3.10Основной принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой код

Определение. Основной принцип преобразования аналогового сигнала в цифровой код гласит.

Для представления без искажений аналогового сигнала в цифровом коде количество отсчетов (замеров) при дискретизации должно вдвое превышать максимальную частоту колебаний в его спектре.

N=1\2Fmax

где FДД, — максимальная частота колебания в спектре аналогового сигнала.

Для представления аналогового телевизионного изображения в цифровом коде необходимо при дискретизации согласно основного принципа, чтобы для самой мелкой детали на изображении (при амплитудно-пространственном представлении) приходилось бы не менее двух отсчетов (замеров). Если это не выполняется, то исчезают не только самые мелкие детали, но появляются дополнительные муары и узоры, которые могут исказить изображение.

Для сигналов, изменяющихся во времени (при амплитудно-временном представлении), также важную роль имеет частота отсчетов (частота дискретизации). Это наглядно видно при преобразовании в цифровую форму напряжения звуковой частоты, т. е. сиг- нала, изменяющегося во времени. Из основного принципа дискретизации вытекает, что если частота звука 20000 Гц, то отсчеты должны проводиться не менее 40000 раз в секунду. В противном случае в полученном цифровом коде появятся данные, отражающие новые комбинационные колебания (частоты), приводящие к искажениям. Этот эффект называется помехой дискретизации.

3.11Частота 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 часто- там 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.

3.12Уровень 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 родовом (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 х п) + 1,76,

(3.4)

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

Так, для 15-битового кодового слова значение отношения сигналы шум ОСШ = (6,02х15) + 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 сигналlшум около 100...110 дБ, что является компромиссом между быстродействием, стоимостью АЦП и требуемым уровнем качества звука.

Интерфейс ВS232C

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 В$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 ВS232С выполнено в терминах модема и терминала. В общем, интерфейс ЯS232C использует 20 из 25 контактов разьема 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);

ВА — передаваемые данные T x 0 (в модем);

ВВ — принимаемые данные R х 0 (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 — вгпоричный 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 ЯS232C 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 6$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 О, 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 О. Если, например, два соседних бита находятся в состоянии логической 1, то линия остается в этом со-

. стоянии в течение двух синхроимпульсов.

В интерфейсе ЯS232C логическому О 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 АSСИ всегда применяется для передачи данных по последовательному каналу, и каждый символ кодируется в нем восьмью битами. Если выбран код ASCII и реализован интерфейс НS232C, 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 Хемм инга, 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 (Ouadrature 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 ЯS232С и код ASCII, широко применяемые при передаче информации.