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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Aceptamos audio estereofónico. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Телевидение El 14 de noviembre de 2003, el Primer Canal de la televisión rusa comenzó a emitir periódicamente una serie de programas con sonido estereofónico. Están marcados en la imagen con un icono especial en forma de dos pantallas de televisión estilizadas superpuestas. Por supuesto, también se ha conservado la transmisión de una señal sonora monofónica. Esta transmisión fue posible gracias a la puesta en funcionamiento de un nuevo transmisor en la torre de televisión Ostankino en sustitución del antiguo, que funcionaba desde 1967. - desde el día en que comenzó la transmisión desde el centro de televisión de Ostankino. El transmisor antiguo se utilizará como respaldo por ahora. Los residentes de Moscú y la región de Moscú pueden recibir sonido estéreo si sus televisores están equipados con demoduladores: decodificadores de la señal NICAM transmitida mediante modulación de fase DQPSK a una frecuencia subportadora de 5,85 MHz. Recordemos que la separación entre las frecuencias portadoras de la imagen y el sonido monofónico convencional en los canales de radio es de 6,5 MHz, según lo previsto en los estándares que utilizamos D (en MB) y K (en UHF). En esta y en las siguientes partes del material publicado se describe cómo se genera, transmite y recibe la señal de audio estéreo NICAM. Hasta hace poco, nuestro país no contaba con soporte de sonido estereofónico para programas de televisión al aire, por lo que había poco interés en este tipo de sistemas de transmisión. Al mismo tiempo, se utilizan con éxito en el extranjero. Uno de los más populares es el sistema de audio estereofónico NICAM (Near Instantanefully Companded Audio Multiplex) para transmisiones de televisión. Fue desarrollado por la British Broadcasting Company (BBC) y se introdujo por primera vez en el CCIR en 1987. Entró en servicio en 1988 y ahora se utiliza ampliamente en el Reino Unido, Suecia, Dinamarca y otros países europeos, tanto terrestre como en televisión por satélite. radiodifusión. Glosario de términos
Dado que el "Primer Canal" de transmisión de televisión comenzó a realizar acompañamiento de sonido estereofónico para varios de sus programas precisamente utilizando este sistema, el lector debe familiarizarse con los principios de formación de señales NICAM, su transmisión y recepción de acuerdo con los estándares de radiofrecuencia B. , G, H, I, así como circuitos específicos decodificadores de señal del receptor de TV. Dado que el sistema proporciona transmisión con una velocidad total de 728 kbit/s, en la literatura se le llama más a menudo NICAM-728 [1-4]. De acuerdo con la Recomendación 707 del CCIR, el sistema se utiliza en los casos en los que, además de la transmisión de una señal de vídeo analógica, es necesario introducir audio digital en dispositivos de televisión terrestres. Para su transmisión se utilizan dos frecuencias portadoras (Fig.1), la principal f3 ocn se modula, como es habitual, en frecuencia mediante una señal de audio monofónica analógica de programas de televisión, y la adicional f3 adicional se modula mediante una señal de audio estéreo digital. señal NICAM.
Las portadoras de audio están separadas de las portadoras de imagen por 5,5 (primaria) y 5,85 (adicional) MHz para los estándares B, G, H y 6 y 6,552 MHz para el estándar I. Esta portadora NICAM proporciona la transmisión de dos señales de audio de alta calidad. de los canales L (izquierda) y R (derecha). La portadora de sonido NICAM en los estándares B, G, H, I tiene una frecuencia ligeramente superior a la portadora de sonido convencional, pero dentro de la banda de frecuencia del canal de radio. Los principales parámetros del sistema NICAM se muestran en la tabla.
Consideraremos el principio de formación de señales del sistema NICAM utilizando un diagrama de bloques simplificado del transmisor que se muestra en la Fig. 2. Antes de aplicar señales de audio analógicas de los canales L y R al ADC multiplexado, se introduce preénfasis en cada uno de ellos. Son necesarios según los estándares internacionales (Recomendación J.17 del CCITT) para proporcionar cierto impulso a los componentes de RF de las señales. El énfasis previo le permite reducir el nivel de ruido, que se localiza principalmente en este intervalo. En el receptor, la relación entre los componentes de baja y alta frecuencia se restablece mediante circuitos de corrección de preénfasis, que reducen la amplitud de los componentes de alta frecuencia.
Se sabe que para obtener sonido de alta calidad de los equipos domésticos, es suficiente una banda de frecuencia de audio de 15 kHz. De ello se deduce que la frecuencia de muestreo mínima al convertir una señal de audio analógica a digital debe ser igual al doble de la frecuencia de audio superior, es decir, 30 kHz. Sin embargo, en la práctica, se utiliza una frecuencia de muestreo ligeramente superior, 32 kHz, para evitar el solapamiento de la señal y la distorsión asociada. Las señales L y R se muestrean simultáneamente, después de lo cual el ADC convierte un grupo de tres muestras de la señal L en una palabra codificada de 14 bits, seguida del mismo grupo de muestras de la señal R, luego la palabra L nuevamente, etc. . Sucesivamente. La señal de salida del ADC consta de segmentos de datos secuenciales que representan grupos de 32 muestras de cada canal. La digitalización de señales de 14 bits le permite obtener una gran cantidad de niveles de cuantificación (16384), lo cual es bastante aceptable para una reproducción de sonido de alta calidad. En las condiciones mencionadas de digitalización de señales con una frecuencia de muestreo de 32 kHz, se requiere una velocidad de transmisión de datos bastante alta y, por tanto, una banda de frecuencia muy amplia, que no encaja en la banda de frecuencia del canal de radio. Por lo tanto, en la práctica se utiliza la compresión digital casi instantánea (como lo indica el nombre del sistema), lo que permite reducir el número de bits por muestra de 14 a 10 y la tasa de bits de transferencia de datos sin degradar la calidad de la señal reproducida. El método de compresión digital se basa en que el valor de cada bit del código binario depende del nivel de la señal de audio, que en cada momento representa una muestra codificada específica. Así, en el caso de sonidos fuertes, es decir, en caso de grandes amplitudes de señal, la influencia de los bits de orden inferior es muy pequeña y puede despreciarse. Para sonidos suaves (los valores de muestra no superan los 100...200 µV), no se pueden descuidar los bits de orden inferior. En consecuencia, el compresor digital NICAM convierte un código de 14 bits en un código de 10 bits: para señales débiles, se retienen las muestras originales de 14 bits y para señales de alto nivel, se descartan de uno a cuatro bits de bajo orden. Para una compresión más eficiente, en algunos casos también se excluyen algunos bits de orden superior. Por ejemplo, el bit 13 se excluirá si coincide con el 14; El bit 12, si coincide con el 13 y el 14, etc. El bit 14 siempre está presente, ya que indica la polaridad de la señal. Cuando se eliminan los bits más significativos, el sistema proporciona una manera de restaurarlos en el receptor, llamada codificación de factor de escala. Es un código de tres bits que le indica al receptor el número de bits de orden superior excluidos para su posterior restauración. La siguiente etapa del procesamiento de la señal es agregar un bit de paridad al código de cada muestra y formar un código de 11 bits. El bit de paridad es necesario para comprobar si hay errores en los seis bits más significativos. En la salida del dispositivo para sumar bits de paridad, se forman grupos llamados segmentos a partir de 32 muestras de 11 bits L1 - L32 (en el canal L) y R1 - R32 (en el canal R) (Fig. 3), que se envían primero a al formador de bloques y luego al multiplexor formador de bucles. Antes de formar ciclos (tramas), el flujo de datos se organiza en bloques de datos de 704 bits, cada uno de los cuales contiene dos segmentos (uno de cada canal), y los bloques se multiplexan como se muestra en la figura. 4.
Antes de cada bloque de datos de audio, se colocan 24 bits adicionales de información, necesarios para la sincronización y el control (Fig. 5). La palabra de sincronización de trama sincroniza el receptor NICAM del televisor y siempre tiene el valor 01001110, y los bits C0-C4 son necesarios para controlar y sincronizar el decodificador, y el bit CO se denomina bandera de trama.
A continuación se utiliza el entrelazado de bits. Es necesario minimizar los errores de bits (errores de ráfaga), que son causados por ruido e interferencias y pueden dañar varios bits adyacentes. Un entrelazador de bits separa los bits adyacentes entre sí mediante 16 ciclos de reloj (es decir, hay otros 15 bits entre ellos). Por lo tanto, dado que el paquete de error no suele superar los 16 bits (y esto es lo más probable), en el televisor se dispersará en varias muestras en forma de errores de un solo bit, y esto prácticamente no tiene ningún efecto en la calidad del sonido. El entrelazador de bits contiene RAM donde los datos de un bloque de 704 bits se escriben primero y luego se leen en la secuencia anterior. El orden de lectura se almacena en la ROM, también llamado sensor de secuencia de direcciones. Se utiliza una ROM similar en un televisor para restaurar allí la secuencia de bits original.
Para que la señal se perciba como aleatoria, es decir, para que tenga una distribución uniforme de energía y para reducir la influencia en la señal de audio NICAM de una señal de audio normal procedente del modulador de frecuencia, se pasa un flujo de bits a un codificador. dispositivo. Evidentemente, los bits de la palabra de sincronización de trama no están codificados. Un televisor realiza el procedimiento inverso, llamado decodificación, para restaurar los bits de datos de audio a su forma original. En el sistema NICAM, el método QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) de manipulación por desplazamiento de fase de la portadora de audio se utiliza para transmitir una señal digital a través de un canal de radio. Sin embargo, el flujo codificado de datos de audio digital está sujeto a codificación diferencial antes de ser enviado al modulador, por lo que la manipulación también se denomina diferencial (Diferencial) - DQPSK. Esto es necesario para que el televisor pueda utilizar no solo la demodulación síncrona, sino también una más simple: la diferencial. La modulación por desplazamiento de fase es la forma más económica de modulación en la que la frecuencia de la portadora permanece constante mientras su fase cambia según el estado de los bits de datos. La manipulación por desplazamiento de fase en cuadratura, también llamada manipulación por desplazamiento de fase en cuadratura, tiene cuatro valores de fase: 45°, 135°, 225° y 315°. Para obtenerlos, primero se desplaza la fase de la portadora 90° y se generan dos señales de datos en cuadratura: I y Q. Como resultado, se crea una señal con una fase resultante de 45°. Luego, para formar los vectores resultantes restantes, estas dos señales sufren un cambio de fase de 180° (Fig. 6). Cada uno de los vectores se puede representar mediante dos bits de un número binario:
En consecuencia, los patrones de bits presentados cambian la fase de la portadora en diferentes ángulos con respecto a la fase de la señal anterior, como se muestra en el diagrama de tiempos de la Fig. 7. Para garantizar dicha manipulación de fase, el flujo en serie de datos de audio digital se convierte a un formato paralelo de dos bits. Como resultado, la tasa de bits se reduce a la mitad, lo que conduce a un estrechamiento de la banda de frecuencia ocupada por la señal.
La señal modulada DQPSK y la señal de audio mono modulada en frecuencia se envían a un convertidor de frecuencia, donde se transfieren a una frecuencia portadora específica. La señal de RF es amplificada y radiada por la antena. Consideremos un fragmento del diagrama de bloques de un televisor con un demodulador y decodificador NICAM incorporado (Fig. 8).
Como es habitual, la señal de transmisión de televisión se envía a la entrada de antena del selector de canal (sintonizador), en la que las señales de radiofrecuencia recibidas se seleccionan y se convierten en imágenes IF y señales de sonido. Amplificados y pasados a través de un filtro tensioactivo, pasan a las rutas de procesamiento correspondientes del televisor. El filtro de paso de banda NICAM (a una frecuencia de 5,85 MHz para los estándares B, G, H, D, K o 6,552 MHz para el estándar I) selecciona las señales NICAM IF que, después de la amplificación, se envían al demodulador NICAM (Fig. 9). ). Su funcionamiento se basa en los mismos principios que un demodulador de FM convencional, en el que los cambios de fase o frecuencia de las oscilaciones provocan cambios en la tensión CC de salida. Sin embargo, en la modulación en cuadratura, además del detector de fase en fase, también se utiliza un demodulador de fase en cuadratura, al que se suministra una señal desfasada 90° desde el generador de portadora.
Desde las salidas del detector y del demodulador, las señales de datos I y Q pasan a través del filtro de paso bajo hasta el decodificador lógico diferencial, el dispositivo de recuperación de bits de sincronización y el dispositivo PLL. Este último, como es habitual, genera una señal de error si es necesario, que ajusta la frecuencia y la fase del oscilador portador. El dispositivo de recuperación de bits de reloj está incluido en un segundo bucle PLL sincronizado con la velocidad de bits. Para garantizar la sincronización de la velocidad de bits, se utiliza un múltiplo de la velocidad de bits como frecuencia del sistema. La tasa de bits se obtiene dividiendo la frecuencia del reloj del sistema por 8. El decodificador lógico diferencial convierte los flujos de datos I y Q en datos paralelos de dos bits correspondientes, que luego se pasan a un convertidor paralelo a serie, que reconstruye el flujo de datos serie original. El decodificador NICAM (Fig. 10) proporciona decodificación, desentrelazado, expansión de datos, restauración de las palabras originales de 14 bits y control DAC.
Los datos codificados del demodulador NICAM se envían a un detector de palabras de sincronización de cuadros y a un decodificador para el reconocimiento y decodificación de cuadros. Los datos decodificados se envían a un desintercalador, que genera los datos originales de dos canales (L y R) junto con una señal de identificación para el canal deseado. Para el desintercalado, similar a un transmisor, el flujo de datos primero se escribe en las celdas de la ROM bloque por bloque y luego el contenido de las celdas se lee de acuerdo con el programa grabado en la ROM para reproducir el orden de bits correcto. Los datos decodificados también pasan al dispositivo de selección del modo de funcionamiento, que decodifica los bits de control C0-C4 (ver Fig. 5) y transmite información sobre el tipo de transmisión al expansor y otros nodos del decodificador, así como al televisor. En particular, genera una señal de bloqueo para un canal de sonido monofónico al recibir sonido estereofónico. Este bloqueo evita que la interferencia y el ruido del canal de audio monoaural entren al amplificador 3H. Restaurada en el orden correcto por el dispositivo de desentrelazado, cada palabra de 11 bits (recuerde: 10 bits de datos + 1 bit de paridad) se expande mediante el expansor a un formato de 14 bits. El expansor utiliza factores de escala integrados en los bits de paridad, que expanden los códigos de muestra de 10 bits a 14 bits. El dispositivo de comprobación de errores utiliza bits de paridad para corregir el flujo de bits. Luego, los datos se restan importancia y se envían al dispositivo de control DAC, que genera tres señales: un flujo de bits, una señal de identificación y una señal de sincronización. Normalmente, se utiliza un DAC, que funciona alternativamente con las palabras de código de las señales L y R. Las señales analógicas 3H se generan en las salidas del DAC, que se suministran a los amplificadores de potencia correspondientes. Consideremos ahora el diagrama de circuito del receptor NICAM (placa K) del televisor PHILIPS - 29RT-910V/42(58), ensamblado sobre un chasis FL2.24, FL2.26 o FL4.27 (AA) ( Figura 11). El receptor está diseñado para que pueda procesar señales de los estándares B, G, H y I.
La señal NICAM IF se suministra a los pines de entrada de la placa 1N43 y 1N50 (ENTRADA IF). Dos filtros de paso de banda 1002 y 1004, conectados en paralelo, proporcionan separación de las señales de los estándares mencionados. La cascada en el transistor 7008 actúa como seguidor de emisor y en el transistor 7009 actúa como amplificador de señal IF. A continuación, la señal NICAM (DQPSK) se suministra al pin 3 del chip 7000, que realiza la función de demodulador de los componentes del espectro de audio NICAM. También implica la restauración de intervalos de tiempo (bits) del código digital, la conversión del código paralelo de la señal de datos en uno en serie y la sintonización de fase de la frecuencia del generador de doble portadora. El diagrama de bloques del microcircuito TDA8732 se muestra en la Fig. 12. A través de un amplificador limitador dentro del microcircuito, la señal llega a un detector de fase en fase y a un demodulador de cuadratura. Uno de ellos se alimenta con una señal subportadora sin cambio de fase y el otro con una señal subportadora desplazada 90°.
Las señales I y Q se generan en las salidas de estos dispositivos a través de los pines 7 y 6 del microcircuito, filtro de paso bajo (inductor 5001, condensador 2005 e inductor 5000, condensador 2004 en la Fig. 11), pines 8 y 5 del microcircuito. pasar a un decodificador lógico diferencial (Fig. 12), un dispositivo de recuperación de bits de reloj y un dispositivo PLL. El primero de ellos convierte las señales I y Q recibidas en paralelo en datos digitales de dos bits, y el conversor de datos incluido a continuación las restaura al flujo en serie original. En la salida del dispositivo de recuperación de bits CLK LPF (pin 1 del microcircuito), se encienden un filtro de paso bajo (condensadores 2042, 2012, 2014, resistencias 3011, Z010) y un varicap 6006 (ver Fig. 11). Bajo la influencia del nivel de voltaje generado en el pin 1 del microcircuito, la capacitancia del varicap cambia, lo que resulta en el ajuste automático del resonador de cuarzo 1001. Esto asegura la sincronización del detector de palabras de sincronización de cuadros ubicado en el chip 7001. A la salida del dispositivo PLL (pin 9 del microcircuito 7000) se conectan un filtro de paso bajo (condensadores 2006, 2007, resistencia 3005) y un varicap 6005. Bajo la influencia del nivel de voltaje generado en el pin 9 del microcircuito , la capacitancia del varicap cambia, como resultado de lo cual la frecuencia del resonador de cuarzo 1003 se ajusta automáticamente y, por lo tanto, y un generador de frecuencia de doble portadora (Fig. 12). Así es como se produce la sincronización del sistema de los dispositivos demoduladores. El convertidor de datos del chip 7000 se sincroniza mediante pulsos de reloj PCLK externos suministrados al temporizador-sincronizador a través del pin 16 del chip (ver Fig. 11) desde el oscilador interno del chip 7001. El flujo de DATOS en serie desde el pin 15 del 7000 pasa a través del pin 21 del 7001 (Figura 13) hasta el detector y decodificador de palabras de trama. El funcionamiento de la mayoría de dispositivos con el chip SAA7280 coincide con el ya descrito en la Fig. 10 de la parte anterior del artículo no requiere ningún comentario.
Solo es necesario agregar que desde el dispositivo para seleccionar modos de funcionamiento a través del pin 22 del microcircuito (ver Fig. 11), se suministra voltaje de control al interruptor de señal de audio y asegura el bloqueo del canal de sonido monofónico normal al recibir sonido estereofónico. . Las salidas restantes del dispositivo de selección del modo de funcionamiento (ver Fig. 11 y 13) no se utilizan en este televisor en particular. Los dispositivos del chip 7001 se controlan mediante señales del bus digital 1C, por lo que se proporciona una interfaz para este bus dentro del chip (Fig. 13). Las señales de reloj SCL se le suministran a través del pin 26 del chip (ver Fig. 11), la resistencia 3027 y el pin 4N43 de la placa, y las señales de datos SDA se reciben y eliminan a través del pin 24 del chip, la resistencia 3026 y el pin 5N43 de el tablero. Desde el dispositivo de control DAC del chip 7001 (Fig. 13), a través de los pines 10, 8 y 9, las señales de datos digitales SDAT, sincronización SCLK y reconocimiento STIM, respectivamente, pasan a los pines 3, 2 y 1 del 7007 (TDA1543 ) chip, que realiza la función DAC. En sus salidas (pines 6 y 8) se generan señales de audio estéreo de los canales izquierdo (L) y derecho (R), que se alimentan al amplificador 3H.
La Figura 14 muestra un fragmento del diagrama de circuito de la tarjeta de sonido (AUDIO) de los televisores SAMSUNG - CS6277PF/PT, ensamblada en el chasis SCT51 A. Cabe señalar que en el demodulador-decodificador todas las resistencias fijas, excepto RJ08, RJ11, y todos los condensadores no polares se utilizan en el diseño para montaje en superficie (CHIP). El canal de procesamiento de señales NICAM en televisores se basa en un LSI ICJ01 (SAA7283ZP), que realiza las funciones de un demodulador de señal DQPSK, un decodificador de señal demodulada y un DAC (Fig. 15).
La señal DQPSK NICAM modulada en cuadratura (fase) a través del contacto SIF(QPSK) del conector CN601 (ver Fig. 14) de la tarjeta de sonido y el pin 29 del microcircuito (Fig. 15) se alimenta a los filtros de paso de banda integrados en él. (5,85 y 6,552 MHz) y un amplificador cubierto por AGC y controlado por un controlador AGC interno. La señal DQPSK es detectada por un detector de fase con circuitos portadores, en los cuales (según el estándar adoptado) se asigna un voltaje de error, que luego el VCO convierte en un voltaje de control (en nuestro caso en el pin 27, ver Fig. 14). Afecta el circuito de ajuste del circuito. Las señales I y Q generadas llegan (ver Fig. 15) al dispositivo de recuperación de bits de sincronización, que actúa sobre el oscilador de cuarzo a través de los pines 39 y 40 del microcircuito. El decodificador NICAM decodifica, desentrelaza y expande señales de datos. Los datos decodificados después de amplificarse por el filtro digital pasan por un dispositivo de corrección de preénfasis y son convertidos por el DAC integrado en el chip en señales de audio analógicas de los canales L y R. Las señales L y R que pasan a través de los interruptores de salida de los pines 15 y 8 del chip, respectivamente, se envían al amplificador 3H. Se pueden suministrar otras señales de audio a los interruptores de salida, por ejemplo, una señal monofónica de sonido normal en ausencia de acompañamiento estereofónico. En el módulo considerado, llega una señal de audio monofónica a través de los pines 7 y 16 del microcircuito, los condensadores CJ28 y CJ23 y el contacto SECAM-L del conector CN601. Todos los componentes del chip están controlados por un controlador combinado con un decodificador NICAM y una ROM. El control se realiza a través del bus digital l2C. Para hacer esto, la señal de sincronización SCL se suministra al pin 49 del microcircuito, y la señal de datos SDA se suministra al pin 50 y se retira de él. Literatura
Autor: A. Peskin, Moscú
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