Исследование кодеров и декодеров совместимых систем цтв secam-3b и pal лабораторный практикум




старонка1/5
Дата канвертавання26.04.2016
Памер0.99 Mb.
  1   2   3   4   5


Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

(ТУСУР)
Кафедра телевидения и управления

(ТУ)

УТВЕРЖДАЮ



Заведующий кафедрой ТУ, профессор

_________________И.Н. Пустынский

«______»___________________2012 г.

ИССЛЕДОВАНИЕ КОДЕРОВ И ДЕКОДЕРОВ СОВМЕСТИМЫХ СИСТЕМ ЦТВ SECAM-3B И PAL


Лабораторный практикум

РАЗРАБОТАЛИ

_________________М. И. Курячий

_________________А. Г. Костевич

_________________И. В. Гальчук

«______»________________2012 г.

2012

Гальчук И.В., Костевич А.Г., Курячий М.И. Исследование кодеров и декодеров совместимых систем ЦТВ SECAM-3B и PAL: Лабораторный практикум. – Томск: кафедра ТУ, ТУСУР, 2012. – 122 с.

© Гальчук И.В., Костевич А.Г., Курячий М.И., 2012

© Кафедра телевидения и управления, ТУСУР, 2012



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ


1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОДЕРА И ДЕКОДЕРА

СИСТЕМЫ SECAM-3B

1.1 Описание системы SECAM-3B

1.2 Описание кодера

1.3 Описание декодера

1.4. Классификация искажений телевизионного сигнала

в системе SECAM-3B

1.5. Телевизионный стандарт и чёткость изображения

1.6. Чёткость в насыщенных цветах

1.6.1. Чёткость по горизонтали

1.6.2. Чёткость по вертикали

1.7. Допуски на весь вещательный тракт

совместимой системы ЦТВ SECAM-3B

1.7.1. Допуски на кодер и его звенья

1.7.2 Допуск на декодер и его звенья

2 ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ

3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ КОДЕРА И ДЕКОДЕРА СИСТЕМЫ PAL

1.1. Описание системы ЦТВ PAL

1.2. Работа кодера по функциональной схеме

1.3. Работа декодера по функциональной схеме

1.4. Характерные искажения сигналов,

возникающие в системе PAL

1.4.1. Общая классификация искажений

1.4.2. Отбор типов искажений для программного моделирования

1.5. Цифровая реализация декодера PAL

1.5.1. Блок повышения качества изображения

1.5.2. Видеопроцессор

1.5.3. Процессор PAL

2. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ МОДУЛЕЙ

2.1. Программный модуль "FNC.mcd"

2.2. Программный модуль "POL_F.mcd"

2.3. Программный модуль "REJ_F.mcd"

2.4. Программный модуль "PAL1.mcd"

2.5. Программный модуль "PAL2.mcd"

2.6. Программный модуль "PAL3.mcd"

2.7. Программный модуль "PAL4.mcd"

2.8. Программный модуль "PAL5.mcd"

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Практикум состоит из двух лабораторных работ:

– Работа №1:

"Исследование кодера и декодера совместимой системы ЦТВ SECAM-3B".

– Работа №2:

"Исследование кодера и декодера совместимой системы ЦТВ PAL".

Обе работы выполняются в интерактивной среде математического моделирования MathCAD. Для их выполнения необходим компьютер, удовлетворяющий следующим минимальным требованиям:

– процессор Intel Pentium с частотой 200 МГц;

– объём оперативной памяти 32 Мб;

– среда математического моделирования MathCAD версии 6.0 PLUS (необходима версия, "понимающая" программные инструкции, т.е. версия с приставкой PLUS или PRO – professional).

– для просмотра в электронном виде данного описания лабораторных работ необходим текстовый редактор MS Word версии 8(97).

Каждая работа имеет теоретическую часть, описывающую основные понятия. Однако перед её прочтением следует прочитать дополнительную литературу по теме выполняемой работы. Полученные таким образом знания необходимо будет применить как при выполнении практической части работы, так и при составлении выводов.

Кроме теоретической части каждая работа имеет описание программного обеспечения и правил его использования. Есть и практическая часть, описывающая задания, а также порядок и методы их выполнения. Перед выполнение практической части следует внимательно и полностью её прочесть и прояснить для себя все непонятные моменты.

1 ИССЛЕДОВАНИЕ КОДЕРА И ДЕКОДЕРА СИСТЕМЫ SECAM-3B

Целью данной работы является изучение процессов кодирования – декодирования телевизионного сигнала в совместимой системе цветного телевидения (ЦТВ) SECAM-3B, изучение основных параметров совместимой системы SECAM-3B, изучение характерных искажений телевизионного сигнала, возникающих в системе.

1.1 Описание системы SECAM-3B

Система SECAM-3B (от французского Séquentiel couleurs á mémoire – последовательная передача цветов с запоминанием) совместима с черно-белой системой, то есть чёрно-белые телевизоры будут принимать и воспроизводить в чёрно-белом виде передачи цветного телевидения, а цветные телевизоры будут принимать и воспроизводить в чёрно-белом виде передачи чёрно-белого телевидения.

Отличительной особенностью SECAM-3B от других систем является поочередная передача через строку двух цветоразностных сигналов (красного ER-Y и синего EB-Y) на частоте модуляции (ЧМ) поднесущей при непрерывной передаче сигнала яркости. Так как полоса пропускания телевизионного канала составляет 8 МГц, а ширина спектра сигнала яркости EY составляет 6 МГц, то при этом возникает проблема передачи цветоразностных сигналов ER-Y и EB-Y, ширина спектра которых составляет 1,5 МГц. При исследовании спектра яркостного сигнала было обнаружено, что спектр дискретный, а основная энергия спектра сосредоточена в низкочастотной области (до 2,5 МГц). Исходя из этого, было предложено передавать цветоразностные сигналы в спектре яркостного сигнала на вспомогательных цветовых поднесущих методом частотной модуляции (см. рис. 1.1).

Поскольку модулировать по частоте одну поднесущую одновременно двумя цветоразностными сигналами невозможно, то было предложено передавать сигналы поочередно через строку. При этом каждый сигнал модулирует по частоте свою поднесущую, а сами поднесущие частоты отличаются между собой на десять значений строчной частоты:



F0R = 282Fстр = 4,40625 МГц ;

F0B = 272Fстр = 4,25 МГц .

Кроме того, для повышения помехоустойчивости в передающую часть системы введены блоки предыскажений цветоразностных сигналов до и после модуляции по частоте, а в приемную часть, соответственно, блоки коррекции предыскажений.

Рис. 1.1 – Спектр телевизионного сигнала в системе SECAM,

f0R = fИЗ + F0R,

f0B = fИЗ + F0B

В отличие от системы NTSC система SECAM практически исключает фазовые искажения за счет применения частотной модуляции, а также перекрестные искажения между сигналами цветности и связанные с ними искажения цветового тона, так как сигналы цветности передаются в разные моменты времени.



1.2 Описание кодера

Структурная схема передающей части системы SECAM показана на рис. 1.2. Сигналы основных цветов Er, Eg, Eb с выхода камерного канала поступают на матрицу, формирующую яркостный ЕY и цветоразностные ЕR-Y и ЕB-Y сигналы. Для модуляции в системе SECAM-3B используют сигналы DR и DB, линейно связанные с цветоразностными сигналами ER-Y и EB-Y следующими соотношениями:



DR = – kRER-Y = – 1,9ER-Y;

DB = kBEB-Y = 1,5EB-Y

(1.1)


Необходимость такого преобразования объясняется тем, что при передаче телевизионного сигнала с 75% яркостью и 100% насыщенностью экстремальные значения сигналов ER-Y и EB-Y разные, и поэтому, чтобы сигналы были равные (создавали номинальные величины девиации частоты), вводят сигналы DR и DB. Перед коэффициентом kR вводится знак минус, что означает изменение полярности сигнала ER-Y на противоположную. Статистические исследования показывают, что в большинстве сюжетов преобладают положительные значения сигнала ER-Y и отрицательные значения сигнала EB-Y. Смена полярности сигнала ER-Y при частотной модуляции приводит к отклонению поднесущей от номинального значения в сторону уменьшения частоты, тем самым повышается устойчивость системы к ограничению верхней боковой полосы передаваемых частот, которое иногда возникает в канале связи.


Спектр частот цветоразностных сигналов [6] должен быть ограничен фильтром нижних частот с затуханием не более 3 дБ на частоте 1.3 МГц, не менее 30 дБ на частотах 3 МГц и выше и не менее 40 дБ на частотах 3.8 МГц и выше. При этом отклонение АЧХ и ФЧХ от номинального значения не должно превышать ±0.5 дБ в диапазоне частот от 0.1 МГц до 0.5 МГц и ±1дБ в диапазоне частот до 1.3 МГц.

Ограниченные по полосе (0 – 1,5) МГц в фильтрах низких частот (ФНЧ), сигналы подвергаются аналогово-цифровому преобразованию (АЦП). АЦП цветоразностных сигналов формирует восьмиразрядную последовательность при частоте дискретизации 6,75 МГц. Для кодирования сигналов цветности отводятся уровни с 16 по 240, причем нулевой сигнал передается уровнем 128.

После АЦП сигналы DR и DB, поступают на электронный коммутатор (ЭК), который управляется сигналом с частотой, равной половине строчной частоты. Электронный коммутатор формирует последовательную передачу сигналов DR и DB от строки к строке. Оба сигнала до модуляции ими поднесущей частоты должны быть подвергнуты предварительной низкочастотной коррекции путем пропускания через цепь низкочастотных предыскажений. Поэтому с коммутатора каждый из сигналов поступает на цифровую цепь низкочастотных предыскажений (НПИ), где происходит увеличение амплитуды высокочастотной составляющей модулирующего сигнала (см. рис. 1.3).

Необходимость предыскажений сигналов в данном случае можно объяснить следующим образом. При частотной модуляции (ЧМ) высокая помехоустойчивость может быть достигнута только при достаточно больших значениях индекса ЧМ.

Рис. 1.3 – АЧХ цепи низкочастотных предыскажений

Индекс частотной модуляции m определяется следующим образом:



где fдевдевиация частоты поднесущей;



F – максимальная частота спектра модулирующего колебания.

В системе SECAM, если не принять специальных мер, помехоустойчивость при приеме цветоразностных сигналов будет не достаточно высокой, т.е. при приеме сигналов шумовые помехи, проникающие на экран приёмного устройства (телевизора) через канал цветности, будут сильно искажать изображение.

Можно повысить помехоустойчивость при приеме цветоразностных сигналов, не прибегая к увеличению индекса ЧМ и не расширяя спектр. Это связано с применением частотных предыскажений передаваемых сигналов и последующей их коррекцией в приёмном устройстве. Принцип действия частотных предыскажений основан на особенностях воздействия помех на ЧМ сигнал.

Если измерить спектральное распределение энергии флуктуационных помех на выходе частотного детектора, то они при графическом изображении будет иметь вид треугольника, т.е. спектральные составляющие шумовой помехи, частота которых близка к частоте несущей, вызывают малую помеху на выходе частотного детектора, а спектральные составляющие, приходящиеся на границы полосы пропускания, оказывают наиболее мешающее действие.

Треугольное распределение энергии помехи в спектре сигналов цветности системы СЕКАМ позволяет следующим образом повысить помехоустойчивость – цветоразностные сигналы в кодирующем устройстве подвергаются предварительной частотной коррекции (предыскажениям).

Таким образом, увеличивается отношение сигнал-помеха на верхних модулируемых частотах за счет увеличения глубины модуляции, так как энергия высокочастотных составляющих спектра сигнала значительно меньше энергии низкочастотных составляющих. Значения номинальной АЧХ цепи НПИ приведены в таблице 1.1, при этом математический закон низкочастотных предыскажений цветоразностных сигналов выражается следующей зависимостью (выражение для комплексного относительного коэффициента передачи напряжения устройства предыскажений сигналов цветности):



Aнпи(f) =,

(1.2)

где F – текущая частота в кГц;

F1 = 85 кГц;

K = 3 – коэффициент передачи напряжения на ВЧ.

Таблица 1.1 – Значения АЧХ цепи НПИ.



Частота, кГц

Амплитуда, дБ

Частота, кГц

Амплитуда, дБ

Частота, кГц

Амплитуда, дБ

10

0.1

200

6.1

1200

8.3

20

0.2

250

6.9

1300

7.8

30

0.5

300

7.5

1400

7.2

40

0.8

400

8.3

1500

6.2

50

1.1

500

8.7

1600

4.9

60

1.5

600

8.9

1700

3.1

70

1.9

700

9.1

1800

0.5

80

2.4

800

9.1

1850

–3.0

90

2.8

900

9.0

3500

–20.5

100

3.2

1000







150

4.9

1100







Передаточная функция цифровой цепи НПИ имеет вид [1]:



(1.3)

Сигнал на выходе цифрового фильтра определяется при помощи разностного уравнения, которое имеет вид:



(1.4)

Поскольку предыскажениям подвергается немодулированный (низкочастотный) сигнал цветности, данный вид предыскажений называется низкочастотным. Цветоразностные сигналы на выходе цифровой цепи низкочастотных предыскажений представлены на рис. 1.4.

Рис. 1.4 – Цветоразностные сигналы после низкочастотных ограничений

После предыскажений выигрыш на высокой частоте составляет 9 дБ, что приводит к расширению динамического диапазона сигнала в 3 раза (в цифровом сигнале это приведет к увеличению количества уровней квантования до 326 и 268, т.е. к увеличению разрядности с 9 до 11), а это недопустимо, так как девиация поднесущей частоты также увеличится в три раза. Поэтому, чтобы не было превышения величины предельной девиации, амплитудные выбросы, обусловленные предыскажениями сигналов цветности, частично срезаются ограничителем амплитуды (ОГР). Из-за ограничения амплитуды на передающей стороне теряется часть высокочастотных составляющих сигналов DR и DB, которые не восстанавливаются в приемной части (см. рис. 1.5).

Девиация частот при передаче телевизионного сигнала с 75% яркостью и 100% насыщенностью для красного сигнала цветности DR составляет 280 кГц, для синего DB 230 кГц. Девиация частоты для сигнала DR выбрана большей, чем для сигнала DB, что приводит к некоторому снижению шумов при воспроизведении красного цвета, где восприятие шума, по сравнению с шумом в синем цвете больше. Экстремальные значения девиации, достигаемые на выбросах в сигналах DR и DB должны быть равны:

FR = –506 ... +350 кГц;

FB = –350 ... +506 кГц

(1.5)

В результате, изменение поднесущей частоты как для сигнала DR так и для DB происходит в пределах диапазона от 3,9 МГц до 4,756 МГц.

Рис. 1.5 – Цветоразностные сигналы после ограничения уровней

Следует учесть, что уровни ограничения красного и синего сигналов разные. Кроме того, сигналы DR и DB должны модулировать разные поднесущие FOR = 4,40625 МГц и F = 4,25 МГц соответственно. Поэтому необходимо изменять от строки к строке уровни ограничения ограничителя и опорную частоту ЧМГ.

Относительные уровни ограничения определяются отношением экстремальных значений девиации частоты к номинальным значениям:



Необходимость периодического изменения уровней ограничения сигналов и крутизны модуляционной характеристики модулятора отпадает, если обоим сигналам формально приписать одинаковые значения номинальных девиаций частоты, например f0 = fR = fB = 230 кГц. Их различие, определяемое соотношением fR/fB = 1,22 , можно компенсировать соответствующим изменением соотношения между номинальными размахами цветоразностных сигналов DR и DB, например увеличением коэффициента компрессии kR = –1,9  1,22 = –2,3 при сохранении kB = 1,5. При этом в сигнал необходимо ввести прямоугольный импульс с относительным размахом:



Полученное значение соответствует разности номинальных значений частот цветовых поднесущих. В этом случае относительные уровни ограничения сигналов DR совпадают с соответствующими уровнями сигналов DB:



После ограничения сигнал поступает на частотно-модулируемый генератор (ЧМГ). Генератор представляет собой цифровое устройство прямого синтеза поднесущих частот. Частота выходного сигнала генератора определяется уровнем входного цветоразностного сигнала DR или DB. Однако дискретизация сигналов DR и DB осуществляется на частоте 6,75 МГц, но эта частота не пригодна для формирования цифровой поднесущей. Поэтому перед подачей на цифровой частотно-модулируемый генератор цветоразностные сигналы должны быть подвергнуты интерполяции, повышающей частоту дискретизации модулирующего сигнала цифрового ЧМГ до 13,5 МГц. На выходе частотно-модулируемого генератора формируется девятиразрядный двоичный код синусоидального частотно-модулируемого сигнала. Частота поднесущей и фаза выходного сигнала ЧМГ изменяются в соответствии с законом, принятым в системе SECAM.

После частотной модуляции сигналы подвергаются высокочастотным предыскажениям (ВПИ). Цель ВПИ повысить помехоустойчивость и ослабить влияние поднесущей на черно-белое изображение. Действие высокочастотных предыскажений заключается в увеличении амплитуд боковых колебаний поднесущей по мере роста ее девиации относительно своего центрального значения. Математически закон высокочастотных предыскажений сигнала цветности выражается зависимостью:

,

(1.6)

где АВПИ(f) – комплексный относительный коэффициент передачи напряжения устройства предыскажений сигналов цветности;

К1 =16; К2 =1,26;

– относительная расстройка;

f0 = 4,286 МГц.

Передаточная функция цифровой цепи высокочастотных предыскажений имеет вид:





(1.7)

Значения номинальной АЧХ цепи высокочастотных предыскажений приведены в таблице 1.2. Следует отметить, что отклонения от номинальной кривой, не должны превышать ±0,5 дБ, а отклонения частоты настройки цепи f0 от номинального значения 4,286 МГц не должны превышать ±20 кГц.

Размах цветовой поднесущей на частоте минимума коэффициента передачи цепи ВПИ должен составлять 23±2,5 % размаха сигнала яркости от уровня гашения до уровня белого.

Рис. 1.6 – АЧХ цепи высокочастотных предыскажений



Таблица 1.2 – Значения АЧХ цепи высокочастотных предыскажений.

Частота, кГц

Амплитуда, дБ

Частота, кГц

Амплитуда, дБ

Частота, кГц

Амплитуда, дБ

3800

11.63

4270

0.06

4406

2.49

3900

9.82

4286

0

4452

3.90

4000

7.57

4300

0.05

4480

4.73

4020

7.06

4320

0.27

4500

5.29

4098

4.80

4328

0.4

4600

7.74

4100

4.74

4340

0.64

4640

8.56

4126

3.91

4360

1.13

4686

9.41

4172

2.40

4380

1.69

4700

9.65

4200

1.51

4400

2.30

4756

10.55

4250

0.30

4402

2.36

4800

11.18

В итоге получается сигнал, модулированный по частоте и амплитуде (см. рис. 1.7). Цифровая цепь ВПИ также увеличивает разрядность выходного сигнала до 11.

Полученный цифровой сигнал цветности можно сложить с цифровым сигналом яркости, однако, при этом необходимо уменьшить разрядность сигнала цветности до 8, что может вызвать потерю информации и привести к искажениям типа "дифференциальная фаза", поэтому выполняют отдельное цифро-аналоговое преобразование сигнала яркости и цветности и сложение их в аналоговом виде.

Рис. 1.7 – Цветоразностные сигналы на выходе цепи ВПИ

В канале яркости после аналого-цифрового преобразования (частота дискретизации равна 13,5 МГц) обработка сигнала яркости сводится к его задержке с помощью цифровой линии задержки (уравнивание во времени с сигналом цветности, так как последний подвергается большему числу операций и задерживается в канале цветности) и частотной режекции, осуществляемой в корректоре (К), для подавления перекрестных искажений типа "яркость – цветность". При малых сигналах работает только линия задержки (ЛЗ), сигнал передается без искажений. Когда сигнал превышает порог ограничения, происходит его режекция, которая благодаря линейности фазовой характеристики полосопропускающего фильтра (ППФ) не вызывает искажений сигнала яркости. ППФ реализован в виде фильтра седьмого порядка с конечной импульсной характеристикой (КИХ).

Формирование полного цветового видеосигнала (ПЦТВС) SECAM происходит в аналоговой форме на выходном сумматоре, здесь же происходит смешивание с синхросмесью СИ и полученный сигнал поступает на амплитудный модулятор передатчика. На рис. 1.8. показаны обе строки (красная и синяя) ПЦТВС.



Рис. 1.8 – Полный цветовой телевизионный сигнал


  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка