Цифровое представление звуковых вещательных сигналов. Аналого-цифровое преобразование. Измерительные частоты в цифровом канале ЗВ

Тема 3

ЦИФРОВОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЗВУКОВЫХ 

ВЕЩАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

В СССР одними из первых начали применять цифровое представление звуковых вещательных сигналов в системах распределения программ звукового вещания. Так, в 1967 г. была осуществлена передача ЗВС с помощью аппаратуры ИКМ-12.

Преимущества цифровых систем передачи:

-  высокая помехоустойчивость, возможность передачи по низкокачественным каналам, где зачастую невозможна передача аналоговых сигналов (симметричный кабель, эфир, аналоговые РРЛ) при низких отношениях сигналшум;

-  отсутствие влияния протяженности канала, независимость качественных показателей от расстояния и топологии сети связи;

-  высокая стабильность параметров;

-  совместимость различных видов информации, представленных в цифровой форме (звуковое вещание, телевидение, факсимильная связь, передача данных и т.д.), возможность создания единой системы передачи и управления;

-  высокая эффективность при использовании перспективных каналов передачи (световоды, волноводы);

-  упрощение технологии производства и эксплуатации (резкое уменьшение доли ручного труда, который особенно дорог в цивилизованных странах);

-  возможность неограниченного тиражирования без ухудшения параметров и сложной обработки параметров ЗВС.

Недостатки цифрового представления звука:

-  высокая утомляемость слушателей и звукооператоров; - большие искажения низкоуровневых сигналов; - мозаичность стереовосприятия.

               3.1.     Аналого-цифровое преобразование

Аналого-цифровое преобразование (АЦП) изучается в разных вузовских курсах, поэтому исследуем особенности, которые свойственны преобразованию звукового вещательного сигнала.

Как известно, аналого-цифровое преобразование включает три операции: дискретизацию, квантование и кодирование.

Дискретизация - замена непрерывной функции ее дискретными значениями. Чем чаще делаются выборки, тем точнее будет отображен характер изменения функции. Однако слишком увеличивать частоту дискретизации невыгодно, и нужен критерий. Такой критерий существует в виде теоремы отсчетов (ее также называют теоремой Котельникова, а за границей - теоремой Найквиста): произвольный сигнал, спектр которого ограничен некоторой частотой F_B, может быть полностью восстановлен по последовательности своих отсчетов, следующих с интервалом времени Т_Д = 1/(2F_в). Другими словами: частота дискретизации F_A должна как минимум вдвое превышать максимальную частоту, присутствующую в спектре сигнала. F_B называют частотой Найквиста, а величину Т_Д - шагом (интервалом, периодом) дискретизации.

Аналоговый сигнал может быть восстановлен без искажений по последовательности своих отсчетов при условии, что для восстановления используется идеальный фильтр. На практике для этого затухание сигнала в полосе непропускания (на частотах выше получастоты дискретизации) должно составлять 60...80 дБ. Высокие требования к подавлению частот относятся как к входному, так и к выходному фильтрам. Последний должен защитить звенья канала от ВЧ составляющих, если эти звенья соединены последовательно. Частота составляющих комбинационных искажений F_H при гармоническом сигнале с частотой F_Д составит F_M = k F_A ± F_с, где к = 1, 2, 3,...

Рекомендуемые измерительные частоты при F_Д = 32 кГц составляют 31, 33, 63 и 65 кГц, а при F_Д =16 кГц - 15, 17, 31 и 33 кГц. При этом F_M составляет 1 кГц. Эти искажения, помимо прочего, приводят и к искажениям АЧХ в области передаваемых частот. Перед дискретизацией и в ее процессе возникают нелинейные искажения. Продукты этих искажений, интерферируя с гармониками кF_Д, могут попасть в область частот наибольшей чувствительности слуха. Измерительные частоты для этих продуктов искажений определяются соотношением

F_и = F_A ± kF_c, где k - номер гармоники.

Рекомендуемые частоты измерительных сигналов и частоты, на которых должны измеряться искажения, сведены в табл. 3.1.

Возникающая вследствие нелинейности третья гармоника с частотой 3f_c = 33 кГц после дискретизации с F_Д = 32 кГц образует составляющую с частотой 1 кГц. Слуховое восприятие этого искажения отличается от восприятия нелинейных искажений. Гармоники с частотой ниже основного тона не маскируются, что повышает требования к допустимой нелинейности.

Т а б л и ц а 3.1. Измерительные частоты в цифровом канале ЗВ