Частота дискретизации (частота отсчетов, выборок) видеосигнала

Телевизионный сигнал яркости, как известно, занимает частот­ную полосу немногим большую 6,0 МГц. Согласно основному крите­рию частота дискретизации сигнала должна вдвое или чуть больше превышать самую высокую частоту его спектра. Это одно условие. Другим условием является то, что частота дискретизации сигнала яркости должна быть одновременно кратна частотам строчных раз­верток международных систем: общеевропейских, имеющих строч­ные частоты 15625 Гц с разложениями 625/50 или с 525/50, и американской системе со строчной частотой 15734,26573 Гц и разло­жением 525/60. Выполнение второго условия очень важно для получения ортогональной неподвижности изображения. Так как верх­няя частота видеосигнала немного превышает 6,0 МГц, то дискре­тизация его может осуществляться с частотами 11,25, или 13,5, или 15,75 МГц. Из данного ряда подходит только 13,5 МГц, единствен­ная, имеющая базовое значение 3,375 МГц, которое кратно часто­там строчных разверток общеевропейских и американской систем.

При частоте дискретизации 13,5 МГц в строке формируется 864 отсчета (из них активных - видимых - 720) при разложении в 625 строк. При разложении в 525 строк при этой же частоте дис­кретизации формируется 858 отсчетов в строке (из них активных также 720). Два числа 864 и 858 близки по значению друг к другу, что позволяет легко реализовать нормативное переключение с общеевропейских систем приема на американскую систему.

Выбранные частоты дискретизации яркостного сигнала -13,5 МГц и цветоразностных сигналов - 6,75 МГц, позволили вве­сти единый международный стандарт цифрового кодирования полного телевизионного видеосигнала.

Уровень отношения сигнал /шум для звукового сигнала в цифровом коде

При преобразовании аналогового звукового сигнала в цифровой отношение сигнал/шум, характеризующее качество звука, непо­средственно зависит от количества бит приходящихся на отсчет. Чем больше бит приходится на один отсчет, или, чем больше бит в кодовом (цифровом) слове, отражающем значение этого отсчета, тем выше отношение сигнал/шум ОСШ и точнее воспроизведение исходного сигнала. Значение отношения сигнал/шум для звукового сигнала представленного в цифровой форме можно вычислить по формуле, дБ:

ОСШ = (6,02 ) + 1,76, (3.4)

где п- количество бит, приходящихся на отсчет (в кодовом слове).

Так, для 15-битового кодового слова значение отношения сиг­нал/шум ОСШ = (6,02x15) + 1,76 = 92,06 дБ, для 20-битового слова ОСШ= 122,16 дБ.

Необходимо отметить, что АЦП для преобразования аналогового звукового сигнала в цифровой обеспечивают отношение сигнал/шум около 100...110 дБ, что является компромиссом между быстродейст­вием, стоимостью АЦП и требуемым уровнем качества звука.

Интерфейс RS 232C

Обычно информация передается по каналу связи последова­тельным способом. В простейшем случае он требует наличия всего двух физических проводников (сигнального и обратного - корпуса).

Имеется несколько стандартов реализации последовательной связи, но самым распространенным является интерфейс RS 232C. Он предполагает использование 25-контактного разъема, в котором каждый контакт предназначен для сигнала, функция и направление передачи которого полностью определены интерфейсом. Напри­мер, контакт 2 назван XMIT DATA (сокращенно X х D) и использует­ся для передачи информации от терминала в модем. Терминал имеет штырьковую, а модем - ответную часть разъема. Описание интерфейса RS 232C выполнено в терминах модема и терминала. В общем, интерфейс RS 232C использует 20 из 25 контактов разъ­ема и предусматривает два канала передачи, хотя всегда на прак­тике используется только один.

Модем и терминал имеют стандартный 25-контактный разъем D-типа. Это означает, что оба конца линии связи предполагают пе­редачу данных через один и тот же контакт, т. е. по единственной линии связи.

Применяются следующие мнемоники сигналов:

АВ - сигнальный общий провод (SG);

СЕ - индикатор звонка (вызова из модема), (RI);

CD - готовность терминала DTR (в модем);

СС - готовность модема DSR (из модема);

В А - передаваемые данные Тх D (в модем);

ВВ - принимаемые данные R x D (из модема);

DA - синхронизация передатчика DTE (в модем);

DB - синхронизация передатчика ТС (из модема);

DD - синхронизация приемника RC (из модема);

СА - запрос передачи RTS (в модем);

СВ - сброс передачи CTS (из модема);

CF - детектор сигнала приемной линии DCD (из модема);

CG - детектор качества сигнала SQ (из модема);

СН - селектор скорости передачи данных (в модем);

CI - селектор скорости передачи данных (из модема);

SBA - вторичные передаваемые данные (STD);

SBB - вторичные принимаемые данные (SRD);

SCA - вторичный запрос передачи (SCTS);

SCD - вторичный сброс передачи;

SCF - детектор сигнала вторичной приемной линии (SRTS)

В простейшем интерфейсе для приемопередающего терминала используются только сигнальный общий провод (АВ), линии пере­даваемых (ВА) и принимаемых данных (ВВ). Однако для перифе­рийного оборудования на одном конце линии может быть затребо­ван управляющий сигнал CTS, который останавливает прием дан­ных из модема и разрешает передачу из терминала. Если этот сиг­нал не формируется приемником на противоположном конце кабе­ля, то соединяются контакты в разъеме, чтобы устройство как бы принимало сигнал квитирования с другого конца. Такое подключе­ние осуществляется на приемопередающих концах и называется автоответом.

Интерфейс RS 232C является последовательным, асинхронным интерфейсом. В нем при асинхронной передаче требуется, чтобы от передатчика в приемник первым был послан стартовый бит, со­общающий о начале передачи информации. После этого переда­ются информационные биты, причем первым передается младший бит, а затем старший. Вслед за информационными битами переда­ется контрольный бит или бит паритета.

Интерфейс RS 232C определяет также электрические характе­ристики сигналов - уровни напряжения, максимальную длину линии связи и скорость передачи данных. Основные его характеристики:

Максимальная длина линии, м 30

Максимальная скорость, бит/с 20000

Уровень логической 1,В -1,5... -36

Уровень логического 0, В + 1,5... +36

Информация в последовательной линии связи представляется в формате без возврата к нулю, т.е. между битами линия не возвраща­ется к состоянию логического 0. Если, например, два соседних бита находятся в состоянии логической 1, то линия остается в этом со­стоянии в течение двух синхроимпульсов.

В интерфейсе RS 232C логическому 0 соответствует уровень на­пряжения +12В, а логической 1 - минус 12В.

Код ASCII (American Standart Code for Information Interchange). Прежде чем передавать информацию по каналу связи между двумя системами, обе системы должны иметь одинаковые скорости обра­ботки и однотипные форматы приемопередачи кодов. Наиболее эф­фективным способом кодирования, который обеспечивает передачу информационных и управляющих кодов между системами, служит 7-битовый Американский стандартный код для обмена информацией.

Однако вместо него в основном используется расширенный код ASCII, который имеет 256 бит. Он включает в себя 128 бит названного кода и еще дополнительно 128 бит, которые ис­пользуются для кодирования букв - символов практически всех евро­пейских алфавитов, символов псевдографики, а также математиче­ских символов. Именно расширенный код ASCII всегда применяется для передачи данных по последовательному каналу, и каждый сим­вол кодируется в нем восьмью битами. Если выбран код ASCII и реа­лизован интерфейс RS 232C, остается определить порядок передачи информации. Этот порядок называется протоколом передачи и оп­ределяет не только порядок передачи кодов-символов, но и порядок работы с управляющими битами, которые необходимы для синхро­низации взаимодействующих систем приемопередачи.

Выводы

В главе рассматриваются некоторые способы модуляции несу­щей и их сравнительная оценка. Как отмечалось в начале главы, амплитудная модуляция в системах телевизионного вещания со спутников не может применяться ввиду ее серьезных недостатков. При передаче телевизионной информации аналоговым способом применяется частотная модуляция, так как она обладает высокой помехоустойчивостью и обеспечивает стабильный уровень сигнала в местах приема. Высокая ее помехоустойчивость объясняется тем, что помехи в канале связи воздействуют в основном на ампли­туду сигнала, а не на частоту, и при приеме при определенных ус­ловиях возможно значительное ослабление уровня шума. Но для реализации своих преимуществ частотная модуляция при передаче требует широкой частотной полосы дорогостоящего спутникового канала, в этом ее основной недостаток.

При передаче информации цифровым способом в системах свя­зи применяется в основном фазовая манипуляция несущей, кото­рая обладает всеми преимуществами частотной модуляции и в то же время свободна от многих недостатков присущих ЧМ.

Для повышения помехоустойчивости данных, передаваемых по каналу связи, вводятся в цифровые слова избыточные биты, но не произвольное количество, а строго закономерное, в соответствии с законом применяемого кодирования. Широко применяются для этих целей коды Хемминга, БЧХ, Рида-Соломона, Голея и бит-перемежение. Кроме названных кодов, относящихся к блоковым, применяются сверточные коды, обеспечивающие непрерывное коди­рование цифрового потока. По спутниковому каналу для передачи

телевизионной информации цифровым способом применяется в ос­новном квадратурная фазовая манипуляция несущей (Quadrature Phase Shift Keying, QPSK), при которой частотная полоса спутникового канала используется более эффективно, чем при двоичной фазо­вой манипуляции (Binary Phase Shift Keying BPSK). А для передачи по кабельной сети при непосредственной "доставке" телевизионных программ потребителю применяется, как более экономная, многопо­зиционная квадратурная амплитудная манипуляции (16-QAM, 32-QAM, 64-QAM и т.д.), в которую транскодируются сигналы QPSK.

Для формирования из аналоговых видеосигналов цифровых осуществляется дискретизация с частотой 13,5 МГц сигнала ярко­сти и с частотой 6,75 МГц - цветноразностных. Выбранная частота дискретизации 13,5 МГц сигнала яркости позволила ввести единый международный стандарт цифрового кодирования полного телеви­зионного видеосигнала, что очень важно для спутниковых систем при ретрансляции глобальных телевизионных передач.

В этой главе рассмотрены так же интерфейс RS 232C и код ASCII, широко применяемые при передаче информации.

Глава 4