Cursul 3 TRECEREA LA TELEVIZIUNEA DIGITALA Cuprins · 2019. 2. 27. · formeaza diferit, se...

Cursul 3

TRECEREA LA TELEVIZIUNEA DIGITALA

Cuprins 1. Sisteme de televiziune

1.1. Prezentarea generala asistemelor de televiziune 1.2. Direcţii privind trecerea la radiodifuziunea digitală în România

2. Trecerea de la televiziunea „tradiţională” la televiziunea digitală 2.1. De ce digital? 2.2. Receptoare de televiziune

2.2.1. Receptoare TV cu procesare analog – digitală 2.2.2. Receptoare TV cu procesare digitala 2.2.2. Televiziunea 3D 2.2.4. Sisteme de acord cu sinteza de frecventa

3. Indicatori de calitate ai sistemelor TV

Introducere

Intelegera principiilor de functionare ale sistemelor de televiziune digitala necesita cunoasterea unor principii de baza ale televiziunii analogice de la care s-a pornit in trecerea spre digital.

De la analogic la digital s-a trecut prin etapa implementarii procesarilor digitale in sistemele analogice si apoi spre aparitia si evolutia sistemelor de televiziune 3D.

Particularitatile TV-digital si ale TV-3D sunt prezentate alaturi de avantajele acestora care duc la imbunatatirea indicatorilor de calitate ai sistemelor de televiziune actuale, indicatori definiti si in acest curs.

Obiective

Dupa parcurgerea acesteie unitati de invatare studentii vor fi in masura: Ø Sa prezinte, dupa scheme structurale, principiile

procesarii semnalelor TV, in analogic si in digital. Ø Sa cunoasca tendintele de dezvoltare si modernizare a

televiziunii digitale, avantajele acesteia. Ø Sa defineasca indicatorii de caliate ai sistemelor de

televiziune. Ø Sa explice principiul de functionare al sistemelor cu

sinteza de frecventa.


Timpul mediu

de studiu

Timpul mediu de studiu individual este de 2 ore

1. Sisteme de televiziune

1.1. Prezentarea generala a sistemelor de televiziune

Din punct de vedere al captării, prelucrării, transmisiei şi reproducerii imaginilor sistemele de televiziune au evoluat în cadrul urmatoarelor sisteme:

Ø sisteme de televiziune analogică; Ø sisteme de televiziune analog-digitală; Ø sisteme de televiziune digitală; Ø sisteme de televiziune 3D.

În sistemele de televiziune analogică, traductorii de emisie generează un semnal electric (semnal video sau semnal de imagine) ale cărui valori variază în mod continuu între două limite determinate de luminanţa minimă şi luminanţa maximă a imaginii obiectului captat. Din acest semnal, prelucrat şi transmis pe canalul de televiziune, se formează la recepţie, cu ajutorul traductoarelor semnal-imagine TV, imaginea de televiziune. În sistemele de televiziune analog-digitală sunt prezente ambele semnale: analogic şi digital. De exemplu, semnalul analogic de la ieşirea traductorului din dispozitivul video captor de la emisie este trecut în formă digitală prin intermediul conversiei analog-digitale în scopul prelucrării, conservării şi transmisiei prin canale de comunicaţie de bandă foarte mare, pentru ca apoi să fie convertit în formă analogică, pentru a fi transmis prin staţiile actuale către receptoarele de televiziune în care semnalul poate suferi, din nou, prelucrări analog – digital - analog. În sistemele de televiziune digitală, transformarea directă a imaginilor în semnale digitale (succesiune de semnale zero şi unu) şi transformarea inversă a semnalelor digitale în imagini au loc chiar la nivelul traductoarelor lumină-semnal (la emisie) şi semnal-lumină (la recepţie), în timp ce vehicularea informaţiei între cele două traductoare se realizează tot sub formă digitală. În sistemele de televiziune 3D, principiul dupa care s-a realizat modelul teoretic are la baza „constructia” ochilor nostri, sistemul vederii binoculare umane. A vedea 3D inseamna a putea aprecia dimensiuni nu numai dreapta-stanga, sus-jos ci si in adancime, departe-aproape, datorita faptului ca avem doi ochi. Imaginile captate de cei doi ochi, aflati intre ei la distanta de cca 7 cm, se formeaza diferit, se formeaza de fapt doua imagini 2 D care sunt analizate si comparate la nivelul creierului. Datorita diferentelor dintre cele doua imagini putem aprecia in profunzimea imaginii asa cum putem analiza elementele unei imagini obtinute cu stereoscopul. Creierul nostru este cel care face ca perceptia


imaginii sa fie de 3D. Pentru a obtinem o imagine TV 3D trebuie sa avem doua imagini TV normale, obtinute de la doua dispozitive de captare identice, situate la 7 centimetri departare unul de celalalt in interiorul unei camere TV. Problema refacerii la receptie a imaginii 3 D nu este una usoarea si diversi producatori au abordat de-a lungul timpului metode diferite. Suntem astazi in etapa finala de standardizare a unei metode eficiente si economice. În domeniul receptoarelor de televiziune se constată o tendinţă de introducere a schemelor integrate de mare capacitate, a unor noi tipuri de dispozitive de afişare cu calităţi îmbunătăţite pentru imagini de calitate, cu atat mai mult pentru imaginile 3 D care impun receptoare TV de inalta definitie si cu frecvente de redare a cadrelor chiar mai mari de 200 Hz. Introducerea în receptorul de televiziune a prelucrării şi corecţiei digitale a semnalelor, îmbunătăţeşte calitatea imaginii prin eliminarea unor distorsiuni inerente prelucrărilor de semnale analogice. 1.2. Direcţii privind trecerea la radiodifuziunea digitală în România

În România au apărut schimbări de esenţă în ceea ce priveşte utilizarea spectrului de radiofrecvenţă RF destinat transmisiilor pentru publicul larg prin intermediul serviciului de radiodifuziune. Transmisiile pe bază de programe unice şi pe canale naţionale folosind radiorelee de televiziune a cunoscut o dezvoltare restrânsă fiind menţinute şi modernizate cele existente. Au apărut şi s-au extins însă staţiile de emisie cu arie de acoperire locală (zonală).

În prezent, România a facut realizari in trecerea către radiodifuziunea digitală, a implementat noi canale de radiocomunicaţii digitale terestre. Inca din anul 2006, in România functioneaza stațile de emisie TV digitala de 1,3MW instalate în București și la Sibiu și transmisia radio digitală de la București cu emisie pe frecventa de 233,936 MHz.

Transmisiile de radiodifuziune cu acoperire locală utilizează staţii de emisie de putere mică (100 ÷ 500)W şi lucrează în banda de UUS (Unde Ultra Scurte) pentru transmisii radio şi în banda undelor de UIF (Ultra Înaltă Frecvenţă). Sunt utilizate tot mai puţin transmisiile pe canale TV din benzile de frecvenţă din domeniul FIF (Foarte Înaltă Frecvenţă). Posturile de radiodifuziune nou înfiinţate sau modernizate au pus în funcţiune echipamente care lucrează la parametri caracteristici standardelor CCIR atât pentru radio cât şi pentru televiziune. Pentru televiziune ecartul de frecvenţă video – sunet este 5,5 MHz şi se foloseşte sistemul TV-Color PAL (Phase Alternation Line).

Transmisiile radio din domeniul serviciului de radiodifuziune au cunoscut dezvoltări şi modernizări prin creşterea numărului de posturi de emisie cu acoperire zonală şi prin implementarea prelucrărilor şi transmisiilor digitale. În prezent funcţionează peste 300 de staţii radio locale cu modulaţie în frecvenţă în spectrul de radiofrecvenţă al undelor ultrascurte UUS, prin utilizarea benzii de frecvenţă corespunzătoare normei CCIR, de la 78,5 MHz la 108 MHz, se fac


transmisii în flux digital de date pentru un număr restrâns de posturi radio pe frecvenţa de 233,936 MHz.

În urma semnării acordului de la Geneva (mai – iunie 2006), România a asigurat trecerea treptată la radiodifuziunea digitală. În acest sens sunt realizate 2 reţele naţionale de radio digital (DAB) care s-au adaugat celor 4 reţele naţionale analogice şi celor 2 reţele digitale din banda L (1452 MHz la 1492 MHz) existente. Televiziunea va avea 8 reţele terestre digitale (T-DVB), care vor înlocui cele 3 reţele naţionale analogice şi cele peste 300 de staţii locale licenţiate existente în prezent. Din data de 15 iunie 2015 au incetat emisiile TV digitale cu acoperire locala.

2. Trecerea de la televiziunea „tradiţională” la televiziunea digitală 2.1. De ce digital?

Există tentaţia de a crede că televiziunea digitală reprezintă ceva foarte ştiinţific şi foarte complicat. Dacă privim rezultatul final - imaginea de televiziune - găsim ceva foarte familiar, un deziderat pe care specialiştii în televiziune l-au urmărit încă de la început - semnale video şi audio de calitate. Noutatea pe care o implică televiziunea digitală constă din modul în care mesajele video şi audio ajung, în urma unor procesări specifice, de la locul evenimentului la telespectator. Beneficiarii imaginii TV pot profita de performanţele superioare ale televiziunii digitale fără a cunoaşte amănuntele procesării semnalelor TV, aceia dintre noi care sunt implicaţi în componenta tehnică a televiziunii sunt, însă, interesaţi. Semnalele video şi semnalele audio digitale şi semnalele purtătoare de date auxiliare formează împreună semnalul de televiziune digital – fluxul digital TV. În televiziunea analogică, semnalele audio şi video pot parcurge căi complet separate de la sursă până la receptorul TV. În televiziunea digitală, semnalele sub formă digitală pot fi organizate cu mult mai multă libertate, semnalele video, audio şi celelalte categorii de semnale alcătuind împreună un flux de date. Pentru a extrage la recepţie ceea ce dorim este suficient să ştim cum sunt organizate aceste date în televiziunea digitală. Se poate afirma că elementele „televiziunii tradiţionale” sunt elemente analogice, este important să nu uităm că în „televiziunea digitală şi în televiziunea de înaltă definiţie” se urmăreşte acelaşi obiectiv tradiţional, imagine TV de calitate. Televiziunea digitală se sprijină pe televiziunea analogică şi cunoştinţele noastre despre televiziunea digitală derivă din ceea ce ştim deja despre televiziunea analogică. Lumina care pătrunde prin lentile în camera de televiziune şi sunetul captat prin microfon sunt de natură analogică. Lumina emisă de ecranul receptorului TV şi sunetul produs de către difuzoarele acestuia şi care ajung la beneficiar sunt tot de natură analogică. Este cunoscut,


din studiul televiziunii tradiţionale, că semnalul video analogic este rezultatul „eşantionarii” luminanţei energetice ce caracterizează obiectele imaginii reale. Valorile de luminozitate sunt date de un anumit nivel de tensiune iar unele informaţii suplimentare determină culoarea eşantioanelor. Eşantioanele sunt sincronizate de sistemul de transmisie, astfel încât să reproducă imaginea originală pe ecranele receptoarelor TV. Semnalul video analogic călătoreşte ca un flux „serial” de valori de tensiune care conţine toate „datele” necesare generării imaginii în cazul în care receptorul ştie ce să facă cu informaţia. S-ar putea concluziona că simpla înlocuire a câtorva termeni şi adoptarea unor modificări care să ne permită să profităm de ceea ce am învăţat despre „televiziunea tradiţională” ne conduc la ideea că semnalul video digital nu este foarte diferit de cel analogic. În multe cazuri, senzorul camerei de televiziune produce încă semnale video analogice, apoi se trece aproape imediat la conversia tensiunii analogice variabile, care reprezintă valoarea instantanee a semnalului video, în semnal digital, care poate fi manipulat în principiu fără a se înregistra vreo degradare. În alte cazuri, grafica generată pe calculator, semnalul video se emite în format digital şi, cu ajutorul noilor sisteme de televiziune digitale, ajunge pe ecrane fără a mai fi convertit în semnal analogic.

În prezent, chiar dacă încă se transmit sau se recepţionează semnale de televiziune în sistem analogic NTSC, PAL sau SECAM, se utilizează deja transmisii digitale, pentru ca la receptoarele TV să ajungă semnale de televiziune de o calitate mai bună. Televiziunea digitală, prin imaginea finală redată pe ecrane, face parte astăzi din viaţa cotidiană.

Semnalele digitale au fost integrate în televiziune cu mulţi ani în urmă, la început fiind ascunse în sisteme denumite generatoare de caractere şi generatoare de semnale de testare, pentru ca mai apoi să se regăsească în întregul sistem de televiziune. Semnalul video digital se poate spune că reprezintă o simplă extensie a semnalului video analogic. Semnalele video analogice şi digitale prezintă numeroase limitări similare, iar multe dintre problemele care pot să apară în sfera digitală nu sunt decât rezultatul unui semnal video analogic incorect generat la sursă. Din această cauză, au fost adoptate norme de referinţă pentru proiectarea şi exploatarea atât a dispozitivelor video analogice, cât şi a celor digitale. Primele semnale video digitale au urmarit descrierea semnalelor video analogice compozite NTSC sau PAL. Au existat norme în care erau stabilite limitele funcţionale şi se specificau datele numerice menite să descrie fiecare nivel de tensiune video sau audio, precum şi modalităţile de generare şi recuperare a fiecărui număr. Datorită vitezei mari de procesare a datelor, datele video digitale erau, de obicei, manipulate în interiorul instalaţiilor, pe un bus pe 8 sau 10 biţi, iar primele standarde privind televiziunea digitală cuprindeau şi descrierea unui conector extern cu mai multe conductoare. Standardele cuprindeau, de asemenea, şi descrierea anumitor date auxiliare şi de organizare,


menite să permită sincronizarea receptorului şi să facă posibile unele servicii suplimentare, cum erau semnalele audio incorporate. Ulterior, pe măsură ce vitezele de procesare au crescut, a fost concepută o interfaţă serială standard, cu un singur conductor. În forma sa de bază, semnalul video digital este o reprezentare numerică a unei tensiuni analogice, numerele fiind generate suficient de rapid pentru a face faţă semnalelor video variabile şi datelor auxiliare necesare. 2.2. Receptoare de televiziune

Receptoarele de televiziune au cunoscut o modernizare continuă, in urma unor procese si evolutii tehnologice ca:

• introducerea circuitelor integrate cu scara larga de integrare(VLSI, ULSI); • folosirea unor tipuri noi de dispozitive de afişare (trinitron, LCD, plasmă,

LED, OLED, 3D) cu parametri îmbunătăţiţi în redarea imaginii TV; • introducerea circuitelor integrate şi a microprocesoarelor specializate; • folosirea memoriilor pentru imagini şi pentru informaţiile digitale; • performarea sistemelor numerice de comandă şi control de la distanţă; • extinderea folosirii de tunere cu sinteză de tensiune si cu sinteză de

frecvenţă. Receptoarele de televiziune color analogice sunt astfel structurate

constructiv încât asigură prelucrarea separată a semnalului de luminanţă, în amplificatorul de luminanţă, şi a semnalului de crominanţă, în decodorul de culoare (a se vedea schemele structurale de receptoare TV din anexe). [1]

Amplificatorul de luminanţă este principial acelaşi pentru sistemele TV europene PAL şi SECAM. În ceea ce priveşte decodorul de culoare există deosebiri fundamentale datorate principiilor specifice de codare a semnalelor de culoare din punct de vedere al tipului de modulaţie folosit. Se utilizează o modulaţie de amplitudine cu purtătoare suprimată MA-PS în sistemul PAL şi o modulaţie de frecvenţă MF cu două suburtătoare în cazul sistemului SECAM.

În variantele de receptoare TV analogice primele prelucrări digitale au fost introduse pentru sistemele de telecomandă şi de teletext din acestea. 2.2.1. Receptoare TV cu procesare analog - digitală

Progresele tehnologice de realizare a circuitelor de procesare a semnalelor au dus la extinderea circuitelor integrate specializate în procesarea analog - digitală a semnalelor de televiziune. A fost cunoscută o dezvoltare rapidă a receptoarelor de televiziune cu recepţie analogică dar cu prelucrare numerică a semnalelor video.

În figura 1.1 este prezentată schema bloc generală receptorului de televiziune analog-digital, în figura 1.1 sunt prezentate detalii ale procesărilor video si audio digitale. Din acestea se desprinde concluzia că procesarea digitală


este aplicată semnalelor de videofrecvenţă, audiofrecvenţă şi a celor destinate comenzii şi controlului facil al receptorului de televiziune [4].

Introducerea în receptorul de televiziune a prelucrării şi corecţiei digitale a semnalelor, îmbunătăţeşte calitatea imaginii prin eliminarea unor distorsiuni inerente prelucrărilor analogice din receptoarele TV total analogice.

Receptoarele TV moderne conţin memorii de cadre, corectoare digitale de zgomot, filtre numerice şi memorii pentru conservarea informaţiilor transmise prin teletext precum şi o multitudine de interfeţe pentru asigurarea interconectării receptoarelor TV cu alte echipamente video pentru a le oferi sau pentru a prelua semnale în condiţiile unei perfecte compatibilităţi.

În figura 1.2 sunt prezentate detalii ale circuitelor de prelucrare digitală a semnalelor video din receptoarele TV. Desprindem concluzia că în receptoarele TV cu prelucrare analog-digitală, după extragerea semnalului video complex urmează prelucrările digitale ale semnalelor imagine, prelucrări care sunt o „copie” a proceselor din analogic dar efectuate cu circuite dedicate pentru prelucrări numerice. Sunt prezente în aceste circuite filtre numerice de decimare sau de interpolare pentru trecerea de la eşantioanele de 10 biţi la 8 biţi sau invers, circuitele de matriciere şi de axare, demodulatoare digitale în cudratură, circuite de condiţionare a semnalelor în vedera efectuării conversiei anlog-digital, circuite de control, matrici digitale specializate pentru conversia de semnale Y, U, V în componentele primare R, G, B, şi numeroase alte tipuri de circuite specializate procesărilor din televiziune pentru semnale video, audio şi date suplimentare.

R

G

B Semnale de explorare

Tensiuni de control

L R analogic

SVCC analogic

(Video

Compozit)

TUNER TV AFICC

Dem Video

Receptor de Telecomandă

si Teletext

Procesare digitală SUNET

Procesare digitală VIDEO

E C R A N

LC

Fig.1.1 Schema bloc generală a receptorului TV analog – digital


2.2.2. Receptoare TV digitale Prezentam pentru comparatie unele particularitati ale receptoarelor TV cu prelucrare digitala, urmand ca in cursurile viitoare particularitatile sistemelor TV digitale sa fie dezvoltate. Astfel de receptoare sunt destinate transmisiilor de televiziune la care informatia de baza, luminanta si crominanta, este sub forma numerica si se regaseste in fluxul DVB (Digital Video Brodcasting) alaturi de alte semnale auxiliare (sunet, teletext, etc.). Fluxul DVB este specific sistemelor de televiziune digitala care la emisie moduleaza digital (QPSK sau QAM) o purtataoare cu frecventa intermediara (36 sau 70 MHz) urmand a fi convertita in frecevnta de transmisie via radioreleu sau pentru acoperire locala in benzile III, IV sau V TV. In acest din urma caz se foloseste o emisie cu salt de frecventa cunoscut sub denumirea de COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Saltul de frecventa se realizeaza programat pe frecevente ortogonale aflate in domeniul de frecventa atribuit unui canal TV, canal TV care are o largime de banda de 7 la 8 MHz. In aceasta situatie receptoarele TV digitale trebuie sa asigure urmatoarele procese importante (fig.1.3):

Ø Receptia de RF, acordata pe un canal TV; Ø Schimbarea/conversia de frecventa; Ø Filtrarea de banda larga ; Ø Decodarea OFDM; Ø Demodularea digitala; Ø Afisarea informatiei pe un display digital.

Implementarea sistemului de televiziune digital prezinta următoarele avantaje:

Ø mai multe programe de televiziune într-un canal TV de 8 MHz;

Fig.1.3 Schema bloc a receptorului TV digitalDVB-T

Flux DVB

Demodulator QPSK

Display digital

Fi

36MHz 70MHz

Decodor OFDM

Tuner Digital TV

Microcontroler


Ø mai multe formate de vizionare ale programelor (se pot transmite programe PAL, PAL Plus, High Definition TV);

Ø recepţia programelor pe dispozitive portabile (laptop, PDA); Ø servicii informaţionale mai bogate în conţinut (transmisii de date

asociate şi/sau neasociate conţinutului programelor transmise); Ø posibilităţi de interactivitate (TV – interactiv); Ø reducerea costurilor.

Pentru comparaţie prezentăm mai jos caracteristigile generale ale transmisiei digitale şi ale transmisiei analogice terestre de televiziune, asupra carora vom reveni in cursurile viitoare.

Transmisii digitale DVB Transmisii analogice TV 1 canal 8 MHz = 1 multiplex DVB-T 4-6 programede TV 4-6 serviciide teletext +1 serviciu de date adiţional Mai mulţi producători de programe Unul sau mai mulţi broadcasteri

1 canal 8 MHz = 1 canal TV 1 program TV color 1 serviciu adiţional (teletext) 1 producător de program 1 broadcaster

2.2.3. Televiziunea 3D

In televiziunea 3D principiul general consta in aceea ca fiecare ochi trebuie sa primeasca imagini diferite, iar creierul realizeaza prelucrarea si vederea in profunzime (adancime imaginii).

2.2.3.1. Tehnologii si principii aplicate in televiziunea 3D

In prezent sunt cunoscute si aplicate mai multe tehnologii de TV 3D, tehnologii realizate de producatori traditionali de sisteme de televiziune.

A) Tehnologia 3D Activ, este Full High Definition, fara remanenta si High Speed Precision, cu o rata mare a cadrelor TV. La prima lansare s-au folosit televizoare cu LCD, cu iluminare din spate cu leduri controlate. Presupune:

• Receptor TV de calitate, fara remanenta si care suporta rata inalta a cadrelor (100 – 120 si mai mult 200 – 240 cadre/s)

• Emitator cu infrarosu, IR, conectat la TV si controlat de un cip specializat al acestuia care asigura si sincronizarea imaginii pentru fiecare ochi;

• Ochelari activi (3D Active Shutter), au lentile tip LCD, cu alimentare proprie si comandati in IR de catre emitator;


• Fiecare ochi primeste cate 50-60 sau 100-120 cadre/s, intercalate cu cadre opturate.

B) Tehnologia TV 3D Pasiv, readuce principiile 3D din cinema la TV 3D:

utilizarea de filtre de polarizare circulara a luminii emise de catre ecran si ochelari cu lentile polarizate diferit , stanga / dreapta, pentru fiecare ochi.

Presupune: • Filtre de polarizare aplicate peste ecran (tip LED sau LCD) care

realizeaza o polarizare diferita a luminii, adica realizeaza o rotire a polarizarii luminii stanga – dreapta, corespunzatoare liniilor pare respectiv impare din rastrul TV;

• Ochelari pasivi cu lentile tip filtru polarizate circular stanga – dreapta.

C) Tehnologia TV 3D fara ochelari la utilizator se deosebeste de variantele anterioare, urmarind simplificarea sistemului si usurarea vizualizarii programelor TV. Presupune:

• Receptor TV de inalta rezolutie avand în fata ecranului sau partea din fata a ecranului formata din doua straturi transparente cu prisme care permit vizualizarea a doua imagini in acelasi timp, cu ambii ochi dar fiecare avand alta imagine, corespunzatoare vederii stereoscopice. Aceasta tehnologie este in continua modernizare, probabil ca solutie finala pentru TV 3D.

2.2.3.2. Formate de imagine in televiziune 3D

In televiziuna 3D sunt utilizate si dezvoltate urmatoarele formate: Ø Side By Side 3D Ø Top Bottom (Over Under) 3D Ø Full HD 3D

Despre acestea sunt prezentate principii si detalii in materialul bibliografic suplimentar si cel de laborator.

2.2.3. Sisteme de acord cu sinteza de frecventa

Sistemele de acord din receptoarele de radiodifuziune (tunere radio şi tunere TV) asigură căutarea, acordul şi memorarea programelor recepţionate. În practică sunt folosite:

Ø sistemele de acord cu sinteză de tensiune; Ø sisteme cu sinteză de frecvenţă, care la radul lor pot fi:

• cu sinteza directa;


• cu bucle PLL. Sinteza de frecvenţă este un proces modern de generare a unor semnale de

radiofrecvenţă controlate software din punct de vedere al parametrilor acesteia [3]. Pentru acest curs la resurse (materiale) aditionale este atasat intregul material docuementar cu privire la siteme de acord cu sinteza. In continuare facem doar o scurta prezentare a sistemelor cu sinteza de frecventa.

A) cu sinteză directă (DDS – Direct Digital Synthesizer) Sistemele cu sinteză directă de frecvenţă se bazează principial pe

recompunerea unei sinusoide pe baza eşantioanelor furnizate de un circuit digital specializat. Sistemele cu sinteză directă au în structură un generator digital de frecvenţă, cu oscilator cu cuarţ, controlat software de către un microcontroller (μC) şi pe baza structurii spectrale dependentă de valoarea frecvenţei programate permite obţinerea directă a semnalelor de radiofrecvenţă RF (fig.1.3) [3].

Semnalele de natură spectrală produse de către generatorul digital sunt convertite în analogic cu un convertor digital-analog (D/A). Convertorul D/A pe baza semnalului digital primit reconstituie forma sinusoidală a semnalului programat care apoi este filtrat. Astfel de sisteme permit generarea programată a semnalelor de radiofrecvenţă cu precizie şi stabilitate din punct de vedere al frecvenţei cu o rezoluţie de 1 Hz şi care sunt prezente astăzi în structura emiţătoarelor TV terestre, putând genera semnale cu frecvenţe în benzile TV - III, IV şi V, deci într-o plajă cuprinsă între 100 MHz şi 800 MHz. În radioreceptoare este utilizat în mod curent pentru sinteza de frecvenţă circuitul TSA-6060 care lucrează prin control software.

B) cu bucle PLL ‚ Sistemele de sinteză cu buclă PLL (Phase Locked Loop) pot fi pot fi cu una sau mai multe bucle.

Spre exemplificare se prezintă schema bloc a unui tuner cu sinteză de frecvenţă cu o singură buclă PLL (fig.1.5) care are la bază un oscilator local comandat în tensiune (VCO) prin intermediul unei diode varicap Dv. Stabilitatea oscilatorului determină, în mare măsură, calitatea recepţiei deoarece unda emisă are frecvenţa purtătoare fs foarte bine stabilizată, la emisie fiind folosite oscilatoare pe bază de cuarţ termostat.

Fig.1.4 Schema structurală a unui sistem cu sinteză directă de frecvenţă

Semnal

RF

Comandă soft

Microcontroler Generator digital de frecvenţă

CDA Filtru

Q


Oscilatorul local al sistemului este inclus într-o buclă de fază închisă PLL (Phase Locked Loop). Divizorul programabil asigură pentru comparatorul de frecvenţă un semnal cu frecvenţa fh/N unde N este un număr întreg impus din exterior prin intermediul microcontrollerului.

Pe a doua intrare a comparatorului de fază se aplică un semnal cu frecvenţă fixă şi stabilă fref, frecvenţă generată de un oscilator cu cuarţ şi divizată până la o valoare de 50 kHz, 10 kHz, 5 kHz sau 1 kHz. Valoarea frecvenţei de referinţă reprezintă pasul de căutare (rezoluţia sistemului) şi diferă de la un sistem la altul. Ieşirea comparatorului de fază asigură o tensiune de curent continuu VD a cărei valoare este proporţională cu diferenţa mărimilor de la intrare:

=

NfhfkV refD - (1.8)

în care: k = constant. În cazul în care frecvenţa oscilatorului local fh creşte, pentru un număr de

divizare dat N, creşte şi termenul fh/N. Prin urmare, tensiunea VD aplicată pe dioda varicap a oscilatorului local va scădea, determinând creşterea capacităţii acestei diode. Oscilatorul local sesizează această creştere de capacitate şi îşi modifică frecvenţa proprie de oscilaţie fh în sensul scăderii acesteia.

Controlul frecvenţei oscilatorului local poate fi exprimat matematic într-o primă aproximaţie prin relaţia:

Fig.1.5 Schema bloc a sistemului de acord cu sinteză de frecvenţă

fq

fh

Q

Mixer Schimbător de frecvenţă

Oscilator local

(VCO)

Comparator de

fază

Divizor de

frecvenţă

fh/N

fs = frecvenţă semnal recepţionată fh = frecvenţă oscilator local fi = frecvenţă intermediară fref = frecvenţă de referinţă fq = frecvenţă oscilator cu cuarţ

Divizor programabil

fs

fi

fh fref

N

Oscilator cu cuarţ

R VD

C DV

Afişaj

fi

Comenzi

- Search -

Microcontroller

UCP

ROM

RAM

Porturi I/O

A

AFI

fi


Dh Vf ⋅= α (1.9) în care: α - coeficient definit ca valoare pentru deviaţii mici de frecvenţă. Expresia finală a frecvenţei oscilatorului local fh reprezintă un multiplu al frecvenţei de referinţă fref, multiplicatorul fiind raportul de divizare N.

refh fNf ⋅= (1.10)

În concluzie, frecventa oscilatorului local fh este calată pe frecvenţa oscilatorului auxiliar echipat cu cuarţ fq, şi poate fi modificată în trepte egale cu fref prin intermediul divizorului programabil N.

Pentru creşterea preciziei în cazul în care valoarea frecvenţei postului este mare se interconectează un circuit prescaler între oscilatorul local şi divizorul programabil. Prescalerul este un divizor de frecvenţă cu valoare fixă n dispus după oscilatorul local şi divizorul programabil şi care micşorează de n ori valoarea frecvenţei generate de oscilatorul local. În acest caz divizorul programabil primeşte de la prescaler un semnal cu frecvenţa egală cu raportul fh/n. Sistemele de sinteză de frecvenţă cu prescaler pot lucra la frecvenţe mai mari de 4 GHz ajungând la frecvenţe de ordinul a 20 GHz specifice transmisiilor prin radioreleu şi prin satelit. Comanda divizorului programabil, respectiv stabilirea numărului de divizare N, este asigurată de un microcontroller.

3. Indicatori de calitate ai sistemelor TV

Condiţiile de utilizare a receptoarelor TV sunt foarte diferite în funcţie de locul de staţionare şi condiţiile de exploatare. Sursele de semnal pot fi: antene TV individuale de diverse tipuri (simetrice, asimetrice, telescopice, Yagi, etc.), instalaţii de antenă colectivă, cabluri TV pentru programe retransmise.

Emiţătoarele de televiziune, sunt situate la distanţe diferite faţă de utilizatori, condiţiile de propagare sunt specifice fiecărei zone de recepţie, iar local pot exista perturbaţii care pot deteriora calitatea recepţiei.

În aceste condiţii, calitatea imaginii de televiziune vizionate, este mult. diferită de la un utilizator la altul în funcţie de condiţiile de recepţie a semnalului de televiziune şi de calitatea (clasa) receptorului de televiziune.

Particularităţile proceselor de măsurare sunt date de condiţiile concrete în care acestea se desfăşoară şi de aparatura de măsură utilizată.

Aprecierea obiectivă a calităţilor funcţionale ale receptorului de televiziune, se face pe baza unor indicatori / parametri funcţionali, a căror valori sunt stabiliţi prin normative.

Parametri receptoarelor de televiziune pot fi grupaţi, în funcţie de categoria lor şi în funcţie de tipul de informaţie, în următoarele tipuri de parametri:

• parametri de imagine - sunt parametri care vizează indici de calitatea ai circuitelor ce prelucrează imaginea de televiziune;


• parametri de sunet – sunt parametri care vizează indici de calitate ai circuitelor care prelucrează sunetul;

• parametri globali – sunt parametri care vizează indici sau caracteristici ai circuitelor receptorului sau sistemului de televiziune în totalitatea sa.

Definirea parametrilor funcţionali s-a făcut prin aprecierea organoleptică asupra funcţionării unui receptor de televiziune, avându-se în vedere şi limitările tehnice posibile referitoare la îmbunătăţirea unor parametri.

Prevederile elaborate de ITU-R (The International Telecommunication Union, Radio Communication) referitor la parametri caracteristici ai receptoarelor de televiziune sunt stipulate în recomandarea BT.804/1992, din care au fost extraşi parametri corespunzători sistemelor de televiziune utilizate în România (tab.1.1).

Tabelul 1.1 Caracteristici de referinţă ale receptoarelor de televiziune

potrivit reglementărilor ITU-R BT.804

CARACTERISTICI Sistem B/G CCIR -

PAL Sistem D/K OIRT -

PAL FIF UIF FIF UIF

Sensibilitatea limitată de zgomot [dBm] - 61 - 58 - 61 - 58 Rejecţia frecvenţei de imagine adiacente [dB] 40 40 40 40 Rejecţia frecvenţei de sunet adiacente [dB] 40 40 30 30 Rejecţia frecvenţei imagine [dB] * 40 4450 Rejecţia frecvenţei intermediare [dB] 35 50 45 40 Frecvenţa oscilatorului Înaltă Înaltă Înaltă Înaltă Nivelul maxim al oscilatorului local în conectorul de antenă [dBm]:- Fundamentala - Armonici

- 49 * - 57 *

- 43

*

*

Nivelul maxim de intrare limitat de distorsiunile de transmodulaţie şi distorsiunile de intermodulaţie **

- 10

- 10

- 8,8

- 8,8

* Valorile pot fi modificate pentru ţările din Europa la – 63 dB ** Valorile limită sunt: - 30 dB pentru imagine în sunet şi – 40 dB pentru sunet în imagine

A) Parametri pentru calea de imagine Pentru receptoarele de televiziune, potrivit standardelor în domeniu,

sensibilitatea receptorului se referă la nivelul minim al semnalului de televiziune de la intrarea de antenă care satisface o anumită cerinţă de performanţă. Din acest punct de vedere sensibilitatea poate fi: sensibilitatea limitată de sincronizare, sensibilitatea limitată de raportul semnal / zgomot, sensibilitatea limitată de amplificare şi sensibilitatea limitată de decodarea culorilor. Ne vom referi doar la cativa dintre acestia.

Sensibilitatea limitată de raportul semnal / zgomot Sensibilitatea limitată de raportul / zgomot (SZ), reprezintă tensiunea purtătoare de imagine aplicată la intrarea receptorului care, în condiţiile unui


acord corect, asigură pe electrodul de modulaţie al cinescopului un raport semnal / zgomot Ψ cu valoare impusă:

VV

VVVV

z

video

Zef

video

U

UU

U

51

log20log20 ==Ψ

(1.11)

Din această relaţie rezultă că tensiunea de zgomot măsurată vârf la vârf este valoarea UZ vv = (5÷6,5)UZ ef . În practică se foloseşte valoarea UZvv =5·UZef şi se măsoară tensiunea la intrarea receptorului pentru care se determină valoarea Uvideo vv = 2·UZ vv [4]. În receptoarele TV sensibilitatea influenţată de zgomot este determinată de factorul de zgomot al tranzistorului amplificator de RF din selectorul de canale. Practic îmbunătăţirea sensibilităţii limitate de raportul semnal / zgomot se traduce prin obţinerea unei imagini mai clare, mai puţin zgomotoase, în aceleaşi condiţii de recepţie. Îmbunătăţirea recepţiei prin îmbunătăţirea raportului semnal / zgomot este posibilă prin utilizarea unui amplificator de antenă, selectiv, pentru canalul ce se doreşte a fi recepţionat.

Amplificatoarele de antenă au în general un factor de zgomot mai mic decât selectorul de canale şi este demonstrat teoretic şi practic că plasarea amplificatorului de antenă lângă antenă, îmbunătăţeşte simţitor calitatea imaginii. Sensibilitatea limitată de amplificare Sensibilitatea limitată de amplificare (SA) reprezintă valoarea minimă a tensiunii la bornele de intrare, care permite să se obţină o anumită tensiune (Un) la ieșirea amplificatorului final video. Tensiunea Un se stabileşte astfel încât să se obţină o imagine normală (cu sincronizare stabilă), cu un număr de gradaţii de gri corespunzător unui contrast K = Bmax / Bmin = 20 nit / 2 nit = 10. Semnalul maxim utilizabil Semnalul maxim utilizabil pentru calea de imagine reprezintă cel mai mare nivel al semnalului video de televiziune aplicat la borna de intrarea a receptorului TV, pentru care se mai poate obţine o recepţie normală. B) Parametri pentru calea de sunet Parametri specifici pentru calea de sunet din receptoarele de televiziune sunt asemănători cu parametri radioreceptoarelor cu modulaţie în frecvenţă [2].

Metodele de măsură diferă ca urmare a semnalului complex de televiziune care este un semnal multiplexat în frecvenţă format din semnal de videofrecvenţă şi semnal de audiofrecvenţă. Din multitudinea de măsurări asupra circuitelor căii de sunet se vor enumera doar cateva urmand ca in cadru sedintelor de laborator sa fie discutate si aplicate cele mia principale.


Nivelul zgomotului la ieşirea căii de sunet Nivelul zgomotului la ieşirea căii de sunet se datorează în principal semnalului de modulaţie video, semnalelor generate de circuitele de baleiaj şi semnalelor parazite datorate sursei de alimentare (preponderent în comutaţie). Nivelul de zgomot se calculează cu relaţia [2]:

[ ]

Zgef

Sef

UU

dB lg20=α (1.12)

C) Parametri specifici în televiziunea digitală Introducerea în receptorul de televiziune a prelucrării şi corecţiei digitale a semnalelor, îmbunătăţeşte calitatea imaginii prin eliminarea unor distorsiuni inerente prelucrării analogice din receptoarele TV analogice. Receptoarele TV moderne conţin memorii de cadre, corectoare digitale de zgomot, memorii pentru conservarea informaţiilor transmise prin teletext. Procesul de măsurare se diversifică şi se specializează pe problemele de esenţă ale transmisiei digitale a informaţiei. Măsurări asupra semnalelor seriale digitale

Particularităţile constructive ale sistemelor de televiziune color faţă de cele alb-negru, a diferenţelor semnificative între sistemele de televiziune color şi a modului în care sunt procesate semnale au dus la diversificarea metodelor de măsurare a caracteristicilor şi indicilor de calitate ai receptoarelor de televiziune. Se utilizează aparatură măsură şi control de precizie, cu performanţe ridicate specifice care să permită măsurarea şi controlul parametrilor funcţionali ai sistemului de televiziune în funcţie de particularităţile acestuia şi de domeniul valorilor standardizate.

Măsurarea semnalelor digitale de tip serial, din fluxul de date seriale al transmisiilor din radiodifuziunea digitală, produce pe ecranul osciloscopului forme de undă cunoscute sub numele de diagrama „ochi” . În figura 1.11 este reprezentată o diagramă cu doi „ochi”, fiind obţinută pe ecranul monitorului de undă care primeşte pe intrarea Y semnal serial de date digitale iar pe intrarea X semnalul de clock / trigger. Reprezentările pun în evidenţă zgomotul (noise), jiter-ul ca spaţiu delimitat de tremuratul diagramei pe ecran, amplitudinea, durata semnal (UI - Unit Interval) şi timpul de tranziţie ca timp de creştere – descreştere a fronturilor semnalului.

Diagrama „ochi” permite determinarea unor parametri ca: amplificarea, timpul de răspuns şi jitter-ul (fluctuaţie, instabilitate, fluturare, tremurat / vezi fig. 1.11), parametri definiţi în standardul serial SMPTE 259 M. Frecvenţa sau perioada sunt determinate de către sincrogenerator ca sursă de semnal şi nu de procesul de serializare a fluxului de date.


Un interval întreg (UI – Unit Interval), ca durată a semnalului, este definit între două tranziţii adiacente semnalului (tranziţii succesive), care este reciproc semnalului. Intervalul întreg UI are durata de 7,0 ns pentru semnalul serial din sistemul NTSC şi de 5,6 ns pentru semnalul serial din sistemul PAL. Punctul de cea mai bună decizie este centrul „ochiului” (Decision Point) unde, dacă semnalul este „high” sau „low”, se detectează date seriale. În sistemul de comunicaţie având sistem de corecţie a erorilor înainte, corecţia datelor restabilite poate fi făcută cu „ochiul” aproape închis. Privitor la rata erorilor foarte joasă, sistemul de comunicaţie necesită pentru corecţia transmisiei seriale semnale video digitale largi, „ochiul” este şters, deschis. Procesele aleatorii care însoţesc transmisia pot determin închiderea „ochiului”.

Fig. 1.11Diagrama „ochi” pentru un flux serial de date pentru determinarea unor parametri

de transmisie specificaţi în standardul SMPTE 259 M Amplitudinea semnalului este necesar a fi măsurată fiindcă amplitudinea

afectează distanţa maximă a transmisiei în reţeaua de radiodifuziune. Precizia măsurărilor în emiţătoarele de date seriale reclamă utilizarea de osciloscoape cu lărgimea de bandă de 1 GHz pentru măsurări de semnale seriale cu timp de tranziţie de 1 ns. Pot fi folosite şi osciloscoape cu banda cuprinsă între 300 MHz şi 500 MHz funcţie de frecvenţa de emisie a postului.

Măsurarea timpului de tranziţie (risetime) se face de la punctele de 20%

la 80% apropiate pentru ECL dispozitive logice. Dacă semnalul serial are timpul de tranziţie de aproximativ 1 ns, măsurarea poate fi ajustată prin formula:

( )sma TTT ⋅−= 5,02 (1.13) în care: Ta = actualul timp de răspuns Tm = timp de tranziţie măsurat Ts = timp de tranziţie al osciloscopului Factorul 0,5 este un factor de ajustare pentru timpul de tranziţie al

osciloscopului este pentru intervalul de 10% la 90%. Spectrul măsurărilor în domeniul transmisiilor digitale este extrem de larg

care presupune determinărea şi altor parametri:


ü Detecţia erorilor, frecvenţa erorilor şi rata erorii de bit (BER – Bit Error Rates);

ü Măsurarea timpilor pentru semnale seriale video digitale; ü Măsurarea efectului de Jitter.

Rezumat

Evolutia televiziunii de la analog la digital s-a realizat progresiv si de fiecare data noul s-a bazat pe elementele principale ale etapei anterioare.

Televiziunea digitala foloseste structuri si procese riguros etapizate avand in fundal semnale si procese din analogic.

Televiziunea 3D este in fapt o televiziune care asigura procesarea a 2 imagini 2D cate una pentru fiecare ochi pentru a se realiza astfel fenomenul stereoscopic ala vederii de adancime.

Structurile receptoareleor TV includ si procese moderne pentu realizarea acordului receptorului pe postul dorit iar receptoarele digitale folosesc procese specifice, adecvate, privind modularea si codarea pentru emisia terestra cu acoperire locala.

Sistemelor TV le sunt specifici indicatori de calitate si parametri prin care se stabileste starea de functionare a sistemului si prin aceasta calitatea imaginii de televiziune.

Bibliografie

[1] George Nicolae, Dan Lozneanu, Televiziune. Analog si Digital. Editura Universităţii” Transilvania”, Braşov. 2009. ISBN 978-973-598-636-0, 227 pagini.

[2] Nicolae, Măsurări electronice în sistemele de radiodifuziune. Editura Tehnica-Info, Chişinău. 2007. ISBN 978-9975-63-0443, 220 pagini.

[3] Florin Creţu:, Radioreceptoare. Priectare şi scheme comentate. Editura Tehnopres, Iaşi.2007. ISBN 978-973-702-445-9

[4] Nicolae, G.: Televiziunea digitală şi televiziunea de înaltă definiţie. Editura Universităţii Transilvania. Braşov. 2004


Test de autoevaluare Durata medie de rezolvare este de 15 minute.

Raspundeti cu Da sau Nu sau scrieti varianta / variantele de raspuns corecte !

Intrebari: Raspuns 1. Semnalul video analogic este rezultatul „eşantionarii” luminanţei energetice ce caracterizează obiectele imaginii reale? Da sau Nu?

2. Receptoarele TV digitale realizeaza urmatoarele procese: a) Receptia de RF, acordata pe un canal TV; b) Conversia de frecventa in frecventa intermediara; c) Filtrarea de banda larga ; d) Decodarea OFDM; e) Demodularea digitala; f) Controlul proceselor de selectie program si reglaje; g) Afisarea informatiei pe un display digital.

3. Principiul general al televiziuni 3D consta in aceea ca fiecare ochi trebuie sa primeasca imagini diferite, iar creierul realizeaza prelucrarea si vederea in profunzime (adancime). Da sau Nu?

4. Tehnologia TV 3D fara ochelari la utilizator impune: a) Receptor TV de inalta rezolutie; b) Dimensiune mare a ecranului; c) Ecran avand partea din fata formata din doua straturi

transparente cu prisme care permit vizualizarea a doua imagini in acelasi timp, cu ambii ochi dar fiecare avand alta imagine, corespunzatoare vederii stereoscopice;

d) Frecventa de cadre mai mare de 50Hz;

5. Care din parametri de mai jos vizeaza calitatea sistemelor digitale de receptie TV? a) Sensibilitatea limitata de amplificare; b) Selectivitate; c) Amplitudinea semnalului digital la intrarea receptorului d) BER – Bit Error Rates; e) Timpul de tranzitie;

Răspuns corect: 1 – Da; 2 – toate; 3 – Da; 4 – Da; 5 – a, b, c, d, e

Cursul 3 TRECEREA LA TELEVIZIUNEA DIGITALA Cuprins · 2019. 2. 27. · formeaza diferit, se...

Documents

Transcript of Cursul 3 TRECEREA LA TELEVIZIUNEA DIGITALA Cuprins · 2019. 2. 27. · formeaza diferit, se...