Способ измерения помех в аналого-цифровом телевизионном тракте Советский патент 1983 года по МПК H04N7/02 

Изобретение относится к ТВ измер ниям и может быть использовано для измерения смеси эффективных значени (или отношения сигнала к помехе) фл туационных помех и шумов квантовани (или флуктуационной части помех), возникающих на выходах цифровых или аналого-цифровых каналов связи, вкл чая и нелинейные искажения, возника ющие в канале, а также для измерени флуктуационных помех на изображении в присутствии.сигнала цветовой подн сущей, Эти -измерения могут проводиться как во время передачи программы (в сигнале изображения или с помощью измерительных сигналов испытательных строк), так и при закрытии связи при передаче стандартных или спе циальных измерительных сигналов. В цифровом ТВ канале связи кроме флуктуационных помех возникают также и шумы квантования, которые по своему визуальному воздействию приближаются к флуктуационным помехам. Шумы квантования наиболее полно проявляются только в присутствии изменяющегося по амплитуде сигнала. Наиболее ярко выражено их действие при передаче сигнала синусоидальной формы, например сигнала цезтовой поднесущей, или измерительного сигнала в виде пакетов синусоидальных колебаний 6-и частот Поэтому возникает задача измерения помех в цифровом и аналогоцифровом каналах в присутствии сигнала синусоидальной формы или изменяющегося сигнала какой-либо формы, например пилообразной. Кроме того, актуальным является измерение яркостных флуктуационных помех в полном.цветовом ТВ сигнале, т.е. в присутствии сигнала цветовой поднесущей. Трудность выполнения этих задач заключается в сложности фильт рации сигнала, в процессе отделения помех от сигнала. Известно устройство для измерения помех, обеспечивающее измерение шумов квантования и флуктуационных помех при отсутствии связи, принцип действия которого основан на том, что при передаче формируется и пере дается через цифровой канал специальный измерительный сигнал в виде прорезанных строчными синхронизирующими импульсами стандартной ормы пакетов синусоидальных колебаний, находящихся на пьедестале D 1. В приемной части устройства синхронизирующие импульсы реже.ктируются, а пакеты синусоидальных колебаний подаются на частотный дискриминатор, точно настроенный на частоту исходных синусоидальных колебаний, формируемых в пункте передачи . Выходное напряжение частотного дискриминатора подключается к обычному термоэлектрическому измерителю эффективного значения напряжения. Если помех в канале нет, то выходное напряжение будет постоянным,что соответствует нулевому показанию индикатора. Если в тракте имеются помехи, то фиксируется эффективное значение помехи как отклонение от упомянутого нулевого положения. Недостатком этого устройства и метода измерения является невозможность измерения помех во время передачи программы. При его использовании за счет частотного детектирования возникает частотная погрешность, которая делает неадекватными результаты измерения при разных спектрах мощности самих помех. Этот способ требует наличия передающего и приемного устройств, что приводит к аппаратурному излишеству и снижению оперативности измерений. Известно устройство,, реализующее способ измерения помех в аналогоцифровом телевизионном тракте, основанное на выделении из телевизионного сигнала сигналов синхронизации, формировании последовательности дискретизирующих импульсов малой длительности, следующих с периодом повторения измерительного сигнала испытательной строки,-модуляции от периода к периоду по заданному закону временного положения дискретизируЮ1ЦИХ импульсов, выделении дискретных значений сигналов помехи и регистрации эффективного значения помехи С2. Способ основан на формировании последовательности дискретизирующих импульсов, период которых флуктуирует по заданному случайному.закону в пределах, больших или равных периоду синусоидального колебания. При использовании его для измерения шумов квантования может применяться любой стандартный измерительный сигнал синусоидальной формы, существующий на ограниченном интервале, например, в пределах испытательной строки или ее части.

В случае измерения шумов квантования в измерителе осуществляют предварительную частотную режекцию синусоидального сигнала, и импульсы сформированной последовательности модулируются мгновенными значениями сигнала, оставшимися после упомянутой режекции. Далее обрабатывают полученную совокупность дискретных значений по любому алгоритму, при водящему к нахождению ее эффективного значения.

Недостатком такого способа измерения является, в первую очередь, снижение точности измерения за счет . неидеальности режекции измерительного сигнала, а также требование наличия измерительного сигнала достаточной длител ьности (для достижения возможности эффективной режекции). Кроме того, такой способ не дает воз можно.сти измерения на сигнале какойлибо другой формы. I Цель изобретения - повышение точности измерений.

С этой целью, согласно способу измерения помех в аналого-цифровом телевизионном тракте, основанному на выделении из телевизионного сигнала сигналов синхронизации, формировании последовательности дискретизирующих импульсов малой длительности, следующих с периодом повторения измерительного сигнала испытательной строки, модуляции от периода к периоду по заданному закону временного положения дискретизирующих импульсов, выделении К первых дискретных значений смеси сигнала и помех, регистрации эффективного значения помех, до выделения К первых дискретных значений смеси сигнала и помех в каждом периоде повторения измерительный сигнал испытательной строки задерживают на .п равных интервалов дискретизации, а после выделения К первых дискрет.ных значений смеси сигнала и помех выделяют 1 дополнительных дискретных значений смеси сигнала и помех в моменты измерительного сигнала испытательной строки, соответствующие концам интервала задержки, из всех дискретных значений смеси сигнала и помех формируют сигналы разности заданного порядка, из которых

формируют случайный сигнал и сигнал дисперсии случайного сигнала в ин- , тервалах выбранных периодов повторения измерительного сигнала испытательной строки, где К и J 1,2, 3,... - числа.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства, реализующего способ измерения помех в i

0 аналого-цифровом телевизионном тракте; на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие сущность способа измерений, , когда в качестве измерительного сигнала используются пакеты синусоидальных колебаний или сигнал пилообразной формы.

Устройство содержит селектор 1, блок 2 управления, блок 3 задержки с отводами, блок k выделения среднего уровня синусоидального сигна ла, блок 5 модуляторов, фазоимпульсный модулятор 6, генератор 7 дискретизирующих импульсов, генератор 8 фазомодулирующего напряжения, блок ,

5 9 расширителей длительности импульсов, блок 10 дифференциальных усилителей, коммутатор 11, блок 12 аналого-цифрового преобразователя (АЦП)., вычислительный блок 13, индикатор И.

0 i Рассмотрим работу устройства на примере передачи через телевизионный канал измерительного сигнала в виде пакетов синусоидальных колебаний, входящего в число стандартных измерительных сигналов испытательных строк.

Из полного телевизионного сигнала в селе кторе 1 выделяются строчные и кадровые синхронизирующие импульсы, синхроимпульсы испытательной строки, содержащей .измерительный сигнал. Всё указанные импульсы являются исходными для формирования в блоке 2 управления, необходимых

5 А управления работой всеми остальными блоками устройства.

Дальнейшее выявление измерительной информации предлагаемым способом основано на использовании известных структурных свойств сигналов.

Например, для сигнала синусоидальной формы справедливо одно из возможных соотношений (для одного и того же момента времени t) между амплитудой сигнала STt) и его 1,2 и 3 производными:

Z(t)S(t)«S(t) -§(t)S(t)0 (1) Очевидно, если форма сигнала не си нусоидальная, то в каждый данный момент времени 2.(t) 0. Для сигнала пилообразной формы это соотношение имеет вид: Z(-t) S(t)0. Соотношение (1) соблюдается независимо от фазы, частоты и амплит ды синусоидального сигнала. Исполь зование этих свойств сигналов в ра сматриваемом способе измерений осн на представлении производных п-го порядка соответствующими разн тями. В этом случае соо.Т:Ношение (1 примет вид : Z )о , К . К К к гдеД., -К-ые разности 1,2 3 порядков. ; Расчет показывает, что для приведенного соотношения Z(t) такая замена не отражается на точности измерений II погрешность ; О , 1% при шаге 2% от периода синусоидаль ного сигнала) . 01 евидно, что случайные отклоне ния Z (,1,2,...) характеризуют отклонения формы сигнала от идеаль ной. Измерение дисперсии этих откло нений, найденных по совокупности N дискретных значений сигнала, является конечным результатом. Сигнал с входа устройства подается на вход блока 3 задержки, :ic ОТВОДОВ которого через равные промежутки ut (фиг. 2а) снимаются сигналы, показаннь1е пунктиром 2,3 и kf задержанные на интервалы At, 2(ut, ЗМ. Эти сигналы и сигналы с входа устройства подаются на входы и тичных импульсных модуляторов, вхо дящих в блок 5 модуляторов. На другие входы этого блока подаются импульсы дискретизации (фиг. длительностью 1-2 не, формируемые в генераторе 7 дискретизирующих импульсов. В этом же генераторе 7 формируют импульс : дискретизации (фиг. 2в),селектирующий нулевой уровень сигнала (фиг.2а) . Посколь ку этот уровень искажен помехами, до дискретизации этого уровня применяют его выделение, (например, аналоговым методом с помощью фильт ра нижних частот) в блоке выделе ния среднего уровня синусоидального сигнала. Импульсы, получаемые на выходах блока iJ модуляторов, подаются на соответствующие входы расширителей импульсов, входящих в блок 9 расширителей длительности импульсов, запоминающих мгновенные значения сигналов на выходах упомянутых модуляторовна интервал одного периода Т повторения измерительного сигнала. В фазоимпульсном модуляторе 6 импульсы дискретизации смещаются от периода к периоду по заданному случайному (например, равномерному) или детерминированному законам для того, чтобы выявить статические искажения сигнала, обусловленные, например, его нелинейными искажениями ТВ тракта или статической частью шумов квантования. Это фазомодулирующее напряжение формируется генератором 8 фазомодулирующего напряжения. С Выхода, блока 9 расширителей длительности импульсов сформированные напряжения (фиг. 2г-з) подаются на входы блока 10 дифференциалб 1ых усилителей, в котором формируется величина Si, UiDUQ, а также первые разности: -и Kj ЗК 2К i(i) п -и Кз V Далее в блоке 12 АЦП с помощью коммутатора 11 каждая разность д , Д и преобразуется в число-импу;тьсный код (фиг. 2и) ,а затем в цифровую строку. Далее в вычислительном блоке 13 определяют дйе вторые разности г-(2) -(1) rr-ll)( К,. ,Ki N2 З . т.е. третью разность. в этом же устройстве вычисляют значения J. в соответствии с формулой (2). Далее по совокупности N значений находят дисперсию U тем среднеквадратное значение случайных отклонений формы измерительного сигнала от номинальной. При этом возможно использование любого алгоритма, например такого: который применяется в устройстве для измерения отношения размаха сигнала к флуктуационной помехе.

Результат измерения индицируется на цифровом табло индикатора И.

В случае использования в качестве измерительного сигнала сигнала пилообразной формы требуется определение только второй разностиu V поэтому отпадает необходимость в выделении среднего уровня сигнала в блоке k и вычислении $ц и разностей порядка. .

В случае измерения яркостных флуктуационных помех в полном цветовом телевизионном сигнале изображения., т.е. в присутствии сигнала цветовой поднесущей, структурная схема устройства для реализации .способа не изменяется. Однако усложняется схема блока 4 выделения среднего уровня сигнала, который в каждой точке измерения изменяется, и кроме того, необходимость включения генератора 8 фазомо-, дулирующего напряжения отпадает.

Таким образом, на основе предлагаемого способа измерений можно реализовать измерение, которое по своей i, структуре является чисто дискретным и может быть использовано при разных .видах помех в присутствии измерительного сигнала или сигнала изображения.

Используя предлагаемый способ измерения, можно разработать единое дискретное устройство измерения разных видов помех и искажений в присутствии измерительного сигнала, например , синусоидальной или пилообразной формы: шумов квантования, флуктуационных помех, статических искажений, вызванных нелинейными искажениями телевизионного тракта, а также - периодических помех. Это упростит имеющиеся измерения, устранит аппаратурное излишество и создаст поэтому экономический .

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОМЕХ В АНАЛОГО-ЦИФРОВОМ ТЕЛЕВИЗИОННОМ ТРАКТЕ , основанный на выделении из телевизионного сигнала сигналов синхронизации, формировании последовательности дискретизирующих импульсов малой длительности, следующих с периодом повторения измерительного си1 нала испытательной строки, модуляции от периода к периоду по заданному закону, временного положения дискретизирующих импульсов, выделении К первых дискретных значений смеси сигнала и помех, регистрации эффективного значения помех, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, До выделения К первых дискретных значений смеси сигнала и помех в каждом .периоде повторения измерительный сигнал испытательной строки задерживают на п равных (интервалов дискретизации - а после выделения К первых дискретных значений смеси сигнала и помех выделяют 1 дополнительных дискретных значений смеси сигнала и помех в моменты измерительного сигнала испытательной строки, соответствующие концам интервала,задержки, из всех диск етнь1х значений смеси сигна1лаи п6мех формируют сигналы разности ;заданного порядка,из которых формиру;ют .случайный сигнал и сигнал дисперj сии случайного сигнала в интервалах выбранных периодов повторения измерительного сигнала испытательной строки, где К и 1 1,2,3...- целые .