Джакония В.Е. Телевидение (4-е изд., 2007) (1143033), страница 69
Текст из файла (страница 69)
305 ГЛАВА 13. Аналого-цифровые и цифровые системы 1ГТ 13.1.2. Канальное кодирование Как известно, само по себе представление сигнала в цифровой форме еще не означает повышения помехоустойчивости передачи по сравнению с аналоговым сигналом. В свою очередь, последствия воздействия помех на цифровой сигнал зависят от того, какая его часть поражена помехой. Ошибка, которая может появиться, например, при передаче старшего разряда кодового слова; может иметь более серьезные последствия для качества передаваемого изображения, чем ошибка при передаче одного элемента изображения в аналоговом телевидении. В процессе передачи информация подвергается кодированию.
Существуют разные способы кодирования, предназначенные для решения требуемых задач. Например, есть способы кодирования для исключения несанкционированного получения информации, существуют и другие задачи кодирования. В гл. 5 речь шла о так называемом «кодировании» источника, т.е. о таком кодировании, которое имеет основной целью сокращение цифрового потока при передаче на основании свойств источника информации. Существует еще и так называемое «канальное кодирование». Оно позволяет, знал статистические свойства помех, закодировать передаваемую информацию таким образом, чтобы отрицательные последствия от действия помех были минимальны. Канальное кодирование, таким образом, необходимо исключительно для повышения помехоустойчивости передачи информации на приемную сторону.
Принцип канального кодирования заключается в использовании специальных кодов, предполагающих добавление к передаваемому сигналу избыточной информации. Простейший пример такого кодирования — добавление к передаваемому кодовому слову дополнительного разряда, позволяющего осуществить так называемую «проверку на четность». Однако эта проверка является достаточно примитивной — она позволяет лишь обнаружить наличие ошибки в передаваемой кодовой последовательности, но не скорректировать ее. Существуют коды, позволяющие не только обнаруживать ошибки при передаче, но и исправлять их [341 (рис, 13.3). Коды, корректирующие ошибки передачи, применяются последовательно, с учетом их различных свойств и способности корректировать ошибки различного характера. При этом код, применяемый на передающей стороне первым, доляген декодироваться на приемной стороне в последнюю очередь.
Такой код называется внешним Соответственно код, применяемый на передающей стороне последним и декодируемый в приемном устройстве в первую очередь, называется внугпреннцм. Возможная последовательность операций по отношению к передаваемому цифровому ТВ сигналу для коррекции ошибок передачи, показана па рнс. 13.4. Применение нескольких канальных кодеков позволяет повысить помехозащищенность передачи и, что очень важно, — кор- 20 306 т1АСТВ 111. Системы цветного телевидения Избыточная информация Помеха демоду- Канальный Вы"од лятор декодер Канал передачи Рис. 13.3.
Принцип канального кодирования нний Входные ~ Внеш данные ~ коде ний одер Внутренний декодер Рнс. 13.4. Коррекция ошибок в цифровом ТВ сигнале ректировать так называемые «пакетные» ошибки, которые представляют собой последовательность большого количества идущих друг за другом ошибочных посылок, Например, благодаря пт:пользованию буферной памяти между внешним и внутренним канальнымн кодс ками и чередованию направлений записи в память и считывания из нее достигается «перемеукение» снмво.чов и возможность корр.
кцни сравнительно большой пакетной ошибки. Биты передавадыг й информации, которые перед передачей были смежными во времени, в результате такого перемежения удаляются друг от друга в процессе передачи по каналу с помехами. На приемной стороне также имеется буферная память, осуществляющая «обратное» перемежение. Это происходит до поступления сигнала на декодер внешнего кода.
В качестве внешнего кода обычно используется код Рида- Соломона (Вней-бо!ошоп-Сот1е, ЕВ), который требует двух проверочных символов на одну исправляемую ошибку [34). В процессе кодирования кодом Рида-Соломона, используемым для передачи цифрового ТВ сигнала, нл ьа'кдый пакет общего транспортного потока длиной 188 байт добавляет< я 16 проверочных байт. Получается новый пакет, годер кащнй необходимую избыточность и имеющий длину 204 байта. Это позволяет исправить 8 байт, искаженных помехой в процессе и релачи. Такой код в литературе обозначают (204, 188, 8) ~35].
Впутроннее кодирование также часто осуществляют с полющью гнсртг>чпых кодов. Более подробную информацию о помехоустойчивом кодировании, использующем коды Рида-Соломона и сверточные колы, можно найти в )34, 36, 37). 301 ГЛАВА 13. Аналого-цифровые и цифровые системы ЦТ 13.1.3. Цифровые способы модуляции Свойства цифрового сигнала, рассмотренные в гл. 5, не позволяют передавать такой сигнал по каналу связи непосредственно, т.е. «в первичноИ полосе частот» из-за слишком высокой скорости передача, оцениваемой в сотни мегабит в секунду. Кроме того, существующие сети ТВ вещания (спутниковые, кабельные пли наземные), как правило, построены тто принципу частотного уплотнения.
Поэтому сигнал, предназначенный для передачи по такии сетям, должен быть точно ориентирован в принятой системе организации частотных каналов (33]. Следует также иметь в виду, что перецаваемыИ сигнал должен быть энергетически сосредоточен в определенной ограниченной области спектра. Как правило, несущей (модулируемой) частотой является гармопическиИ сигнал. Изменяемыми параметрами в таком случае могут быть его алтлитуда, частота и фаза. Воли модулнрующий сигнал имеет цифровую природу и изменяется дискретно, прннимая фиксярованпые значения, то понятие «модуляция» иногда заменяется понятием «манипуляция».
Передаваемый сигнал, таким образом, в результате модуляции мозкно представить в следующей форме: У(1) = (Амплиттуди) соз(2к( Частота)1 + (Фаза)]. Использование для передачи сиптэлов цифрового телевидения различных видов модуляции, как известных, так и относительно но. вых, позволяет одновременно увеличить количество передаваемой информации в единипу времени, сократить используемую полосу частот и повысить помехоустойчивость ТВ свстемы. В цифровом телевидении может применяться амплитудная модуляция (АМ), в иностранной литературе применительно к цифровому сигналу называемая АЯК (Атттр!!1пг1е Я11!11 Кеу!113); частотная модуляция (Ч1М, ее обозначают также РЯК (Ргег!петтсу Я!т!11 Кеу!пб), и фвзовая модуляция (ФМ), англоязычное обозначение РЯК (Рйазе ЯЫЙ Кеу!пя). На рис.
13.5 иллюстрируется принцип работы каждого из применяемых видов модуляции для двухпозиционного модулирующего сигнала, т.е. когда каждое состояние сигнала. передает один бит информации. На рисунке также даны графики, поясняющие изменение сигнала во времени. Демодуляция рассмотренных сигналов достаточно проста в техническом отношении, и для ее осуществления известно много способов.
Качество того или иного способа модуляции прн передаче цифровых сигналов оценивается обычно по следующим критериям: ° эффективности использования частотного спектра; ° минимально необходимого отношения сигнал/помеха; ° стойкости к ухудшению условий приема на отдельных частотах. Эффективность использования частотного спектра увеличиваетт я с увеличением числа состояниИ, которые может принимать сигнал 20' 308 сгАСТЫП.
Системы цветного телевидения Рнс. 13.5. Виды модуляции пря двух- позиционном модулнрующем сигнале при передаче одного символа. Если модулирующим сигналом является сигнал, в котором каждый символ передается не двумя, а большим количеством возможных его значений, то количество информации, передаваемое с каждым символом, возрастает. Такие значения обычно выбираются равными 4, 18, 32, 64, 128 и т.д., т.е.
как ряд 2", где и — число возможных состояниИ передаваемого или модулирующего сигнала во время передачи одного символа. Эта эффективность оценивается величиной, измеряемой в битах в секунду на один герц (бит/с/Гц). Такая размерность показывает, что в данном случае оценивается скорость потока, приходящаяся на единицу частоты, Чем выше количество информации, переносимое одним символом, тем выше число возмохсных состояний, которое мохсет принять изменяемый в процессе модуляции параметр модулируемого сигнала (виды модуляции с большим числом тшсих состояниИ называют многопозиционнькми), и соответственно тем выше эффективность использования частотного спектра.
Однако, чем большее число состояний может принимать модулирующий сигнал, тем меньше существует отличий в параметрах этих состояниИ, а значит, демодуляция такого сигнала в условиях помех может стать затруднительной. Поэтому эффективность использования частотного спектра обычно связана с возможно достижимым отношением сигнал/помеха, и при выборе этнх параметров необходим компромисс. ухудшение условий приема на отдельных частотах — распрог Чиненное явление, особенно в спутниковом или наземном телевизионном вещании. Такие ухудшения (замирания) обычно возникают нш глино, нх природа связана с распространением радиоволн.
Онн нгггпн киот обычно на определенных частотах, и в этом смысле шнро- 300 ГЛАВА ав. Аналого-цифровые и цифровые системы ЦТ Внв ' Рис. 13.6. Принцип амплнтуднов модуляцнн; а — векторное н б — спектральное представление 61 у кополосные виды модуляции имеют преимущество, так как при затруднении передачи сигнала на определенных частотах спектра потери информации оказываются меньше. Следует отметить также, что в условиях мобильного приема на частоту принимаемого сигнала оказывает также влияние относнтельнал скорость взаимного перемещения передатчика и приемника.
Этот эффект, известный как эффект Доплера, накладывает определенные ограничения на допустимое значение этой скорости. Так, например, для европейской системы цифрового телевидения это значение составляет приблизительно 150 км/ч [38]. Рассмотрим подробнее применение отдельных пилон модуляции для передачи информации в цифровом телевизионном пгщапии. 13.1.3.1. Амплитудная модуляция Как показано на рис. 13.6, спектр сигнала Плм, модулированного по амплитуде, состоит из спектральной составляющей Пнем соответствующей несущей частоте, и двух частей — Пц~; и Пвв, симметрично расположенных относительно несущей.
В своем «цифровом» варианте этот способ модуляции отличается от аналогового только тем, что модулирующий сигнал является дискретным. Значения, которые может принимать амплитуда А„модулированного сигнала в процессе модуляции, определяются следующим образом [33[: (13. 1) А„=2п — 1 — М, п=1,2,3, ... М, где М вЂ” число возможных состояний модулирующего сигнала. Пример амплитудной модуляции для случая М = 8 (при передаче 8-позиционного цифрового сигнала) приведен на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
