Телевизионные устройства (ТВУ) (стр. 3 )

Вариант 3.9

1. Постройте график амплитудно-частотной характеристики канала цветности разделительного фильтра, изображенного на рис. 11, на участке частот от 0 до .

2. В стандартной группе (GOP) из 12 I- и P-кадров сигналы на выходе декодера MPEG-2 (рис. 12) обозначены . Вычислите и занесите в нижеприведенную таблицу сигналы в точках 4 и 5 декодера.

Номер кадра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Выходной сигнал
Точка 4
Точка 5

3. Используя схему рис. 13 в качестве прототипа, разработайте схему декодера модуляционных символов (ДМС) для модуляции вида 4-КАМ. Дайте подробное описание принципа работы устройства. Приведите пример преобразования сигналов I и Q в сигнал D. Приведите численное значение величины m при модуляции 4-КАМ.

Вариант 3.10

1. Постройте схему цифрового разделительного фильтра для совместимой системы цветного телевидения, амплитудно-частотные характеристики которого описываются выражениями:

– для канала яркости ;

– для канала цветности ,

где – частота поднесущей.

Постройте графики и в интервале частот от 0 до .

2. На вход кодера/декодера MPEG-2 (рис. 12) поступает оцифрованный сигнал непосредственно с видеокамеры. Дайте подробное описание сходства и различий между входным и выходным сигналами устройства. Как зависят эти различия от степени сжатия цифровых данных при передаче по каналу связи? Чем определяется допустимая степень компрессии данных?

3. Используя схему рис. 13 в качестве прототипа, разработайте схему декодера модуляционных символов (ДМС) для модуляции вида 64-КАМ. Дайте подробное описание принципа работы устройства. Приведите численное значение величины m при модуляции 64-КАМ. Определите требуемую полосу частот канала связи при модуляции 64-КАМ, если известна частота дискретизации сигнала D.

Вариант 3.11

1. На рис. 14 приведена схема вертикального (гребенчатого) разделительного фильтра для совместимой системы цветного телевидения. Выведите формулу для амплитудно-частотной характеристики канала яркости (выход 1) этого фильтра.

2. На рис. 15 приведена схема рекурсивного шумоподавителя. Известно среднеквадратичное значение шума на входе устройства:

В.

Определить в установившемся режиме среднеквадратичное значение шума и на выходах 1 и 2 соответственно.

3. Используя схему рис. 13 в качестве прототипа, разработайте схему декодера модуляционных символов (ДМС) для модуляции вида 256-КАМ. Опишите работу устройства. Для данного вида модуляции определите:

– численное значение величины m;

– требуемую полосу частот канала связи, если известна частота дискретизации сигнала D.

Вариант 3.12

1. Вывести формулу для амплитудно-частотной характеристики канала цветности (выход 2) разделительного фильтра рис. 14.

2. На рис. 16 приведена схема цифрового декодера композитного видеосигнала для совместимой системы цветного телевидения с квадратурной модуляцией. Разработайте Ваш вариант схемы последетекторной обработки (СПО) для режима PAL.

3. Нижеприведенная схема поясняет принцип работы скремблера/дескремблера цифрового сигнала. Докажите, что сигналы на входе Б1 и выходе Y2 одинаковы. Приведите пример схемы генератора псевдослучайной последовательности (ПСП). Как практически осуществляется синхронизация скремблера (на предающем конце канала связи) и дескремблера (в приемном устройстве)?

Вариант 3.13

1. На рис. 17 приведена схема временного разделительного фильтра для совместимой системы цветного телевидения. Выведите формулу для амплитудно-частотной характеристики канала яркости этого фильтра.

2. Для цифрового декодера композитного сигнала, изображенного на рис. 16 разработайте Ваш вариант схемы цветовой синхронизации (СЦС) при работе декодера в режиме PAL.

3. На рис. 18 изображена схема скремблера (дескремблера) цифрового сигнала. Вычислите сигнал на выходе генератора ПСП в течение 30 тактов после загрузки инициирующей последовательности (ИП) в регистр генератора ПСП. Определите двоичное число, которое записано в регистре сдвига после 30-го такта.

Вариант 3.14

1. Выведите формулу для амплитудно-частотной характеристики канала цветности временного разделительного фильтра, изображенного на рис. 17.

2. Для схемы рекурсивного шумоподавителя, изображенного на рис. 15 при неподвижном изображении в установившемся режиме выведите формулы:

;

.

3. Вычислите сигнал на выходе скремблера, изображенного на рис. 18 в течение 30 тактов после загрузки инициирующей последовательности, если входной сигнал D скремблера задан в следующем виде: .

Примечание. Работа генератора ПСП синхронизирована по тактам с входным сигналом скремблера (сигнал D).

Вариант 3.15

1. Постройте графики амплитудно-частотных характеристик канала яркости и канала яркости временного разделительного фильтра, изображенного на рис. 17. Покажите, что в режиме NTSC (стандарт М) максимумы зон прозрачности фильтра в канале яркости всегда совпадают с частотами гармоник спектра яркостного сигнала, а в канале цветности – с частотами гармоник спектра модулированной поднесущей. Для этого, в частности, необходимо доказать справедливость следующих выражений:

где – обязательно четное число, а – обязательно нечетное число.

2. На рисунке приведена схема цифрового декодера SECAM. Дайте описание принципа работы частотного детектора (ЧД). Докажите, в частности, что дискриминационная характеристика ЧД проходит через нуль на частоте . Какие особенности работы ЧД приводят к необходимости введения в декодер схемы ВПС и требуют коррекции стандартного алгоритма декодирующей матрицы?

Дайте по этим вопросам подробные пояснения.

3. Изучите работу скремблера (дескремблера), изображенного на рис. 18 и ответьте на следующие вопросы.

Какое двоичное число и почему нельзя загружать в регистр сдвига генератора ПСП в качестве инициирующей последова­тельности (ИП)?

Какое двоичное число и почему не может оказаться запи­санным в регистр сдвига генератора ПСП (при правильной за­грузке ИП и исправной работе схемы)?

Какое двоичное число и почему, оказавшись записанным в регистр сдвига генератора ПСП, приводит к выключению скремблера?

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Пример 1

Задача

Заполнить биты четности в двух 8-разрядных словах, два старших информационных разряда которых защищаются 8-разрядным кодом Хэмминга:

Решение

Вначале выписываем друг за другом первые полубайты заданных слов и получаем 8-разрядное слово, в котором необходимо заполнить биты четности по правилам, изложенным на с. 28 учебного пособия [1].

Например, бит с номером 0 проверяет на четность биты 0, 1, 5, 7 (проверка А), т. е. для рассматриваемого примера его содержимое равно 0. Затем следует проверка В, в которой бит с номером 2 проверяет на четность биты 1, 2, 3, 7. Для рассматриваемого примера содержимое бита 2 равно 1. Затем следуют проверки С и D, в результате которых вычисляются значения битов с номерами 4 и 6 соответственно. Заполнив биты четности в составном 8-разрядном слове, получаем

Теперь переносим биты четности попарно в исходные 8-разрядные слова и получаем решение в следующем виде:

Пример 2

Задача

На рисунке приведена конкретная реализация блока данных, состоящего из четырех 8-разрядных слов, старший информационный разряд которых защищен помехоустойчивым 8-разрядным кодом Хэмминга. Требуется обнаружить и исправить одиночную ошибку в блоке данных, возникшую при передаче цифрового сигнала по каналу связи.

Решение

Выпишем друг за другом первые два бита 8-разрядных слов входного блока данных. Получаем вспомогательное слово, соответствующее 8-разрядному коду Хэмминга:

Далее по правилам, изложенным на с. 28 и в табл. 1.5 учебного пособия [1], определяем ошибку в бите с номером 1 вспомогательного слова, что соответствует ошибке в старшем информационном бите (бит 1) первого 8-разрядного слова во входном блоке данных. Инвертируя содержимое этого бита, получим решение задачи в следующем виде (исправленный бит выделен жирной рамкой):

Пример 3

Задача

Определить вес старшего разряда 8 в составе выходного сигнала ЦАП, изображенного на рис. 1 при следующих параметрах схемы: В; кОм; кОм.

Решение

Фактически нужно определить для случая, когда к точке А (узел суммирования токов) подключен только ключ К3, что соответствует входному коду 1000. Считая входным сигналом опорное напряжение Е, определим коэффициент усиления операционного усилителя (ОУ) по формуле

и, следовательно,

.

Знак минус соответствует подключению усиливаемого сигнала на инвертирующий вход ОУ; в результате сам усилитель называется инвертирующим. Таким образом, если необходимо получить положительную полярность сигнала на выходе ЦАП, опорное напряжение Е должно быть отрицательным (и наоборот).

Подставляя в полученные формулы заданные численные значения Е, R и , приходим к следующему результату: ; В.

Пример 4

Задача

По условию предыдущей задачи определить вес младшего разряда в составе 4-разрядного ЦАП. Определить максимальное значение на выходе ЦАП.

Решение

За счет цепочечной схемы вес разряда при переходе от старшего к соседнему младшему уменьшается вдвое. Очевидно, что в 4-разрядном ЦАП вес младшего разряда равен , если для старшего разряда он равен 8. Для параметров ЦАП, заданных в примере 3, получим:

В.

Напряжение реализуется на выходе ЦАП при входном коде 1111 и составляет

В

Примечание. параметры ЦАП должны выбираться так, чтобы все возможные значения сигнала находились внутри динамического диапазона используемого ОУ.

Пример 5

Задача

Внести изменения в схему ЦАП, изображенного на рис. 1, обеспечивающие симметричное расположение максимального и минимального значений выходного сигнала ЦАП относительно нулевого уровня. Численные значения параметров схемы ЦАП взять из примеров 3 и 4.

Решение

Такая задача может возникнуть, например, при разработке формирователя модуляционных символов (ФМС) для модуляции вида М-КАМ, рассматриваемой в п. 3.5.4 учебного пособия [1]. Для решения задачи необходимо сместить динамический диапазон выходных сигналов ЦАП на величину .

На вышеприведенном рисунке в схему ЦАП введена дополнительная цепь смещения, состоящая из дополнительного источника опорного напряжения , который через резистор подключен к точке А (узел суммирования токов). Обратите внимание на то, что источники Е и разного знака.

Величины и найдем из следующих соображений. При входном коде 0000 выходное напряжение ЦАП должно быть равно (а не 0, как для прототипа рис. 1). Отсюда следует равенство

,

где – это коэффициент усиления ОУ, если считать сигналом , а вычислено для прототипа. Одной из искомых величин, например , необходимо задаться, тогда требуемое значение находим по формуле

.

Для численных значений из примеров 3 и 4 ( кОм;  кОм;  В;  В) и, приняв  кОм, получим В.

Пример 6

Задача

Используя схему рис. 5 в качестве прототипа, разработать взаимозаменяемую схему гетеродина МВ для телевизионного тюнера на биполярном транзисторе p-n-p-типа. Автогенератор выполнить по схеме индуктивной трёхточки с общей базой.

Решение

На нижеприведенном рисунке представлена готовая схема гетеродина МВ. Все изменения, внесенные в схему (по сравнению с прототипом), являются вынужденными и минимально необходимыми для того, чтобы удовлетворить условиям задания. Контур, определяющий частоту гетеродина, образован конденсаторами С1, С2, ёмкостью варикапа VD1 (емкостная ветвь) и индуктивностями L1 и L2 (индуктивная ветвь). Цепь положительной обратной связи организована через индуктивную ветвь контура. Конденсатор С5 является блокировочным и предотвращает от короткого замыкания участок коллектор-эмиттер транзистора по постоянному току. Аналогичную роль выполняет блокировочный конденсатор С7 на участке база-эмиттер. Конденсатор С5 (в схеме прототипа) устранен за ненадобностью.

В схеме применено (как и в прототипе) инверсное питание транзистора для сохранения совместимости с положительным напряжением питания тюнера. Однако появилась необходимость поставить дополнительный блокировочный элемент – дроссель L3, обеспечивающий соединение по постоянному току коллектора транзистора VT1 и анода варикапа VD1 с землей. И еще одно изменение: точки подключения шин питания МВ1 и МВ3 поменяны местами, так как диод VD2, замыкающий на землю (через блокировочный конденсатор С6) часть емкостной ветви контура (С2) и уменьшающей частоту гетеродина, должен быть открыт в поддиапазоне МВ1.

Пример 7

Задача

Вывести выражение для амплитудно-частотной характеристики цифрового (дискретного) фильтра, построенного по нижеприведенной схеме, где − длительность задержки на такт дискретизации.

Решение

Записываем уравнение, связывающее входной и выходной сигналы в следующем виде

,

где n – длительность задержки, выраженная в тактах. Далее записываем выражение для коэффициента передачи фильтра в плоскости z-преобразования

.

Так как для рассматриваемого фильтра , выражение для имеет вид

.

Для перехода в частотную область с целью получения формулы для комплексного коэффициента передачи фильтра делаем подстановку

Для нашего случая () получим

.

Амплитудно-частотную характеристику фильтра находим как модуль комплексного коэффициента передачи

.

После необходимых тригонометрических преобразований получим следующее выражение:

.

Пример 8

Задача

Разработать схему формирования модуляционных символов для модуляции 256-КАМ.

Решение

Для данного вида модуляции длина кортежа равна 8 битам, т. е. совпадает с байтом. Формирователь модуляционных символов (ФМС) преобразует каждый кортеж из последовательного кода в параллельный.

Тактовая частота обновления параллельного кода равна . Биты параллельного кода разделяются на две группы в заранее оговоренном порядке (например, по полубайтам или по чётным и нечётным номерам по 4 бит в группе). Затем с помощью двух ЦАП четырехразрядные группы кодов преобразуются в два 16-уровневых сигнала, которые принято называть сигналами I и Q. Эти сигналы поступают на схему квадратурной модуляции, на выходе которой реализуется модуляция вида 256-КАМ. Каждая пара значений сигналов I и Q образует модуляционный символ, для которого в звездной диаграмме своя неповторимая точка. Всего при модуляции 256-КАМ формируется 256 модуляционных символов; такое же число точек содержит звездная диаграмма.

Упрощенная схема ФМС для 256-КАМ приведена на рисунке.

Пример 9

Задача

Разработать схему декодера модуляционных символов (ДМС) для модуляции вида 256-КАМ.

Решение

Поскольку процесс ДМС обратен процессу ФМС, описанному в примере 8, ограничимся представлением готовой схемы (упрощенной) декодера для модуляции вида 256-КАМ.

Разобраться с подробностями функционирования устройства предлагается самостоятельно.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Казанцев и телевизионные устройства: Учеб. пособие. – Томск: ТМЦДО, 2005. – 194 с.

2. Казанцев телевидения: Учеб. пособие. – Томск: ТМЦДО, 2002. – 160 с.

3. Казанцев телевидения: Учеб. метод. пособие. – Томск: ТМЦДО, 2002. – 31 с.