книги / Методы помехоустойчивого приема ЧМ и ФМ сигналов

1. Виннцкий А, С. Модулированные фильтры и следящий при­ ем 4M. М., «Сов. радио», 1969.

2.Akima Н.—„Trans. IEEE", 1963, SET-9, № 4.

3.Черняк Ю. Б. «Радиотехника и электроника», 1960, т. V, № 3,

с.366.

4.Теплов Н. П. Помехоустойчивость систем передачи дискрет­

ной информации, М., «Связь», 1964.

5.Тихонов В. Й. Статистическая радиотехника. М., «Сов. ра­ дио», 1966.

6.Березкин В. В., Фомин А. Ф. К исследованию работоспо­

собности и пороговых свойств многоканального частотного демоду* лятора. — В кп.: Методы помехоустойчивости приема 4M и ФМ. М., «Сов. радио», 1970.

УДК 621.396.621.33

Э. И. КУМЫШ

ОЦЕНКА ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ЦВЕТНЫХ И ЧЕРНО-БЕЛЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИИ В ОБЛАСТИ ПОРОГА ВЫИГРЫША 4M

Предложен метод оценки момента наступлении порога выигры­ ша 4M при передаче телевизионных изображении и уточнены по­ роговые отношения смгнал/шум при приеме 4M сигналов стандарт­ ным частотным детектором.

Исследование помехозащищенности сигналов цветно­ го и черно-белого телевидения в области порога 4M имеет большое практическое значение для установления наилучшего энергетического потенциала канала связи и оптимизации электрических параметров ВЧ трактов этих каналов {!]. В широко .распространенном методе определения порога 4M момент наступления порога связан с уменьшением .выигрыша в помехоустойчивости относительно потенциальной ‘помехоустойчивости, напри­ мер па 1 дБ [2]. Подобное определение практически со­ пряжено с изучением пороговых кривых используемых 4M демодуляторов. Именно такой .подход преобладал в определении момента наступления порога 4M при пе­ редаче телевизионных сигналов. Однако исследование физического характера пороговых шумов и особенностей

Их субъективного восприятия свидетельствует о недо­ статочности подобного подхода.

Д ля облегчения изложения дальнейшего материала приведем -аналитическое выражение пороговых кривых стандартного частотного детектора (ЧД) при передаче сигналов черно-белого телевидения. Оно получено инте­ грированием энергетического спектра шума но [3] при использовании в канале связи линейных предыскаже­ ний телевизионного сигнала, стандартизированных МККР {4]. Причем для того, чтобы объективно изме­ ренная величина шумов соответствовала их субъектив­ но мешающему воздействию и чтобы оценка .помехоза­ щищенности соответствовала принятой в телевидении [5], пороговые кривые рассчитываются как отношение размаха видеосигнала от уровня белого до уровня чер­ ного к эффективному взвешенному напряжению шума

в зависимости от отношения мощностей сигнала и шума па входе 4M демодулятора:

жению ( 1 ); сплошные линии соответствуют непосредст­ венной передаче телевизионных сигналов [Л^ст (х) = 1 ],

пунктирные — использованию в канале линейных преды­

скаЖений; крестиками отмечен момент наступления по­ рога 4M, установленный по уменьшению выигрыша 4M относительно потенциального на 1 дБ. Из рис. 1 вид­

но, что использование линейных предыскажений при­ водит к более раннему (на 1,5 дБ) моменту наступления порога 4M, чем это имеет место при непосредственной передаче телевизионных сигналов.

Однако считать эти результаты окончательными преждевременно, поскольку, как отмечалось выше, при подобном определении мо­ мента наступления порога 4M не учитывается физиче­ ский характер пороговых шумов и особенности его субъективного восприятия. Действительно, при работе выше порога 4M шум на выходе 4Д — нормальный стационарный случайный процесс с нулевым средним [3]. Такой шум равномерно покрывает все поле изобра­ жения. Мешающее действие его удобно оценивать вели­

Рнс. 1 чиной эффективного взве­ шенного напряжения, отне­ сенного к размаху видеосигнала [6 ]. Момент наступле­

ния порога визуально характеризуется тем, что на фоне этого шума появляются отдельные импульсы, число ко­ торых в момент наступления порога невелико, и по дей­ ствию на наблюдателя они приближаются к импульсной помехе, а не к шуму. Если отождествить пороговые им­ пульсы в момент наступления порога с импульсной по­ мехой, то удается иаилучшим способом охарактеризо­ вать их мешающее действие и более точно установить момент наступления порога 4M.

В телевидении мешающее действие импульсной по­ мехи оценивается отношением размахов видеосигнала к импульсной помехе [5]. Если в соответствии с [3] считать, что энергетический спектр пороговых импуль­ сов на выходе 4M дискриминатора равномерный, то нетрудно показать, что отношение размаха видеосигна­

ла к среднему размаху импульсной помехи при непосред­ ственной передаче равно

где т — индекс модуляции 4M сигнала.

Выражения (2) и (3) позволяют сопоставить отно­ шение размахов видеосигнала и пороговых импульсов с допустимым (25 дБ) для импульсной помехи, рекомен­ дованным МККР [5]. В соответствии с [и сопоставление проведем для случая, когда индекс модуляции выби­ рается оптимальным. Оптимальный индекс сигнала вы­ бирается таким образом, чтобы в точке порога обеспе­ чивалось заданное отношение сигнал/шум [I]. При те­ левизионных передачах нормами МККР предусматри­ вается, что эта величина должна составлять 55 дБ. При этом отношении шум на изображении должен быть не­ заметен. Из рис. 1 следует, что оптимальный индекс модуляции 4M сигнала 4. Но тогда из (2 ) и (3)

следует, что отношение размахов видеосигнала и по­ роговых импульсов меньше допустимого, рекомендован­ ного МККР, т. е. меньше 25 дБ. Отсюда можно пред­ положить, что даже при выполнении нормы МККР на отношение сигнал/шум взвешенный, равной 55 дБ, по­ роговые импульсы будут отчетливо видны. Эксперимен­ ты, проведенные при передаче реальных сюжетов и ис­ пытательной таблицы 0249 по каналам связи с 4M, под­ твердили это предположение.

Приведенные результаты свидетельствуют, что в об­ ласти порога оценивать мешающее действие шумов по относительной величине эффективного взвешенного шу­ ма нельзя. Подобная оценка была бы правомерной при условии незаметности на изображении пороговых им­

нении (4) из (1) следует, что относительная величина эффективного взвешенного напряжения шума значитель­ но превышает норму МККР. Поэтому проектировать линии связи с индексом модуляции т > 27 нецелесооб­

разно.

При m > 27 и достаточно высоком отношении сиг­

нал/шум на входе демодулятора всегда существует ве­ роятность появления порогового импульса (пусть даже сколь угодно малая) с размахом, при котором соотно­ шение (4) будет нарушено. Однако это не означает, что следует оставлять т > 27, так как можно эксперимен­

тально установить такую частоту появления пороговых импульсов, при которой они нс вызывают у наблюдате­ лей ощущения зашумленности изображения.

Поскольку экспериментально определить число по­ роговых импульсов в момент передачи изображений сложно, методом субъективной экспертизы по [7] было определено допустимое отношение сигиал/шум на входе 4M демодулятора, при котором пороговые импульсы не вызывают у наблюдателя ощущения зашумленности изображения. Значение этого отношения принималось в качестве порогового. Измерения проводились при индек­ сах модуляции 4M сигнала, равных 2, 2,5, 3. Демодуля­ ция сигнала осуществлялась с помощью стандартного 4Д. Наблюдения проводились на реальных сюжетах и испытательной таблице 0249. В результате измерений установлено, что при непосредственной передаче теле­ визионных сигналов пороговое отношение -сигиал/шум равно 10 дБ, а при линейной обработке 10,5 дБ. Не­ сколько большее пороговое отношение сигнал/шум при линейной обработке по сравнению со случаем непо­ средственной передачи телевизионных сигналов объяс­ няется различием в характере и субъективном восприя­ тии пороговых шумов. При непосредственной передаче телевизионных сигналов пороговые импульсы появля­ ются на всем поле изображения. Максимальное количе­ ство их имеет место на белых и черных деталях изо­ бражения, значительно меньше их на серых деталях. При линейной обработке в момент наступления порога импульсы появляются только на границах резких высококоитрастпых перепадов яркости, а при дальнейшем уменьшении отношения сигиал/шум на всем поле изо­ бражения.

Вследствие интегрирования в восстанавливающем фильтре пороговые импульсы оказываются вытянутыми вдоль строк, т. е. имеют большую длительность, и при практически одинаковом размахе [см. (2 ) и (3)] ста­

новятся более заметными на экране.

Приведенные данные относительно величины поро­ гового отношения сигнал/шум, а также характера и

заметности пороговых импульсов на изображении, по­ зволили оценить допустимое количество пороговых им­ пульсов при непосредственной передаче и в случае ли­ нейной обработки телевизионных сигналов. В резуль­ тате расчета установлено, что при непосредственной пе­ редаче число допустимых пороговых импульсов состав­ ляет 2 0 4 - 2 5 на один кадр изображения, а при линей­

ных предыскажениях — 3-ь4 на один кадр.

При определении помехозащищенности передачи сигналов цветного телевидения по каналам связи с 4M в области порога необходимо прежде всего различать момент наступления порога в канале связи от момента наступления порога в канале цветности, поскольку в системе цветного телевидения SECAM цветоразностные сигналы передаются на подиесущей в полосе частот те­ левизионного сигнала с помощью 4M. С этой целью в результате расчета и экспериментально был исследован момент наступления порога в канале цветности систе­ мы SECAM. Установлено, что пороговые шумы в кана­ ле цветности имеют импульсный характер. С использо­ ванием приведенной методики относительно момента на­ ступления порога было установлено, что при равномер­ ном спектре шума на входе канала цветности момент наступления порога фиксируется при отношении разма­ ха сигнала яркости к эффективному взвешенному на­ пряжению шума в полосе сигнала яркости, равном Ц — 34 дБ, п зависит от передаваемого цвета. При пара­ болическом спектре шума на входе канала цветности, что характерно для непосредственной передачи сигна­ лов цветного телевидения по каналам связи с 4M, мо­ мент наступления порога фиксируется при отношении

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что при передаче сигналов цветного телевидения по каналам связи с 4M, работающим в области порога, и при ус­ ловии, что в канале яркости выполняются нормы МККР на отношение сигнал/шум (55 дБ), порог в канале цвет­ ности не наступает.

Следует отметить, что полученные выше результаты относятся к случаю, когда влиянием искажений сигнала

УДК 621.396.631.33

В. П. ЖУКОВ, H. Н. ИВАНОВА, Л. А. РАЗУМОВ

И С С Л Е Д О В А Н И Е Ф О Р М Ы П Е Р Е С К О К О В Ф А ЗЫ У З К О П О Л О С Н О Г О С И Г Н А Л А

В работе приводится результаты теоретического и эксперимен­ тального исследовании возможных форм траектории фазы и ее про­ изводной при перескоке фазы суммы гармонического сигнала и уз­ кополосного нормального шума.

Сумма u{t) гармонического сигнала /Гссозмс/ и

узкополосного нормального шума с функцией корреля­ ции (г*р(т)C O S W O T может быть записана в виде

и (t) — Е (t) cos [шс£ -j- ср (*)],

что иллюстрируется векторной диаграммой, изображен­ ной на рис. 1. При наличии расстройки Асо = о)о— ыс меж-

Рис. 1

ду частотой гармонического сигнала и центральной час­ тотой спектра шума вектор шума не только флуктуирует по амплитуде и фазе, но п вращается в плоскости чер­ тежа относительно конца вектора Ес с угловой скоро­ стью До). Большие флуктуации Еш и ©ш могут при­ вести к полному обороту вектора Е вокруг точки 0, т. е. к перескоку фазы на 2 л. Траектория фазы <р(/) при

перескоке случайна, и, как показано ниже, ее форма за­ висит от расстройки До, а также от величины и скоро­

сти флуктуаций огибающей E{t) и фазы ср(/), сопро­

вождающих данный конкретный перескок.

Пусть в некоторый момент времени & =0 фаза и ее производная принимают значения фо= л:, % = #, а огиба­

роятности доусл(£, ф), которая может быть рассчитана по формуле

Знаменатель формулы (1) представляет собой четы­ рехмерную плотность вероятности величии <?0> ^о» Е'0

ивзятых в момент времени i/o, а числитель является

шестимерной плотностью вероятности этих же величин, а также огибающей Е и фазы ф, взятых в момент вре­ мени 1t. Метод расчета этих плотностей вероятности хо­ рошо известен [2 ].

Несложные, но громоздкие математические преобра­ зования, произведенные в соответствии с формулой (1 ),

приводят к

где ôco2= —р(0) ; А и Ф — функции времени, которые

зависят от Дш, коэффициента корреляции шума р(т), значений Et ф и »их производных при i/o= 0 и определя­

ются формулами