3.9 Охарактеризуйте методы защиты от ошибок звуковых и видеосигналов в цифровых системах телерадиовещания.

Высокое качество воспроизведения звуковой передачи в цифровой системе вещания достигается при условии, что принятый цифровой поток не отличается от переданного. Однако при передаче цифровых данных по каналу с шумом всегда существует вероятность того, что принятые данные будут содержать ошибки. Наряду с шумом цифровая радиосистема передачи может подвергаться воздействию:

• кратковременных импульсных помех,

• взаимных помех между сигналами разных систем передачи, использующих один и тот же частотный диапазон,

• замираний, приводящих практически к временным пропаданиям сигнала.

Замирания наблюдаются в системе ЦРВ при приеме на подвижном объекте или при многолучевом распространении сигнала, например, в городе с многоэтажной застройкой. Под воздействием помех в приемнике возникают:

• ошибки при передаче отдельных символов или кодовых слов (КС) цифрового сигнала;

• фазовые дрожания, быстрые и медленные;

• проскальзывания, т.е. выпадения части символов или кодовых слов.

Все эти искажения, свойственные цифровой передаче, преобразуются на аналоговом выходе системы в искажения сигнала ЗВ, которые могут быть заметны на слух. Меры борьбы с фазовыми дрожаниями и проскальзыванием символов здесь не рассматриваются, поскольку они обусловлены принципами работы плезиохронных и синхронных систем передачи данных, предоставляющих каналы связи для цифровых систем передачи информации. Кроме этого, данные виды искажений возникают и в IP-сетях с пакетной передачей, которые также выходят за рамки проблемы организации системы эфирного ЦРВ. Поэтому предметом дальнейшего внимания будут только искажения, проявляющиеся как ошибки в распознавании переданных символов кодовой комбинации.

Частота появления ошибок, при превышении которой принятые данные использовать нельзя, определяется свойствами слухового восприятия человека. Одиночная ошибка в кодовом слове вызывает неправильное восстановление отсчета в декодере, т.е. искажение выходного аналогового сигнала, которое субъективно может восприниматься как щелчок (см. тему 2) . Величина искажения и громкость щелчка зависят от веса искаженного разряда КС, а громкость, кроме того, зависит от уровня и характера маскирующего сигнала. Не все одиночные ошибки заметны на слух. При попадании ошибки в младшие разряды КС щелчок не отмечается даже при отсутствии маскировки. В то же время ошибки в пяти-шести старших разрядах вызывают глубокие изменения уровня сигнала и проявляются в виде громких щелчков, сильно ухудшающих качество звукопередачи.

Напомним, что возможно ослабление щелчков в результате обработки отсчетов цифрового сигнала в устройстве воспроизведения звука – маскирование ошибок.

Снижение вероятности ошибок в каналах без памяти (без межсимвольной интерференции) может быть достигнуто путем повышения требований к энергетическим характеристикам радиосистемы передачи - мощности радиопередатчиков, коэффициенту усиления антенн, шумовой температуре приемников. Однако далеко не всегда эти меры экономически оправданы и позволяют снизить вероятность ошибок до требуемой величины.

Кодирование канала (иначе - избыточное или помехоустойчивое кодирование), по существу, представляет собой метод обработки сигналов, предназначенный для увеличения надежности передачи информации по цифровым каналам.

Выбор типа корректирующего кода и его параметров зависит от:

• требуемой достоверности приема,

• допустимой скорости передачи,

• вида ошибок в канале (одиночные независимые или пакеты ошибок).

Помехоустойчивые коды делятся на коды обнаруживающие ошибки и на коды, исправляющие обнаруженные ошибки, причем наиболее используемыми для этих целей являются двоичные коды. Коды первого вида позволяют только указать кодовую комбинацию, содержащую искаженные символы. Но исправить ошибки они не в состоянии, так как не могут выявить номера тех разрядов кода, в которых произошли ошибки. Коды второго типа обладают способностью определения номера искаженного разряд, а поскольку чаще всего используется двоичная система кодирования, то исправление ошибки представляет собой уже формальную операцию по замене принятого искаженного символа на противоположный. Как правило, коды второго типа могут обнаруживать большее число ошибок, чем исправлять. Количество ошибок, которые могут быть обнаружены и исправлены, называют корректирующей способностью кода.

Отметим ещё одно общее свойство помехоустойчивых кодов – быстрый рост сложности устройств кодирования и декодирования при увеличении корректирующей способности кодов. Именно поэтому, на практике редко используются коды с корректирующей способностью более 2 или 3 ошибок.

Кодирование канала, как правило, сопровождается двумя весьма простыми, но чрезвычайно эффективными процедурами - скремблированием индивидуальных цифровых потоков и перемежением символов. Скремблирование (рандомизация), предваряя кодирование канала, превращает цифровой сигнал в квазислучайный и тем самым приводит к более равномерному энергетическому спектру излучаемого радиосигнала. Необходимость скремблирования объясняется возможным наличием с цифровом потоке на выходе кодера источника длинных серий «нулей» или «единиц», что и приводит к неэффективной работе радиопередатчика, особенно при амплитудных методах модуляции. Также операция скремблирования часто используется и для шифрования или ограничения несанкционированного доступа к передаваемым данным. Достигается это тем, что при скремблировании чаще всего происходит поразрядное сложение передаваемой последовательности бит с псевдослучайной последовательностью (ПСП), знание которой необходимо для выполнения обратного преобразования на приемной стороне.

Рис. 5.4. Структурная схема системы перемежения