|
СХЕМЫ---->
СХЕМЫ ТЕЛЕВИЗОРОВ СТАТЬЯ №1-50---->
СХЕМЫ ТЕЛЕВИЗОРОВ СТАТЬЯ №51-100
Принимаем стереофоническое звуковое сопровождение.
Система ТВ вещания NICAM.
А. ПЕСКИН, г. Москва
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ
Дискретизация - представление во времени непрерывного аналогового сигнала в виде последовательности его дискретных значений (выборок или отсчетов), следующих через определенные интервалы.
Дифференциальное кодирование - способ кодирования, при котором по каналу связи передают не значения цифрового кода каждого отсчета, а разность между действительным значением текущего отсчета и значением этого же отсчета, предсказанным по предыдущему.
Квантование - округление значения каждого отсчета до ближайшего уровня квантования.
Компандирование - сжатие динамического диапазона сигнала при его передаче и расширение при приеме.
Мультиплексирование - объединение нескольких входных потоков в единый выходной.
Отсчет - единичное значение сигнала, полученное при его дискретизации в выбранный момент времени.
Оцифровка - процедура, в результате которой значение отсчета гкядставляется в виде числа, соответствующего номеру полученного уровня квантования.
Перемежение битов (побитовое перемежение) — перестановка битов, символов и т. п.
Скремблирование (рандомизация, шифрование) - специальная обработка цифрового сигнала путем перестановки битов, сегментов, блоков или добавления мешающих сигналов, например, гюевдослучайной последовательности, после чего приемник перестает принимать его до тех пор, пока этот сигнал не будет подвергнут дескремблированию.
Слово- последовательность битов, соответствующая единице информации в цифровой форме.
Уровень квантования - значение постоянного уровня сигнала каждого отсчета.
Бит четности - бит, служащий для проверки на наличие битовой ошибки путем прибавления одного бита.
До недавнего времени в нашей стране не велось стереофоническое звуковое сопровождение эфирных телевизионных программ, поэтому интерес к системам такого вещания был небольшой. В то же время за рубежом они успешно эксплуатируются. Одна из наиболее популярных среди них — система стереофонического звукового сопровождения телевизионного вещания NICAM (Near Instantaneously Companded Audio Multiplex — почти мгновенно компандированный звуковой сигнал с уплотнением). Она была разработана Британской радиовещательной компанией ВВС (Би-Би-Си) и впервые представлена в МККР в 1987 г. В эксплуатацию она вошла в 1988 г. и сейчас широко используется в Великобритании, Швеции, Дании и других странах Европы как в наземном, так и в спутниковом телевизионном вещании.
Так как "Первый канал" телевизионного вещания начал вести стереофоническое звуковое сопровождение ряда своих передач именно по этой системе, следует ознакомить читателя с принципами формирования сигнала NICAM, его передачи и приема по радиочастотным стандартам В, G, Н, I, а также с конкретными схемами декодеров сигнала телевизионных приемников. Поскольку в системе обеспечивается передача с суммарной скоростью 728 кбит/с, то в литературе ее чаще называют NICAM-728 [1—4].
С 14 ноября 2003 г. "Первый канал"российского телевидения начал регулярно передавать ряд программ со стереофоническим звуковым сопровождением. Они отмечены на изображении специальным значком в виде наложенных со смещением один на другой двух стилизованных экранов телевизоров. Конечно, сохранилась и передача монофонического звукового сигнала.
Такое вещание стало возможным в связи с вводом на Останкинской телебашне нового передатчика взамен старого, работавшего с 1967 г. — со дня начала вещания из телецентра в Останкине. Старый передатчик пока будут использовать в качестве резервного.
Жители Москвы и Подмосковья могут принимать стереозвук, если их телевизоры оснащены демодуляторами — декодерами сигнала NICAM, передаваемого способом фазовой модуляции DQPSK на поднесущей частоте 5,85 МГц. Напомним, что разнос между несущими частотами изображения и обычного монофонического звука в радиоканалах равен 6,5 МГц, как предусмотрено в используемых у нас стандартах D (на MB) и К (на ДМВ).
О том, как формируется, передается и принимается сигнал стереофонического звукового сопровождения NICAM рассказано в этой и последующих частях публикуемого материала.
В соответствии с Рекомендацией 707 МККР систему применяют в тех случаях, когда в наземные телевизионные устройства совместно с передачей аналогового видеосигнала дополнительно требуется ввести цифровой звук. Для его передачи используют две несущие частоты (рис. 1),
основная из которых fз.осн модулируется, как обычно, по частоте аналоговым монофоническим сигналом звукового сопровождения телевизионных программ, а дополнительная fз.доп —цифровым стереофоническим сигналом звука NICAM. Значения несущих звука отстоят от несущих изображения fиз на 5,5 (основная) и 5,85 (дополнительная) МГц для стандартов В, G, Н и на 6 и 6,552 МГц для стандарта I. На этой одной несущей NICAM обеспечивается передача двух высококачественных звуковых сигналов каналов L (левый) и R (правый). Несущая звука
NICAM в стандартах В, G, Н, I расположена по частоте чуть выше несущей обыч
ного звука, но в пределах полосы частот радиоканала. Основные параметры системы NICAM указаны в таблице.
Принцип формирования сигнала системы NICAM рассмотрим по упрощенной структурной схеме передатчика, показанной на рис. 2.
Перед подачей из каналов L и R аналоговых звуковых сигналов на мультиплексированный АЦП в каждый из них вводят предыскажения. Они необходимы в соответствии с международными стандартами (Рекомендация J. 17 МККТТ), чтобы обеспечить некоторый подъем ВЧ составляющих сигналов. Предыскажения позволяют уменьшить уровень шумов, которые расположены преимущественно в этом интервале. В приемнике соотношение НЧ и ВЧ составляющих восстанавливается цепями коррекции предыскажений, уменьшающими амплитуду ВЧ составляющих.
Известно, что для получения высокого качества звучания домашней аппаратуры вполне достаточно полосы звуковых частот 15 кГц. Отсюда следует, что минимальная частота дискретизации (выборки) при преобразовании аналогового звукового сигнала в цифровой должна быть равна удвоенному значению верхней звуковой частоты, т. е. 30 кГц. Однако на практике для предотвращения наложения спектров сигналов и связанных с этим искажений используют чуть более высокую частоту выборки — 32 кГц.
Выборка в сигналах L и R происходит одновременно, после чего в АЦП группа из трех отсчетов сигнала L преобразуется в 14-битовое кодированное слово, вслед за которым следует такая же группа отсчетов сигнала R, затем опять слово L и т. д. поочередно. Выходной сигнал АЦП состоит из последовательно следующих сегментов данных, представляющих собой группы из 32 отсчетов каждого канала. 14-битовая оцифровка сигналов позволяет получить большое число уровней квантования (16384), что вполне приемлемо для высококачественного воспроизведения звука.
При упомянутых условиях оцифровки сигналов с частотой выборки 32 кГц требуется довольно большая скорость передачи данных и, следовательно, очень широкая полоса частот, которая никак не вписывается в полосу частот радиоканала. Поэтому на
практике используют почти мгновенное цифровое компандирование (на что и указывает название системы), которое позволяет уменьшить число битов на отсчет с 14 до 10 и битовую скорость передачи данных без ухудшения качества воспроизводимого сигнала.
Способ цифрового компандирования основан на том, что значение каждого бита двоичного кода зависит от уровня сигнала звука, который в каждый момент представляет собой конкретный кодированный отсчет. Так, при громких звуках, т. е. при больших амплитудах сигнала, влияние младших битов весьма мало и ими можно пренебречь. При тихих звуках (значения отсчетов не превышают 100...200 мкВ) младшими битами пренебрегать нельзя.
Следовательно, цифровой компандер NICAM превращает 14-битовый код в 10-битовый: для слабых сигналов сохранены исходные 14-битовые отсчеты, а для сигналов с большим уровнем отброшены от одного до четырех младших битов.
Для более эффективного компандирования в ряде случаев исключают и некоторые старшие биты. Например, 13-й бит будет исключен, если он совпадает с 14-м; 12-й бит — при совпадении и с 13-м, и с 14-м и т. д. 14-й бит присутствует всегда, так как он указывает на полярность сигнала. При удалении старших битов в системе предусмотрен способ их восстановления в приемнике, называемый кодированием с масштабным множителем. Он представляет собой трехбитовый код, сообщающий приемнику число исключенных старших битов
для их последующего восстановления.
Следующий этап обработки сигнала заключается в добавлении к коду каждого отсчета бита четности и образовании 11 -битового кода. Бит четности необходим для проверки шести старших битов на присутствие в них ошибки.
На выходе устройства добавления битов четности из 32-х 11 -битовых отсчетов L1—L32 (в канале L) и R1— R32 (в канале R) формируются группы, называемые сегментами (рис. 3), которые поступают сначала на формирователь блоков, а затем — на циклообразующий мультиплексор. Перед формированием циклов (кадров, фреймов) поток данных организуется в 704-битовые блоки данных, каждый из которых содержит два
сегмента (по одному от каждого канала), причем блоки мультиплексируются так, как это показано на рис. 4.
Перед каждым блоком звуковых данных размещают дополнительные 24 бита информации, необходимые для синхронизации и управления (рис. 5).
Слово цикловой синхронизации синхронизирует приемник NICAM телевизора и всегда имеет значение 01001110, а биты С0—С4 нужны для управления и синхронизации декодера, причем бит С0 называют флагом цикла.
Далее применяют побитовое перемежение. Оно требуется для минимизации битовых ошибок (пакетов ошибок), которые вызываются шумами и помехами и могут исказить несколько соседних битов. Устройство побитового перемежения отделяет смежные биты один от другого на 16 тактов
синхронизации (т. е. между ними расположено 15 других битов). Поэтому, так как пакет ошибок обычно не превышает 16 битов (а это наиболее вероятно), в телевизоре он будет рассредоточен по различным отсчетам в виде одиночных битовых ошибок, а это практически не влияет на качество звука.
Устройство побитового перемежения содержит ОЗУ, куда вначале записываются данные 704-битового блока, а затем они считываются из него в указанной выше последовательности. Порядок считывания сохраняется в ПЗУ, называемом иначе датчиком последовательности адресов. Подобное же ПЗУ использовано в телевизоре для восстановления там исходной битовой последовательности.
Для того чтобы сигнал воспринимался как случайный, т. е. имел равномерное распределение энергии, и чтобы уменьшить влияние на сигнал звука NICAM обычного звукового сигнала со стороны частотного модулятора, поток
битов проходит на устройство скремблирования. Очевидно, что скремблированию не подвергаются биты слова цикловой синхронизации. В телевизоре выполняется обратная процедура, называемая дескремблированием битов звуковых данных, для восстановления их в первоначальном виде.
В системе NICAM для передачи цифрового сигнала по радиоканалу применен метод фазовой манипуляции несущей звука QPSK (Quadrature Phase Shift Keying — квадратурная фазовая манипуляция). Однако скремблированный поток цифровых звукоданных перед подачей на модулятор подвергается дифференциальному кодированию, поэтому манипуляция носит еще и название дифференциальной (Differential) — DQPSK. Это нужно для того, чтобы в телевизоре можно было бы использовать не только синхронную демодуляцию, но и более простую — разностную.
Фазовая манипуляция — наиболее экономичный вид модуляции, при которой частота несущей остается постоянной, в то время как ее фаза изменяется в соответствии с состоянием битов данных. Квадратурная фазовая манипуляция, называемая также четырехпозиционной, имеет четыре значения фазы: 45°, 135°, 225° и 315°. Для их получения сначала фазу несущей сдвигают на 90° и формируют два находящихся в квадратуре сигнала данных: I и Q. В результате создается сигнал с результирующей фазой 45°. Затем для формирования остальных результирующих векторов эти оба сигнала подвергают изменению фазы на 180° (рис. 6).
Каждый из векторов может быть представлен двумя битами двоичного числа:
00 — 0° (изменений фазы нет);
01 — изменение фазы на -90°;
10 — изменение фазы на -270°;
11 — изменение фазы на -180°.
Следовательно, представленные битовые комбинации изменяют фазу несущей на различные углы по отношению к фазе предыдущего сигнала, как это показано на временной диаграмме рис. 7.
Для обеспечения такой манипуляции фазы предусмотрено преобразование последовательного потока цифровых звукоданных в параллельный двухбитовый формат. В результате битовая скорость передачи снижается в два раза, что приводит к сужению полосы частот, занимаемых сигналом.
Модулированный сигнал DQPSK и частотно-модулированный сигнал монозвука поступают на преобразователь частоты, где они переносятся на заданную несущую частоту. ВЧ сигнал усиливается и излучается антенной.
ЛИТЕРАТУРА
1. ISO/IEC 958. Digital Audio Interface.
2. Радиовещание и электроакустика: Учебник для ВУЗов/С. И. Алябьев, А. В. Выходец, Р. Е. Гермер и др./Под ред. Ю. А. Ковалгина. — М.: Радио и связь, 2000.
3. Ковалгин Ю. Цифровые системы радиовещания и сопровождения телевидения. Ч. II. — Broadcasting, 2002, № 4(24), с. 60—63.
4. Ибрагим К. Ф. Телевизионные приемники. — М.: Мир, 2000.
Радио №1 2004
|
