Применение кодера в передающих устройствах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Формирование сигнала в радиоканале

Кодер речевого сигнала. Амплитудно-фазовое преобразование. Метод анализа устройств с АФК

Последовательность работы кодера передатчика

Гибридные кодеры с частотным разбиением

Кодеры стандарта D-AMPS

Кодеры TETRA

Кодеры DSNG

Кодеры стандарта APCO 25

Краткая классификация помехоустойчивых кодеров

Особенности практического кодирования

Особенности технического обслуживания кодеров SECAM

Библиографический список



Введение

Идея более эффективного использования частотного спектра в телевидении и других вещательных приложениях (равно как и телекоммуникационных) давно привлекала умы ученых и инженеров. С развитием цифровых технологий получения, обработки, передачи и архивирования аудиовизуальных данных именно компрессия, то есть кодирование сигналов дало этой идее практическое воплощение. О различных вариантах, форматах и стандартах компрессии уже не раз издавались книги, учебные пособия, печатались статьи и т.д. Поэтому нет смысла снова детально рассматривать алгоритмы сжатия, их достоинства и недостатки, другие характеристики.

Итак, кодер - это устройство, преобразующее аналоговый или цифровой телевизионный или видеосигнал в компрессированный поток данных. В зависимости от применяемой степени сжатия (компрессии) восстановленное на приемной стороне с помощью декодера изображение может быть без потерь (lossless), визуально без потерь (near или visually lossless) и с потерями, уровень которых зависит от ряда факторов, включая уже упомянутую степень сжатия, применяемый алгоритм, фильтрацию, предварительную обработку, механизмы коррекции ошибок и т.д. На сегодня основными стандартами компрессии в вещании приняты MPEG-2 и MPEG-4. Первый из них имеет более длительную историю и уже успел получить широкое применение, особенно в странах, первыми начавших переход с аналогового ТВ-вещания на цифровое. Сжатие достигается за счет отбрасывания избыточной информации - пространственной и временной. Информация о ней кодируется таким образом, чтобы декодер на приемной стороне мог с максимальной точностью восстановить (декодировать, декомпрессировать) закодированные данные. Пространственная избыточность удаляется путем отбрасывания одинаковых или близких по содержанию элементов изображения и понижения цветового разрешения, а временная - за счет отбрасывания одинаковых или близких по содержанию кадров между опорными. Кроме того, кодирование можно разделить на внутрикадровое и межкадровое. В первом случае кодер имеет дело только с пространственной избыточностью, а во втором - может иметь дело с обоими ее видами. В случае межкадрового кодирования имеют место так называемые структуры GOP (Group of Pictures - группы изображений). Они состоят из кадров трех типов I, Bи P. Кадры типа I (Intra) считаются опорными - без них невозможно формирование потока. К ним может применяться удаление только пространственной избыточности. Кадры P (Predictive) создаются на основе предсказания информации из предыдущего кадра I или P, поэтому эти кадры называются предсказанными. А кадры типа B (Bi-directional) - двунаправленные - хранят информацию из соседних (предыдущего и последующего) I- и P-кадров.

По типу исполнения кодеры делятся на аппаратные и программные. В первом случае кодирование выполняет специализированный чип, а во втором - программное приложение, опирающееся на ресурсы центрального процессора компьютера. Если еще несколько лет назад аппаратные кодеры имели значительно более высокую производительность, чем их программные «собратья», то сейчас разница практически исчезла - современные процессоры настолько мощны, что появилась возможность создавать на базе компьютеров вещательные серверы с интегрированной функцией сжатия. И со временем число каналов компрессии в режиме реального времени будет расти.



Формирование сигнала в радиоканале

В процессе аналого-цифрового преобразования аналоговый речевой сигнал, ограниченный полосой частот от 300 до 3400 Гц, за счет дискретизации (частота дискретизации равняется 8 кГц) превращается в амплитудно-импульсно-модулированный сигнал (АИМ). Дальше каждая из 8 дискрет АИМ-сигнала кодируется разрядным двоичным кодом, т.е. АИМ-сигнал превращается в ИКМ-сигнал. В результате на выходе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) формируется поток, скорость которого равняется 64 кбит/с. Из выхода АЦП оцифрованный речевой сигнал поступает на кодер речи. Кодирование речи в стандарте GSM осуществляется в рамках системы прерывчатой передачи языка (DTX), что обеспечивает включение в работу передатчика только на время разговора и отключает его в паузах и в конце разговора. Одним из основных заданий кодирования речи есть сжатие речевого сигнала с целью снижения скорости передачи. Применение при кодировании в стандарте GSM вокодерных методов на основе метода линейного предсказания (ЛП) разрешает снизить скорость передачи с 64 до 13 кбит/с. Кодированию подвергаются отрезки речевого сигнала по 20мс. За этот интервал времени такие параметры речевого сигнала, как период основного тона, характер возбуждения (громкий или звонкий согласный звук в сопоставлении с глухими звуками), коэффициент усиления остаются постоянными. В стандарте GSM кодирование осуществляется за методом RPE-LTP (линейное предсказание с возбуждением регулярной последовательностью импульсов и долгосрочным предсказанием). Сущность метода заключается в том, что для предсказания текущей выборки используются данные с предыдущих выборок (дифференциальная ИКМ). Каждая выборка при кодировании представляется линейной комбинацией предыдущих выборок и описывается в виде коэффициентов этой линейной комбинации и закодированной разностью предсказываемой и действительной выборками.

В состав входящей информации кодера речевого сигнала, объемом 260 бит, входят:

- параметры фильтра кратковременного предсказания(36 бит);

- параметры фильтра долгосрочного предсказания (36 бит);

- параметры сигнала возбуждения (188 бит).

Канальное кодирование обеспечивает защиту от ошибок переданной информации. В стандарте GSM 260 бит информации в интервале 20мс-сегмента речи делится на 2 класса: класс 1 и класс 2. Класс 1 в свою очередь делится на два подкласса: подкласс 1а - 50 бит наиболее чувствительных, и подкласс 1b - 132 бита, умеренно чувствительных к ошибкам.

Структурная схема канального кодирования в стандарте GSM

После перемеживания начальная последовательность из 456 бит делится на восемь 57- битовых блоков, так как в каждом слоте размещается два 57- битовых блока (114 бит). Длина слота канала трафика с учетом добавления вспомогательной и служебной информации составляет 156,25 бит. Поскольку информация одного 20- миллисекундного сегмента речи занимает по одному слоту в четырех последовательных кадрах, поэтому скорость потока цифровой информации представляет (4х156,25)/20х10^-3= 625/20х10^-3= 31,25 кбит/с. Эта информация (а именно 4x156,25 = 625 бит) сжимается во времени в 8 раз, так что на протяжении одного кадра продолжительностью 4,615 мс в одном частотном канале передается информация восьми временных слотов, в результате чего скорость передачи цифровой последовательности возрастает к (8x31,25) = 250 кбит/с. На каждые 12 кадров канала трафика, что переносят речевую информацию (в мультикадре канала трафика информационными речевыми кадрами являются 0-11 и 13-25, в 12-ом кадре передается канал управления SACCH, а 26-ый кадр - пустой, резервный) прибавляется по одном кадру с информацией управления канала SACCH, который имеет скорость 20,833 кбит/с. Таким образом, скорость информационной битовой последовательности (речевого сигнала) на выходе кодера канала представляет:250 + 20,833 = 270,833 кбит/с.

Кодер речевого сигнала. Амплитудно-фазовое преобразование. Метод анализа устройств с АФК.

В радиотехнической теории известны различные методы исследования. Наилучшим методом, позволяющим описать устройство любого типа и оценить закономерности прохождения сигналов через него, является метод, основанный на решении нелинейных интегрально - дифференциальных уравнений, описывающих физику работы устройства. Решение уравнений рассматриваемого устройства в широком интервале переменных, представляется затруднительным. Решения делаются для частных случаев и этот метод не универсален. Существует ещё один метод, который является более общим методом замены устройства эквивалентным четырехполюсником с некоторыми характеристиками, свойственными рассматриваемому устройству. Данному четырехполюснику соответствует определенная передаточная функция. Передаточную функцию можно определить аналитически или экспериментально. При аналитическом исследовании цепей с АФК следует использовать четырехполюсник, который отражает лишь основные черты поведения устройства и не учитывает ряд побочных явлений. Эффекты возникновения амплитуднозависимых фазовых сдвигов в различных, работающих в нелинейных режимах, узлах приемно - усилительных трактов называется амплитудно-фазовая конверсия (АФК).

В большинстве устройств должны быть применены специальные меры для устранения или ослабления АФК до значений, при которых показатели разрабатываемого устройства ухудшаются незначительно. Выходом из данного положения является создание цепи, аргументы комплексной функции, передачи которой остается постоянным в широком интервале изменений воздействующих на цепь факторов. Решить данную проблему можно с помощью устройства, которое фазо - инвариантно к изменениям амплитуды сигнала в ограниченном интервале этих изменений и в конкретных условиях эксплуатации. Иногда явление АФК является полезным и позволяет обеспечить требуемые показатели радиоэлектронной аппаратуры. В таких устройствах эффекты АФК принудительно необходимы, например, в модуляторах фазы, в системах с предыскажением фазы и др.

Принципиальная схема кодера передатчика

Сопротивление R1 выбирается из max тока через диод Ig=IR1 IR1=Uвх/R1=R1=Uвх/IR1 при Ig=0.1 mA; Rg=26/0.1=260 Om; при Uвх=0.1B; R1=0.1/0.1=1 Kom; Выберем коэффициент в (15) К0=10, тогда R3=R1*K0=1.0*10=10Kom Выберем сопротивление R4=100 ом, от случайных больших воздействий напряжения защищающей диоды VD1 и VD2. Возьмем конденсатор С1 исходя из его реактивного сопротивления на частоте 300 Гц. Xc1=2(R4+Rgmin)=2(100+260)=720 Om

Структурная схема кодера

Работа кодера на его выходе характеризуется следующими режимами.

1.Формирование k элементов информационной группы и одновременно деление полинома, отображающего информационную часть хr m(х), на порождающий (образующий ) полином g(х) с целью получения остатка от деления r(х).

2. Формирование проверочных r элементов путем считывания их с ячеек схемы деления хr m(х) на выход кодера.

Цикл работы кодера для передачи n = 511 единичных элементов составляет n тактов. Тактовые сигналы формируются передающим распределителем, который на схеме не указан.

Первый режим работы кодера длится k = 501 такт. От первого тактового импульса триггер Т занимает положение, при котором на его прямом выходе появляется сигнал "1", а на инверсном - сигнал "0". Сигналом "1" открываются ключи (логические схемы И) 1 и 3 . Сигналом "0" ключ 2 закрыт. В таком состоянии триггер и ключи находятся k+1 тактов, т.е. 502 такта. За это время на выход кодера через открытый ключ 1 поступят 501 единичных элементов информационной группы k = 501. Одновременно через открытый ключ 3 информационные элементы поступают на устройство деления многочлена хr m(х) на g(х).

Деление осуществляется многотактным фильтром с числом ячеек, равным числу проверочных разрядов (степени порождающего полинома). В рассматриваемом случае число ячеек r=10. Число сумматоров в устройстве равно числу ненулевых членов g(х) минус единица. В данном случае число сумматоров равно четырем. Сумматоры устанавливаются после ячеек, соответствующих ненулевым членам g(х). Поскольку все неприводимые полиномы имеют член х°=1, то соответствующий этому члену сумматор установлен перед ключом 3 (логической схемой И).

После k=501 такта в ячейках устройства деления окажется записанным остаток от деления r(х).

При воздействии k+1=502 тактового импульса триггер Т изменяет свое состояние: на инверсном выходе появляется сигнал "1", а на прямом - "0". Ключи 1 и 3 закрываются, а ключ 2 открывается. За оставшиеся r=10 тактов элементы остатка от деления (проверочная группа) через ключ 2 поступают на выход кодера, также начиная со старшего разряда.

Современные кодеры имеют модульную конструкцию и позволяют использовать сменные блоки входных интерфейсов, допускающие подачу, как аналоговых, (композитных и компонентных), так и цифровых (SDI) видеосигналов. При необходимости из аналогового сигнала с помощью дополнительного декодера выделяются сигналы телетекста для последующего ввода в мультиплексор.

С выхода кодера поступает однопрограммный транспортный цифровой поток (Single Program Transport Stream - SPTS). Его скорость задается оператором. Наиболее распространенным интерфейсом для дальнейшей трансляции является ASI (Asynchronous Serial Interface) интерфейс - стандартный асинхронный последовательный интерфейс для передачи транспортного потока MPEG-2 по коаксиальным и волоконно-оптическим линиям связи. Реже используется SPI (Synchronous Parallel Interface) интерфейс - синхронный параллельный интерфейс, применяемый для параллельной передачи транспортного потока MPEG-2 при разных скоростях. Стыковка с последующими устройствами происходит по этим интерфейсам.

Кодеры при работе с мультиплексорами, работающими с переменной скоростью цифрового канала в транспортном потоке VBR (Variable Bit Rate), являются частью системы кодер/мультиплексор, а управление скоростью кодирования происходит через систему управления непосредственно мультиплексором.

Последовательность работы кодера передатчика

Процесс кодирования заключается в определении на характеристике кодирующего устройства шага квантования, в пределах которого находятся входной преобразуемый сигнал, и формирований двоичного кода, выражающего номер этого шага на характеристике. Кодирование по методу последовательного взвешивания можно рассматривать как последовательный поиск шага путем подбора суммы эталонов различных весов для достижения наиболее точного уравновешивания кодируемого сигнала. При этом результат каждого включения эталонов оценивается устройством сравнения (компаратором), последовательность решений которого образует код преобразуемого сигнала. Кодируемый сигнал представлен неизменным по величине в течение цикла кодирования током Is, который пропорционален отсчету мгновенного значения напряжения на огибающей входного АИМ - сигнала. Отсчеты (выборки) мгновенных значений напряжения входного сигнала берутся с частотой временной дискретизации 256 кГц (8 кГц для телефонных каналов, 32 кГц для канала вещания). Для формирования токового сигнала Is входной АИМ - сигнал поступает на устройствовыборки и хранения, производящее фиксацию мгновенного значения входного сигнала путем кратковременного заряда накопительной емкости до напряжения поступающего АИМ - сигнала и последующего хранения напряжения на ней. С выхода устройства выборки и хранения усиленный соответствующим образом сигнал выборки поступает на вход усилителя ввода. Усилитель ввода представляет собой управляемый напряжением генератор тока, вырабатывающий токи Is и -Is, которые затем подаются в точки суммирования А и В.

В одну из точек суммирования в зависимости от полярности входного сигнала на последующих этапах процесса кодирования подаются суммы эталонных токов I, вычитаемые из тока, кодируемого сигнала Is. Разность токов Is-I в общей точке суммирования и ток -Is в другой точке создадут на выходных сопротивлениях БЭК падения напряжения Us-Uи Us соответственно. Компаратор, входы которого подключены к точкам суммирования, производит операцию вычитания:

(Us- U)-(-Us)=2Us-U

и вырабатывает сигнал “0”, если 2Us>U и сигнал “I”, если 2Us<U. Решение компаратора записывается в соответствующий триггер регистра памяти, включенного в цепь обратной связи кодера.

В рассматриваемой процедуре поиска необходимой суммы эталонов, уравновешивающих входной сигнал, переход к следующему эталону производится на основании всех предыдущих решений компаратора, хранящихся в регистре памяти. На выходах 8 триггеров регистра памяти по мере записи в него решений компаратора формируется 8-резрядный параллельный код Q₁….Q₈ преобразуемого сигнала.

Первый разряд Q₁ кода регистра памяти содержит информацию о полярности входного сигнала. Определение полярности производится без подачи в точки суммирования эталонных токов (I). Вторым, третьим и четвертым разрядами кода кодируются номер сегмента характеристики, которому соответствует входной сигнал. В связи с этим во время поиска сегмента посредством трех взвешиваний среди эталонных токов с весами 2¹⁰, 2⁹, 2⁸, 2⁷, 2⁶, 2⁵, 2⁴ и 0 условных единиц отыскивается ближайший ко входному сигналу меньше его по величине (условная единица - ток соответствующий наименьшему шагу характеристики кодера). Указанные эталоны соответствуют граничным точкам сегментов. Поиск начинается со среднего по номеру сегмента - с входным сигналом сравнивается эталон 2⁷ у.е. В соответствии с решением компаратора“0” или “1” производится переход к эталону 2⁹ у.е. либо к эталону 2⁵ у.е,; далее - обусловленный следующим решением компаратора переход к одному из эталонов - 2¹⁰, 2⁸ , 2⁶, 2⁴ у.е. и т.д.

Разрядами с 5-го по 8-й кодируется номер одного из 16 шагов на сегменте, в пределах которого находится входной сигнал. Определение номера шага на сегменте ведется начиная со старшего по весу для данного сегмента эталона к младшему.

Включение эталонных токов производится с помощью логики управления БЭК. Входными сигналами логики являются 8 разрядов кода (Q_1….. Q₈) поступающие с выходов триггеров регистра памяти. Логика преобразует 7 разрядов (0₂….. Q₈) этого линейного кода в II разрядов линейного кода для управления БЭК. От состояния триггера первого разряда (Q₁) зависит подключение БЭК соответствующей полярности для формирования биполярной характеристики квантования.

На каждое из 8 взвешиваний отводится время равное полупериоду частоты 2048 кГц.

Выходной сигнал кодера формируется последовательным считыванием кода (Q_1…… Q₈) с выходов триггеров регистра памяти.

Четные разряды кода считываются с инверсных выходов триггеров.

В кодирующем устройстве предусмотрена автоматическая коррекция "нуля" кодера, которая осуществляется во время 0 и 16 канальных интервалов. В эти моменты на входе кодера отсутствует АИМ-сигнал. В схеме выборки и хранения фиксируется напряжение выборки, которое принимается за “нуль”. Далее, компаратор определяет знак смещения на своих входах по отношению к "нулевому" входному сигналу. Смещение обусловлено разбросом и дрейфом параметров элементов устройства выборки и хранения, схемы ввода и компаратора. На основании решения компаратора в узле управления работой кодера определяется сигнал коррекции соответствующего знака и корректор нуля производит изменение напряжения на накопительной емкости. Напряжение на накопительной емкости определяет, в свою очередь, начальный ток схемы ввода, причем, изменение начального тока схемы ввода уменьшает смещение на входах компаратора.

Гибридные кодеры с частотным разбиением

Главная концепция кодирования с частотным разбиением состоит в разделении речевого спектра на частотные полосы или компоненты. Соответственно могут использоваться либо набор фильтров, либо блок-преобразователь. После кодирования и декодирования эти составляющие используются для точного воспроизведения модели входного сигнала путем суммирования сигналов, полученных на выходе фильтров, или инверсных значений, полученных после преобразования. Главное допущение при кодировании с частотным разбиением состоит в том, что сигнал, подвергаемый кодированию, очень медленно изменяется во времени и может быть описан мгновенным спектром. Это связано с тем, что в большинстве систем, а особенно в системах реального времени, в текущий момент доступен только кратковременный сегмент входного сигнала. Среди методов кодирования с частотным разбиением известны две технологии: многополосное кодирование -- SBC (Sub-Band Coding) и кодирование с адаптивным преобразованием -- АТС (Adaptive Transform Coding). Основной принцип обеих схем -- разделение спектра входного на несколько частотных поддиапазонов (полос), которые затем кодируются отдельно. В SBC набор фильтров выполнен так, что разбивает входной речевой сигнал обычно на 4-16 широких частотных поддиапазонов (широкополосный анализ). В АТС для обеспечения более точных частотных показателей число поддиапазонов увеличено до 128-256 (узкополосный анализ).

Многополосное кодирование обычно рассматривается как метод кодирования формы сигнала, который использует широкополосный кратковременный анализ и синтез. После разделения речевого спектра на несколько поддиапазонов низшая частота каждого из них приводится к нулю, затем поддиапазон дискретизируется в соответствии с частотой Найквиста (минимальной частотой дискретизации), квантуется, кодируется, мультиплексируется и передается. В приемнике поддиапазоны демультиплексируются, декодируются и переводятся обратно в их частотные позиции. Результирующие сигналы поддиапазонов затем складываются для получения аппроксимированного исходного речевого сигнала.

Кодеры стандарта D-AMPS

Цифровой стандарт мобильной радиосвязи D-AMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service), принятый в США в 1990 г., по своим функциональным возможностям и предоставляемым услугам приближается к стандарту GSM. Стандарт D-AMPS не принят в европейских странах, за исключением России, где он в основном ориентирован на региональное использование.

Блок предварительной обработки выполняет следующие функции:

1.предварительную цифровую фильтрацию входного сигнала с целью подъема верхних частот, на долю которых в спектре речевого сигнала приходится меньшая мощность;

2.«нарезание» сигнала на сегменты по 160 выборок (20 мс).

Сигнал с выхода предварительной обработки фильтруется фильтром-анализатором кратковременного линейного предсказания A(z), имеющего форму трансверсального линейного фильтра, для чего коэффициенты частичной корреляции преобразуются в коэффициенты линейного предсказания.

Общий объем информации, выдаваемой для 20-мс сегмента речи, составляет 159 бит. Поскольку исходный объем информации на входе кодера составляет 1280 бит (160 выборок по 8 бит), кодер осуществляет сжатие информации более чем в 8 раз. Перед передачей в канал связи выходная информация кодера речи подвергается дополнительному канальному кодированию, причем разные параметры в зависимости от их важности для обеспечения качества речи кодируются с различной степенью избыточности.

Кодеры TETRA

TETRA (Trans-European Trunked Radio) представляет собой стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, состоящий из ряда спецификаций, разработанных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI.

TETRA -- открытый стандарт, т.е. доступ к спецификациям TETRA свободен для всех заинтересованных сторон. В связи с этим оборудование различных производителей должно быть совместимо.

Стандарт TETRA создавался как единый общеевропейский цифровой стандарт. Стандарт разработан на основе технических решений и рекомендаций стандарта GSM и ориентирован на создание систем связи, эффективно и экономично поддерживающих совместное использование сетей различными группами пользователей с обеспечением секретности и защищенности информации. В кодере TETRA используются фреймы речи по 30 мс. Это требуется для того, чтобы параметры краткосрочного предсказания вычислялись и передавались в каждом речевом фрейме. Речевой фрейм разделен на четыре подфрейма по 7,5 мс (60 выборок). Основной тон и параметры алгебраической кодовой книги также передаются в каждом подфрейме. Должно быть сформировано 137 бит для каждого фрейма по 30 мс, что в результате дает скорость 4567 бит/с.

Кодеры DSNG

Кодер сжатия считается самым ответственным элементом в цепочке обработки цифрового сигнала, он в значительной степени определяет устойчивость и качество изображения при заданной скорости цифрового потока. Стандарт MPEG определяет структуру потока и эталонную модель декодера, но не накладывает ограничений на построение кодера или алгоритм его работы, т.о. для компаний-производителей имеется поле деятельности в достижении наилучших показателей при минимальном расходе битов.

Современные кодеры имеют модульную конструкцию и позволяют использовать сменные блоки входных интерфейсов, допускающие подачу как аналоговых (композитных и компонентных), так и цифровых видеосигналов. При необходимости из аналогового сигнала с помощью дополнительного декодера выделяются сигналы телетекста для последующего ввода в мультиплексор. Композитное декодирование приводит к заметному ухудшению качества изображения и потому не рекомендуется к использованию, его следует применять только при невозможности получить видеосигнал от источника в иной форме.

Важные функции в составе кодера выполняет предпроцессор. Он осуществляет цифровую фильтрацию и синхронизацию кадров, производит дополнительную временную обработку и шумоподавление.

Стандартным решением для кодера считается наличие двух стереоканалов звука. В кодерах предусматривается подача как цифровых сигналов AES/EBU, так и аналоговых сигналов. В последнем случае осуществляется аналого-цифровое преобразование с разрядностью 18 бит/отсчет и частотой дискретизации 32, 44,1 или 48 кГц. В зависимости от выбранного режима скорость выходного потока в канале может изменяться в пределах от 32 до 384 кбит/с, обеспечивая Уровни 1 или 2 стандарта MPEG - 1. Возможна установка двух дополнительных кодеров звука, что дает возможность организовать в общей сложности 4 стерео или 8 моноканалов.

Общепринятым для кодеров сжатия становиться наличие каналов передачи данных пользователя -- низкоскоростного асинхронного со скоростью до 115,2 кбит/с и синхронного со скоростью до 20 Мбит/с.
Для целей обновления программного обеспечения существует отдельная энергонезависимая память, позволяющая хранить предыдущие загрузочные версии ПО. Такая система позволяет гибко конфигурировать кодер, производить модернизацию ПО и по мере необходимости устанавливать различные опции, такие, как статистическое мультиплексирование, скремблирование и поддержка профиля 4:2:2.

Большая часть выпускаемых кодеров формирует минимально необходимый набор PSI таблиц и потому могут работать в одноканальном режиме без дополнительного мультиплексора, непосредственно создавая транспортный поток на входе модулятора. Выходной сигнал кодера может формироваться в одном или нескольких общепринятых стандартах. Наиболее широко применяется стык MPEG-over-IP или DVB-ASI. Максимальная скорость потока на выходе кодера определяется выбранным профилем и уровнем компрессии, для наиболее часто применяемого сочетания MP@ML она составляет 15 Мбит/с. Для приложений 4:2:2P@ML максимальная скорость составляет 50 Мбит/с.

Особое место среди оборудования преобразования контента занимают кодеры для подвижных станций сбора новостей. Существует два типа таких станций -- станции спутникового сбора новостей (DSNG) и станции электронного сбора новостей (DENG).

Станции DENG в качестве канала связи используют каналы эфирного (наземного) телевидения. Характерной особенностью кодеров для таких станций является наличие встроенного DVB модулятора. В кодерах для DSNG приложений используется модулятор стандарта DVB-DSNG, а в кодерах DENG применяется встроенный модулятор DVB-T. Особенностью модуляторов стандарта DVB-DSNG является их способность работать, помимо модуляции QPSK, которая широко применяется на спутниковых линиях связи, с такими типами модуляций, как 8PSK и 16QAM.

Кодеры стандарта АРСО 25

АРСО 25 - стандарт транкинговой радиосвязи, описывающий структуру цифровой транкинговой системы и некоторые ее интерфейсы. Для цифровой передачи речи стандарт АРСО 25 предусматривает использование кодера IMBE (Improved MultiBand Excitation, модифицированный метод многополосного возбуждения). Кодер формирует цифровой поток со скоростью 4,4 кбит/с. Для исправления ошибок в цифровом речевом сигнале используется избыточное кодирование, порождающее дополнительный цифровой поток со скоростью 2,8 кбит/с.

Цифровой речевой сигнал передается кадрами длительностью 180 мс. Два речевых кадра образует суперкадр длительностью 360 мс. Перед передачей речи следует преамбула длительностью 82,5 мс, которая содержит синхропакет (48 бит), идентификатор сети (64 бита), служащий для предотвращения конфликтов между радиостанциями, работающими на одной частоте; информацию для алгоритма шифрования, идентификатор ключа алгоритма шифрования и другие служебные идентификаторы (всего 126 бит). Кадры речи, кроме собственно речевой информации, содержат дополнительную информацию (управления связью, канала сигнализации и т.д.) радиоканал сигнал кодер secam

Речевой IMBE-кодер основан на модели речи, которая относится к моделям с многополосным возбуждением (МВЕ). Основная идея работы кодера состоит в разделении цифрового речевого входного сигнала на перекрывающиеся речевые сегменты (или фреймы) с использованием окна Кайзера. Затем для определенного фрейма оценивается набор параметров.

Речевой MBE-кодер является вокодером, т.е. он не кодирует входной речевой сигнал выборка за выборкой, а синтезирует сигнал, который содержит ту же информацию для восприятия человеком, что и исходный речевой сигнал. Заметим, что когда речь не является вокализованнной, исходный и синтезированный сегменты речи могут не иметь никакого сходства во временной области.

Речевой MBE-кодер имеет два основных преимущества перед ранее используемыми вокодерами: во-первых, он основан на МВЕ речевой модели, которая является более устойчивой, чем традиционные речевые модели в рассмотренных вокодерах; во-вторых, данный метод использует более сложный алгоритм оценки параметров модели речевого синтеза речевого сигнала из параметров модели.

Главное отличие речевых традиционных вокодеров от модели МВЕ состоит в сигнале возбуждения. В обычных речевых моделях для каждого речевого сегмента используется единственное решение вокал/невокал. В отличие от этого речевая модель МВЕ разделяет сигнал возбуждения на несколько неперекрывающихся частотных полос и принимает решение вокал/невокал для каждой частотной полосы. Это позволяет представить сигнал возбуждения для определенного речевого сегмента в виде смеси периодической (вокализованной) энергии и шумоподобной (невокализованной) энергии. Из-за этих множественных определений вокал/невокал эта модель называется моделью с многополосным возбуждением. Такая речевая модель позволяет синтезировать речь с более качеством, чем традиционные модели. Кроме того, речевая модель МВЕ более устойчива к фоновому шуму.

Краткая классификация помехоустойчивых кодеров

К настоящему времени разработано много различных помехоустойчивых кодов, отличающихся друг от друга основанием, расстоянием, избыточностью, структурой, функциональным назначением, энергетической эффективностью, корреляционными свойствами, алгоритмами кодирования и декодирования, формой частотного спектра. На рисунке, представленном выше, приведены типы кодов, различающиеся по особенностям структуры, функциональному назначению, физическим свойствам кода как сигнала.

Наиболее важный подкласс непрерывных кодов образуют сверточные коды, отличающиеся от других непрерывных кодов методом построения и более широкой областью применения.

В общем случае, чем длиннее код при фиксированной избыточности, тем больше расстояние и тем выше помехоустойчивость кода. Однако длинные коды сложно реализуются. Составные коды дают компромиссное решение задачи; из них основное значение имеют каскадные коды и коды произведения. Как правило, каскадный код состоит из двух ступеней (каскадов): внутренней и внешней. По линии связи сигналы передают внутренним кодом n_вт, символьные слова которого являются символами внешнего кода длины n_вш. Основание внешнего кода равно q_вт^k.

Коды произведения строят в виде матрицы, в которой строки суть слова одного кода, а столбцы - того же или другого кода.

При формировании каскадного кода входную информационную последовательность символов разбивают на блоки по k_вт символов в каждом, каждый блок сопоставляют с информационным символом внешнего кода из алфавита, содержащего q_вт^k значений символов. Затем k_вш информационных символов внешнего кода преобразуют в блоки из n_вш символов внешнего кода и, наконец, блоки из k_вт информационных символов внутреннего кода преоб-разуют в блоки из n_вт символов внутреннего кода. Возможны различные варианты: внешний и внутренний коды - блочные, внешний блочный - внутренний сверточный, внешний сверточный - внутренний блочный, внешний и внутренний сверточные.

Один из наиболее распространенных методов формирования кода произведения заключается в последовательной записи по k₁ символов входной информационной последовательности в k₂ строк матрицы (например, в ячейки памяти ОЗУ), добавлении избыточных символов по n₁-k₁ в каждую строку и по n₂-k₂ в каждый столбец, после чего в последовательность символов кода считывают по строкам или столбцам из матрицы. Физическим аналогом кода произведения является, в частности, частотно-временной код, у которого строки располагаются вдоль оси времени, а столбцы - по оси частот. Параметры составных кодов: каскадных - n=n_вшn_вт, k=k_вшk_вт, d=d_вшd_вт; произведения - n=n₁n₂, k=k₁k₂, d=d₁d₂. Производные коды строят на основе некоторого исходного кода, к которому либо добавляют символы, увеличивая расстояние (расширенный код), либо сокращают часть информационных символов без изменения расстояния (укороченный код), либо выбрасывают (выкалывают) некоторые символы (выколотый, или перфорированный код). Код Хэмминга дает пример процедуры расширения, увеличивающей расстояние кода с 3 до 4. Необходимость в выкалывании возникает в результате построения на основе исходного кода другого, менее мощного, более короткого кода с тем же расстоянием.

При более широкой трактовке термина "производный код" к этому классу можно отнести все коды, полученные из исходного добавлением или исключением как символов, так и слов.

Формально деление кодов на двоичные и недвоичные носит искусственный характер; по аналогии следует выделять троичные, четверичные и другие коды большего основания. Оправдывается такое деление усложнением алгоритмов построения, кодирования и декодирования недвоичных кодов.

При прочих равных условиях желательно, чтобы информационные и избыточные символы располагались отдельно. В систематических кодах это условие выполняется. В циклических кодах каждое слово содержит все свои циклические перестановки. Все n циклических перестановок (слова длины n) образуют цикл. В квазициклических кодах цикл образуется на числе символов n-1 или, реже, n-2. Циклические коды важны как с точки зрения математического описания, так и для построения и реализации кода.

Ошибки в каналах связи имеют самое различное распределение, однако для выбора помехоустойчивого кода целесообразно разделить все возможные конфигурации ошибок на независимые (некоррелированные) и пакеты (коррелированные ошибки). На практике приходится учитывать качество интервалов между пакетами: они могут быть свободными от ошибок или же содержать случайные независимые ошибки.

Под корреляционными подразумевают коды, обладающие хорошими корреляционными свойствами, важными при передаче сигналов вхождения в связь, для повышения защищенности от некоторых видов помех, извлечения сигналов из интенсивных шумов, обеспечения многостанционного доступа, построения асинхронно-адресных систем связи. Корреляционные коды включают в себя пары противоположных сигналов с хорошей функцией автокорреляции (метод внутриимпульсной модуляции), импульсно-интервальные коды, имеющие на фиксированном интервале времени постоянное для всех слов кода число импульсов с неперекрывающимися (при любом взаимном сдвиге слов во времени) значениями интервалов между импульсами, ансамбли сигналов с хорошими взаимокорреляционными свойствами.

Особый класс образуют частотно-компактные коды, предназначенные для сосредоточения энергии сигнала в возможно более узкой полосе частот. Столь общая постановка задачи понимается в различных системах связи по-разному: в проводных линиях и линейных трактах, содержащих полосно-ограничивающие фильтры с крутыми фронтами, необходимо основную энергию сигналa "отодвинуть" от крайних частот к центру полосы пропускания целью уменьшения межсимвольных искажений; в сетях радиосвязи с жесткими ограничениями по электромагнитной совместимости радиосредств от кода требуется значительно (на десятки децибел) уменьшить уровень внеполосных излучений. Построение кодирование и декодирование частотно-компактных кодов существенно зависят от метода модуляции.

Особенности практического кодирования

Основные классы кодов

Двоичная информация подлежит передаче по каналу, подверженному случайным ошибкам. Задача кодирования состоит в таком добавлении к информационным символам дополнительных символов, чтобы на приемнике эти искажения могли быть найдены и исправлены. Иначе говоря, последовательность символов данных представляется в виде некоторой более длинной последовательности символов, избыточность которой достаточна для защиты данных.

Двоичный код мощности М и длины n представляет собой множество из М двоичных слов длины n, называемых кодовыми словами. Обычно М = 2^k, где k - некоторое целое число; такой код называется двоичным (n,k)-кодом.

Например, можно построить следующий код: 10101 10010 01110 11111 Это очень бедный (и очень маленький) код с M = 4 и n=5, но он удовлетворяет приведенному выше определению. Данный код можно использовать для представления 2-битовых двоичных чисел, используя следующее (произвольное) соответствие:

00<-> 10101, 01<-> 10010, 10<-> 01110, 11<-> lllll.

Если получено одно из четырех 5-битовых кодовых слов, то полагаем, что соответствующие ему два бита являются правильной информацией. Если произошла ошибка, то мы получим 5-битовое слово, отличающееся от кодовых слов. Тогда попытаемся найти наиболее вероятно переданное слово и возьмем его в качестве оценки исходных двух битов информации. Например, если мы приняли 01100, то полагаем, что передавалось 01110, и, следовательно, информационное слово равнялось 10.

В приведенном примере код не является хорошим, так как он не позволяет исправлять много конфигураций ошибок. Желательно выбирать коды так, чтобы каждое кодовое слово по возможности больше отличалось от каждого другого кодового слова; в частности, это желательно в том случае, когда длина блока велика.



Особенности технического обслуживания кодеров SECAM

1. Выходным устройством ТВ тракта телеорганизации при использовании композитного видеосигнала PAL является транскодер PAL-SECAM, а при компонентной аналоговой или цифровой технологии подготовки ТВ программ - кодер SECAM.

Ежедневное техническое обслуживание и контроль кодера SECAM и транскодера PAL-SECAM включает:

- внешний осмотр, удаление пыли с поверхности прибора и т.п.;

- проверку напряжения питающей сети перед началом работы;

- проверку размахов и параметров входных и выходных видеосигналов на соответствие нормам, приведенным в таблице 8.2, в том числе по сигналу ГЦП, перед началом работы;

- непрерывный контроль и измерения выходного видеосигнала по осциллографу и выходному монитору в процессе работы.

При обнаружении недопустимых отклонений видеосигнала на экране осциллографа или искажений на экране выходного монитора необходимо перейти на резервный комплект оборудования, а основной кодер или транскодер подвергнуть подстройке или ремонту.

2. Во время планово-периодических профилактических работ производится выборочный (ежемесячно) и сплошной (один раз в 6 месяцев) контроль, измерения и подстройка параметров кодеров SECAM или транскодеров PAL-SECAM.

Измерению подлежат:

- размах яркостной составляющей;

- размах и форма составляющих сигнала синхронизации;

- размах сигналов опознавания в строках ДР и ДВ;

- размах немодулированной поднесущей в строках ДР и ДВ;

- частота покоя цветовой поднесущей на черной и белой полосах ГЦП;

- девиация частоты цветовой поднесущей, в том числе соответствующая уровням ограничения;

- амплитудно-частотная характеристика канала яркости.

3. Для измерения параметров кодера SECAM или транскодера PAL-SECAM рекомендуется использовать генератор DTG-35, секамоскоп ПБ-100, осциллограф С1-81 или аналогичные приборы. При отсутствии названных приборов профилактические и ремонтные работы кодера SECAM и транскодера PAL-SECAM необходимо производить на фирме-изготовителе или же в соответствующем сервисцентре.

4. При измерениях параметры кодера SECAM должны соответствовать нормам.

5. В составе полного цветового видеосигнала по стандарту SECAM на выходе телевизионного тракта телеорганизации должны присутствовать сигналы испытательных строк по ГОСТ 7845 и ГОСТ 18471.

6. Если в выходной аппаратуре телеорганизации испытательных строк не предусмотрено, то их необходимо сформировать в отдельном приборе и замешать в выходной видеосигнал по стандарту SECAM, например с помощью формирователя испытательных строк ФИС-21.



Библиографический список

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: 2-е изд. /Пер. с англ.- М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - 1104 с.

2. http://www.mediavision-mag.ru

3. http://life-prog.ru/1_14282_formirovanie-signala-v-radiokanale.html

4. А.В. Смирнов. Основы цифрового телевидения. Москва 2001, 224

5. Р.Брайс. Справочник по цифровому телевидению, Эра, Жуковский, 2001, 230 стр

6. Н.Н.Слепов. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи, Радио и связь, Москва, 2000,468 стр.

7. http://www.telesputnik.ru/archive/113/article/66.html

8. http://siblec.ru/index.php?dn=html&way=bW9kL2h0bWwvY29udGVudC84c2VtLzA3Ny81LTMuaHRt

9. http://www.zakonprost.ru/content/base/part/64219

10. http://3lsystems.ru/equipment/digital-tv/encoders/

11. ПРИКАЗ МПТР РФ от 12-07-2002 134 (2016) Актуально в 2016 году

Размещено на Allbest.ru