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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Accettiamo audio stereofonico. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / TV Il 14 novembre 2003, il primo canale della televisione russa ha iniziato a trasmettere regolarmente una serie di programmi con audio stereofonico. Nell'immagine sono contrassegnati da un'icona speciale a forma di due schermi TV stilizzati sovrapposti l'uno all'altro. Naturalmente è stata preservata anche la trasmissione di un segnale sonoro monofonico. Tale trasmissione è diventata possibile grazie alla messa in servizio di un nuovo trasmettitore sulla torre televisiva di Ostankino in sostituzione di quello vecchio, in funzione dal 1967. - dal giorno in cui è iniziata la trasmissione dal centro televisivo di Ostankino. Per ora il vecchio trasmettitore verrà utilizzato come backup. I residenti di Mosca e della regione di Mosca possono ricevere l'audio stereo se i loro televisori sono dotati di demodulatori - decodificatori del segnale NICAM trasmesso mediante modulazione di fase DQPSK a una frequenza della sottoportante di 5,85 MHz. Ricordiamo che la separazione tra le frequenze portanti dell'immagine e il suono monofonico convenzionale nei canali radio è di 6,5 MHz, come previsto negli standard utilizziamo D (su MB) e K (su UHF). Il modo in cui il segnale audio stereo NICAM viene generato, trasmesso e ricevuto è descritto in questa e nelle parti successive del materiale pubblicato. Fino a poco tempo fa, il nostro Paese non disponeva del supporto audio stereofonico per i programmi televisivi in onda, quindi c'era poco interesse per tali sistemi di trasmissione. Allo stesso tempo, vengono utilizzati con successo all'estero. Uno dei più popolari tra questi è il sistema audio stereofonico NICAM (Near Instantaneously Companded Audio Multiplex) per le trasmissioni televisive. È stato sviluppato dalla British Broadcasting Company (BBC) ed è stato introdotto per la prima volta nel CCIR nel 1987. È entrato in servizio nel 1988 ed è ora ampiamente utilizzato nel Regno Unito, Svezia, Danimarca e altri paesi europei, sia terrestre che satellitare. trasmissione. Glossario dei termini
Poiché il "Primo Canale" delle trasmissioni televisive ha iniziato a condurre l'accompagnamento sonoro stereofonico per alcuni dei suoi programmi proprio utilizzando questo sistema, il lettore dovrebbe familiarizzare con i principi della formazione del segnale NICAM, della sua trasmissione e ricezione secondo gli standard di frequenza radio B , G, H, I, nonché circuiti specifici decodificatori di segnale del ricevitore TV. Poiché il sistema prevede la trasmissione con una velocità totale di 728 kbit/s, in letteratura è più spesso chiamato NICAM-728 [1-4]. Secondo la Raccomandazione 707 del CCIR, il sistema viene utilizzato nei casi in cui, oltre alla trasmissione di un segnale video analogico, è necessario introdurre anche l'audio digitale negli apparecchi televisivi terrestri. Per la sua trasmissione vengono utilizzate due frequenze portanti (Fig. 1), la principale f3 ocn è modulata, come di consueto, in frequenza da un segnale audio monofonico analogico di programmi televisivi, e l'ulteriore f3 aggiuntiva è modulata da un audio stereo digitale segnale NICAM.
Le portanti audio sono separate dalle portanti immagine di 5,5 (primaria) e 5,85 (aggiuntiva) MHz per gli standard B, G, H e 6 e 6,552 MHz per lo standard I. Questa portante NICAM fornisce la trasmissione di due segnali audio di alta qualità dei canali L (sinistra) e R (destra). La portante sonora NICAM negli standard B, G, H, I si trova in una frequenza leggermente superiore alla portante del suono convenzionale, ma all'interno della banda di frequenza del canale radio. I principali parametri del sistema NICAM sono riportati in tabella.
Considereremo il principio di formazione del segnale del sistema NICAM utilizzando uno schema a blocchi semplificato del trasmettitore mostrato in Fig. 2. Prima di applicare i segnali audio analogici dai canali L e R all'ADC multiplex, viene introdotta la preenfasi in ciascuno di essi. Sono richiesti secondo gli standard internazionali (raccomandazione CCITT J.17) per fornire una certa spinta ai componenti RF dei segnali. La preenfasi consente di ridurre il livello di rumore, che si trova principalmente in questo intervallo. Nel ricevitore, il rapporto tra le componenti a bassa e ad alta frequenza viene ripristinato da circuiti di correzione della preenfasi, che riducono l'ampiezza delle componenti ad alta frequenza.
È noto che per ottenere un suono di alta qualità dalle apparecchiature domestiche è sufficiente una banda di frequenza audio di 15 kHz. Ne consegue che la frequenza di campionamento minima durante la conversione di un segnale audio analogico in uno digitale dovrebbe essere pari al doppio della frequenza audio superiore, ovvero 30 kHz. Tuttavia, in pratica, viene utilizzata una frequenza di campionamento leggermente più alta di 32 kHz per prevenire l'aliasing del segnale e la distorsione associata. I segnali L e R vengono campionati simultaneamente, dopodiché l'ADC converte un gruppo di tre campioni del segnale L in una parola codificata a 14 bit, seguita dallo stesso gruppo di campioni del segnale R, quindi di nuovo la parola L, ecc. . a sua volta. Il segnale di uscita dell'ADC è costituito da segmenti di dati sequenziali che rappresentano gruppi di 32 campioni di ciascun canale. La digitalizzazione del segnale a 14 bit consente di ottenere un gran numero di livelli di quantizzazione (16384), il che è abbastanza accettabile per una riproduzione del suono di alta qualità. Nelle condizioni menzionate di digitalizzazione di segnali con una frequenza di campionamento di 32 kHz, è necessaria una velocità di trasmissione dati piuttosto elevata e, quindi, una banda di frequenza molto ampia, che non rientra nella banda di frequenza del canale radio. Si utilizza quindi, in pratica, una companding digitale quasi istantanea (come indicato dal nome del sistema), che consente di ridurre il numero di bit per campione da 14 a 10 e il bit rate di trasferimento dei dati senza degradare la qualità dei dati. il segnale riprodotto. Il metodo della compressione digitale si basa sul fatto che il valore di ciascun bit del codice binario dipende dal livello del segnale audio, che in ogni momento rappresenta uno specifico campione codificato. Quindi, con suoni forti, cioè con grandi ampiezze di segnale, l'influenza dei bit di ordine basso è molto piccola e può essere trascurata. Per i suoni deboli (i valori del campione non superano 100...200 µV), i bit di ordine inferiore non possono essere trascurati. Di conseguenza, il compander digitale NICAM trasforma un codice a 14 bit in un codice a 10 bit: per i segnali deboli, vengono conservati i campioni originali a 14 bit, mentre per i segnali di alto livello vengono scartati da uno a quattro bit di ordine basso. Per una compressione più efficiente, in alcuni casi vengono esclusi anche alcuni bit di ordine superiore. Ad esempio, il 13° bit verrà escluso se corrisponde al 14°; Il 12° bit - se coincide sia con il 13° che con il 14°, ecc. Il 14° bit è sempre presente, poiché indica la polarità del segnale. Quando i bit più significativi vengono rimossi, il sistema fornisce un modo per ripristinarli nel ricevitore, chiamato codifica del fattore di scala. È un codice a tre bit che indica al ricevitore il numero di bit di ordine superiore esclusi per il successivo ripristino. La fase successiva dell'elaborazione del segnale consiste nell'aggiungere un bit di parità al codice di ciascun campione e formare un codice a 11 bit. Il bit di parità è necessario per verificare la presenza di errori nei sei bit più significativi. All'uscita del dispositivo per l'aggiunta dei bit di parità, si formano gruppi chiamati segmenti da 32 campioni da 11 bit L1 - L32 (nel canale L) e R1 - R32 (nel canale R) (Fig. 3), che vengono prima inviati a il modellatore di blocchi e poi - al multiplexer che forma loop. Prima di formare cicli (frame), il flusso di dati è organizzato in blocchi di dati da 704 bit, ciascuno dei quali contiene due segmenti (uno per ciascun canale), e i blocchi vengono multiplexati come mostrato in Fig. 4.
Prima di ogni blocco di dati audio vengono posti ulteriori 24 bit di informazione, necessari per la sincronizzazione e il controllo (Fig. 5). La parola di sincronizzazione del frame sincronizza il ricevitore NICAM del televisore e ha sempre il valore 01001110, e i bit C0-C4 sono necessari per controllare e sincronizzare il decodificatore e il bit CO è chiamato flag del frame.
Successivamente, viene utilizzato l'interlacciamento di bit. È necessario ridurre al minimo gli errori di bit (errori di burst), che sono causati da rumore e interferenze e possono corrompere diversi bit adiacenti. Un interlacciatore di bit separa i bit adiacenti tra loro di 16 cicli di clock (ovvero ci sono altri 15 bit tra di loro). Pertanto, poiché il pacchetto di errori di solito non supera i 16 bit (e questo è molto probabile), sulla TV verrà distribuito su vari campioni sotto forma di errori a bit singolo e ciò non ha praticamente alcun effetto sulla qualità del suono. L'interlacciatore di bit contiene la RAM dove i dati di un blocco da 704 bit vengono prima scritti e poi letti da essa nella sequenza sopra. L'ordine di lettura è memorizzato nella ROM, altrimenti chiamata sensore di sequenza degli indirizzi. Una ROM simile viene utilizzata in un televisore per ripristinare la sequenza di bit originale.
Affinché il segnale venga percepito come casuale, cioè abbia una distribuzione uniforme dell'energia, e per ridurre l'influenza sul segnale audio NICAM di un normale segnale audio proveniente dal modulatore di frequenza, un flusso di bit viene passato a un sistema di codifica dispositivo. Ovviamente i bit della parola di sincronizzazione della trama non vengono codificati. Un televisore esegue la procedura inversa, chiamata decodifica, per ripristinare i bit di dati audio nella loro forma originale. Nel sistema NICAM, il metodo QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) di sfasamento della portante audio viene utilizzato per trasmettere un segnale digitale su un canale radio. Tuttavia, il flusso criptato di dati audio digitali è soggetto a codifica differenziale prima di essere inviato al modulatore, quindi la manipolazione è anche chiamata differenziale (Differenziale) - DQPSK. Ciò è necessario affinché la TV possa utilizzare non solo la demodulazione sincrona, ma anche quella più semplice: differenziale. Il Phase Shift Keying è la forma più economica di modulazione in cui la frequenza della portante rimane costante mentre la sua fase cambia in base allo stato dei bit di dati. La manipolazione con spostamento di fase in quadratura, chiamata anche manipolazione con spostamento di fase in quadratura, ha quattro valori di fase: 45°, 135°, 225° e 315°. Per ottenerli si sfasa prima di 90° la fase della portante e si generano due segnali dati in quadratura: I e Q. Si crea così un segnale con fase risultante di 45°. Quindi, per formare i restanti vettori risultanti, questi due segnali subiscono un cambiamento di fase di 180° (Fig. 6). Ciascuno dei vettori può essere rappresentato da due bit di un numero binario:
Di conseguenza, i pattern di bit presentati cambiano la fase della portante ad angoli diversi rispetto alla fase del segnale precedente, come mostrato nel diagramma temporale di Fig. 7. Per garantire tale manipolazione di fase, il flusso seriale di dati audio digitali viene convertito in un formato parallelo a due bit. Di conseguenza, il bitrate viene ridotto della metà, il che porta ad un restringimento della banda di frequenza occupata dal segnale.
Il segnale modulato DQPSK e il segnale audio mono modulato in frequenza vengono inviati a un convertitore di frequenza, dove vengono trasferiti a una frequenza portante specificata. Il segnale RF viene amplificato e irradiato dall'antenna. Consideriamo un frammento dello schema a blocchi di un televisore con demodulatore e decodificatore NICAM integrati (Fig. 8).
Come al solito, il segnale televisivo trasmesso viene inviato all'ingresso dell'antenna del selettore di canali (sintonizzatore), in cui i segnali di radiofrequenza ricevuti vengono selezionati e convertiti in segnali immagine e audio IF. Amplificati e fatti passare attraverso un filtro tensioattivo, passano nei corrispondenti percorsi di elaborazione del televisore. Il filtro passa banda NICAM (alla frequenza di 5,85 MHz per gli standard B, G, H, D, K o 6,552 MHz per lo standard I) seleziona i segnali NICAM IF che, dopo l'amplificazione, vengono inviati al demodulatore NICAM (Fig. 9 ). Il suo funzionamento si basa sugli stessi principi di un demodulatore FM convenzionale, in cui i cambiamenti nella fase o nella frequenza delle oscillazioni portano a cambiamenti nella tensione continua in uscita. Nella modulazione in quadratura, tuttavia, oltre al rilevatore di fase in fase viene utilizzato anche un demodulatore di fase in quadratura, al quale viene fornito dal generatore di portante un segnale sfasato di 90°.
Dalle uscite del rilevatore e del demodulatore, i segnali dei dati I e Q passano attraverso il filtro passa basso al decodificatore logico differenziale, al dispositivo di recupero bit di sincronizzazione e al dispositivo PLL. Quest'ultimo, come al solito, genera se necessario un segnale di errore, che regola la frequenza e la fase dell'oscillatore della portante. Il dispositivo di recupero del bit di clock è incluso in un secondo loop PLL sincronizzato al bit rate. Per garantire la sincronizzazione del bit rate, viene utilizzato un multiplo del bit rate come frequenza di sistema. Il bit rate si ottiene dividendo la frequenza del clock di sistema per 8. Il decodificatore logico differenziale converte i flussi di dati I e Q nei corrispondenti dati paralleli a due bit, che vengono poi passati a un convertitore da parallelo a seriale, che ripristina il flusso di dati seriale originale. Il decodificatore NICAM (Fig. 10) fornisce decodifica, deinterlacciamento, espansione dei dati, ripristino delle parole originali a 14 bit e controllo DAC.
I dati codificati dal demodulatore NICAM vengono inviati a un rilevatore di parole di sincronizzazione dei frame e a un decodificatore per il riconoscimento e la decodifica dei frame. I dati decodificati vengono inviati a un deinterlacciatore, che emette i dati originali a due canali (L e R) insieme a un segnale di identificazione per il canale desiderato. Per il deinterlacciamento, simile a un trasmettitore, il flusso di dati viene prima scritto nelle celle della ROM blocco per blocco e quindi il contenuto delle celle viene letto secondo il programma registrato nella ROM per riprodurre l'ordine dei bit corretto. I dati decodificati passano anche al dispositivo di selezione della modalità operativa, che decodifica i bit di controllo C0-C4 (vedi Fig. 5) e trasmette informazioni sul tipo di trasmissione all'espansore e ad altri nodi del decoder, nonché alla TV. In particolare, genera un segnale di blocco per un canale audio monofonico quando si riceve audio stereofonico. Questo blocco impedisce alle interferenze e al rumore provenienti dal canale audio mono di entrare nell'amplificatore 3H. Ripristinata nell'ordine corretto dal dispositivo di deinterlacciamento, ogni parola da 11 bit (ricorda: 10 bit di dati + 1 bit di parità) viene espansa dall'espansore in un formato a 14 bit. L'espansore utilizza fattori di scala incorporati nei bit di parità, che espandono i codici campione da 10 bit a 14 bit. Il dispositivo di controllo degli errori utilizza bit di parità per correggere il flusso di bit. I dati vengono quindi de-enfatizzati e inviati al dispositivo di controllo DAC, che genera tre segnali: un bitstream, un segnale di identificazione e un segnale di sincronizzazione. Tipicamente, viene utilizzato un DAC, operando alternativamente sulle parole di codice dei segnali L e R. Sulle uscite del DAC vengono generati segnali analogici 3H, che vengono forniti ai corrispondenti amplificatori di potenza. Consideriamo ora lo schema elettrico del ricevitore NICAM (scheda K) del televisore PHILIPS - 29RT-910V/42(58), assemblato su uno chassis FL2.24, FL2.26 o FL4.27 (AA) ( Figura 11). Il ricevitore è progettato in modo da poter elaborare segnali di entrambi gli standard B, G, H e standard I.
Il segnale IF NICAM viene fornito ai pin di ingresso della scheda 1N43 e 1N50 (IF INPUT). Due filtri passa banda 1002 e 1004, collegati in parallelo, provvedono alla separazione dei segnali degli standard citati. La cascata sul transistor 7008 svolge il ruolo di inseguitore di emettitore e sul transistor 7009 funge da amplificatore del segnale IF. Successivamente, il segnale NICAM (DQPSK) viene fornito al pin 3 del chip 7000, che svolge la funzione di demodulatore dei componenti dello spettro audio NICAM. Implica anche il ripristino degli intervalli di tempo (bit) del codice digitale, la conversione del codice parallelo del segnale dati in uno seriale e la sintonizzazione ad aggancio di fase della frequenza del generatore a doppia portante. Lo schema a blocchi del microcircuito TDA8732 è mostrato in Fig. 12. Attraverso un amplificatore limitatore all'interno del microcircuito, il segnale arriva al rilevatore di fase in fase e al demodulatore in quadratura. Uno di essi è alimentato con un segnale della sottoportante senza cambio di fase, mentre l'altro è alimentato con un segnale della sottoportante sfasato di 90°.
I segnali I e Q generati alle uscite di questi dispositivi attraverso i pin 7 e 6 del microcircuito, filtro passa-basso (induttore 5001, condensatore 2005 e induttore 5000, condensatore 2004 in Fig. 11), pin 8 e 5 del microcircuito passare ad un decodificatore a logica differenziale (Fig. 12), un dispositivo di recupero del bit di clock e un dispositivo PLL. Il primo converte i segnali I e Q ricevuti in parallelo in dati digitali a due bit, quindi il convertitore di dati incluso li ripristina nel flusso seriale originale. All'uscita del dispositivo di recupero bit CLK LPF (pin 1 del microcircuito), sono accesi un filtro passa-basso (condensatori 2042, 2012, 2014, resistori 3011, Z010) e un varicap 6006 (vedere Fig. 11). Sotto l'influenza del livello di tensione generato sul pin 1 del microcircuito, la capacità del varicap cambia, determinando la regolazione automatica del risonatore al quarzo 1001. Ciò garantisce la sincronizzazione del rilevatore di parole di sincronizzazione del frame situato nel chip 7001. All'uscita del dispositivo PLL (pin 9 del chip 7000) sono collegati un filtro passa-basso (condensatori 2006, 2007, resistenza 3005) e un varicap 6005. Sotto l'influenza del livello di tensione generato sul pin 9 del chip , la capacità del varicap cambia, a seguito della quale la frequenza del risuonatore al quarzo 1003 viene regolata automaticamente, e quindi , e un generatore di frequenza portante doppia (Fig. 12). Ecco come avviene la sincronizzazione del sistema dei dispositivi demodulatori. Il convertitore di dati del chip 7000 è sincronizzato da impulsi di clock PCLK esterni forniti al sincronizzatore del timer attraverso il pin 16 del chip (vedere Fig. 11) dall'oscillatore interno del chip 7001. Il flusso seriale di DATI dal pin 15 del 7000 passa attraverso il pin 21 del 7001 (Figura 13) al rilevatore di parole di frame e al descrambler. Il funzionamento della maggior parte dei dispositivi sul chip SAA7280 coincide con quello già descritto in Fig. 10 nella parte precedente dell'articolo non necessita di alcun commento.
È solo necessario aggiungere che dal dispositivo per la selezione delle modalità operative tramite il pin 22 del microcircuito (vedere Fig. 11), la tensione di controllo viene fornita all'interruttore del segnale audio e garantisce il blocco del normale canale audio monofonico quando si riceve suono stereofonico . Le restanti uscite del dispositivo di selezione della modalità operativa (vedere Fig. 11 e 13) non vengono utilizzate in questo particolare televisore. I dispositivi del chip 7001 sono controllati dai segnali del bus digitale 1C, quindi all'interno del chip è prevista un'interfaccia per questo bus (Fig. 13). I segnali di clock SCL vengono forniti tramite il pin 26 del chip (vedere Fig. 11), il resistore 3027 e il pin 4N43 della scheda, mentre i segnali di dati SDA vengono ricevuti e rimossi tramite il pin 24 del chip, il resistore 3026 e il pin 5N43 della scheda. il bordo. Dal dispositivo di controllo DAC del chip 7001 (Fig. 13), attraverso i pin 10, 8 e 9, i segnali digitali dei dati SDAT, sincronizzazione SCLK e riconoscimento STIM, rispettivamente, passano ai pin 3, 2 e 1 del 7007 (TDA1543 ) chip, che svolge la funzione DAC. Alle sue uscite (pin 6 e 8) vengono generati segnali audio stereo dei canali sinistro (L) e destro (R), inviati all'amplificatore 3H.
La Figura 14 mostra un frammento dello schema elettrico della scheda audio (AUDIO) dei televisori SAMSUNG - CS6277PF/PT, assemblata sul telaio SCT51 A. Va notato che nel demodulatore-decodificatore tutti i resistori fissi, eccetto RJ08, RJ11, e tutti i condensatori non polari sono utilizzati nella progettazione per il montaggio superficiale (CHIP). Il canale di elaborazione del segnale NICAM nei televisori è costruito su un LSI ICJ01 (SAA7283ZP), che svolge le funzioni di un demodulatore di segnale DQPSK, un decodificatore di segnale demodulato e un DAC (Fig. 15).
Il segnale DQPSK NICAM modulato in quadratura (fase) attraverso il contatto SIF(QPSK) del connettore CN601 (vedi Fig. 14) della scheda audio e il pin 29 del microcircuito (Fig. 15) viene alimentato ai filtri passa banda integrati in esso (5,85 e 6,552 MHz) e un amplificatore coperto da AGC e controllato da un controller AGC interno. Il segnale DQPSK viene rilevato da un rilevatore di fase con circuiti portanti, sul quale (a seconda dello standard adottato) viene allocata una tensione di errore, che viene poi convertita dal VCO in una tensione di controllo (nel nostro caso al pin 27, vedere Fig. 14). Influisce sul circuito di regolazione del circuito. I segnali I e Q generati arrivano (vedi Fig. 15) al dispositivo di recupero del bit di sincronizzazione, che agisce sull'oscillatore al quarzo attraverso i pin 39 e 40 del microcircuito. Il decodificatore NICAM decodifica, deinterlaccia ed espande i segnali di dati. I dati decodificati dopo che il filtro digitale è stato amplificato, passa attraverso un dispositivo di correzione della preenfasi e viene convertito dal DAC integrato nel chip in segnali audio analogici dei canali L e R. I segnali L e R passati attraverso gli interruttori di uscita dai pin 15 e 8 del chip, rispettivamente, vengono inviati all'amplificatore 3H. Altri segnali audio possono essere forniti agli interruttori di uscita, ad esempio un segnale monofonico di suono normale in assenza di accompagnamento stereofonico. Nel modulo in esame, un segnale audio monofonico arriva attraverso i pin 7 e 16 del microcircuito, i condensatori CJ28 e CJ23 e il contatto SECAM-L del connettore CN601. Tutti i componenti del chip sono controllati da un controller combinato con un decoder NICAM e una ROM. Il controllo è fornito tramite il bus digitale l2C. Per fare ciò, il segnale di sincronizzazione SCL viene fornito al pin 49 del microcircuito e il segnale dei dati SDA viene fornito al pin 50 e rimosso da esso. Letteratura
Autore: A. Peskin, Mosca
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