости от событий, происходящих на экране. Однако за покупку такого телевизора нужно выложить несколько десятков тысяч рублей, поэтому доступна она далеко не каждому.

При этом любителям просмотра фильмов на экране монитора и поклонникам компьютерных игр телевизоры Philips Ambilight не нужны.

Немного истории

Идея создания подсветки для телевизоров впервые была озвучена в 50-х годах прошлого века. Она родилась ввиду того, что картинка на экране воспринимает глазом гораздо лучше, если рядом расположен источник света. В те года роль подсветки была отведена телевизионным лампам.

Яркость экраном, которым оснащались первые модели техники, не отличалась высоким уровнем, что побуждало зрителей наполнять комнату дополнительным освещением. Если же просмотр осуществлялся без должного освещения, человек ощущал усталость, нагрузка на органы зрения значительно возрастала, что неизбежно приводило к плохому самочувствию и головной боли. Производители предложили покупателям компактные лампы, которые излучали рассеянный свет, что повышало комфорт сеансов. Сегодня примитивную технологию заменила продвинутая разработка от известного бренда.

ВИДЕО

Каталоги ссылок на Алиэкспресс на этом сайте:

Стараюсь оставлять ссылки только на проверенные крупные магазины, из которых заказываю сам. Также по первые ссылки ведут по возможности на минимальное количество магазинов, чтобы минимально платить за доставку. Если какие-то ссылки не работают, можно поискать аналогичную железку в каталоге Ардуино модулей . Также проект можно попробовать собрать из компонентов моего набора GyverKIT .

• Купить в РФ, 60 свет/метр, 30 свет/метр
• Купить на Али ссылка, ссылка
• Black PCB / White PCB – цвет подложки ленты, чёрная / белая. В видео была чёрная
• 1m/5m – длина ленты в метрах (чтобы заказать 2 метра, берите два заказа 1m, очевидно)
• 30/60/74/96/100/144 – количество светодиодов на 1 метр ленты. В видео использовалась лента 60 диодов на метр
• IP30 лента без влагозащиты (как на видео)
• IP65 лента покрыта силиконом
• IP67 лента полностью в силиконовом коробе
• Постфикс ECO – лента чуть более низкого качества, меньше меди, на длинной ленте будет сильно проседать яркость

DIY: Универсальный Ambilight для домашней мультимедиа системы — Атмосвет

Для своей первой статьи я выбрал одну из самых успешных своих поделок: HDMI-passthrough аналог Ambilight от Philips, далее я будут называть эту композицию «Атмосвет».

Введение

В интернетах не очень сложно найти готовые/открытые решения и статьи как сделать Амбилайт для монитора/телевизора, если ты выводишь картинку с ПК. Но в моей мультимедиа системе вывод картинки на телевизор c ПК занимает только 5% времени использования, большее кол-во времени я играю с игровых консолей, а значит нужно было придумать что-то свое.

Исходные данные:

• 60″ Плазменный телевизор
• HTPC на базе Asrock Vision 3D 137B
• Xbox 360
• PS3
• PS4
• WiiU

Требование:

Необходимо обеспечить централизованную поддержку Атмосвета для всех устройств подключенных к телевизору.

Реализация

Я не буду рассказывать, как я прикреплял 4.5м светодиодную ленту к телевизору и что нужно сделать с Arduino, в качестве базы можно использовать эту статью.

Единственный нюанс:
Я заметил, что внизу экрана идут странные мерцания, сначала погрешил на сигнал, перековырял дефликер, изменил ресазинг картинки и еще кучу всего перекопал, стало лучше, но от мерцания не помогло. Стал наблюдать. Оказалось, что мерцание было только в конце ленты и то при ярких сценах. Взяв мультиметр, я замерил напряжение на начале, середине и конце ленты и угадал с причиной мерцаний: в начале ленты было 4.9В( да китайский БП дает напряжение с отклонением, это не существенно), в середине 4.5 в конце 4.22 — Падение напряжение слишком существенно, пришлось решить проблему просто — к середине ленты я подвел питание от бп, провод пустил за телевизором. Помогло мгновенно, какие либо мерцания прекратились вообще.

Захватываем картинку вебкамерой

Первая тестовая версия для обкатки идеи и её визуализации была выбрана через захват картинки через вебкамеру) выглядело это как-то так:

Низкая цветопередача и высокий latency показал, что эта реализация не может быть никак использована.

Захват картинки через HDMI

• Сигнал со всех устройств подается на 5in-1out HDMI свитч, который поддерживает HDCP
• Выходной сигнал подается на 1in-2out HDMI splitter, который мало того, что поддерживает HDCP, так еще отключайте его на выходе(слава китайцам).
• Один из выходных сигналов идет на телевизор
• Другой выходной сигнал идет на HDMI to AV конвертер
• S-Video сигнал идет на коробочку захвата от ICONBIT
• Коробочка захвата подключается к вечно работающему HTCP по USB, который подключен к Arduino контроллеру ленте на телевизоре.

• Это работает.
• Сумарно все это дело, заказывая из китая, мне обошлось тысяч в 3-4 тыс. рублей.

Почему я не использовал плату для HDMI захвата? Все просто: самый дешевый вариант и доступный — это Blackmagic Intensity Shuttle, но она не может работать с сигналом 1080p/60fps, только с 1080p/30fps — что не приемлемо, т.к. я не хотел понижать фреймрейт, чтобы можно было захватывать картинку. + это дело стоило в районе 10 тыc. рублей. — что не дешево при неизвестном результате.

Потери на конвертации HDMI to S-video несущественны для захвата цвета в разрешении 46х26 светодиодной подсветки.

Изначально для захвата S-video я пробовал использовать EasyCap( у него много китайских вариаций), но суть в том, что используемый там чип крайне убог, и с ним нельзя работать при помощи openCV.

Единственный минус — выходной сигнал S-Video содержал черные полосы по краям срезающий реальный контент(около 2-5%), выходную картинку с платы захвата я обрезал, чтобы удалить эти полосы, сама потеря изображения в тех областях на практике не сказалась на результате.

Для меня это была самая интересная часть, т.к. с железками я не очень люблю ковыряться.

Для захвата картинки я использовал openCV и в частности его .NET враппер emgu CV.

Я решил также применить несколько разных техник постобработки изображения и его подготовки, прежде чем отдавать список цветов на контроллер.

Процесс обработки фрейма

1. Получение захваченного фрейма

2. Кроп фрейма, для исключения черных полос

Обрезаем 8 пикселей сверху, 8 справа и 18 снизу.(слева полосы нет)

3. Ресайзим фрейм в разрешение подсветки, незачем нам таскать с собой здоровую картинку

Тоже ничего сложного, делаем это средствами openCV:
frame.Resize(LedWidth — 2*LedSideOverEdge,
LedHeight — LedBottomOverEdge — LedTopOverEdge,
INTER.CV_INTER_LINEAR);
Внимательный читатель заметит, обилие переменных. Дело в том, что у меня рамка телевизора достаточно большая, занимая 1 светодиод по бокам, 1 сверху и 3 снизу, поэтому ресайз делается на светодиоды, которые находятся непосредственно напротив дисплея, а углы мы уже дополняем потом. При ресайзинге мы как раз получаем усредненные цвета, которые должны будут иметь пиксели светодиодов.

4. Выполняем мапинг светодиодов с отреcайзенного фрейма

Ну тут тоже все просто, тупо проходим по каждой стороне и последовательно заполняем массив из 136 значений цветом светодиодов. Так вышло, что на текущий момент все остальные операции проще выполнять с массивом светодиодов, чем с фреймом, который тяжелее в обработке. Также на будущее я добавил параметр «глубины» захвата(кол-во пикселей от границы экрана, для усреднения цвета светодиода), но в конечном сетапе, оказалось лучше без неё.

5. Выполняем коррекцию цвета (баланс белого/цветовой баланс)

Стены за телевизором у меня из бруса, брус желтый, поэтому нужно компенсировать желтизну.
var blue = 255.0f/(255.0f + blueLevelFloat)*pixelBuffer[k];
var green = 255.0f/(255.0f + greenLevelFloat)*pixelBuffer[k + 1];
var red = 255.0f/(255.0f + redLevelFloat)*pixelBuffer[k + 2];
Вообще я изначально из исходников какого-то опенсорс редактора взял цветовой баланс, но он не менял белый(белый оставался белым), я поменял формулы немного, опечатался, и получил прям то, что нужно: если level компонента цвета отрицательный(я поинмаю как — этого цвета не хватает), то мы добавляем его интенсивность и наоборот. Для моих стен это получилось: RGB(-30,5,85).

В кореркции цвета я также выполняю выравнивание уровня черного(черный приходит где-то на уровне 13,13,13 по RGB), просто вычитая 13 из каждой компоненты.

6. Выполняем десатурацию (уменьшение насыщенности изображения)

В конечном сетапе, я не использую десатурацию, но может в определенный момент понадобится, фактически это делает цвета более «пастельными», как у Филипсовского амбилайта. Код приводить не буду, мы просто конвертим из RGB -> HSL, уменьшаем компоненту Saturation(насыщенность) и возвращаемся обратно уже в RGB.

7. Дефликер

Так уж выходит, что входное изображение «дрожит» — это следствие конвертации в аналоговый сигнал, как я полагаю. Я сначала пытался решить по своему, потом подсмотрел в исходники Defliker фильтра, используемом в VirtualDub, переписал его на C#(он был на С++), понял, что он не работает, ибо он такое впечталение, что борется с мерцаниями между кадрами, в итоге я совместил свое решение и этот дефликер получив что-то странное, но работающее лучше чем ожидалось. Изначальный дефликер работал только с интенсивностью всего фрейма, мне нужно по каждому светодиоду отдельно. Изначальный дефликер сравнивал изменение интенсивности как суммы, мне больше нравится сравнение длинны вектора цвета, Изначальный дефликер сравнивал дельту изменения интенсивности по сравнению с предыдущим кадром, это не подходит, и я переделал на среднюю величину интенсивности в пределах окна предыдущих кадров. И еще много других мелочей, в результате чего от начального дефликера мало что осталось.
Основная идея: исходя из средней интенсивности предыдущих кадров, выполнять модификацию текущего кадра, если его интенсивность не выше определенного порога (у меня этот порог в конечном сетапе 25), если порог преодолевается, то производится сброс окна, без модификации.
Немного модифицированный (для читаемости вне контекста) код моего дефликера:

Пусть _leds — массив светодиодов класса Color, _ledsOld — значения кадра до конвертации, LedLumWindow — ширина окна предыдущих кадров, для оценки среднего изменения интенсивности, в конечном сетапе окно у меня было 100, что примерно при 30кад/с равняется 3-секундам. _lumData — массив значения интенсивности предыдущих кадров.

В конечном итоге данный механизм дал еще приятные неожиданные последствия на картинку, сложно описать как это воспринимается визуально, но он делает темнее где надо и ярче где надо, словно динамический контраст. Цель дефликера в итоге получилась широкая, не только устранение мерцаний, но и общее уравновешивание выводимого цвета, как и по компонентам, так и по времени в пределах окна.

8. Сглаживание светодиодов по соседям.

Вообще в конечном сетапе, сглаживание мне не очень понравилось, и я его отключил, но в некоторых случаях может пригодиться. Тут мы просто усредняем цвет каждого светодиода по его соседним.

9. Сохраняем текущий стейт, чтобы тред отправки пакетов схватил и отправил его на контроллер подсветки.

Я умышленно разделил процесс обработки кадров и отправки пакетов на контроллер: пакеты отправляются раз в определенный интервал(у меня это 40мс), чтобы ардуино спела обработать предыдущий, ибо чаще чем 30мс она захлебывается, таким образом выходит, что мы не зависим напрямую от частоты кадров захвата и не мешаем тому процессу(а ведь отправка пакета тоже тратит время).

Немного про ардуино

Нельзя просто так взять и отправить по сериалу здоровенный пакет на ардуино, ибо онв ыйдет за пределы дефолтного буфера HardwareSerial и ты потеряешь его конец.
Решается это довольно просто: выставляем значение размера буфера HardwareSerial достаточного размера, чтобы влезал весь отправляемый пакет с массивом цветов, для меня это 410.

Сам софт был реализован в виде win службы, чтобы настраивать все параметры + включать/отключать я сделал Web UI, который связывался с службой через WebService на службе. Итоговый интерфейс на экране мобильника выглядит так:

Сейчас планирую прикрутить голосовое управление через Kinect for Windows подключенном к HTCP.

Результат

В итоге результат оправдал все ожидания, и теперь играя в игры на консолях я получаю еще больше погружения в атмосферу игры.

Как общий результат работы я записал видео с работой атмосвета по моей схеме:

Испытуемый образец 1: Pacific Rim, сцена битвы в Шанхае, этот фильм хорошо подходит для тестирования и демонстрации, много ярких сцен и вспышек, ударов молнии и т.д.:

Испытуемый образец 2: Какой-то ролик из MLP, слитый с ютуба, очень хорошо подходит для теста сцен с яркими цветами(мне понравились полосы), а также быстро сменяющихся сцен(под конец виде можно разглядеть последствия задержки, видных только на видео, при реальном просмотре этого не заметно, пробовал измерить задержку по видео — получилось 10-20мс):

И на последок стоит заметить про потребление ресурсов от HTPC:
HTPC у меня ASRock Vision 3D на i3, служба атмосвета отжирает 5-10% CPU и 32MB RAM.

Статичная LED-подсветка

Первыми шагами к покорению технологии Ambilight на китайском рынке стали различные варианты LED лент, которые работают без привязки к происходящему на экране (т.е. по сути являются статичными). Иначе говоря, это некий аналог новогодней гирлянды, которая приклеивается по принципу пластыря к обратной кромке Вашего телевизора, монитора или проекционного экрана.

При выборе LED ленты важно учесть количество и мощность используемых светодиодов, а также расстояние между ними. Также подобные ленты делятся на открытие и влагозащищенные. Последние отличаются чуть более надежным строением, что несколько уменьшает шансы их выхода из строя при транспортировке и монтаже. В комплекте поставки, как правило, присутствует стандартный адаптер питания и пульт для дистанционного управления режимами работы.

Подобный вариант подсветки носит скорее декоративный характер использования и, откровенно говоря, не очень нам интересен, так как имеет мало общего с технологией Ambilight. Но при этом, мы не можем отрицать его огромную популярность среди пользователей, так как он является наиболее дешевым и простым в установке вариантом. На Алиэкспресс его можно приобрести практически даром, здесь или тут.

Инструкция по установке

При установке любой LED-подсветки, самое важное определиться с её длиной. Примерное соотношение будет таковым:

Экран (в дюймах)	Длина светодиодной ленты
22″ и менее	1 метр
22″ — 32″	до 2-х метров
32″ — 43″	до 3-х метров
43″ — 60″	до 4-х метров
60″ — 70″	до 5-х метров
70″ — 85″	до 5-7 метров
85″ — 100″	до 7-10 метров
100″ и более	около 10 метров

Если не уверенны в том, какой длины лента нужна именно Вам — берите с запасом. Отрезать лишнее при монтаже возможность есть, а вот если светодиодов не хватит, тут уже ничего не поделать.

Сама светодиодная лента крепится на клеевую основу, скрытую под защитной пленкой, таким образом, чтобы в углах находилась контактная линия. При необходимости, по этой же контактной линии можно обрезать излишки, как указано на изображении. Далее к LED ленте подключается блок управления и конечно же блок питания.

Статичная LED-подсветка не требует какой-либо точечной настройки, всё управление осуществляется при помощи ИК-пульта, либо приложения эмулятора. Пользователь может переключить цвет подсветки, настроить порядок цветов и скорость их переключения.

Преимущества светодиодной ленты для телевизора Ambilight

Компания Phillips создала уникальную подсветку собственных телевизоров, которая проецировала происходящее на экране, меняя цвет. Собственная разработка компании поддерживает несколько функций, включая музыкальный режим и однотонное освещение пространства. Дополнительный источник света получил название Ambilight. Из-за популярности новой функции, появилось множество аналоговых решений при просмотре ТВ других компаний. Готовые комплекты с подсветкой включают:

Наличие подсветки телевизора позволит реализовать сложные дизайнерские решения в интерьере, а также увеличит контраст при просмотре фильмов в темной комнате. LED ленту устанавливают в спальных и гостиных комнатах. Для подключения подсветки, обязательно потребуется компьютер или Smart TV телевизор.

Современная динамическая подсветка меняет цветовой оттенок, согласно действиям, происходящим на экране. Также возможен однотонное свечение, когда телевизор находится в спящем режиме. При подсоединении к телевизору или компьютеру, доступен музыкальный режим, в котором цвет меняется в зависимости от такта и жанра музыки. Установленные параметры можно сохранить для дальнейшего пользования.

Делаем ambilight своими руками для телевизора

Патент компании Philips запрещает другим производителям использовать технологию в своих изделиях. Но к счастью, это не касается обычных пользователей. Для своих нужд дома можно без труда сделать такую подсветку для телевизора. И если учесть дешевизну китайских комплектующих и простоту их заказа через интернет, это не потребует больших финансовых вложений.

Варианты реализации

Чтобы реализовать данный проект для телевизора существует несколько способов. Выбор варианта должен опираться не только на финансовые возможности, но и на другие, связанные с оборудованием факторы:

• Подсветка с использованием ПК. Windows-бокс или другой компьютер, установленный рядом с телевизором прекрасно справится с этой задачей.
• Использование андроид приставки. Такой вариант может быть немного проблемный из-за необходимости использования медиаплеера Kodi, который работает не со всем оборудованием.
• Использование микрокомпьютера и устройства захвата видео. Этот вариант самый универсальный и способен обеспечить организацию подсветки от любого источника видеосигнала.

Стоит ли заморачиваться

Фоновая подсветка выглядит очень эффектно, ее однозначно стоит попробовать всем любителям смотреть фильмы или сериалы на большом экране. При использовании Apple TV, для работы с игровыми консолями или просто для беспроблемной работы из коробки выбирайте более дорогое готовое решение.

При этом будьте готовы к ограничениям по максимальному разрешению картинки, отсутствию некоторых режимов с высокой частотой кадров либо отсутствию объемного звука.

В остальных случаях лучше попробовать более доступное и настраиваемое решение на базе телевизионной приставки. Если используете ТВ-бокс на основе Windows-компьютера, получите самую простую и беспроблемную настройку, а вот с боксами на Android придется повозиться с параметрами.

В любом случае получите очень эффектное дополнение для своего телевизора или просто красивую фоновую подсветку для интерьера.

Если же вы не можете идти на указанные компромиссы, не готовы тратить время на подбор настроек и хотите самое беспроблемное решение – выбирайте телевизоры Philips с оригинальной запатентованной технологией.

В закладки