Принципы цифрового кодирования телевизионного и звукового сигналов. Способы модуляции, используемые в телевидении. Преобразование данных и сигналов в передатчике и приемнике стандарта DVB-T. Разработка и моделирование алгоритма работы канального декодера.
Аннотация к работе
В настоящее время переход отечественной телевизионной техники на цифровой формат является весьма актуальным, планируется перевести все вещание к цифровой форме до 2015 год. В мировой практике ТВ вещания уже функционируют три основных системы DVB-T (Великобритания), ATSC (США) и ISDB-T (Япония), которые разрабатывались для одновременной передачи данных различных служб. Так для телевидения высокой четкости требуется большая скорость потока передаваемых данных; для служб звукового вещания и передачи, данных основное требование - мобильный прием на портативные переносные приемники в условиях одночастотных сетей. Такой переход с экономической точки зрения позволяет более эффективно использовать разрешенную ширину спектра сигнала, что удовлетворяет требованиям увеличения числа одновременно транслируемых телевизионных и радиовещательных программ при том же частотном распределении спектра.Процесс цифрового кодирования аналогового ТВ сигнала начинается с его дискретизации, которая представляет собой замену непрерывного аналогового сигнала U(t) последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Современный прогресс технологии интегральных микросхем позволил начать промышленный выпуск 10-разрядных АЦП и ЦАП для кодирования и декодирования ТВ сигналов, что дает возможность разработчикам студийной ТВ аппаратуры особо высокого класса качества перейти от 8-разрядного к 10-разрядому кодированию. Стандарты, разрабатываемые в рамках Project DVB, применяются в системах цифрового аудио и видеовещания и передачи данных по спутниковым, кабельным и наземным сетям и определяют соответствующие системные рекомендации для кабельного (DVB-C), наземного (DVB-T) и спутникового (DVB-S) ТВ вещания, а также для микроволнового многоточечного распределения DVB-MC-системы мм диапазона, работающие на частотах менее 10 ГГЦ; DVB-MS-системы мм диапазона, работающие на частотах, превышающих 10 ГГЦ. Подобно квадратурной модуляции, способ OFDM использует ортогональные несущие, но в отличие от квадратурной модуляции частоты этих несущих не являются одинаковыми, они расположены в некотором диапазоне частот, отведенном для передачи данных путем модуляции и кратны некоторой основной частоте, в данном случае ?0. Для передачи данных даже в системе ТВЧ достаточно скорости потока данных 20 Мбит/с (с учетом применения компрессии), в этом случае за 1 мс (время одного символа) должно быть передано 20 Кбит, что дает меньше 3 битов на одну несущую за время одного символа.Отфильтрованные сигналы поступают в перемножители (амплитудные модуляторы), на опорные входы которых подаются сигналы высокой частоты, (первая промежуточной с частотой F0 = 80 МГЦ) превышающие верхнюю частоту Fv примерно на порядок, сдвинутые по фазе на 90 град. На выходах перемножителей формируются два ВЧ сигнала с одной частотой, но с разными огибающими, амплитуда и фаза которых несут информацию о сигналах I’ и Q’ Сигналы ВЧ складываются в выходном сумматоре и далее поступают на двухкаскадный смеситель, обеспечивающий перенос спектра сигналов I’ и Q’ на несущую передатчика; последний сигнал передается на спутник связи. Учитывая, что для формирования излучаемого сигнала на частоте выбранного канала (что будет сделано ниже) модуляцию приходится выполнять сначала на промежуточной частоте, а затем прибегать к преобразованию частоты, то есть к переносу спектра сигнала в полосу частот выбранного канала вещания, оптимальное решение представляет собой комбинацию алгоритмов цифровых и аналоговых преобразований сигналов. Если попытаться максимальное количество действий выполнить в комплексной форме (а для этого есть основания, поскольку для операций с комплексными колебаниями разработано много быстрых алгоритмов), то сигнал несущей с номером к и частотой fk, модулированной символом ск, может быть записан в виде вещественной части произведения комплексного модуляционного символа ск и комплексной экспоненты, или комплексного колебания с частотой fk. При очень большом числе несущих (например, при нескольких тысячах), при прямом аппаратурном формировании сигнала OFDM нам бы потребовались огромные схемотехнические затраты в виде тысяч генераторов и модуляторов в передатчике и такого же числа детекторов в приемнике.По рисунку 27 можно определить вероятность ошибки при передачи информации при определенном значении сигнал/шум, т.е допустим при вероятности ошибки 10~3 при модуляции типа 16-QAM имеем отношение сигнал/шум = 10DB, для 64-QAM 15DB. Заметно, что без введения избыточности, количество ошибок возрастает, и если с избыточностью количество ошибок при отношении сигнал/шум 10 DB был прием, то сейчас можно наблюдать вероятность ошибки на приемной стороне. При дальнейшем уменьшении значения сигнал шум качество картинки уменьшается значительно, а при значении сигнал/шум = 30 DB практически не изменяется, откуда следует вывод, что линейная интерполяция корректирующего коэффициента мало эффективна, при приеме добавочных сигналов.